一种MOCVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体材料制造领域，涉及高质量的半导体器件外延生长技术，具体为一种 MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n,金属有机化合物化学气相沉淀)中突变式冲击气流在线生长31凡掩膜层的方法。
【背景技术】
[0002]由于半导体衬底(S1、蓝宝石等)与GaN外延层有不同的晶格失配和热膨胀系数，生长后在外延层会产生内应力。在某些领域，外延层中的应力场不同程度地影响或者制约着器件的性能。异质外延的应力场成为半导体领域的困扰问题之一。目前，科学研究者通过不同的途径进行应力释放，也取得了突破性的进展。其中在线生长SiNx掩膜层是一种高效消除应力场的技术，同时它还可以阻隔位错再次实现侧向外延技术进一步提高晶体质量。然而当前的在线生长SiNx掩膜层的方案都是基于M0CVD需要稳定的气流的前提下调节，主要通过改变温度，压强以及源流量比例来实现。但实际上在线生长SiNx掩膜层是一层非连续或者完整的薄膜，原理上它需要预留出下层外延层成为上层外延的生长窗口，疏松的结构对应力释放有着更大的好处。所以本发明从SiNx掩膜层功能本质出发，打破M0CVD生长时需要稳定气流的常规，设计出一种新的在线生长SiNx掩膜层方案。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种M0CVD中突变式冲击气流在线生长31凡掩膜层的方法。其打破了M0CVD外延生长需要稳定气流的技术特征，采用一种突变式冲击气流的生长方式，开发出一种M0CVD中在线生长SiNx掩膜层的方法。本发明利用M0CVD中多管道进入反应腔的系统，通过对SiNx掩膜层生长阶段的不同流量的管道开关控制，实现进入M0CVD反应腔的突变冲击气流，从而生长出更能提高晶体质量，缓冲或释放异质材料生长应力的SiNx掩膜层。
[0004]图1所示为标准的M0CVD反应腔进气示意图，1为反应室，2，9分别为III族和V族进气总管道，本发明的原理就是通过调节两个总进气管道的上游管道开关，使得反应室内气体量发生10%以上的突变波动，并较长时间内保持这种气流冲击，在此变化期间进行SiNx掩膜层生长。
[0005]本发明提供的解决方案如下:
[0006]一种M0CVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，M0CVD反应腔中突变导致非稳定气流环境下在线生长SiNx掩膜层。
[0007]所述的M0CVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，进入M0CVD反应腔的气体波动大于10%。
[0008]所述的M0CVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，通过调节M0CVD反应腔两个总进气管道的上游不同进气管道开关来实现非稳定气流。
[0009]所述的M0CVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，利用M0CVD反应腔中多管道进入反应腔的系统，通过对SiNx掩膜层生长阶段的不同流量的管道开关控制，实现进入MOCVD反应腔的突变冲击气流。
[0010]所述的M0CVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，通过调节M0CVD反应腔的上游进气管道开关，使得反应室内气体量发生10%以上的突变波动，并保持这种气流冲击，在此变化期间进行SiNx掩膜层生长。
[0011]通过本发明，利用冲击式气流在线生长SiNx掩膜层的方法，实现了高质量异质材料上的氮化镓系薄膜的制备，特别是还能大大减小氮化镓系材料在异质衬底上的生长应力。从而为异质材料生长氮化镓制备器件提供了更好的基础。
【附图说明】
[0012]图1为标准的M0CVD反应腔进气示意图。
[0013]图2为SiNx掩膜层材料生长前系统状态示意图。
[0014]图3为实施例lSiNx掩膜层材料生长时系统状态示意图。
[0015]图4为实施例2SiNx掩膜层材料生长时系统状态示意图。
[0016]图5为实施例3SiNx掩膜层材料生长时系统状态示意图。
[0017]图例说明:1为反应室，2，9分别为III族和V族进气总管道；3为51比或载气管道，4、5为氨气管道，6、7为载气管道，8为M0源进气管道。
[0018]图2-图5中，阴影管道表示导通状态，白色管道表示关闭状态。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
[0020]图2为SiNx掩膜层材料生长前系统状态示意图，1是反应室，2为V族进气通道，3为SiH4或载气管道，4、5为氨气管道，6、7为载气管道，8为M0源进气管道，9为III族进气通道。阴影管道为导通状态。图3为SiNx掩膜层材料生长时系统状态示意图，白色管道为关闭状态。在此实施例中我们是通过直接关闭III族载气管道来实现突变式冲击气流的效果的。
[0021]实施例2
[0022]图2为SiNx掩膜层材料生长前系统状态示意图，1是反应室，2为V族进气通道，3为SiH4或载气管道，4、5为氨气管道，6、7为载气管道，8为M0源进气管道，9为III族进气通道。阴影管道为导通状态。图4为SiNx掩膜层材料生长时系统状态示意图，白色管道为关闭状态。在此实施例中我们是通过直接关闭V族氨气管道来实现突变式冲击气流的效果的。
[0023]实施例3
[0024]图2为SiNx掩膜层材料生长前系统状态示意图，1是反应室，2为V族进气通道，3为SiH4或载气管道，4、5为氨气管道，6、7为载气管道，8为M0源进气管道，9为III族进气通道。阴影管道为导通状态。图5为SiNx掩膜层材料生长时系统状态示意图，白色管道为关闭状态。在此实施例中我们是通过同时关闭III族载气管道和V族氨气管道来实现突变式冲击气流的效果的。
[0025]在线的SiNx掩膜层是在M0CVD材料生长中一种重要功能层，能大幅提高晶体质量的同时还能实现良好的应力释放效果，尤其在GaN-0n-Si 1 icon外延中。本发明提供了突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，打破了 MOCVD生长中气流稳定性的要求，利用突变式冲击气流，使得SiNx掩膜层更为零散随机，从而实现更好的位错阻隔功能层的效果，也能很好地释放异质生长中带来的应力。
【主权项】
1.一种MOCVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，M0CVD反应腔中突变导致非稳定气流环境下在线生长SiNx掩膜层。2.如权利要求1所述的M0CVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，进入M0CVD反应腔的气体波动大于10%。3.如权利要求1所述的M0CVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，通过调节M0CVD反应腔两个总进气管道的上游不同进气管道开关来实现非稳定气流。4.如权利要求1所述的M0CVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，利用M0CVD反应腔中多管道进入反应腔的系统，通过对SiNx掩膜层生长阶段的不同流量的管道开关控制，实现进入M0CVD反应腔的突变冲击气流。5.如权利要求1所述的M0CVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，通过调节M0CVD反应腔的上游进气管道开关，使得反应室内气体量发生10%以上的突变波动，并保持这种气流冲击，在此变化期间进行SiNx掩膜层生长。
【专利摘要】本发明提供一种MOCVD中突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，其特征是，MOCVD反应腔中突变导致非稳定气流环境下在线生长SiNx掩膜层。在线的SiNx掩膜层是在MOCVD材料生长中一种重要功能层，能大幅提高晶体质量的同时还能实现良好的应力释放效果，尤其在GaN-On-Silicon外延中。本发明提供了突变式冲击气流在线生长SiNx掩膜层的方法，打破了MOCVD生长中气流稳定性的要求，利用突变式冲击气流，使得SiNx掩膜层更为零散随机，从而实现更好的位错阻隔功能层的效果，也能很好地释放异质生长中带来的应力。
【IPC分类】C23C16/455, C23C16/34, H01L21/02
【公开号】CN105274496
【申请号】CN201410270321
【发明人】罗睿宏, 吴洁君, 刘南柳, 康香宁, 张国义
【申请人】北京大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年6月17日