用于沉积氮化铝层的方法
【技术领域】
[0001]在这里描述一种用于沉积氮化铝层的方法。
【背景技术】
[0002]AlGaN/GaN基半导体被用于诸如发光二极管、激光二极管、光伏太阳能电池以及例如高电子迀移率晶体管的电力器件的各种器件中。
[0003]发光二极管(LED)的基本结构相当于pn半导体二极管，从而两者呈现类似的特性。差异在于用于LED的半导体材料。非发光二极管由硅或者有时由锗或砸制成，然而用于led的半导体材料为III族-V族半导体，通常为镓化合物。
[0004]如果以正向施加电压，则电子从LED的η掺杂侧向ρ掺杂侧迀移，并发射光。所发射的光的波长以及因波长而决定的光的颜色，取决于形成pn结的材料的带隙能量。在硅或锗二极管中，因为硅和锗是间接带隙材料，所以电子和空穴通过不引起光发射的非辐射式跃迀而复合。用于LED的材料具有能量对应于近红外光、可见光或近紫外光的直接带隙。
[0005]LED通常构建在N型基底上，并具有附着于P型层的电极，其中，P型层沉积在N型基底的表面上。虽然比较少见，但也使用P型基底。一些商业化的LED(尤其是GaN/InGaN)使用硅基底。
[0006]GaN和硅基底之间的大的晶格失配可以通过利用多次生长步骤来匹配，以适应晶格应变并且能够生长高质量的GaN膜。
[0007]由于AlN和硅基底之间的晶格失配较小，因而可以在基底上沉积中间性的外延生长的AlN层，并将该外延生长的AlN层用作其上能够生长GaN的模板。因此，AlN缓冲层的应用可以用来克服MOCVD工艺所需要的富有挑战性的成核步骤，从而在诸如硅的各种基底上生长GaN。
[0008]US 6, 391, 748 BI公开了一种外延膜形成方法，该方法能够通过分子束外延生长在硅基底上制造氮化铝层。通过如下步骤来开始生长AlN层:使硅基底经受氨的背景，然后反复地交替(I)不具有氨的Al和(2)不具有Al的氨的流量。在AlN充分覆盖硅结构的表面之后，再使晶片经受同时施加的氨和铝的流量，以使外延生长过程继续进行。这一过程使得籍由分子束外延生长设备中的背景氮水平而形成的非晶氮化硅(SiNx)化合物在基底的表面上的形成最小化。对于形成高质量的AlN而言，需要无非晶氮化硅的表面。
[0009]然而，反复提供交替的流量是非常耗时的，并且为了创建MBE工艺所必需的超高真空而付出的努力是极大的。为了实现比大气压力的10_12还要小的压力，该方法需要数个真空泵长时间地进行抽吸。此外，该方法仅能同时处理一个晶片，并且晶片每小时仅生长大约I微米。
[0010]因此，期望能够在硅基底上沉积氮化铝层的其它方法。
【发明内容】
[0011]提供了一种用于在硅基底上沉积氮化铝半导体层的方法，所述方法包括:提供硅基底；将基底放置在真空室中；通过蚀刻来调整基底的表面，并提供调整的表面；将基底加热到温度T1;在氩的气氛下通过溅射法在基底的调整的表面上沉积铝膜；在氮和氩的气氛下通过溅射法在铝膜上沉积外延的氮化铝层。
[0012]已发现提供调整的表面的蚀刻工艺和在该调整的表面上沉积铝膜的组合有助于形成基本上Al封端的硅基底。可提供此特征的一种可能的机制可能在于:在蚀刻步骤之后形成了 Al封端的调整的基底，这增进了沉积到该Al封端的基底表面上的N-面极性的氮化铝半导体层的形成。
[0013]在实施例中，调整基底的表面的步骤包括在真空下对表面进行等离子体软蚀刻。等离子体软蚀刻可以包括:将基底加热到温度T2;向真空室中引入氩气；以及使基底的表面经受等离子体。温度T2可以在35°C至70°C的范围内，例如，50°C。在实施例中，利用包括Ar+离子的RF等离子体在2X 10 _4mbar至8X 10_4mbar的压力下执行等离子体软蚀刻。例如，可以使用50W的RF功率。
[0014]执行等离子体软蚀刻的温度T2可以小于基底的沉积铝膜的温度1\。T1可以在650°C至800°C的范围内。
[0015]在实施例中，硅基底为〈111〉硅基底。已经显示出，可以使用硅基底的〈111〉方向来增进六边形AlN的外延生长。
