用于led制造的pvd緩沖層的制作方法
【專利摘要】描述利用物理氣相沉積(PVD)形成的氮化鋁緩沖層來制造氮化鎵基發(fā)光裝置。亦描述用于PVD AlN緩沖層的工藝條件。亦描述用于PVD氮化鋁緩沖層的基板預處理。在一實例中，制造緩沖層于基板上的方法包含預處理基板表面。所述方法亦包含隨后利用氮基氣體或等離子體從安置在物理氣相沉積(PVD)腔室內的含鋁靶材反應濺射氮化鋁(AlN)層至基板表面上。
【專利說明】用于LED制造的PVD緩沖層
[0001] 相關申請案的交叉引用
[0002] 本申請案要求享有于2012年4月26日申請的美國臨時專利申請案第61/638, 893 號的權益，將所述臨時專利申請案的全部內容以引用方式并入本文中。
【技術領域】
[0003] 本發(fā)明的實施例涉及III族氮化物材料，且尤其涉及利用物理氣相沉積（PVD)形 成的氮化鋁緩沖層來制造氮化鎵基發(fā)光二極管（LED)。
【背景技術】
[0004] III-V族材料在半導體和相關產業(yè)，例如發(fā)光二極管（LED)中起越來越重要的作 用。通常，難以在不形成缺陷或裂縫的情況下在異質基板（foreign substrate)上生長或 沉積III-V族材料（稱作異質外延）。例如，在使用依次制造的材料層堆疊的許多應用中， 對選定膜（例如氮化鎵膜）的高質量表面保護不是簡單的。在基板與裝置層之間包含一或 更多緩沖層是一種方式。然而III-V族材料往往易受工藝條件影響，在制造工藝的特定時 期必須小心避免此類條件。然而在許多應用中，避免敏感的III-V族膜與潛在破壞條件相 互作用也不是簡單的。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的實施例涉及利用物理氣相沉積（PVD)形成的氮化鋁緩沖層來制造氮化 鎵基發(fā)光二極管（LED)。
[0006] 在一實施例中，制造緩沖層于基板上的方法包含預處理基板的表面。所述方法亦 包含隨后利用氮基氣體或等離子體從安置在物理氣相沉積（PVD)腔室內的含鋁靶材反應 濺射氮化鋁（A1N)層于基板表面上。
[0007] 在一實施例中，半導體設備包括基板和置于基板上的氮化鋁（A1N)緩沖層，A1N緩 沖層具有粗糙度小于約1納米均方根的原子級平滑表面和在（002)方向的結晶定向，其中 (002)峰的FWHM小于約200弧秒。
[0008] 在一實施例中，制造緩沖層于基板上的方法包括形成預種晶層于基板表面上。所 述方法亦包括利用氮基氣體或等離子體從安置在物理氣相沉積（PVD)腔室內的含鋁靶材 反應濺射氮化鋁（A1N)層于所述預種晶層上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1圖示根據本發(fā)明一或更多實施例的基準（benchmark)群集工具示意圖、基準 LED結構和基準時間對沉積圖。
[0010] 圖2A圖不根據本發(fā)明一實施例的用于LED結構制造的群集工具不意圖和對應的 溫度對時間圖。
[0011] 圖2B圖不根據本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管（LED)結構和對應的時間對沉積圖。
[0012] 圖3A至圖3C圖示根據本發(fā)明一實施例的用于PVD腔室的工藝配件截面圖。
[0013] 圖3D圖示根據本發(fā)明一實施例的用于PVD腔室的功率輸送源截面圖。
[0014] 圖4為根據本發(fā)明一實施例的適合用于制造 III族氮化物材料的M0CVD腔室的示 意截面圖。
[0015] 圖5為根據本發(fā)明一實施例的適合用于制造 III族氮化物材料的HVPE腔室的示 意截面圖。
【具體實施方式】
[0016] 描述利用物理氣相沉積（PVD)形成的氮化鋁緩沖層來制造氮化鎵基發(fā)光二極管 (LED)。以下說明闡述許多特定細節(jié)，比如工藝腔室配置和材料體系，以提供對本發(fā)明實施 例徹底的理解。對本領域技術人員顯而易見的是本發(fā)明的實施例可在沒有這些特定細節(jié)的 情況下被實施。在其他情況中，不詳述諸如特定二極管配置之類的熟知的特征，以免讓本發(fā) 明的實施例變得晦澀難懂。另外，應理解各圖所示各種實施例是示例性說明，而沒有必要地 按比例繪制。此外，本文實施例中可能未明確揭示其他布置和配置，但所述其他布置和配置 仍被視為在本發(fā)明的精神和范圍內。
[0017] LED制造方法能包括在基板與未摻雜和/或摻雜氮化鎵裝置層之間形成氮化鎵緩 沖層。在本文所述的實施例中，氮化鋁緩沖層用來取代基板與未摻雜和摻雜氮化鎵裝置層 之間的此氮化鎵緩沖層。氮化鋁層可通過PVD工藝中的濺射沉積形成。這和通常在金屬有 機氣相沉積（M0CVD)腔室或氫化物氣相外延（HVPE)腔室中執(zhí)行的制造 III族氮化物緩沖 層不相同。氮化鋁層可通過從安置在PVD腔室內的氮化鋁靶材非反應濺射形成，或者替代 地，氮化鋁層可通過從安置在PVD腔室內的鋁靶材反應濺射及與氮基氣體或等離子體反應 來形成。
[0018] 根據一或更多實施例，本文描述用于GaN基裝置的PVD A1N緩沖層的工藝條件。根 據一或更多相同或不同實施例，本文亦描述用于氮化鎵基裝置的PVD氮化鋁緩沖層的基板 預處理。
[0019] 本文所述一或更多實施例能讓用于LED制造的多腔室制造工具有更高產量。另 夕卜，通過包括PVD形成的氮化鋁層來取代氮化鎵緩沖層，可使未摻雜和摻雜氮化鎵裝置層 整體變薄。在特定實例中，未摻雜部分可變薄或完全消除。另外，可在與用于沉積氮化鋁層 的PVD沉積腔室相同的PVD沉積腔室中執(zhí)行接收基板的初步濺射清潔，所述接收基板比如 藍寶石基板。此外，由于PVD氮化鋁層可在低于300°C的溫度下形成，故可減少LED制造的 總體熱預算。相比之下，典型氮化鎵緩沖層在500°C至600°C之間形成。本文所述一或更多 實施例能讓諸如未摻雜和/或η型摻雜氮化鎵之類的材料有更快的沉積速率，例如生長速 率的兩倍。在一些實施例中，因未摻雜和/或η型摻雜氮化鎵層形成于氮化鋁（Α1Ν)緩沖 層上，所述氮化鋁（Α1Ν)緩沖層可為在氮化鋁（Α1Ν)緩沖層上生長的未摻雜和/或η型摻 雜氮化鎵提供較佳的對準晶向和形貌關系，故可達成較快速率。由于許多所述操作在群集 工具原位執(zhí)行，因此本文所述一或更多實施例能免除氧化物移除操作。本文所述一或更多 實施例可通過形成氮化鎵于PVD形成的氮化鋁緩沖層上而能夠改善氮化鎵結晶質量。
