CN100355027C - 一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，其特征在于，包括如下步骤：先将衬底升温进行高温除气，在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx；再将衬底降温，关闭铟炉，开启铝炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的铝；最后在此温度下，保持铝炉处于开启状态，再开铟炉，通入氨气体，开始氮化铝的生长。

Description

一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别指氮化铝外延膜的外延生长方法。
背景技术
在氮化物中，氮化铝(AlN)占有重要位置。它与氮化镓(GaN)等III族氮化物一起在短波长发光二极管(LED)、高温微电子器件及微波器件如高电子迁移率晶体管(HEMT)等领域都有着广泛的应用。此外由于AlN自身的独特性质，如很高的声表面波速度、负电子亲和势等，使得其在声表面波器件，场发射阴极等应用方面有着许多潜在的优势。一般来说，AlN外延生长常用的衬底是蓝宝石衬底，但是由于蓝宝石的热导率很低，绝缘性差，严重的限制了相应的器件工艺。利用Si衬底来外延生长AlN材料，优势主要体现在价格低、晶体质量好，技术成熟、易解理、易切割，适合大批量生产，并可将氮化物为基础的光电子、微波器件和成熟的硅(Si)基微电子技术相集成，对于降低成本有着十分重要的意义。
在本发明以前，经常采用的AlN材料的生长方法是：用MOCVD(金属有机物化学气相淀积)或MBE方法在衬底上直接进行AlN生长。但是由于Si和AlN之间的晶格失配和热膨胀系数失配都很大，导致AlN层的晶体质量很差，而且表面粗糙不平，极大地影响了器件的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，具有AlN层的晶体质量好、表面平坦和极大地提高了器件的性能的优点。
本发明一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，其特征在于，包括如下步骤：
先将衬底升温进行高温除气，在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx；
再将衬底降温，关闭铟炉，开启铝炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的铝；
最后在此温度下，保持铝炉处于开启状态，再开铟炉，通入氨气，开始氮化铝的生长。
其中所述的衬底升温，其温度为820℃～860℃，在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx。
其中所述的氮化铝的生长，保持Al炉处于开启状态，再开In炉，通入氨气的流量为50～100sccm。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合具体实施方式对本发明作一详细的描述，其中：
图1是本发明的AlN材料结构示意图。
图2是本发明的AlN生长过程示意图。
图3是本发明的AlN材料双晶X射线θ-2θ测试结果。
图4是未用In作为表面活性剂时获得的AlN材料表面粗糙度RMS测试结果。
图5是本发明的用In作为表面活性剂时的AlN材料表面粗糙度RMS测试结果。
图6是本发明的AlN材料双晶X射线摇摆曲线半峰宽测试结果。
具体实施方式
请参阅图1、图2所示，本发明一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，包括如下步骤：
先将衬底1升温进行高温除气，其中所述的将衬底硅升温，其温度为820℃～860℃；该衬底1的材料是硅；在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx。
再将衬底1降温，关闭铟炉，开启铝炉5～30秒，在衬底1表面覆盖几个单原子层的铝；其中所述的将衬底降温，关闭In炉后，开启Al炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的Al。
最后在此温度下，开始氮化铝2的生长；其中所述的氮化铝2的生长时，保持铝炉处于开启状态，再开铟炉，通入氨气，其中氨气的流量为50～100sccm。
本发明关键在于在硅衬底1升温除气和在AlN的生长过程中一直开着In炉，在硅衬底1升温除气中开着In炉可以防止在衬底表面形成SiNx，而AlN的生长过程中一直开着In炉是由于In原子可以起表面活性剂的作用，从而提高了Al原子在氮化铝2生长过程中的迁移能力，从而得到高质量且表面平整的氮化铝材料。
实施例
请结合参阅图1、图2。
(1)先将衬底1升温至840℃进行高温除气，在衬底1升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx。该衬底1的材料是硅。
(2)再将衬底1降温至800，关闭In炉，开启Al炉20秒，在衬底1表面覆盖几个单原子层的Al。
(3)最后在此温度下，保持Al炉处于开启状态，再开In炉，通入NH3气，开始氮化铝2(AlN)的生长，其中NH3的流量为75sccm。
对由以上步骤获得的样品进行测试分析，用此生长方法(图1、图2)获得的氮化铝2为高质量氮化铝材料；获得的AlN材料双晶X射线θ-2θ测试结果(图3)；未使用In作为表面活性剂时获得的AlN材料表面粗糙度RMS为4.1nm(图4)，而以In作为表面活性剂时获得的AlN材料表面粗糙度RMS为0.6nm(图5)；AlN材料X射线摇摆曲线半峰宽小于30arcmin(图6)。

Claims (3)

1、一种在硅衬底上生长氮化铝的方法，其特征在于，包括如下步骤：
先将衬底升温进行高温除气，在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx；
再将衬底降温，关闭铟炉，开启铝炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的铝；
最后在此温度下，保持铝炉处于开启状态，再开铟炉，通入氨气体，开始氮化铝的生长。
2、根据权利要求1所述的一种在硅衬底上生长氮化铝的方法，其特征在于，其中所述的衬底升温，其温度为820℃～860℃。
3、根据权利要求1所述的一种在硅衬底上生长氮化铝的方法，其特征在于，其中通入氨气的流量为50～100sccm。
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