專利名稱：一種在硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別指氮化鋁外延膜的外延生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
在氮化物中，氮化鋁(AlN)占有重要位置。它與氮化鎵(GaN)等III族氮化物一起在短波長(zhǎng)發(fā)光二極管(LED)、高溫微電子器件及微波器件如高電子遷移率晶體管(HEMT)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。此外由于AlN自身的獨(dú)特性質(zhì)，如很高的聲表面波速度、負(fù)電子親和勢(shì)等，使得其在聲表面波器件，場(chǎng)發(fā)射陰極等應(yīng)用方面有著許多潛在的優(yōu)勢(shì)。一般來說，AlN外延生長(zhǎng)常用的襯底是藍(lán)寶石襯底，但是由于藍(lán)寶石的熱導(dǎo)率很低，絕緣性差，嚴(yán)重的限制了相應(yīng)的器件工藝。利用Si襯底來外延生長(zhǎng)AlN材料，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在價(jià)格低、晶體質(zhì)量好，技術(shù)成熟、易解理、易切割，適合大批量生產(chǎn)，并可將氮化物為基礎(chǔ)的光電子、微波器件和成熟的硅(Si)基微電子技術(shù)相集成，對(duì)于降低成本有著十分重要的意義。
在本發(fā)明以前，經(jīng)常采用的AlN材料的生長(zhǎng)方法是用MOCVD(金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積)或MBE方法在襯底上直接進(jìn)行AlN生長(zhǎng)。但是由于Si和AlN之間的晶格失配和熱膨脹系數(shù)失配都很大，導(dǎo)致AlN層的晶體質(zhì)量很差，而且表面粗糙不平，極大地影響了器件的性能。
本發(fā)明一種在硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁的方法，其特征在于，包括如下步驟先將襯底升溫進(jìn)行高溫除氣，在升溫過程中一直開著In爐以防止在襯底表面形成SiNx；該襯底的材料是硅；再將襯底降溫，關(guān)閉銦爐，開啟鋁爐5～30秒，在襯底表面覆蓋幾個(gè)單原子層的鋁；最后在此溫度下，保持鋁爐處于開啟狀態(tài)，再開銦爐，通入氨氣，開始氮化鋁的生長(zhǎng)。
其中所述的將襯底升溫，其溫度為820℃～860℃，在升溫過程中一直開著In爐以防止在襯底表面形成SiNx。
其中所述的將襯底降溫后，關(guān)閉In爐后，開啟Al爐5～30秒，在襯底表面覆蓋幾個(gè)單原子層的Al。
其中所述的氮化鋁的生長(zhǎng)，保持Al爐處于開啟狀態(tài)，再開In爐，通入氨氣的流量為50～100sccm。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的描述，其中圖1是本發(fā)明的AlN材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的AlN生長(zhǎng)過程示意圖。
圖3是本發(fā)明的AlN材料雙晶X射線θ-2θ測(cè)試結(jié)果。
圖4是未用In作為表面活性劑時(shí)獲得的AlN材料表面粗糙度RMS測(cè)試結(jié)果。
圖5是本發(fā)明的用In作為表面活性劑時(shí)的AlN材料表面粗糙度RMS測(cè)試結(jié)果。
圖6是本發(fā)明的AlN材料雙晶X射線搖擺曲線半峰寬測(cè)試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1、圖2所示，本發(fā)明一種在硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁的方法，包括如下步驟先將襯底1升溫進(jìn)行高溫除氣，其中所述的將襯底硅升溫，其溫度為820℃～860℃；該襯底1的材料是硅；在升溫過程中一直開著In爐以防止在襯底表面形成SiNx。
再將襯底1降溫，關(guān)閉銦爐，開啟鋁爐5～30秒，在襯底1表面覆蓋幾個(gè)單原子層的鋁；其中所述的將襯底降溫，關(guān)閉In爐后，開啟Al爐5～30秒，在襯底表面覆蓋幾個(gè)單原子層的Al。
最后在此溫度下，開始氮化鋁2的生長(zhǎng)；其中所述的氮化鋁2的生長(zhǎng)時(shí)，保持鋁爐處于開啟狀態(tài)，再開銦爐，通入氨氣，其中氨氣的流量為50～100sccm。
本發(fā)明關(guān)鍵在于在硅襯底1升溫除氣和在AlN的生長(zhǎng)過程中一直開著In爐，在硅襯底1升溫除氣中開著In爐可以防止在襯底表面形成SiNx，而AlN的生長(zhǎng)過程中一直開著In爐是由于In原子可以起表面活性劑的作用，從而提高了Al原子在氮化鋁2生長(zhǎng)過程中的遷移能力，從而得到高質(zhì)量且表面平整的氮化鋁材料。
實(shí)施例請(qǐng)結(jié)合參閱圖1、圖2。
(1)先將襯底1升溫至840℃進(jìn)行高溫除氣，在襯底1升溫過程中一直開著In爐以防止在襯底表面形成SiNx。該襯底1的材料是硅。
(2)再將襯底1降溫至800，關(guān)閉In爐，開啟Al爐20秒，在襯底1表面覆蓋幾個(gè)單原子層的Al。
(3)最后在此溫度下，保持Al爐處于開啟狀態(tài)，再開In爐，通入NH3氣，開始氮化鋁2(AlN)的生長(zhǎng)，其中NH3的流量為75sccm。
對(duì)由以上步驟獲得的樣品進(jìn)行測(cè)試分析，用此生長(zhǎng)方法(圖1、圖2)獲得的氮化鋁2為高質(zhì)量氮化鋁材料；獲得的AlN材料雙晶X射線θ-2θ測(cè)試結(jié)果(圖3)；未使用In作為表面活性劑時(shí)獲得的AlN材料表面粗糙度RMS為4.1nm(圖4)，而以In作為表面活性劑時(shí)獲得的AlN材料表面粗糙度RMS為0.6nm(圖5)；AlN材料X射線搖擺曲線半峰寬小于30arcmin(圖6)。
權(quán)利要求
1.一種在硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁的方法，其特征在于，包括如下步驟先將襯底升溫進(jìn)行高溫除氣，在升溫過程中一直開著In爐以防止在襯底表面形成SiNx；再將襯底降溫，關(guān)閉銦爐，開啟鋁爐5～30秒，在襯底表面覆蓋幾個(gè)單原子層的鋁；最后在此溫度下，保持鋁爐處于開啟狀態(tài)，再開銦爐，通入氨氣體，開始氮化鋁的生長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁的方法，其特征在于，其中所述的襯底的材料是硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁的方法，其特征在于，其中所述的將襯底升溫，其溫度為820℃～860℃，在升溫過程中一直開著In爐以防止在襯底表面形成SiNx。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁的方法，其特征在于，關(guān)閉In爐后，開啟Al爐5～30秒，在襯底表面覆蓋幾個(gè)單原子層的Al。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁的方法，其特征在于，保持Al爐處于開啟狀態(tài)，再開In爐，通入氨氣的流量為50～100sccm。
全文摘要
一種在硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁的方法，其特征在于，包括如下步驟先將襯底升溫進(jìn)行高溫除氣，在升溫過程中一直開著In爐以防止在襯底表面形成SiN
文檔編號(hào)H01L21/20GK1707753SQ20041004794
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月11日
發(fā)明者張南紅, 王曉亮, 曾一平, 肖紅領(lǐng), 王軍喜, 劉宏新, 李晉閩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所