[0020] 本發(fā)明的實施例可提供在研究目前描述的系統(tǒng)和方法期間所研發(fā)的對基準系統(tǒng) 或方法的改善。例如，圖1圖示根據本發(fā)明一或更多實施例的基準群集工具示意圖、基準 LED結構和基準時間對沉積圖。
[0021] 參照圖1，基準群集工具100包括未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室 102(M0CVD1 :u-GaN/n-GaN)、多量子阱（MQW)MOCVD 反應腔室 104(M0CVD2 :MQW)和 ρ 型氮化 鎵M0CVD反應腔室106(M0CVD3 :p-GaN)?；鶞嗜杭ぞ?00亦可包括負載鎖定室108、承載 盒110和選擇性附加的未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室112以供大量應用，上述 腔室皆繪于圖1中。
[0022] 基準LED結構120包括各種材料層的堆疊，許多材料層包括III-V族材料。例如， 基準LED結構120包括硅或藍寶石基板122 (基板：藍寶石、Si)、20納米厚的緩沖層124 (LT 緩沖層）和約4微米厚的未摻雜/η型氮化鎵組合層126 (u-GaN/n-GaN)。緩沖層124可以 是以較低處理溫度形成的氮化鎵層。緩沖層124和未摻雜/η型氮化鎵組合層126在基準 群集工具100的未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室102中形成?；鶞蔐ED結構120 亦包括厚度在30納米至500納米的范圍內的MQW結構128。MQW結構128在基準群集工 具100的MQW M0CVD反應腔室104中形成。基準LED結構120亦包括約20納米厚的ρ型 氮化鋁鎵層130 (p-AlGaN)和具有在50納米至200納米的范圍內的厚度的ρ型氮化鎵層 132 (p-GaN)。ρ型氮化鋁鎵層130和ρ型氮化鎵層132在基準群集工具100的ρ型氮化鎵 M0CVD反應腔室106中形成。
[0023] 基準時間對沉積圖140表示基準群集工具100的腔室使用。在MQWM0CVD反應腔 室104中形成MQW結構128的生長時間為約2小時。并且，在ρ型氮化鎵M0CVD反應腔室 106中形成ρ型氮化鋁鎵層130和ρ型氮化鎵層132的生長時間為約1小時。同時，在未 摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室102中形成緩沖層124和未摻雜/η型氮化鎵組合 層126的生長時間為約3. 5小時?？赡苄枰~外的約1小時用于腔室102的腔室清潔。故 總體而言，在基準群集工具100中制造基準LED結構120的周期時間受制于未摻雜和/或 η型氮化鎵M0CVD反應腔室102的周期時間，未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室102 的周期時間是大約4. 5小時。應理解清潔時間可（但未必）包括關機時間、附加清潔時間、 附加恢復時間。亦應理解以上可代表平均值，因為可能不會在每次腔室使用之間都進行清 潔。
[0024] 以下提供如結合圖1所述的用于LED材料沉積的基準時序，所述時序特定關于在 未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室102中形成緩沖層124和未摻雜/η型氮化鎵組 合層126。例如，約3. 5小時的生長時間被分成10分鐘的高溫處理藍寶石基板、5分鐘的低 溫形成緩沖層、10分鐘的緩沖退火操作、30分鐘的生長恢復操作、2小時的未摻雜/η型氮化 鎵組合層形成操作和30分鐘的變溫（temperature ramp)與穩(wěn)定化操作（例如以2°C /秒 至3°C /秒升溫）。
[0025] 參照結合圖1所述的基準系統(tǒng)和方法，基準方式可導致關于LED的各功能層的不 平衡的時間流（time flow)。例如，在未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室102中形成 緩沖層124和未摻雜/η型氮化鎵組合層126是3. 5小時，在MQW M0CVD反應腔室104中形 成MQW結構128是2小時，在ρ型氮化鎵M0CVD反應腔室106中形成ρ型氮化鋁鎵層130 和Ρ型氮化鎵層132是1小時。另外，如以上所提到的，在未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD 反應腔室102中的每次運行（run)之間可能需要額外的約1小時的腔室清潔（也許包括抽 氣時間）。可能需要這樣的額外腔室清潔以避免基板污染。如此，用三個M0CVD腔室漸次生 長（progressive growth)結構120導致MQW MOCVD反應腔室104和p型氮化鎵MOCVD反 應腔室106有大量閑置時間，以致降低系統(tǒng)100的整體產量。
[0026] 在本發(fā)明的一方面中，通過用PVD濺射沉積能力或操作替代上述MOCVD材料生長 能力或操作之一或之一的一部分，可提高用于制造 LED結構的群集系統(tǒng)的產量。例如，圖2A 圖示根據本發(fā)明一實施例的用于LED結構制造的群集工具示意圖和對應的溫度對時間圖。 圖2B圖示根據本發(fā)明一實施例的LED結構和對應的時間對沉積圖。
[0027] 參照圖2A，群集工具200包括PVD氮化鋁濺射腔室202 (PVD A1N)、未摻雜和/或 η型氮化鎵M0CVD反應腔室204(M0CVD1 :u-GaN/n-GaN)、多量子阱（MQW)MOCVD反應腔室 206 (M0CVD2 :MQW)和p型氮化鎵M0CVD反應腔室208 (M0CVD3 :p-GaN)。群集工具200亦可 包括負載鎖定室210、承載盒212和移送腔室214,上述腔室皆繪于圖2A中。
