制造半导体器件的方法和维护沉积设备的方法
【专利说明】制造半导体器件的方法和维护沉积设备的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]于2014年4月25日在韩国知识产权局提交的标题为“制造半导体器件的方法和维护沉积设备的方法”的韩国专利申请N0.10-2014-0050270以引用方式全文并入本文中。
技术领域
[0003]本公开涉及一种制造半导体器件的方法，例如，涉及一种沉积设备和维护沉积设备的方法以及制造半导体器件的方法。
【背景技术】
[0004]化学气相沉积(CVD)设备是通过化学反应在诸如半导体晶圆之类的目标沉积体上形成薄膜的装置。通过在高温高压条件下将源气体注入处理室中，可通过化学反应生长化合物薄膜。
【发明内容】
[0005]通过提供一种制造半导体器件的方法可实现实施例，所述方法包括步骤:通过将铝(Al)源供应至处理室，在处理室的表面上形成铝化合物膜，所述表面接触处理室中的铝源；在形成铝化合物膜之后，将晶圆布置在设置在处理室中的承受器上；以及在晶圆上形成用于半导体器件的薄膜。
[0006]铝化合物膜的至少一部分可含有与氧结合的化合物。
[0007]铝化合物膜可包含满足AlxInyGa1 x yN的氮化物，其中0<x彡1，0彡y彡I并且O < x+y < I ο
[0008]铝化合物膜可包含氮化铝(AlN)。
[0009]可在约1000°C至约1200°C的温度范围内执行形成铝化合物膜的步骤。
[0010]形成招化合物膜的步骤可包括:在约10 μ mol至约1000 μ mol的流率和约60托至约500托的室压强的条件下将铝源供应至处理室的内部。
[0011]铝化合物膜可为含铝氮化物膜，并且形成铝化合物膜的步骤包括将氮源与铝源一起供应至处理室，以与彼此反应。
[0012]氮源可供应为与队和H 2中的至少一种混合的气体。
[0013]含铝氮化物膜的厚度可为I μπι或更大。
[0014]形成用于半导体器件的薄膜的步骤可包括生长用于氮化物半导体器件的半导体层合物。
[0015]半导体层合物可包括掺有P型掺杂物的氮化物半导体材料。
[0016]半导体器件可为氮化物半导体发光器件。
[0017]铝源可通过供应P型掺杂物所经过的通道来供应。
[0018]接触铝源的表面可包括处理室的内壁和设为用于铝源的通道的表面。
[0019]处理室可包括喷头型源喷洒结构，并且接触铝源的表面可包括设为源喷洒结构的通道的表面。
[0020]通过提供一种维护沉积设备的方法可实现实施例，该方法包括步骤:在停止沉积处理并从处理室取出晶圆之后排空处理室；以及将铝源和氮源供应至处理室的内部。
[0021]所述方法还可包括:在排空处理室之前将处理室的内部暴露于外部气氛中。在排空处理室之后，氧或氧反应物可残留在处理室内。
[0022]供应至处理室的铝源可形成与残留的氧或氧反应物键合的氮化铝。
[0023]通过提供一种制造半导体器件的方法可实现实施例，所述方法包括步骤:切断用于沉积处理的源气体至处理室的内部的供应；从处理室取出第一晶圆；在取出第一晶圆之后，在处理室的接触源气体的表面上形成铝化合物膜；在形成铝化合物膜之后，将第二晶圆装载到处理室中；以及恢复源气体的供应并在第二晶圆上沉积用于半导体器件的薄膜。
[0024]在切断源气体的供应之前，可多次执行用于半导体器件的沉积处理的处理周期。
[0025]通过提供一种沉积设备可实现实施例，该沉积设备包括:处理室，其具有内部空间；承受器，其安装在处理室的内部空间中，并且设有至少一个袋部分以包括布置在其中的晶圆；加热单元，其加热承受器；以及室盖，其在处理室的上部中，并设有供应源气体的至少一个入口，至少处理室的内壁表面和所述入口的表面设有布置在其上的铝化合物膜。
[0026]铝化合物膜的至少一部分可包括与氧结合的化合物。
[0027]铝化合物膜可包括布置在所述内壁表面上的氧化铝和布置在氧化铝上的氮化铝。
[0028]沉积设备还可包括喷头型源喷洒结构，以分配源气体。
[0029]铝化合物膜可在设为喷头型源喷洒结构的通道的表面上。
[0030]通过提供一种制备用于制造半导体器件的处理室的方法可实现实施例，该方法包括:排空将要执行沉积处理的处理室的内部；以及在排空处理室之后，将铝源供应至处理室的内部，供应至处理室的内部的铝源形成与处理室内残余的杂质键合的铝化合物。
【附图说明】
[0031]通过参照附图详细描述示例性实施例，对于本领域技术人员而言特征将变得清楚，图中:
[0032]图1示出了根据本公开的示例性实施例的半导体器件制造工艺的流程图；