[0016]在实施例中，调整基底的表面的步骤包括:代替表面的等离子体软蚀刻，或者除了表面的等离子体软蚀刻之外，对表面进行化学蚀刻。
[0017]在蚀刻之后，调整的硅表面可以无天然氧化物。蚀刻可以包括从基底优先地去除化学键合的氧，以在硅基底上提供基本上Si封端的表面。
[0018]在实施例中，所述方法还包括:在将基底加热到温度T1的同时，使氩(Ar)气在基底上方流动。这可以帮助防止污染物的累积，例如，防止在调整的表面上沉积铝膜之前污染物累积在调整的表面上。
[0019]可以在诸如集群工具(cluster tool)的多室系统中执行在此描述的多个实施例中的任何一个实施例的方法。在这种情况下，可以在第一真空室中执行调整，并在不同的第二真空室中执行铝膜的沉积和氮化铝膜层的沉积。可以通过同样在真空下的传送室在第一室和第二室之间传送基底。
[0020]在调整之后，所述方法还可以包括降低真空室中的压力。这可以用来清洁真空室。还可以在调整之前和/或在沉积之前，降低室中的压力，以清洁真空室。
[0021]溅射工艺可以是RF磁控溅射、DC溅射或脉冲DC溅射。
[0022]在实施例中，通过DC溅射向基底的调整的表面上沉积铝膜。靶可以是铝靶，处理气体可以包括氩。在从铝靶的DC溅射的情况下，可以使用DC电源作为针对靶的电源。在实施例中，使用100W的DC功率将铝膜溅射到调整的表面上。
[0023]在实施例中，通过反应溅射在铝膜上沉积氮化铝层。靶可以是铝靶，处理气体可以包括氮，并且可选择地包括氩。处理气体中的氮与从靶去除或溅射的铝反应，从而在铝膜上形成氮化铝层。在从导电靶的反应溅射的情况下，可以使用DC电源作为针对靶的电源。在实施例中，使用1.0kff至3kW的DC功率将氮化铝层溅射到调整的表面上。
[0024]在实施例中，通过RF溅射在铝膜上沉积氮化铝层。如果靶是非导电性的，则可以使用RF溅射。例如，靶可以包括将被沉积到铝膜上的氮化铝。在该实施例中，处理气体可以是诸如氩的惰性气体。
[0025]在沉积氮化铝层之后，可以主动冷却基底。可以使用主动冷却，以在基底冷却下来的同时有助于减小基底上的热应力。
【附图说明】
[0026]现在，将参照附图描述实施例。
[0027]图1示出包括若干个独立的处理站的半导体制造工具的示意图。
[0028]图2示出用于在基底上沉积铝膜和氮化铝层的装置。
【具体实施方式】
[0029]—种用于在硅基底上制造外延生长的AlN层的示例性方法包括:提供〈111〉硅基底和在真空环境中对该硅基底的至少一个表面提供等离子体软蚀刻。可选择地，在等离子体软蚀刻之后，可以使洁净后的基底表面暴露于氮气。在将基底保持在650°C以上的温度的同时，在氩的气氛中溅射铝膜。在此之后，在铝膜上溅射氮化铝层。
[0030]可以在半导体制造工具中执行在此描述的方法，该半导体制造工具包括附着于公共传送模块的若干个独立的处理站。图1示出合适的半导体制造工具10的示意图，半导体制造工具10具有四个独立的处理站11、12、13和14、公共传送模块15以及加载锁16，加载锁16提供通向外界的接口。这样的传送模块15为优选处于真空条件下并包括能够在可评估的加载锁16与处理站11、12、13和14之间传送基底的操作系统的壳体。处理站11、12、13和14可以具有使它们与公共传送模块15隔离的阀，以避免交叉污染。处理站11、12、13和14、公共传送模块15和加载锁16的这种布置作为集群工具在本领域中是已知的。处理室11、12、13和14可以根据将被执行的工艺来配备，并且可以包括提供对基底进行诸如清洁、加热、辐射、沉积和蚀刻等的各种处理。
[0031]处理站11中的一个用于调整硅基底，另一个处理站12用于通过溅射向调整的表面上沉积铝膜并随后通过反应溅射向铝膜上沉积氮化铝层。
[0032]处理站11包括RF电源17，其中，RF电源17用于产生包括Ar+离子的RF等离子体18，Ar+离子用于对硅基底进行等离子体软蚀刻并产生可以无天然氧化物的调整的表面。
[0033]为了对基底的表面进行调整，将基底放置在处理站11中，抽吸真空室并使基底的温度上升至例如50°C左右。引入氩气流量并接通RF电源，以在基