[0028] 故根據本發(fā)明一實施例，多腔室系統(tǒng)包括具有金屬鋁靶材或復合鋁靶材的PVD腔 室和適于沉積未摻雜和/或η型氮化鎵或二者的腔室。在一個實施例中，PVD腔室的靶材 由氮化鋁組成。在此實施例中，不需使用反應濺射，因為靶材由和所欲沉積的材料一樣的材 料組成。然而在替代的實施例中，使用由鋁組成的靶材，且利用氮源或在存在氮源的情況下 從鋁靶材反應濺射氮化鋁。在一個實施例中，如圖2Α所示，適用于沉積未摻雜或η型氮化 鎵的腔室是M0CVD腔室。然而在替代的實施例中，適用于沉積未摻雜或η型氮化鎵的腔室 是氫化物氣相外延（HVPE)腔室。在一個實施例中，如圖2Α所不，PVD腔室和適用于沉積未 摻雜或η型氮化鎵的腔室被包括在群集工具配置內。然而在替代的實施例中，PVD腔室和 適用于沉積未摻雜或η型氮化鎵的腔室被包括在在線（in-line)工具配置內。如本文所述 的基于PVD的沉積工藝可在接近標準室溫的溫度下執(zhí)行，或可在更高溫度下執(zhí)行。
[0029] 參照圖2B，LED結構220包括各種材料層的堆疊，許多材料層包括III-V族材料。 例如，LED結構220包括硅或藍寶石基板222 (基板：藍寶石、Si)和具有在大約10納米至 200納米的范圍內的厚度的氮化鋁層224 (A1N)。氮化鋁層224在群集工具200的PVD氮化 鋁濺射腔室202中通過濺射沉積形成。LED結構220亦包括約4微米厚的未摻雜/η型氮 化鎵組合層或僅η型氮化鎵層226 (n-GaN)。未摻雜/η型氮化鎵組合層或僅η型氮化鎵層 226在群集工具200的未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室204中形成。LED結構220 亦包括具有在30納米至500納米的范圍內的厚度的MQW結構228。MQW結構228在群集工 具200的MQW M0CVD反應腔室206中形成。在一個實施例中，MQW結構228由InGaN勢阱/ GaN勢壘材料層的一或多個場對（field pair)組成。LED結構220亦包括約20納米厚的p 型氮化鋁鎵層230 (p-AlGaN)和具有在50納米至200納米的范圍內的厚度的p型氮化鎵層 232 (p-GaN)。p型氮化鋁鎵層230和p型氮化鎵層232在群集工具200的p型氮化鎵M0CVD 反應腔室208中形成。應理解上述厚度或厚度范圍是示例性實施例，其他適當厚度或厚度 范圍亦視為在本發(fā)明實施例的精神和范圍內。
[0030] 時間對沉積圖240表示群集工具200的腔室使用。在MQW M0CVD反應腔室206中 形成MQW結構228的生長時間為約2小時。在p型氮化鎵M0CVD反應腔室208中形成p型 氮化鋁鎵層230和p型氮化鎵層232的生長時間為約1小時。并且根據本發(fā)明的一實施 例，在未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室204中形成未摻雜/η型氮化鎵組合層或僅 η型氮化鎵層226的生長時間僅為約2小時。可能需要額外的約1小時用于腔室204的腔 室清潔。然而應理解清潔時間可包括關機時間、附加清潔時間、附加恢復時間。亦應理解以 上可代表平均值，因為可能不會在每次腔室使用之間都進行清潔。
[0031] 故并不在用于形成氮化鎵層126的M0CVD腔室中形成緩沖層，比如圖1的緩沖層 124,而是包括氮化鋁緩沖層224且氮化鋁緩沖層224在另一腔室中形成，特別地在PVD氮 化鋁濺射腔室202中形成。雖然排除抽氣時間（從約400托耳至約ΚΓ 8托耳），A1N生長 可能歷經約5分鐘，但在不同于M0CVD腔室1的腔室中形成A1N增加群集工具200的產量。 例如，總體而言，在群集工具200中用于制造 LED結構220的周期時間再次受制于未摻雜和 /或η型氮化鎵M0CVD反應腔室204的周期時間，對應基準系統(tǒng)的4. 5小時，未摻雜和/或 η型氮化鎵M0CVD反應腔室204的周期時間減為約3小時。如此，除三個M0CVD腔室外還 用一個PVD腔室漸次生長結構220使MQW M0CVD反應腔室206和ρ型氮化鎵M0CVD反應腔 室208的閑置時間少很多，從而提高系統(tǒng)200的整體產量。例如，在一個實施例中，工具產 量從每天約5. 3次運行增加至每天約8次運行，表明產量增加約50%。
[0032] 再次參照圖2Α，提供用于在群集工具200中制造 LED結構的代表性溫度對時間圖 250。圖250的區(qū)域252特定關于在未摻雜和/或η型氮化鎵M0CVD反應腔室204中形成 的未摻雜/η型氮化鎵組合或僅η型氮化鎵層226的形成。在此區(qū)域中只需變溫一次（從 約110CTC降溫至約40CTC )。此單一變溫過程要求（single ramp event requirement)與 上述用于在未摻雜和/或n型氮化鎵MOCVD反應腔室102中形成緩沖層124和未摻雜/η 型氮化鎵組合層126的時序成了鮮明對比。在此情況下，腔室始于高溫供基板處理、降溫供 緩沖層制造、回升溫度供氮化鎵沉積及最后再次降溫以達穩(wěn)定。然而應注意在兩種情況下， 圖250的特定關于形成MQW與p-GaN的區(qū)域254和256將近乎相同。在一實施例中，參照 圖250的區(qū)域258,用于PVD形成的氮化鋁的溫度對時間圖可包括高溫（HT)或低溫（LT)工 藝，約在20°C至1200°C的范圍內。
[0033] 除提高群集工具200的產量外，一個PVD腔室加上三個M0CVD腔室的工具配置可 有額外的優(yōu)勢。例如，由于可需較少的反應氣體輸送到第一 M0CVD腔室，故可節(jié)省成本。相 較于像基準群集工具100的腔室102 -樣專用于緩沖層與裝置層的M0CVD腔室的建構時間 和復雜度，PVD腔室的加工與設計可較簡單。在以上工藝能減少裝置層226的未摻雜氮化 鎵部分的厚度的情況下，可執(zhí)行更簡單徹底的回蝕（etch-back)工藝。此亦可節(jié)省材料與 操作成本，同時縮短周期時間。另外，通過用氮化鋁緩沖層取代氮化鎵緩沖層，可減少裝置 (比如LED裝置）的有源層中的缺陷率。
[0034] 故根據本發(fā)明一實施例，多腔室系統(tǒng)包括具有氮化鋁靶材的PVD腔室和用于沉積 未摻雜或η型氮化鎵的第一 M0CVD腔室。多腔室系統(tǒng)亦包括用于沉積多量子阱（MQW)結構 的第二M0CVD腔室和用于沉積ρ型氮化鋁鎵或ρ型氮化鎵或二者的第三M0CVD腔室。在一 個實施例中，具有氮化鋁靶材的PVD腔室用于氮化鋁的非反應濺射。在特定的此種實施例 中，PVD腔室用于以約在20°C至200°C的范圍內的略微升高的溫度或低溫非反應濺射氮化 鋁。在另一特定的此種實施例中，PVD腔室用于以約在200°C至1200°C的范圍內的高溫非 反應濺射氮化鋁。
