用于预处理III族氮化物沉积的方法技术

本公开内容的实施方式涉及用于预处理基板和III族氮化物层以制造诸如发光二极管（LED）、激光二极管（LD）或功率电子器件之类的器件的方法。本公开内容的一个实施方式提供一种方法，包括以下步骤：提供一个或更多个具有含铝表面的基板至处理腔室中，及使一个或更多个具有含铝表面的基板中的每一个基板的表面暴露至预处理气体混合而形成预处理表面。预处理气体混合物包括氨（NH3）、卤化铝气体（例如AlCl3、AlCl）和含蚀刻剂气体，含蚀刻剂气体包括卤素气体（例如Cl2）或卤化氢气体（例如HCl）。

Method for pretreating III nitride deposits

Embodiments of the present disclosure involve methods for pretreating substrates and III nitride layers to produce devices such as light-emitting diodes (LED), laser diodes (LD), or power electronic devices. One embodiment of the present disclosure provides a method, which comprises the following steps: providing one or more of the surface aluminum substrate to the processing chamber, and the surface of each substrate substrate has one or more aluminum surface exposed to the pretreatment of gas mixture and the formation of surface pretreatment. The pretreated gas mixture includes ammonia (NH3), aluminum halide gas (e.g., AlCl3, AlCl) and etchant gas containing etchant gas, including halogen gas (e.g., Cl2) or halogenated hydrogen gas (e.g., HCl).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于预处理III族氮化物沉积的方法相关申请本申请要求享有于2011年5月20日申请的第61/488,673号美国临时专利申请案和于2012年5月10日申请的第13/469,048号美国专利申请案的权益，这两项专利申请案以引用方式并入本文中。
本公开内容的实施方式涉及半导体器件的制造。更特别地，本公开内容的实施方式涉及预处理基板以制造III族氮化物半导体器件的方法。
技术介绍
III族氮化物半导体在开发及制造各种半导体器件方面发现越来越重要，比如短波长发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和包括高功率、高频、高温晶体管与集成电路的电子器件。发光二极管和激光二极管通过沉积III族氮化物至最常用的蓝宝石基板上来制造。可利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)和/或物理气相沉积(PVD)，沉积III族氮化物至含氧化铝的基板上，比如蓝宝石基板。蓝宝石基板与III族氮化物间显著的晶格失配激发了常见的三个生长步骤的发展以在蓝宝石上获得高品质GaN层：在含NH3的大气中高温氮化蓝宝石表面、沉积低温缓冲层(或初始层或成核层)及生长高温低缺陷密度外延层。开发了使用低温GaN或AlN或高温AlN缓冲层的各种生长模型。缓冲(或初始或成核)层促进III族氮化物的二维(2D)生长。另一方面，直接高温沉积III族氮化物于蓝宝石表面上将导致三维(3D)生长。预期这样的3D生长会导致粗糙的III族氮化物表面和差的晶体品质。获得高品质III族氮化物的另一方式是预处理具有含铝表面的基板(例如蓝宝石)。可在沉积III族氮化物之前，预处理具有含铝表面的基板，以产生低缺陷密度III族氮化物层，又不需沉积额外的缓冲层。处理具有含铝表面的基板(大多为蓝宝石)的传统方法包括以下步骤：使基板表面暴露在包括氨(NH3)和Cl2或HCl的预处理气体混合物中。Cl2或HCl蚀刻含铝基板的表面且产生氯化铝蒸汽，氯化铝蒸汽可与在处理工艺期间同时输送的氨反应。此化学反应的结果是在含铝基板的顶部发生三维氮化铝(AlN)和/或氮氧化铝(AlON)岛的再生长(沉积)。这些三维AlN和/或AlON岛的出现会加强后续III族氮化物沉积的横向生长，以致螺旋位错(threadingdislocation)密度的降低。然而，传统处理含氧化铝基板的方法无法分开基板蚀刻和AlN或AlON的沉积，以更好地最佳化(例如蓝宝石)。例如，增加Cl2或HCl的输送量将使基板蚀刻及AlN或AlON的沉积都加速。
技术实现思路
本公开内容的实施方式涉及预处理基板或/和III族氮化物层以制造诸如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)或功率电子器件之类的器件的方法。在本公开内容的一个实施方式中，所述方法包括以下步骤：在处理腔室中提供一个或更多个具有含铝表面的基板，且使一个或更多个具有含铝表面的基板中的每一基板的表面暴露至预处理气体混合物而形成预处理表面。在另一实施方式中，形成化合氮化物结构的方法包括以下步骤：使一个或更多个基板上的III族氮化物层的含铝表面暴露至预处理气体混合物而形成预处理表面。在又一实施方式中，形成化合氮化物结构的方法包括以下步骤：使一个或更多个具有含铝表面的基板的第一预处理表面暴露至第二预处理气体混合物而形成第二预处理表面。预处理气体混合物可包括氨气(NH3)、卤化铝气体(例如AlCl3、AlCl)和含蚀刻剂气体，含蚀刻剂气体包括卤素气体(例如Cl2)或卤化氢气体(例如HCl)。