一种沉积高品质低缺陷的单晶三族氮化物膜的方法。在此提供具有多个特征结构的图案化基材，该基材具有以间隔空间隔开的倾斜侧壁。三族氮化物膜是通过氢化物气相外延(HVPE)制程而沉积在图案化基材上。HVPE沉积制程形成三族氮化物膜，该三族氮化物膜在特征结构之间的间隔空间中具有第一晶体取向，而在倾斜侧壁上具有不同的第二晶体取向。间隔空间中的第一晶体取向接着蔓延盖过侧壁上的第二晶体取向，并且在制程中调转且终结形成于第一晶体取向中的贯穿式位错。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在图案化基材上藉由氢化物气相外延法(HVP0形成三族氮化物结晶膜的方法本申请主张受益于美国临时申请案61/226，440并主张其优先权，该案于2009年 7月17日提出申请，在此并入全文作为参考。背景1.领域本专利技术的实施例描述一种通过HVPE在图案化基材上以高生长速率制造高品质低位错密度的三族氮化物层的方法。现有技术的讨论逐渐发现到三族氮化物半导体在各种半导体器件(诸如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)及例如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极晶体管(HBT)等电子器件)的发展与制造中具有与日俱增的重要性。在形成该些半导体器件中一项重要的需求是制造适合厚度且具有平滑表面及低位错密度的三族氮化物层，诸如氮化镓层(GaN)。目前三族氮化物层是通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术形成。在许多应用中三族氮化物的使用因非常高的位错密度(通常是在IO9-IO11Cm-2的范围)而受限。由于使用晶格不匹配的基材(诸如蓝宝石)而形成该些位错。外延侧向过度生长(ELOG)已被用于减少由MOCVD技术生长的氮化镓(GaN)层的位错密度。然而，此技术最佳只提供范围在IO8-IO9Cnf2的位错密度。只有在狭窄的视窗区域上能利用约IO6CnT2的较低位错密度。亦已建议使用图案化蓝宝石基材(PSS)与ELOG以改善MOCVD生长的氮化镓层的品质。此结合尽管是一项改善，但仍尚未提供高度结晶品质的膜。此结合已提供分别在(002)结晶面中210arcsec (弧秒)与(102)结晶面中240arcsec的双晶X光衍射(DCXRD)的半高全宽 (FffHM)报告值。FWHM为已知的用于监控结晶品质的技术。
技术实现思路
一种沉积高品质低缺陷的单晶三族氮化物膜的方法。在此提供具有多个特征结构的图案化基材，该多个特征结构具有以间隔空间隔开的倾斜侧壁。三族氮化物膜是通过氢化物气相外延(HVPE)制程而沉积在图案化基材上。HVPE沉积制程形成三族氮化物膜，该三族氮化物膜在特征结构之间的间隔空间中具有第一晶体取向，而在倾斜侧壁上具有不同的第二晶体取向。间隔空间中的第一晶体取向接着蔓延盖过侧壁上的第二晶体取向，并且在制程中调转且终结形成于第一晶体取向中的贯穿式位错。附图说明图IA绘示图案化基材上以HVPE形成的三族金属氮化物外延膜的形成的剖面视图。图IB绘示可形成在三族氮化物膜上的示范性LED器件层。图2A绘示根据本专利技术的实施例的在基材上形成的特征结构图案的顶视图。图2B是绘示图2A中的图案的剖面视图。图2C是绘示根据本专利技术的实施例的在基材上形成的特征结构图案的顶视SEM图。图3A至图3F绘示在图案化蓝宝石基材上形成单晶氮化镓(GaN)膜的方法。图4是根据一个实施例的HVPE设备400的概略图。图5是根据另一实施例的设备500的概略等角视图。图6A是根据另一实施例的处理腔室600的概略等角视图。图6B是图6A的概略剖面视图。图7是根据另一实施例的处理腔室700的概略剖面视图。图8是根据一个实施例的前驱物源800的概略剖面视图。图9是根据另一实施例的前驱物源900的概略剖面视图。图10概略绘示根据一个实施例的处理腔室内的浮力。图11概略绘示根据一个实施例的处理腔室内的热分布。图12A绘示氮化镓晶体的晶体取向。图12B绘示根据本专利技术的实施例的可用于形成图案化蓝宝石基材的平面蓝宝石基材。