[0035] 無論沉積溫度為何，適于包括在LED結構220內的PVD沉積的氮化鋁層在某些時 候可能需要暴露至約在400°C至1400°C的范圍內的高溫，例如約900°C，以獲得必要材料性 質（例如適當的缺陷密度、晶粒尺寸、晶向等）。根據本發(fā)明一實施例，在制造附加層于氮 化鋁層上之前，對PVD沉積的氮化鋁層執(zhí)行快速熱處理（RTP)工藝。RTP腔室則可在某種 程度上與上述LED結構220的制造工藝有關。在一個實施例中，工具（比如包括PVD和三 個MOCVD腔室的群集工具或在線工具）亦包括RTP腔室。然而在替代的實施例中，RTP工 藝在PVD腔室中執(zhí)行。在另一替代的實施例中，激光退火能力與上述LED結構220的制造 工藝有關。
[0036] 在第一方面中，描述用于PVD氮化鋁緩沖層的基板預處理。此緩沖層可包括在例 如GaN基裝置內。在一實施例中，描述改善A1N材料性質的基板預處理工藝和用于此種基 板預處理的硬件的細節(jié)。
[0037] PVD A1N可用作GaN基LED與供電裝置的緩沖層，所述GaN基LED與供電裝置生長 在異質基板上，比如藍寶石、硅等。PVD A1N緩沖層可用于改善生長于緩沖層頂部的GaN層 的材料質量，故可被包括以改善裝置性能和可靠度。在典型的GaN在藍寶石上的M0CVD生 長中，PVD A1N工藝可用于免除諸如基板預烘烤、低溫M0CVD緩沖形成和某些變溫操作之類 的操作，但不限于此。此外，處理時間可縮短約10%-30%。對GaN在硅上的生長而言，可 能需要A1N層來保護硅基板免于鎵引起的損壞，從別的基于外延生長的工藝算起，特別地 當將腔室清潔時間也計入時，PVD A1N層可節(jié)省約3小時至6小時。這樣的工藝時間縮短 可大幅提高系統(tǒng)產量。應理解PVD A1N的結晶質量會直接影響生長于PVD A1N上的GaN層 的材料質量。故在一實施例中，如以下更加詳細描述的，PVD A1N層提供高結晶質量及提高 的工藝可重復性。
[0038] 在一實施例中，執(zhí)行異質基板（例如藍寶石）的預處理，以從異質基板移除表面污 染與顆粒，并為接收A1與N原子準備表面來形成高度組織化的結晶結構的A1N結晶層。在 一個這樣的實施例中，基板預處理使例如通過PVD的A1N沉積能夠具有小于約1納米的表 面粗糙度（均方根，基于AFM和（002) XRDFWHM〈50弧秒）。此外，亦可獲得批次間、晶片間的 高工藝可重復性和晶片內的高均勻度。
[0039] 在一實施例中，在PVD沉積腔室內原位執(zhí)行基板預處理。在一個這樣的實施例中， 把基板裝載至腔室內，施加偏壓（電壓）至腔室的基座，以于基板表面附近產生等離子體。 在特定實施例中，產生的等離子體含有氮、Ar、氫中的一或更多種物質或其他氣體自由基與 離子，這些物質可用于移除基板表面污染與顆粒以及改變基板的表面結構而確保基板與沉 積的外延膜之間的較佳晶體定向。在一實施例中，調整等離子體密度、偏壓和處理時間以有 效清潔基板表面又不損壞基板表面（例如，施加的偏壓范圍約從-5V至-1000V，處理時間 范圍約從1秒至15分鐘）。在一實施例中，相應電源的頻率約在100千赫（kHz)至100兆 赫（MHz)的范圍內。在一實施例中，處理期間的基座溫度范圍約從-50°C至1000°C。在一 實施例中，使用的硬件包括腔室主體、一或更多電源、一或更多靶材、磁控管、基座、高溫加 熱器等，上述硬件的實例更加詳細地描述于下文。
[0040] 在一個這樣的實施例中，利用上述操作與基板預處理工藝的組合，于批次間、晶 片間可重復地執(zhí)行高質量A1N沉積且晶片內高均勻度。在特定實施例中，具有XRD (002) FWHM〈200弧秒和XRD (102) FWHM〈300弧秒的高質量GaN隨后生長于PVD A1N層的頂部。在 另一特定實施例中，具有XRD (002) FWHM〈100弧秒和XRD (102) FWHM〈150弧秒的高質量GaN 隨后生長于PVD A1N層的頂部。在一實施例中，利用上述基板預處理減少或消除用常規(guī)制 備的基板時常見的A1N與GaN晶體質量的變化。
[0041] 在第二方面中，描述用于形成物理氣相沉積（PVD)氮化鋁（A1N)緩沖層的工藝條 件。此緩沖層可被包括在例如GaN基裝置內。在一實施例中，為沉積具有某些特性與性質 的A1N提供參數工藝窗口。
[0042] 發(fā)光二極管（LED)制造通常包括通過金屬有機化學氣相沉積（M0CVD)形成低溫緩 沖層于基板上。通過M0CVD沉積緩沖層后通常是形成有源裝置層，例如未摻雜、Si摻雜的η 型、MQW以及Mg摻雜的ρ型GaN層?；孱A烘烤一般在高溫下執(zhí)行（例如高于約1050°C )。 相比之下，緩沖層的沉積一般在低溫下執(zhí)行（例如約在500°C至600°C的范圍內）。這些工 藝能計入全部10(^0工藝時間的約10%-30%?？赏ㄟ^異位（61-8；11：11)沉積緩沖層來提高 M0CVD產量。故在一實施例中，如以下更加詳細描述的，描述通過PVD形成的異位沉積的A1N 緩沖層。在一個實施例中，PVD工藝在不同腔室中執(zhí)行。
[0043] 在一實施例中，為形成具有A1N緩沖（模板）的基板提供工藝條件，所述具有A1N 緩沖的基板適合用于GaN裝置制造。在一個這樣的實施例中，A1N緩沖層被形成具有粗糙 度小于約1納米（均方根；由原子力顯微鏡測量）的原子級平滑表面且具有在（〇〇2)方向 的良好結晶定向（由XRD衍射證明（002)峰的FWHM小于200弧秒）。在特定的這樣的實施 例中，A1N膜厚小于約500納米。
[0044] 在一實施例中，A1N緩沖層通過從安置在PVD腔室內的含鋁靶材來反應濺射并與 氮基氣體或等離子體反應而形成。在一個這樣的實施例中，把即將外延的（epitaxy-ready) 基板裝載至PVD腔室內，并使用含鋁靶材和含氮工藝氣體沉積連續(xù)A1N膜于所述基板上。 然而在另一實施例中，在沉積A1N之前，先沉積預種晶（pre-seeding)層來保護基板表面， 以能夠沉積較高質量的A1N和/或使PVD A1N層有快的沉積速率，所述預種晶層可由A1、 A10x、SiNx、ZnO、ZnS、ZrN、TiN等組成。在一個特定實施例中，通過在無含氮氣體的情況下 濺射毒化的含A1靶材以減小的功率、壓強或氣流等形成預種晶層。沉積預種晶層后，在一 實施例中，使用含A1靶材和含氮工藝氣體沉積連續(xù)A1N膜于預種晶層上。