预处理过程可加强后续III族氮化物沉积的横向生长，进而导致后续沉积层中的螺旋位错密度的降低。预处理过程亦可减少或调整后续沉积层和最终器件结构中的应力。附图说明为了让本公开内容的上述特征能被更详细地理解，可参考实施方式产生上述简要概括的本专利技术的更具体的描述，这些实施方式的一些被图示在附图中。然而需注意的是附图仅示出本专利技术典型的实施方式，因此附图不应被视为对本专利技术的范围的限制，因为本专利技术可容许其他等效的实施方式。图1A为根据本公开内容的一个实施方式的GaN基LED结构的示意性侧截面图。图1B为根据本公开内容的一个实施方式的GaN基LED结构的示意性侧截面图。图1C为根据本公开内容的一个实施方式的GaN基LD结构的示意性侧截面图。图2为根据本公开内容的一个实施方式的用于预处理基板的方法流程图。图3为根据本公开内容的一个实施方式的方法流程图。图4为根据本公开内容的一个实施方式的方法流程图。图5为根据本公开内容的一个实施方式的方法流程图。图6为根据本公开内容的一个实施方式的方法流程图。图7为根据本公开内容的一个实施方式的丛集工具(clustertool)。图8为根据本公开内容的一个实施方式的HVPE腔室的示意性截面图。图9示出根据本公开内容的一个实施方式的功率器件的截面图。为助于理解，尽可能使用相同的标记数字来表示各图中共用的相同元件。应理解某一实施方式所述的元件可有益地应用到其他实施方式中，而不再详述。具体实施方式本公开内容大体提供制造III族氮化物半导体器件的方法。在本公开内容的一个实施方式中，所述方法包括以下步骤：通过使具有含铝表面的基板的含铝表面暴露至预处理气体混合物来处理基板，预处理气体混合物包括氨、含蚀刻剂气体和卤化铝气体。含蚀刻剂气体包括卤素气体或卤化氢气体。在一些实施方式中，含蚀刻剂气体可选自由氯气(Cl2)、溴气(Br2)、碘气(I2)、氯化氢气体(HCl)、溴化氢气体(HBr)、碘化氢气体(HI)、上述物质的组合和上述物质的混合物所组成的群组。预处理气体混合物与含铝表面反应而在基板(例如蓝宝石)上形成氮化铝(AlN)层或形成区和/或在基板具有含氧表面的情形下在基板上形成氮氧化铝(AlON)层或形成区。AlON或AlN层能为后续III族氮化物沉积充当缓冲层(例如初始层、成核层)。此层被认为可促进III族氮化物的润湿性(wetting)和横向二维生长，还可减少或调整后续沉积层和最终器件结构中的层应力。预处理过程可加强后续III族氮化物沉积的横向生长，进而导致后续沉积层中的螺旋位错密度的降低。在任何诸如HVPE、MOCVD、MBE和PVD之类的沉积技术前，能有益地使用氨、卤化铝气体、和卤素气体或卤化氢气体预处理含铝表面。由于额外使用卤化铝气体(例如AlCl3、AlCl等)，故本公开内容的实施方式具有优于传统预处理及一般氮化具有含铝表面的基板(例如蓝宝石基板)的优点。预处理具有含铝表面的基板(大多为蓝宝石)的传统方法包括以下步骤：使基板表面暴露至包括氨(NH3)和Cl2或HCl的预处理气体混合物。Cl2或HCl蚀刻具有含铝表面的基板表面并产生氯化铝蒸汽，氯化铝蒸汽能与同时输送的氨反应而在基板表面产生氮化铝(AlN)和/或氮氧化铝(AlON)。蚀刻作用(例如最终再生长的AlN或AlON层的粗糙度)和沉积作用(例如AlN或AlON的再生长沉积速率)主要取决于蚀刻剂气体量。增加蚀刻剂气体输送量使基板蚀刻及AlN或AlON的沉积都加速。对于后续III族氮化物沉积，最佳处理工艺需有最佳基板蚀刻又有最佳AlN或AlON沉积。传统的预处理方案不可能分开这些工艺。额外的卤化铝气体量允许独立地控制这些过程。额外的金属卤化物气体量(例如Al本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括以下步骤：提供一个或更多个基板至处理腔室中，所述一个或更多个基板具有含铝表面；以及通过流入氨气和卤化氢气体至所述处理腔室的处理区域，且流入卤化铝气体至所述处理区域，使所述一个或更多个基板中的每一个基板的表面暴露至第一预处理气体混合物而形成预处理表面，以容许在所述预处理期间独立控制蚀刻及沉积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.20 US 61/488,673;2012.05.10 US 13/469,0481.一种预处理方法，包括以下步骤：提供一个或更多个基板至处理腔室中，所述一个或更多个基板具有含铝表面；以及通过流入氨气和卤化氢气体至所述处理腔室的处理区域，且流入卤化铝气体至所述处理区域以容许在预处理期间独立控制蚀刻及沉积，使所述一个或更多个基板中的每一个基板的基板表面暴露至第一预处理气体混合物而形成所述一个或更多个基板中的每一个基板的预处理表面。2.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：形成III族氮化物层至所述预处理表面上，其中所述III族氮化物层包括氮化镓(GaN)层和氮化铝(AlN)层中的至少一种。3.如权利要求1所述的方法，其中在所述预处理期间加入的所述卤化铝气体加快AlN的沉积速率。4.如权利要求1所述的方法，其中所述卤化铝气体为氯化铝气体，其中所述氯化铝气体通过使铝金属源暴露至包括氯气(Cl2)或氯化氢(HCl)气体的处理气体而形成。5.如权利要求1所述的方法，其中所述卤化氢气体包括氯化氢(HCl)气体，其中具有含铝表面的所述基板为蓝宝石基板。6.如权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：使所述一个或更多基板的所述III族氮化物层的表面暴露至第二预处理气体混合物而形成第二预处理表面，其中所述第二预处理气体混合物包括氨(NH3)气、含蚀刻剂气体和卤化铝气体。7.如权利要求6所述的方法，其中所述含蚀刻剂气体为卤化氢气体或卤素气体。8.一种预处理方法，包括以下步骤：提供一个或更多个基板至处理腔室中，所述一个或更多个基板具有含铝表面；及使所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤里·梅尔尼克，陈璐，湖尻英彦，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：
国别省市：