图13绘示根据本专利技术的实施例的气体流动时序图表以及基材温度曲线图，该些图可用于形成单晶氮化镓膜。图14A与图14B是根据本专利技术的实施例的形成在图案化蓝宝石基材上的氮化镓膜的透射电子显微镜(TEM)图像。图15绘示沉积温度、沉积压力以及三族元素源上方的Cl2流速等沉积参数如何影响(0001)晶体取向膜的垂直与侧向HVPE生长速率。实施方式本专利技术的实施例包括在图案化基材上形成高品质低缺陷密度三族氮化物膜的方法。本专利技术针对特定细节加以描述，以提供公众透彻了解本专利技术。本领域的技术人员将了解到无须该些特定细节即可操作本专利技术。在其他范例中，不详细描述公知半导体制程与设备，以不至于非必要性地混淆本专利技术。本专利技术是一种形成高品质低缺陷密度的三族氮化物结晶膜的方法。根据本专利技术的实施例，三族氮化物结晶半导体膜在图案化基材上通过氢化物气相外延(HVPE)沉积制程而形成。本专利技术的实施例利用期望形状、间距、高度及节距的基材特征结构，以使高品质三族氮化物膜得以生长于其上。该特征结构的形状、尺寸与节距伴随高生长速率以及控制 HVPE生长的侧向与垂直分量的能力致使沿(000 生长方向上的贯穿式位错(TD)终结，且因而防止该贯穿式位错增长进入三族氮化物膜块体。在特定实施例中，提供具有倾斜侧壁的特征结构，其在与特定HVPE沉积参数结合的时候，致使三族氮化物膜在特征结构之间的平坦表面上以第一晶体取向及快速的生长速率生长，并且在倾斜侧壁上以第二晶体取向与缓慢生长速率生长。当快速生长速率下的晶体取向从特征结构间的间隔空间生长时，其侧向上的生长与侧壁上缓慢生长的晶体取向重迭，并且开始形成倾斜的生长晶面(facet)。由于基材与三族氮化物间大规模的晶格不匹配而在特征结构间的间隔空间起始的贯穿式位错向上增长，但之后在抵达晶面时侧向转弯朝向倾斜侧壁，而造成终结。故，这就是特征结构尺寸、形状与间距和HVPE沉积参数的特定结合，能实现此终结贯穿式位错的独特方法，并且能实现高品质低缺陷密度的单晶三族氮化物膜。图IA绘示根据本专利技术实施例的在图案化基材102上以氢化物气相外延(HVPE) 沉积法形成的三族氮化物外延或单晶膜108。图案化基材102包括多个间隔开的特征结构 104，该些特征结构有助于形成低位错密度的块体膜108。缓冲层106可在三族氮化物膜108 与图案化基材102之间形成。特征结构104含有呈角度的侧壁，如图IA所示。HVPE沉积制程形成三族氮化物膜108与三族氮化物膜120，该三族氮化物膜108在特征结构104之间的间隔空间中具有第一晶体取向，而三族氮化物膜120具有有别于第一晶体取向的第二晶体取向。在实施例中，三族氮化物120形成为具有介于0.1-1.0微米之间的厚度。在本专利技术的实施例中，侧壁上的三族氮化物120具有(11-00)晶体取向，而在间隔空间中的三族氮化物具有(000 晶体取向。在本专利技术的实施例中，侧壁上的三族氮化物膜120为圆柱状纳米晶膜，该纳米晶膜具有多个对齐的纳米晶体，实质上垂直于倾斜侧壁延伸。或者，三族氮化物膜120可为具有相当高度结合贯穿式位错(TDD)的三族氮化物膜。形成在特征结构间的间隔空间中的三族氮化物膜108侧向蔓延盖过侧壁107上的三族氮化物膜120，如图IA所7J\ ο图案化基材102可为任何适合的图案化单晶基材，三族氮化物外延膜108可形成于该基材上。图案化基材102可由以下所述的基材所形成(但不以此为限)蓝宝石(Al2O3) 基材、硅(Si)基材、碳化硅(SiC)基材、金刚石上覆硅(SOD)基材、石英(SiO2)基材、玻璃基材、氧化锌(aiO)基材、氧化镁(MgO)基材、氧化锂铝(LiAlO2)基材以及单晶硅基材。此外， 该基材可为复合式基材，诸如包括两种以上不同结晶膜的基材。可通过例如将一个基材上的外延层传送到具有第二外延结构的第二基材而形成此类基本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：O·克利里欧科，Y·梅尔尼克，小尻英博，石川哲也，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：
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