[0045] 在一實施例中，基板的選擇包括但不限于藍寶石、SiC、Si、金剛石、LiA102、ZnO、 W、Cu、GaN、AlGaN、A1N、堿石灰/高硅玻璃、具有匹配的晶格常數與熱膨脹系數的基板、 與生長于基板上的氮化物材料相容的基板或根據生長于基板上的氮化物材料而被處理 (engineered)的基板、在要求的氮化物生長溫度下呈熱與化學穩(wěn)定的基板以及未圖案化或 圖案化的基板。在一實施例中，靶材的選擇包括，但不限于，含A1金屬、合金、化合物，比如 Al、AlN、AlGa、Al203等，且靶材可以II/IV/VI族元素摻雜，以改善層相容性與裝置性能。在 一實施例中，濺射工藝氣體可包括，但不限于，比如Ν 2、ΝΗ3、Ν02、Ν0等的含氮氣體和比如Ar、 Ne、Kr等的惰性氣體。
[0046] 根據本發(fā)明一實施例，在沉積A1N緩沖層之前，通過原位和/或異位方式熱（例如 快速熱處理（RTP)、高溫烘烤等）、化學（H 202、H2S04、HC1、HN03、HF、NH 4F、原子Η等）和/或 物理（例如預濺射）等預處理基板。
[0047] 在一實施例中，PVD腔室陰極的電源包括具有約在OkW至20kW的范圍內的功率和 約在0MHz至60MHz的范圍內的頻率的RF電源。也包括具有大約在OkW至50kW的范圍內 的功率的DC電源，具有大約在OkW至50kW的范圍內的功率、在約1kHz至100kHz的范圍內 的頻率以及約在1 %至99 %的范圍內的工作周期的脈沖式DC電源。在一個這樣的實施例 中，工藝起始順序包括先開啟RF電源、先開啟DC電源或同時開啟RF與DC電源。應理解可 在開啟電源之前、之后或同時開始流入含氮氣體。在進一步的實施例中，電容調諧器連接至 基座，以調整基板浮置電位并改變腔室中反應物的離子化比率、能量和遷移率，控制沉積膜 應力，改善表面形貌與晶體質量及提1?沉積速率等。
[0048] 在一實施例中，靜電夾具用于控制晶片表面溫度和晶片的均勻度。在一實施例中， 沉積溫度范圍大約從200°C至550°C、550°C至1000°C或1000°C至1400°C。在一實施例中， 沉積工藝范圍大約從0. 1毫托耳至100毫托耳。
[0049] 根據本發(fā)明一實施例，對濺射功率、基板偏壓、氣流、壓強、溫度和氣體組成中的 III/V族比率進行調整以使反應氣體富含金屬或N并促進垂直或側向生長。在一實施例中， A1N緩沖層的沉積速率達到大于約〇.1 少，所述速率在整個工藝過程中是可變的。在一 實施例中，沉積的A1N膜的形成厚度范圍大約從lnm至lOOOnm。
[0050] 在一實施例中，工藝終止包括先關閉RF電源、先關閉（脈沖式）DC電源或同時關 閉RF與DC電源，且在關閉電源之前、同時或之后執(zhí)行關閉工藝氣體以控制表面形貌、化學 計量和極性。在一實施例中，采用后工藝處理，所述后工藝處理包含熱處理（例如RTP、激光 退火、高溫烘烤等）或化學處理（基于溶液、基于氣體等）、原位與異位處理等。在一實施例 中，通過靶材并入和/或氣體管線輸送來添加摻雜劑，以調整PVD A1N膜的電氣、機械和光 學性質，例如以使所述膜適于在所述膜上制造 III族氮化物裝置。
[0051] 在一實施例中，沉積的PVD A1N膜為單層、多層或多對交替層形式，各層具有在上 述工藝條件過程制造的不同組成或性質?？傮w而言，在一實施例中，緩沖層形成工藝包括應 力設計以獲得具有目標壓應力或拉應力（例如約在-l〇GPa至lOGPa的范圍內）的膜。另 外或替代地，可調整工藝以沉積具有大約在70%至100%的范圍內的密度（density)的A1N 膜。
[0052] 在一個這樣的實施例中，利用以上操作與工藝的組合沉積厚度約40納米的PVD A1N膜，所述PVD A1N膜具有非常平滑的表面（例如0. 5納米，RMS)和高材料質量（(002)峰 的FWHM?50弧秒）。在特定實施例中，高質量GaN膜（(002)的FWHM〈200弧秒，（102)的 FWHM〈300弧秒）形成于PVD A1N層上。在另一實施例中，高質量GaN膜（(002)的FWHM〈100 弧秒，（102)的FWHM〈150弧秒）形成于PVD A1N層上。故在一實施例中，不需要低溫M0CVD GaN/AIN緩沖層。在一實施例中，相較于相同結構但未使用PVD A1N層的LED，沉積于此種 模板上的全部LED堆疊顯示約10 %至45%的亮度改善。
[0053] 適合安置PVD腔室和三個M0CVD腔室的示例性工具平臺實施例包括Opus? AdvantEdge?系統(tǒng)或Centura?系統(tǒng)，二者都可從加州圣克拉拉市的應用材料公司購得。本 發(fā)明的實施例進一步包括整合計量（integrated metrology ;IM)腔室做為多腔室處理平 臺的部件。IM腔室可提供控制信號以容許適當控制整合沉積工藝，比如如本文所述的外延 生長工藝或多段濺射工藝。頂腔室可包括計量設備，所述計量設備適于測量各種膜性質，t匕 如厚度、粗糙度、組成，且IM腔室能進一步在真空下以自動方式表征光柵（grating)參數， 比如臨界尺寸（CD)、側壁角度（SWA)、特征高度（HT)。實例包括，但不限于，光學技術，例如 反射測量法與散射測量法。在特別有利的實施例中，采用真空內光學CD(OCD)技術，其中隨 著濺射和/或外延生長進行，監(jiān)測形成于起始材料中的光柵特性。在其他實施例中，在處理 腔室中執(zhí)行計量操作，例如在處理腔室中原位執(zhí)行計量操作而不是在不同的頂腔室中執(zhí) 行。
[0054] 多腔室處理平臺（比如群集工具200)可進一步包括選擇性的基板對準器腔室和 容納盒的負載鎖定室，二者耦接至包括機械手的移送腔室。在本發(fā)明的一個實施例中，通過 控制器提供多腔室處理平臺200的適當控制?？刂破骺梢允侨魏涡问降耐ㄓ脭祿幚硐到y(tǒng) 之一，控制器能用于工業(yè)設定來控制各種子處理器和子控制器。通常，控制器包括中央處理 單元（CPU)，CPU與存儲器和在其他共用元件當中的輸入/輸出（I/O)電路通信。作為一實 例，控制器可執(zhí)行或以其他方式初始化本文所述的任何方法/工藝的操作的一或更多個操 作。執(zhí)行和/或初始化這些操作的任何計算機程序代碼可表現成電腦程序產品。本文所述 的每個電腦程序產品可由計算機可讀取媒介（例如軟盤、光盤、DVD、硬盤驅動器、隨機存取 存儲器等）運行。