[0033]图2示出了本公开中使用的薄膜沉积设备的示例的示意图；
[0034]图3示出了在图2所示的薄膜沉积设备中使用的承受器的示例的平面图；
[0035]图4示出了图2所示的薄膜沉积设备的局部放大图；
[0036]图5示出了作为根据本公开的示例性实施例的半导体器件而制造的氮化物半导体器件的示例的剖视图；
[0037]图6示出了制造氮化物半导体发光器件的方法的示例的工艺流程图；
[0038]图7示出了图6所示的制造氮化物半导体发光器件的方法中的缓冲结构形成工艺的示例的工艺流程图；
[0039]图8至图11示出了根据各个示例的缓冲层和应力补偿层的剖视图；
[0040]图12示出了作为半导体器件的另一示例的纳米结构半导体发光器件的侧剖视图；
[0041]图13示出了图12所示的纳米结构半导体发光器件中使用的纳米核的示意性立体图；
[0042]图14A至图14E示出了制造纳米结构半导体发光器件的方法的示例的工艺的剖视图；
[0043]图15A和图15B示出了提供开口形状的各个示例的掩模的平面图；
[0044]图16A和图16B示出了提供开口形状的各个示例的掩模的侧剖视图；
[0045]图17A和图17B示出了应用于图14D的工艺的热处理的示意图；
[0046]图18示出了根据本公开的示例性实施例的维护化学气相沉积设备的方法的流程图；
[0047]图19A和图19B示出了基于比较例的在设备维护之前和之后制造的氮化物半导体发光器件的操作电压和光的输出的比较的曲线图；
[0048]图20A和图20B示出了基于比较例的在设备维护之后制造的氮化物半导体发光器件的P型氮化物半导体中的掺杂量的分布的曲线图；
[0049]图21A和图21B示出了基于一个示例的在设备维护之前和之后制造的氮化物半导体发光器件的操作电压和光的输出的比较的曲线图；
[0050]图22示出了基于一个示例的在设备维护之前和之后制造的氮化物半导体发光器件的发射波长的比较的曲线图；以及
[0051]图23示出了根据本公开的示例性实施例的制造半导体器件的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0052]现在将在下文中参照附图更完全地描述示例实施例；然而，它们可按照不同形式实现，并且不应理解为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开将是透彻和完整的，并且将把示例性实施方式完全地传达给本领域技术人员。
[0053]还应该理解，当一层或一个元件被称作“在”另一层或衬底“上”时，其可直接在所述另一层或衬底上，或者也可存在中间层。此外，还应该理解，当一层被称作“在”另一层“之下”时，其可直接在所述另一层之下，或者还可存在一个或多个中间层。另外，还应该理解，当一层被称作“在”两层“之间”时，其可为所述两层之间的唯一层，或者还可存在一个或多个中间层。
[0054]现在将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。
[0055]然而，本公开可按照许多不同形式例示，并且不应理解为限于本文阐述的特定实施例。此外，提供这些实施例以使得本公开将是透彻和完整的，并且将把本公开的范围完全地传达给本领域技术人员。
[0056]在附图中，为了清楚起见，可夸大元件的形状和尺寸，并且相同的附图标记将始终用于指代相同或相似的元件。
[0057]虽然可能未示出某个(某些)剖视图的对应的平面图和/或立体图，但是本文示出的器件结构的剖视图为沿着两个不同的方向(如平面图中所示)和/或沿着三个不同的方向(如立体图中所示)延伸的多个器件结构提供支持。所述两个不同方向可以或可以不彼此正交。所述三个不同方向可包括可以与所述两个不同方向正交的第三方向。所述多个器件结构可集成在同一电子装置中。例如，当在剖视图中示出器件结构(例如，存储器单元结构或晶体管结构)时，电子装置可包括多个所述器件结构(例如，存储器单元结构或晶体管结构)，如将通过电子装置的平面图示出的那样。所述多个器件结构可按照阵列和/或按照二维图案排列。
[0058]图1示出了根据本公开的示例性实施例的半导体器件制造工艺的流程图。
[0059]参照图1，根据本公开的示例性实施例的制造半导体器件的工艺可包括将铝(Al)源供应至处理室的初始操作(S12)。
[0060]在根据本公开的示例性实施例的制造半导体器件的工艺中供应的铝源可在与包含铝源的流动气体接触的表面上形成铝化合物膜。该铝化合物膜可被提供作为抵抗残留在处理室中的不期望的杂质的钝化膜。残余杂质会不必要地与在后续沉积处理中引入的源气体或其反应材料进行化学反应，并且会影响沉积的薄膜特性。
