半导体器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体器件及其制备方法，涉及半导体技术领域。在本申请实施例中，在制备AlN厚膜时，先在衬底表面制作形成AlN成核层和表面调制AlN外延层，制备形成的表面调制AlN外延层能够促进位错弯曲湮没，降低外延结构的位错密度，可以提高外延结构的结晶质量。此外，在制作AlN厚膜时，在高速生长条件进行制备，使得AlN厚膜的制备速率更快，可以在短时间内制备得到厚度更厚、质量更好的AlN厚膜。制备得到的AlN厚膜表面更光滑，晶体质量更好，利于AlN厚膜制备的大规模产业应用。

Semiconductor devices and their preparation methods

The invention provides a semiconductor device and a preparation method thereof, which relates to the field of semiconductor technology. In the present application embodiment, the AlN nucleation layer and the surface-modulated AlN epitaxy layer are first fabricated on the substrate surface to prepare the AlN thick film. The surface-modulated AlN epitaxy layer can promote the dislocation bending annihilation, reduce the dislocation density of the epitaxy structure and improve the crystallization quality of the epitaxy structure. In addition, AlN thick films can be prepared under high-speed growth conditions, which makes the preparation rate of AlN thick films faster and can obtain thicker and better quality AlN thick films in a short time. The prepared AlN thick film has a smoother surface and better crystal quality, which is conducive to the large-scale industrial application of AlN thick film preparation.