[0055] 適合用于本文所含的工藝和工具配置的PVD腔室可包括可從加州圣克拉拉市的 應用材料公司購得的Endura PVD系統(tǒng)。Endura PVD系統(tǒng)提供較佳的電遷移抗性與表面形 貌和低所有權成本與高系統(tǒng)可靠度?？梢孕枰膲簭姾瓦m當的靶材至晶片距離在工藝腔體 中產生沉積物種的定向通量而在系統(tǒng)中完成PVD工藝的執(zhí)行。與在線系統(tǒng)相容的腔室（比 如ARIST0腔室）亦可從加州圣克拉拉市的應用材料公司購得，所述腔室提供自動裝載及卸 載能力和磁性載具輸送系統(tǒng)，容許大幅縮短周期時間。AKT-PiVot 55KV PVD系統(tǒng)亦可從加 州圣克拉拉市的應用材料公司購得，AKT-PiVot 55KV PVD系統(tǒng)具有用于濺射沉積的垂直平 臺。AKT-PiVot系統(tǒng)的模塊架構實現明顯變快的周期時間且能夠有多種配置而最大化生產 效率。不像傳統(tǒng)在線系統(tǒng)，AKT-PiVot的平行處理能力消除由各膜層有不同工藝時間所造 成的瓶頸。系統(tǒng)的類群集配置亦容許在個別模塊維修期間持續(xù)操作。所包括的旋轉陰極技 術能使靶材利用率與傳統(tǒng)系統(tǒng)比高近3倍。PiVot系統(tǒng)的沉積模塊以預濺射單元為特征，所 述預濺射單元使得能夠只使用一個基板來調理靶材，而非其他系統(tǒng)要達到相同結果時需要 多達50個基板。
[0056] 在本發(fā)明的一方面中，設計適當的工藝配件對PVD工藝腔室中的RF腔室功能性而 言很重要。作為一實例，圖3A至圖3C圖示根據本發(fā)明一實施例用于PVD腔室的工藝配件 的截面圖。圖3D圖示根據本發(fā)明一實施例的用于PVD腔室的功率輸送源的截面圖。
[0057] 參照圖3A至圖3C，用于PVD腔室的工藝配件300包括第一部分（圖3A)，第一部 分具有上適配器302、下適配器304、下屏蔽件306和DTESC 308。用于PVD腔室的工藝配件 300亦包括第二部分（圖3B)，第二部分具有靶材310、暗空間屏蔽件312和A1間隔件314。 用于PVD腔室的工藝配件300亦包括第三部分（圖3C)，第三部分具有蓋環(huán)316和沉積環(huán) 318。
[0058] 參照圖3D，用于PVD腔室的功率輸送源350包括RF匹配件352和RF饋送件354。 源分配板356 (例如鋁源分配板）及接地屏蔽件358 (例如鋁金屬片）和金屬外殼360與環(huán) 狀磁體362亦包括在內。功率輸送源350亦包括DC過濾器箱364和DC饋送件366。頂板 368與分配板370和延伸塊372、軸374與靶材376亦包括在內。
[0059] 參照圖4說明且描述適合用作以上描述的M0CVD腔室204、206或208中的一或更 多腔室的M0CVD沉積腔室的一實例。圖4為根據本發(fā)明一實施例的M0CVD腔室的示意截面 圖。
[0060] 圖4所示設備4100包含腔室4102、氣體輸送系統(tǒng)4125、遠程等離子體源4126和真 空系統(tǒng)4112。腔室4102包括腔室主體4103,腔室主體4103圍住處理容積4108。噴頭組件 4104設置在處理容積4108的一端，基板載具4114設置在處理容積4108的另一端。下拱形 結構4119設置在下容積4110的一端，基板載具4114設置在下容積4110的另一端?；?載具4114圖示為在處理位置中，但基板載具4114可移動到更低位置，例如可裝載或卸載基 板4140的位置。排氣環(huán)420可圍繞基板載具4114周邊設置，以有助于防止在下容積4110 中發(fā)生沉積，并亦有助于將廢氣從腔室4102引導至排氣口 4109。下拱形結構4119可由透 明材料制成，比如高純度石英，以允許光穿過而用于輻射加熱基板4140?？捎稍O置在下拱形 結構4119下方的多個內部燈4121A和外部燈4121B提供輻射加熱，反射器4166可用于幫 助控制腔室4102暴露至由內部燈4121A與外部燈4121B提供的輻射能。附加的燈環(huán)亦可 用于精細控制基板4140的溫度。
[0061] 基板載具4114可包括一或更多凹部4116,處理時，一或更多基板4140可放在凹 部4116內?；遢d具4114可承載六個或更多基板4140。在一個實施例中，基板載具4114 承載八個基板4140。應理解基板載具4114上可承載更多或更少個基板4140。典型的基 板4140可包括藍寶石、碳化硅（SiC)、硅或氮化鎵（GaN)。應理解亦可處理其他類型的基板 4140,比如玻璃基板4140。基板4140的直徑尺寸范圍可從50mm至100mm或更大?；遢d 具4114的尺寸范圍可從200mm至750mm?；遢d具4114可由各種材料制成，包括SiC或 SiC涂覆的石墨。應理解根據本文所述工藝，腔室4102內可處理其他尺寸的基板4140。比 起傳統(tǒng)M0CVD腔室，噴頭組件4104可容許遍及更多數目的基板4140和/或更大基板4140 的更均勻地沉積，進而提高產量及降低每個基板4140的處理成本。
[0062] 處理期間，基板載具4114可繞軸旋轉。在一個實施例中，基板載具4114可以約 2RPM (每分鐘轉數）至約100RPM的轉速旋轉。在另一實施例中，基板載具4114可以約30RPM 的轉速旋轉。旋轉基板載具4114有助于提供基板4140的均勻加熱，及使處理氣體均勻暴 露至各基板4140。
[0063] 多個內部燈4121A和外部燈4121B可布置在同心圓或區(qū)（未圖示）中，每一燈區(qū)可 被單獨供電。在一個實施例中，一或更多溫度傳感器（比如高溫計（未圖示））可設置在噴 頭組件4104內以測量基板4140和基板載具4114的溫度，溫度數據可被發(fā)送到控制器（未 圖示），控制器能調整到達各燈區(qū)的功率以維持遍及基板載具4114的預定溫度分布。在另 一實施例中，可調整到達各燈區(qū)的功率以補償前驅物流或前驅物濃度的不均勻性。例如，若 在基板載具4114的外部燈區(qū)附近區(qū)域中的前驅物濃度較低，則可調整到達外部燈區(qū)的功 率以有助于補償此區(qū)域中的前驅物耗乏。
