一種MOCVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體材料制造領域，涉及高質量的半導體器件外延生長技術，具體為一種 MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n,金屬有機化合物化學氣相沉淀)中突變式沖擊氣流在線生長31凡掩膜層的方法。
【背景技術】
[0002]由于半導體襯底(S1、藍寶石等)與GaN外延層有不同的晶格失配和熱膨脹系數(shù)，生長后在外延層會產生內應力。在某些領域，外延層中的應力場不同程度地影響或者制約著器件的性能。異質外延的應力場成為半導體領域的困擾問題之一。目前，科學研究者通過不同的途徑進行應力釋放，也取得了突破性的進展。其中在線生長SiNx掩膜層是一種高效消除應力場的技術，同時它還可以阻隔位錯再次實現(xiàn)側向外延技術進一步提高晶體質量。然而當前的在線生長SiNx掩膜層的方案都是基于M0CVD需要穩(wěn)定的氣流的前提下調節(jié)，主要通過改變溫度，壓強以及源流量比例來實現(xiàn)。但實際上在線生長SiNx掩膜層是一層非連續(xù)或者完整的薄膜，原理上它需要預留出下層外延層成為上層外延的生長窗口，疏松的結構對應力釋放有著更大的好處。所以本發(fā)明從SiNx掩膜層功能本質出發(fā)，打破M0CVD生長時需要穩(wěn)定氣流的常規(guī)，設計出一種新的在線生長SiNx掩膜層方案。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明提供一種M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長31凡掩膜層的方法。其打破了M0CVD外延生長需要穩(wěn)定氣流的技術特征，采用一種突變式沖擊氣流的生長方式，開發(fā)出一種M0CVD中在線生長SiNx掩膜層的方法。本發(fā)明利用M0CVD中多管道進入反應腔的系統(tǒng)，通過對SiNx掩膜層生長階段的不同流量的管道開關控制，實現(xiàn)進入M0CVD反應腔的突變沖擊氣流，從而生長出更能提高晶體質量，緩沖或釋放異質材料生長應力的SiNx掩膜層。
[0004]圖1所示為標準的M0CVD反應腔進氣示意圖，1為反應室，2，9分別為III族和V族進氣總管道，本發(fā)明的原理就是通過調節(jié)兩個總進氣管道的上游管道開關，使得反應室內氣體量發(fā)生10%以上的突變波動，并較長時間內保持這種氣流沖擊，在此變化期間進行SiNx掩膜層生長。
[0005]本發(fā)明提供的解決方案如下:
[0006]一種M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，M0CVD反應腔中突變導致非穩(wěn)定氣流環(huán)境下在線生長SiNx掩膜層。
[0007]所述的M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，進入M0CVD反應腔的氣體波動大于10%。
[0008]所述的M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，通過調節(jié)M0CVD反應腔兩個總進氣管道的上游不同進氣管道開關來實現(xiàn)非穩(wěn)定氣流。
[0009]所述的M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，利用M0CVD反應腔中多管道進入反應腔的系統(tǒng)，通過對SiNx掩膜層生長階段的不同流量的管道開關控制，實現(xiàn)進入MOCVD反應腔的突變沖擊氣流。
[0010]所述的M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，通過調節(jié)M0CVD反應腔的上游進氣管道開關，使得反應室內氣體量發(fā)生10%以上的突變波動，并保持這種氣流沖擊，在此變化期間進行SiNx掩膜層生長。
[0011]通過本發(fā)明，利用沖擊式氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，實現(xiàn)了高質量異質材料上的氮化鎵系薄膜的制備，特別是還能大大減小氮化鎵系材料在異質襯底上的生長應力。從而為異質材料生長氮化鎵制備器件提供了更好的基礎。
【附圖說明】
[0012]圖1為標準的M0CVD反應腔進氣示意圖。
[0013]圖2為SiNx掩膜層材料生長前系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0014]圖3為實施例lSiNx掩膜層材料生長時系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0015]圖4為實施例2SiNx掩膜層材料生長時系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0016]圖5為實施例3SiNx掩膜層材料生長時系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0017]圖例說明:1為反應室，2，9分別為III族和V族進氣總管道；3為51比或載氣管道，4、5為氨氣管道，6、7為載氣管道，8為M0源進氣管道。