[0061]与流动源气体接触的表面可包括设为气体在其上流动的通道的表面以及处理室的内壁，并且可减小这种影响。这一点将参照图2和图4所示的沉积设备来详细描述。
[0062]例如，铝化合物膜可包含满足经验式AlxInyGa1 xyN(0 < x彡1，0彡y彡1，0< x+y ( D的氮化物。铝化合物膜可由氮化铝(AlN)形成。
[0063]可使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺制造氮化物半导体器件。可不布置用于铝化合物膜的单独的源和供应设备，例如，可使用在沉积处理中使用的铝源和氮源。例如，在MOCVD工艺中用作铝源的三甲基铝(TMAl)、以及诸如順3之类的作为氮源的含氮气体可用于形成诸如AlN之类的含铝氮化物膜。
[0064]作为氮源，与队和H2中的至少一种气体混合的气体可与NH3—起使用。另外，还可使用另一 III族金属源。例如，还可使用诸如三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)之类的镓源和诸如三甲基铟(TMIn)之类的铟(In)源。
[0065]当在例如1000°C或更高的高温下执行沉积处理时，可获得单晶铝化合物膜。例如，可在相对低的温度下执行处理，并且可形成多晶体或非晶态铝化合物膜。例如，可在约1000°C至约1200°C的温度范围内获得单晶铝化合物膜。在执行MOCVD工艺的情况下，可在约10 μ mol至约1000 μ mol的流率和约60托至约500托的室压强的条件下将铝源供应至处理室，该铝源可与诸如氮源之类的不同的源反应，并且可形成铝化合物膜。
[0066]在该工艺中形成的铝化合物膜可为多晶或非晶态膜以及单晶体，并且可为混合有两相或更多相的络合物(complex)。这种铝化合物可具有相对高水平的稳定性，不期望的杂质元素可被钝化，并且可减小或防止例如由于后续沉积处理中的杂质元素造成的不利影响。
[0067]杂质元素可包括例如氧。当处理室的内部暴露于外部空气中时，氧会残留在处理室中，或者其内部表面会被氧化。在将单晶膜沉积在晶圆上的沉积处理之前可供应铝源和氮源，可减小或防止例如由于所述氧而导致的不利影响的发生，并且在处理室的内表面上可形成铝化合物膜。例如，沉积处理可为这样的处理:其中在用于发光器件的晶圆上生长满足经验式AlxInyGa1 x yN(0 < x彡1，O彡y彡1，O < x+y ( I)的氮化物单晶体。在这种沉积处理之前，在利用铝化合物膜的钝化处理中，在处理室中存在的氧(O)可与Al组分键合，可将在后续工艺中会产生不利作用的氧钝化，并且诸如AlN之类的铝化合物膜中的至少一部分可包含与氧键合的产物材料。
[0068]在形成铝化合物之后，可执行在单晶薄膜沉积处理中需要的一系列处理。首先，在S14中，可在设置于处理室中的承受器上布置晶圆，并且在后续操作S16中，可将用于半导体器件的薄膜形成在晶圆上。
[0069]根据待沉积的薄膜，可选择和布置合适的晶圆。例如，当沉积氮化物薄膜时，可执行MOCVD工艺。可利用选自蓝宝石、SiC, S1、MgAl204、MgO、LiAlO2, LiGaOjP GaN的材料形成晶圆。沉积在晶圆上的膜可为满足AlxInyGa1 xyN(O ^ x < I, O ^ y < I, O ^ x+y < I)的氮化物半导体。沉积的膜可由多层薄膜构成，例如，可为用于氮化物半导体器件的半导体层合物。例如，对于氮化物半导体器件，将参照图5来详细描述被构造为包括氮化物半导体的发光器件的堆叠结构。
[0070]可将特定导电性P型或η型掺杂物加至半导体层合物的层的一部分。作为P型掺杂物，可使用镁(Mg)，而作为η型掺杂物，可使用娃(Si)。例如，在MOCVD工艺中，作为用于P型掺杂物的镁气体，可使用双(环戊二烯基)镁(Cp2Mg或(C5H5)2Mg),而作为用于η型掺杂物的硅(Si)气体，可使用硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)气体。
[0071]在用于氮化物半导体器件的沉积处理的情况下，在先前操作S12中形成的铝化合物膜可有助于使P型氮化物半导体层的形成工艺稳定。当供应用于P型掺杂物的含镁气体时，残留在处理室中的氧会与Mg键合，这会干扰氮化物半导体层中的活化。在本公开的示例性实施例中，可通过在沉积处理之前形成铝化合物膜将残留的氧钝化，并且可减小或防止不利影响。
[0072]图2示出了作为在本公开