[0064] 內部燈4121A和外部燈4121B可加熱基板4140達約400°C至約1200°C的溫度。應 理解本發(fā)明不限于使用內部燈4121A與外部燈4121B的陣列。任何適合的加熱源皆可用于 確保適當地施加合適的溫度至腔室4102和腔室4102內的基板4140。例如，在另一實施例 中，加熱源可包括電阻式加熱元件（未圖示），所述電阻式加熱元件熱接觸基板載具4114。
[0065] 氣體輸送系統(tǒng)4125可包括多個氣源，或者根據運行的工藝，這些源的一些源可以 是液體源而非氣體，在此情況下，氣體輸送系統(tǒng)可包括液體注入系統(tǒng)或其他裝置（例如起 泡器）以使液體蒸發(fā)。在蒸汽輸送到腔室4102之前，蒸汽可接著與載氣混合。諸如前驅物 氣體、載氣、凈化氣體、清潔/蝕刻氣體或其他氣體之類的不同氣體可從氣體輸送系統(tǒng)4125 供給到分開的供給管線413U4132及4133而至噴頭組件4104。供給管線413U4132及 4133可包括截止閥和質量流量控制器或其他類型的控制器，以監(jiān)測及調節(jié)或截斷各管線中 的氣流。
[0066] 導管4129可接收來自遠程等離子體源4126的清潔/蝕刻氣體。遠程等離子體源 4126可經由供給管線4124接收來自氣體輸送系統(tǒng)4125的氣體，閥4130可設置在噴頭組 件4104與遠程等離子體源4126之間。可打開閥4130來讓清潔和/或蝕刻氣體或等離子 體經由供給管線4133流入噴頭組件4104,供給管線4133可適于作用為用于等離子體的導 管。在另一實施例中，設備4100可不包括遠程等離子體源4126,可利用替代的供給管線配 置將清潔/蝕刻氣體從非等離子體清潔和/或蝕刻用氣體輸送系統(tǒng)4125輸送到噴頭組件 4104。
[0067] 遠程等離子體源4126可以是適于腔室4102清潔和/或基板4140蝕刻的射頻或 微波等離子體源。清潔和/或蝕刻氣體可經由供給管線4124供給到遠程等離子體源4126， 以產生等離子體物種，等離子體物種可經由導管4129和供給管線4133傳送通過噴頭組件 4104散播而進入腔室4102。用于清潔應用的氣體可包括氟、氯或其他反應元素。
[0068] 在另一實施例中，氣體輸送系統(tǒng)4125和遠程等離子體源4126可被適當地改造，以 致前驅物氣體可被供給到遠程等離子體源4126而產生等離子體物種，等離子體物種被傳 送通過噴頭組件4104而在例如基板4140上沉積CVD層，比如III-V族膜。通常，等離子體 是一種物質狀態(tài)，通過將電能或電磁波（例如射頻波、微波）輸送到工藝氣體（例如前驅 物氣體）以促使工藝氣體至少部分分解而形成等離子體物種來產生等離子體，所述等離子 體物種比如離子、電子和中性粒子（例如自由基）。在一個實例中，通過以小于約100千兆 赫（GHz)的頻率輸送電磁能而在等離子體源4126的內部區(qū)域產生等離子體。在另一實例 中，等離子體源4126被配置成以約0. 4千赫（kHz)與約200兆赫（MHz)之間的頻率，比如 約162兆赫（MHz)的頻率，小于約4千瓦（kW)的功率電平（kW)輸送電磁能。應相信所形 成的等離子體增進前驅物氣體的形成和活性，以致沉積工藝期間到達基板表面的活化氣體 能快速反應而形成具有改善的物理性質與電氣性質的層。
[0069] 凈化氣體（例如氮氣）可從噴頭組件4104和/或從設置在基板載具4114下方和 腔室主體4103底部附近的入口端口或管（未圖示）輸送到腔室4102內。凈化氣體進入腔 室4102的下容積4110,并往上流過基板載具4114和排氣環(huán)420而進入多個排氣口 4109， 排氣口 4109圍繞環(huán)狀排氣通道4105設置。排氣導管4106將環(huán)狀排氣通道4105連接至真 空系統(tǒng)4112,真空系統(tǒng)4112包括真空泵（未圖示）?？衫瞄y系統(tǒng)4107控制腔室4102的 壓強，閥系統(tǒng)4107控制廢氣從環(huán)狀排氣通道4105抽出的速率。
[0070] 參照圖5說明且描述可適合用作上述腔室204的替代實施例（或其他腔室的替代 實施例）的HVPE腔室204的HVPE沉積腔室的一實例。圖5為根據本發(fā)明一實施例的適合 用于制造 III族氮化物材料的HVPE腔室500的示意截面圖。
[0071] 設備500包括被蓋504圍住的腔室502。來自第一氣源510的處理氣體經由氣體 分配噴頭506輸送到腔室502。在一個實施例中，氣源510包括含氮化合物。在另一實施例 中，氣源510包括氨。在一個實施例中，諸如氦之類的惰性氣體或氮氣也經由氣體分配噴頭 506或經由腔室502的壁508而被引入。能源512可設置在氣源510與氣體分配噴頭506 之間。在一個實施例中，能源512包括加熱器。能源512可分解來自氣源510的氣體（比 如氨），以使來自含氮氣體的氮更具反應性。
[0072] 為與來自第一源510的氣體反應，可從一或更多第二源518輸送前驅物材料。通 過讓反應氣體流過和/或流經前驅物源518中的前驅物，可將前驅物輸送至腔室502。在 一個實施例中，反應氣體包括含氯氣體，比如氯氣。含氯氣體可與前驅物源反應而形成氯化 物。為提高含氯氣體與前驅物反應的效率，含氯氣體可曲折前進通過腔室532的船區(qū)，并用 電阻式加熱器520加熱。通過增加含氯氣體曲折前進通過腔室532的滯留時間，可控制含 氯氣體的溫度。通過提高含氯氣體的溫度，氯可更快與前驅物反應。換言之，溫度是氯與前 驅物之間反應的催化因素。
[0073] 為提高前驅物的反應性，可利用第二腔室532內的電阻式加熱器520加熱船中的 前驅物。氯化物反應產物可接著被輸送到腔室502。氯化物反應產物先進入管522,在管522 內氯化物反應產物均勻分散于管522內。管522連接至另一管524。氯化物反應產物于第 一管522內均勻分散后即進入第二管524。氯化物反應產物接著進入腔室502,在腔室502 中氯化物反應產物與含氮氣體混合而于基板516上形成氮化物層，基板516設置在基座514 上。在一個實施例中，基座514包括碳化硅。氮化物層可例如包括η型氮化鎵。諸如氮和 氯之類的其他反應產物經由排氣裝置526排出。