[0018]圖2-圖5中，陰影管道表示導通狀態(tài)，白色管道表示關閉狀態(tài)。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020]圖2為SiNx掩膜層材料生長前系統(tǒng)狀態(tài)示意圖，1是反應室，2為V族進氣通道，3為SiH4或載氣管道，4、5為氨氣管道，6、7為載氣管道，8為M0源進氣管道，9為III族進氣通道。陰影管道為導通狀態(tài)。圖3為SiNx掩膜層材料生長時系統(tǒng)狀態(tài)示意圖，白色管道為關閉狀態(tài)。在此實施例中我們是通過直接關閉III族載氣管道來實現(xiàn)突變式沖擊氣流的效果的。
[0021]實施例2
[0022]圖2為SiNx掩膜層材料生長前系統(tǒng)狀態(tài)示意圖，1是反應室，2為V族進氣通道，3為SiH4或載氣管道，4、5為氨氣管道，6、7為載氣管道，8為M0源進氣管道，9為III族進氣通道。陰影管道為導通狀態(tài)。圖4為SiNx掩膜層材料生長時系統(tǒng)狀態(tài)示意圖，白色管道為關閉狀態(tài)。在此實施例中我們是通過直接關閉V族氨氣管道來實現(xiàn)突變式沖擊氣流的效果的。
[0023]實施例3
[0024]圖2為SiNx掩膜層材料生長前系統(tǒng)狀態(tài)示意圖，1是反應室，2為V族進氣通道，3為SiH4或載氣管道，4、5為氨氣管道，6、7為載氣管道，8為M0源進氣管道，9為III族進氣通道。陰影管道為導通狀態(tài)。圖5為SiNx掩膜層材料生長時系統(tǒng)狀態(tài)示意圖，白色管道為關閉狀態(tài)。在此實施例中我們是通過同時關閉III族載氣管道和V族氨氣管道來實現(xiàn)突變式沖擊氣流的效果的。
[0025]在線的SiNx掩膜層是在M0CVD材料生長中一種重要功能層，能大幅提高晶體質量的同時還能實現(xiàn)良好的應力釋放效果，尤其在GaN-0n-Si 1 icon外延中。本發(fā)明提供了突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，打破了 MOCVD生長中氣流穩(wěn)定性的要求，利用突變式沖擊氣流，使得SiNx掩膜層更為零散隨機，從而實現(xiàn)更好的位錯阻隔功能層的效果，也能很好地釋放異質生長中帶來的應力。
【主權項】
1.一種MOCVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，M0CVD反應腔中突變導致非穩(wěn)定氣流環(huán)境下在線生長SiNx掩膜層。2.如權利要求1所述的M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，進入M0CVD反應腔的氣體波動大于10%。3.如權利要求1所述的M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，通過調節(jié)M0CVD反應腔兩個總進氣管道的上游不同進氣管道開關來實現(xiàn)非穩(wěn)定氣流。4.如權利要求1所述的M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，利用M0CVD反應腔中多管道進入反應腔的系統(tǒng)，通過對SiNx掩膜層生長階段的不同流量的管道開關控制，實現(xiàn)進入M0CVD反應腔的突變沖擊氣流。5.如權利要求1所述的M0CVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，通過調節(jié)M0CVD反應腔的上游進氣管道開關，使得反應室內氣體量發(fā)生10%以上的突變波動，并保持這種氣流沖擊，在此變化期間進行SiNx掩膜層生長。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種MOCVD中突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，其特征是，MOCVD反應腔中突變導致非穩(wěn)定氣流環(huán)境下在線生長SiNx掩膜層。在線的SiNx掩膜層是在MOCVD材料生長中一種重要功能層，能大幅提高晶體質量的同時還能實現(xiàn)良好的應力釋放效果，尤其在GaN-On-Silicon外延中。本發(fā)明提供了突變式沖擊氣流在線生長SiNx掩膜層的方法，打破了MOCVD生長中氣流穩(wěn)定性的要求，利用突變式沖擊氣流，使得SiNx掩膜層更為零散隨機，從而實現(xiàn)更好的位錯阻隔功能層的效果，也能很好地釋放異質生長中帶來的應力。
【IPC分類】C23C16/455, C23C16/34, H01L21/02
【公開號】CN105274496
【申請?zhí)枴緾N201410270321
【發(fā)明人】羅睿宏, 吳潔君, 劉南柳, 康香寧, 張國義
【申請人】北京大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年6月17日