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种半导体器件及其制备方法。
技术介绍
以高Al组分AlxGa1-xN(x>0.4)材料为核心的深紫外(DUV)发光器件与光电探测器件在杀菌消毒、数据存储、生化探测、海上油监、高压电弧监测、保密通信、导弹预警等军民用领域有着广泛而深刻的应用前景，近年来受到越来越多的关注。研制高性能AlGaN基DUV发光器件与光电探测器件的关键之一在于高质量AlN衬底/模板的制备。但现有的AlN衬底/模板的制备效率和制备质量都有待提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种半导体器件及其制备方法。本专利技术提供的技术方案如下：一种半导体器件的制备方法，包括：提供一衬底；将所述衬底置于反应腔内进行表面清洁，并在所述衬底表面形成外延生长台阶；在所述衬底形成外延生长台阶的一侧制作AlN成核层；在所述AlN成核层远离所述衬底一侧制作表面调制AlN外延层，并采用激光原位监测所述半导体器件的表面形貌，在监测到所述半导体器件的表面形貌的反射率波谷符合预设条件时，结束所述表面调制AlN外延层的制作；在高速生长条件下，在所述表面调制AlN外延层远离所述AlN成核层的一侧制作形成AlN厚膜，其中，所述高速生长条件包括以下条件中的一种或多种：将所述反应腔内的制备温度提高至1150℃-1500℃，所述制备温度为生长时所述半导体器件表面的实际温度；将输入所述反应腔内所述III族金属源的源瓶的气压设置为600-1300mbar；将输入所述反应腔内的III族金属源流量设置为10-300μmol/min；及将输入所述反应腔内的V族源与III族金属源的摩尔比设置为10-5000。进一步地，在所述衬底形成外延生长台阶的一侧制作AlN成核层的制备温度为650℃-1000℃，所述AlN成核层的厚度为10-80nm。进一步地，在所述衬底形成外延生长台阶的一侧制作AlN成核层的制备温度为650℃-1000℃，所述AlN成核层的厚度为10-100nm。进一步地，所述预设条件为所述半导体器件的表面形貌的反射率波谷下降或上升20％-80％。进一步地，在所述AlN成核层远离所述衬底一侧制作表面调制AlN外延层的制备温度为1000℃-1150℃。进一步地，所述表面调制AlN外延层的厚度为100-600nm。进一步地，所述III族金属源为三甲基铝TMAl，所述V族源为氨气NH3，该V族源氨气NH3的流量1-270mmol/min，其中，所述III族金属源TMAl与V族源NH3的流量为换算成每一片2英寸衬底的流量值。进一步地，所述半导体器件采用金属有机化学气相沉积MOCVD设备进行制备。本专利技术还提供了一种半导体器件，包括：衬底，所述衬底一侧制作形成外延生长台阶；制作于所述衬底制作所述外延生长台阶一侧的AlN成核层；制作于所述AlN成核层远离所述衬底一侧的表面调制AlN外延层；制作于所述表面调制AlN外延层远离所述AlN成核层一侧的AlN厚膜，所述AlN厚膜是在高速生长条件下制备的，其中，所述高速生长条件包括以下条件中的一种或多种：将所述反应腔内的制备温度提高至1150℃-1500℃，所述制备温度为生长时所述半导体器件表面的实际温度；将输入所述反应腔内所述III族金属源的源瓶的气压设置为600-1300mbar；将输入所述反应腔内的III族金属源流量设置为10-300μmol/min；及将输入所述反应腔内的V族源与III族金属源的摩尔比设置为10-5000。进一步地，所述III族金属源为三甲基铝TMAl，所述V族源为氨气NH3，该V族源氨气NH3的流量1-270mmol/min，其中，所述III族金属源TMAl与V族源NH3的流量为换算成每一片2英寸衬底的流量值。在本申请实施例中，在制备AlN厚膜时，先在衬底表面制作形成AlN成核层和表面调制AlN外延层，制备形成的表面调制AlN外延层能够促进位错弯曲湮没，降低外延结构的位错密度，可以提高外延结构的结晶质量。此外，在制作AlN厚膜时，在高速生长条件下进行制备，使得AlN厚膜的制备速率更快，可以在短时间内制备得到厚度更厚、质量更好的AlN厚膜。制备得到的AlN厚膜表面更光滑，晶体质量更好，利于AlN厚膜制备的大规模产业应用。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的制备方法的流程示意图。图2为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的制备方法中步骤S101对应的示意图。图3为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的制备方法中步骤S103对应的示意图。图4为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的制备方法中步骤S104对应的示意图。图5为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的制备方法中步骤S105对应的示意图。图6为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的剖面结构示意图。图标：10-半导体器件；101-衬底；102-AlN成核层；103-表面调制AlN外延层；104-AlN厚膜。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。专利技术人发现，目前商业化的AlN衬底价格昂贵而且难以获得，在蓝宝石或者碳化硅(SiC)衬底上采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)制备的AlN模板成为了一种选择。但是由于衬底与AlN外延层的晶格失配与热失配较大、Al原子表面迁移能力较弱、前驱体预反应严重等问题，目前制备的AlN模板普遍具有非常高的位错密度，其位错密度一般可以达到109-1010cm-2，并且这样制备的AlN模板表面粗糙。厚度大于2μm的AlN厚模板能够给上层提供更加坚固的支撑，支持器件结构设计的多样性，而当前普遍采用的制备技术制备AlN厚模板存在着生长速率偏低的问题，生长速率小于或等于1μm/h，这样低的制备速度非常不利于AlN厚模板的规模化制备。即使采用其他快速生长AlN厚模板的技术手段，虽然制备速度得到了提高，但反而造成了晶体质量的严重劣化，甚至使模板产生表面龟裂，无法在产业上得到大规模应用。有鉴于此，为解决上述问题，本申请实施例提供了一种半导体器件10的制备方法，如图1所示，包括以下步骤S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：提供一衬底；将所述衬底置于反应腔内进行表面清洁，并在所述衬底表面形成外延生长台阶；在所述衬底形成外延生长台阶的一侧制作AlN成核层；在所述AlN成核层远离所述衬底一侧制作表面调制AlN外延层，并采用激光原位监测所述半导体器件的表面形貌，在监测到所述半导体器件的表面形貌的反射率波谷符合预设条件时，结束所述表面调制AlN外延层的制作；在高速生长条件下，在所述表面调制AlN外延层远离所述AlN成核层的一侧制作形成AlN厚膜，其中，所述高速生长条件包括以下条件中的一种或多种：将所述反应腔内的制备温度提高至1150℃‑1500℃，所述制备温度为生长时所述半导体器件表面的实际温度；将输入所述反应腔内所述III族金属源的源瓶的气压设置为600‑1300mbar；将输入所述反应腔内的III族金属源流量设置为10‑300μmol/min；及将输入所述反应腔内的V族源与III族金属源的摩尔比设置为10‑5000。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：提供一衬底；将所述衬底置于反应腔内进行表面清洁，并在所述衬底表面形成外延生长台阶；在所述衬底形成外延生长台阶的一侧制作AlN成核层；在所述AlN成核层远离所述衬底一侧制作表面调制AlN外延层，并采用激光原位监测所述半导体器件的表面形貌，在监测到所述半导体器件的表面形貌的反射率波谷符合预设条件时，结束所述表面调制AlN外延层的制作；在高速生长条件下，在所述表面调制AlN外延层远离所述AlN成核层的一侧制作形成AlN厚膜，其中，所述高速生长条件包括以下条件中的一种或多种：将所述反应腔内的制备温度提高至1150℃-1500℃，所述制备温度为生长时所述半导体器件表面的实际温度；将输入所述反应腔内所述III族金属源的源瓶的气压设置为600-1300mbar；将输入所述反应腔内的III族金属源流量设置为10-300μmol/min；及将输入所述反应腔内的V族源与III族金属源的摩尔比设置为10-5000。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述衬底形成外延生长台阶的一侧制作AlN成核层的制备温度为650℃-1000℃，所述AlN成核层的厚度为10-80nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述衬底形成外延生长台阶的一侧制作AlN成核层的制备温度为650℃-1000℃，所述AlN成核层的厚度为10-100nm。4.根据权利要求1至3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述预设条件为所述半导体器件的表面形貌的反射率波谷下降或上升20％-80％。5.根据权利要求1至3任意一项所述的制备方法，其特征在于，在所述AlN成核层远离所述衬底一侧制作表面调制AlN外延层的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华龙，陈志涛，赵维，何晨光，贺龙飞，张康，
申请(专利权)人：广东省半导体产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44