[0074] LED和相關裝置可由例如III-V族膜的層制成，特別是III族氮化物膜。本發(fā)明 的一些實施例涉及在制造工具的專用腔室中，例如在專用M0CVD腔室中，形成氮化鎵（GaN) 層。在本發(fā)明的一些實施例中，GaN是二元GaN膜，但在其他實施例中，GaN是三元膜（例如 InGaN、AlGaN)或四元膜（例如InAlGaN)。在至少一些實施例中，III族氮化物材料層是外 延形成的。這些III族氮化物材料層可直接形成在基板上或設置于基板上的緩沖層上。考 慮到的其他實施例包括P型摻雜氮化鎵層，所述P型摻雜氮化鎵層直接沉積于PVD形成的 緩沖層上，例如PVD形成的氮化鋁。
[0075] 應理解本發(fā)明的實施例不限于在以上描述的選定基板上形成層。其他實施例可包 括使用任何適合的未圖案化或圖案化單晶基板，高質量氮化鋁層可例如以非反應PVD方式 濺射沉積于所述基板上。基板可比如是，但不限于，藍寶石（A1 203)基板、硅（Si)基板、碳化 硅（SiC)基板、金剛石覆硅（silicon on diamond ;S0D)基板、石英（Si02)基板、玻璃基板、 氧化鋅（ZnO)基板、氧化鎂（MgO)基板和氧化鋁鋰（LiA10 2)基板。諸如掩膜和蝕刻之類的 任何熟知的方法可用于從平面基板形成特征結構（比如柱）而產生圖案化基板。然而在特 定實施例中，使用具有（0001)定向的圖案化藍寶石基板（PSS)。圖案化藍寶石基板可十分 適合用于制造 LED，因為圖案化藍寶石基板提高光提取效率，這對制造新一代固態(tài)發(fā)光裝置 極為有用。基板選擇標準可包括晶格匹配以減緩缺陷形成和熱膨脹系數（CTE)匹配以減緩 熱應力。
[0076] 如上所述，能摻雜III族氮化物膜。III族氮化物膜能使用任何p型摻雜劑進行p 型摻雜，所述P型摻雜劑比如但不限于鎂（Mg)、鈹（Be)、鈣（Ca)、鍶（Sr)或任何具兩個價電 子的I族或Π 族元素。III族氮化物膜能被p型摻雜成1 X 1016原子/立方厘米至1 X 102° 原子/立方厘米之間的電導率水平。III族氮化物膜能使用任何η型摻雜劑進行η型摻雜， 所述η型摻雜劑比如但不限于硅或氧或任何適合的IV族或VI族元素。III族氮化物膜能 被η型摻雜成1 X 1016原子/立方厘米至1 X 1023原子/立方厘米之間的電導率水平。
[0077] 應理解上述工藝可在群集工具中的專用腔室中執(zhí)行或在具有多于一個腔室的其 他工具中的專用腔室中執(zhí)行，所述其他工具例如被配置成具有用于制造 LED各層的專用腔 室的在線工具。亦應理解本發(fā)明的實施例不必限于制造 LED。例如，在另一實施例中，可利 用本文描述的方式來制造除LED裝置以外的裝置，比如但不限于場效應晶體管（FET)裝置。 在此類實施例中，層結構頂部可能不需要P型材料。代替地，η型或未摻雜材料可用來取代 Ρ型層。亦應理解可在單一工藝腔室中執(zhí)行多個操作，比如沉積和/或熱退火的各種組合。
[0078] 故揭示了制造 PVD形成的氮化鋁緩沖層。
【權利要求】
1. 一種制造緩沖層于基板上的方法，所述方法包含以下步驟： 預處理基板的表面；及隨后， 利用氮基氣體或等離子體從安置在物理氣相沉積（PVD)腔室內的含鋁靶材反應濺射 氮化鋁（A1N)層于所述基板的所述表面上。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述預處理的步驟在所述物理氣相沉積腔室中執(zhí) 行。
3. 如權利要求2所述的方法，其中所述預處理的步驟包含以下步驟：將所述基板裝載 至所述物理氣相沉積腔室的基座上，并施加偏壓至所述基座以于所述基板的所述表面附近 產生等離子體。
4. 如權利要求3所述的方法，其中所述等離子體包含選自由氮自由基、氬自由基和氫 自由基所組成的群組的自由基。
5. 如權利要求3所述的方法，其中于所述基板的所述表面附近產生所述等離子體的步 驟包含以下步驟：從所述基板的所述表面移除表面污染或顆粒，并改變所述基板的所述表 面的結構。
6. 如權利要求3所述的方法，其中施加所述偏壓至所述基座的步驟包含以下步驟：施 加約在-5V至-1000V的范圍內的偏壓達約在1秒至15分鐘的范圍內的持續(xù)時間。
7. 如權利要求3所述的方法，其中執(zhí)行所述預處理同時將所述基座的溫度維持在 約-50°C至1000°C的范圍內。
8. -種半導體設備，包含： 基板；及 氮化鋁（A1N)緩沖層，所述氮化鋁緩沖層置于所述基板上，所述氮化鋁緩沖層具有粗 糙度小于約1納米均方根的原子級平滑表面和在（002)方向的結晶定向，其中（002)峰的 FWHM小于約200弧秒。
9. 如權利要求8所述的半導體設備，其中所述氮化鋁緩沖層具有小于約500納米的厚 度。
10. 如權利要求8所述的半導體設備，其中所述氮化鋁緩沖層在所述（002)方向的所述 結晶定向具有小于約50弧秒的所述（002)峰的FWHM。
11. 如權利要求8所述的半導體設備，進一步包含： 氮化鎵（GaN)基裝置，所述氮化鎵基裝置置于所述氮化鋁緩沖層上。
12. 如權利要求8所述的半導體設備，進一步包含： 預種晶層，所述預種晶層直接置于所述基板與所述氮化鋁緩沖層之間。
13. -種制造緩沖層于基板上的方法，所述方法包含以下步驟： 形成預種晶層于基板的表面上；以及 利用氮基氣體或等離子體從安置在物理氣相沉積（PVD)腔室內的含鋁靶材反應濺射 氮化鋁（A1N)層于所述預種晶層上。
14. 如權利要求13所述的方法，其中形成所述預種晶層的步驟包含以下步驟：形成選 自由六1、六10!￡、51隊、211〇、21^、2冰和1^所組成的群組的層。
15. 如權利要求13所述的方法，其中形成所述預種晶層的步驟包含以下步驟：無氮濺 射毒化的含鋁靶材。
【文檔編號】H01L33/02GK104246980SQ201380020953
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月24日 優(yōu)先權日:2012年4月26日
【發(fā)明者】朱鳴偉, 汪榮軍, 納格·B·帕蒂班德拉, 唐先明, 維韋卡·阿格拉沃爾, 成雄·馬修·蔡, 穆罕默德·拉希德, 迪內希·塞加爾, 普拉布蘭姆·加帕伊·拉賈, 奧姆卡爾姆·納蘭姆蘇, 阿納塔·蘇比瑪尼 申請人:應用材料公司