CN117425964A - 功率半导体元件的制造方法 - Google Patents
功率半导体元件的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117425964A CN117425964A CN202280038418.4A CN202280038418A CN117425964A CN 117425964 A CN117425964 A CN 117425964A CN 202280038418 A CN202280038418 A CN 202280038418A CN 117425964 A CN117425964 A CN 117425964A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- active layer
- forming
- source
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 140
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 397
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims abstract description 96
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 83
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 67
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 66
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 45
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 24
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 23
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 21
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 18
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 15
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 14
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 14
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 11
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 9
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011548 crystallization buffer Substances 0.000 claims description 3
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 54
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 33
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 28
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 24
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 23
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N diethylzinc Chemical compound CC[Zn]CC HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018503 SF6 Inorganic materials 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- AXAZMDOAUQTMOW-UHFFFAOYSA-N dimethylzinc Chemical compound C[Zn]C AXAZMDOAUQTMOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000548 poly(silane) polymer Polymers 0.000 description 2
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 description 2
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYXOPXHUQXBTOQ-UHFFFAOYSA-N 3-dimethylindiganyl-n,n-diethylpropan-1-amine Chemical compound CCN(CC)CCC[In](C)C FYXOPXHUQXBTOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CFNABHNFRBBZHQ-UHFFFAOYSA-N [Mg].C1CCCC1.C1CCCC1 Chemical compound [Mg].C1CCCC1.C1CCCC1 CFNABHNFRBBZHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- SVXHDONHRAZOCP-UHFFFAOYSA-N ethane;silicon Chemical compound [Si].CC SVXHDONHRAZOCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- NJWNEWQMQCGRDO-UHFFFAOYSA-N indium zinc Chemical compound [Zn].[In] NJWNEWQMQCGRDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- UIUXUFNYAYAMOE-UHFFFAOYSA-N methylsilane Chemical compound [SiH3]C UIUXUFNYAYAMOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNHRVCIBVJWVES-UHFFFAOYSA-N n-ethyl-n-[[methyl(propyl)indiganyl]methyl]ethanamine Chemical compound CCC[In](C)CN(CC)CC ZNHRVCIBVJWVES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Abstract
本发明的实施例涉及一种制造功率半导体元件的方法，包含在碳化硅基板上形成活性层，其中主动层的形成包含在碳化硅基板上喷射源气体；在停止源气体的喷射后进行喷射清理气体的初始清理；在停止初始清理后喷射反应气体；以及在停止反应气体的喷射后进行喷射清理气体的二次清理。因此，根据本发明的实施例，可在低温下形成主动层。因此，可以防止基板或形成在基板上的薄膜被高温热加热损坏。此外，可以节省加热基板以形成主动层所需的功率或时间，并且可以缩短整体制程时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造功率半导体元件的方法，特别地，涉及其中的主动层是通过原子层沉积法形成的制造功率半导体元件的方法。
背景技术
场效晶体管包含形成于基板上的主动层、形成于主动层上方的源极电极和漏极电极、形成为在主动层上方设置于源极电极与漏极电极之间的栅极电极，以及提供于源极电极、漏极电极及主动层之间的阱区。
主动层是由金属有机化学气相沉积(Metal organic chemical vapordeposition，MOCVD)方法形成。此处，在基板被调整到约1200℃的高温的状态下，薄膜被沉积以沉积主动层。即，当基板被维持在约1200℃的高温时，主动层可被沉积于基板上。
然而，由于形成主动层的同时基板被加热至高温，存在基板或形成在基板上的薄膜被损坏的限制。此外，这现象成为使场效晶体管的功能劣化或导致缺陷的因素。尤其，当场效晶体管用于电子装置的功率转换或控制时，在高温下形成主动层时造成的损坏成为质量或功能显著劣化的因素。
〔相关技术文件〕
(专利文件)
(专利文件1)日本专利号No.2571583。
发明内容
技术问题
本发明提供一种制造功率半导体元件的方法，能够在低温下制造功率半导体元件。
本发明还提供了一种制造功率半导体元件的方法，能够于低温下形成主动层。
解决方案
根据一示例性实施例，一种用于制造功率半导体元件的方法包含在碳化硅基板上形成主动层，其中主动层的形成包含：将源气体喷射至碳化硅基板上；在停止源气体的喷射后，进行喷射清理气体的初始清理；在停止初始清理后，喷射反应气体；以及在停止反应气体的喷射后，进行喷射清理气体的二次清理。
源气体可包含镓、铟、锌和硅中的一者或两者或多者。
反应气体可包含砷、磷、氧和碳中的一者或两者或多者。
主动层的形成可包含重复地进行在其中依序进行源气体的喷射、初始清理的进行、反应气体的喷射和二次清理的制程循环。
主动层的形成可包含在反应气体的喷射后生成电浆。
在反应气体的喷射后的电浆的生成可在二次清理的进行后进行，且主动层的形成可包含重复地进行在其中依序进行源气体的喷射、初始清理的进行、反应气体的喷射、二次清理的进行和电浆的生成的制程循环。
主动层的形成可包含在源气体的喷射和反应气体的喷射之间生成电浆。
电浆的生成可包含喷射氢气。
此方法可进一步包含在主动层的形成前于碳化硅基板上形成结晶缓冲层。
缓冲层可由氮化铝制成。
此方法可进一步包含在主动层的形成后于主动层中形成阱区，其中阱区的形成可包含：暴露出主动层的一部分区域；蚀刻暴露的主动层的部分区域；以及依序进行源气体的喷射、清理气体的喷射、反应气体的喷射和清理气体的喷射，以于主动层的部分区域中形成阱区。
主动层的形成和阱区的形成至少其中一者可包含喷射掺杂气体，其中掺杂气体可在掺杂气体与源气体混合后喷射，或是在喷射源气体后喷射。
掺杂气体可包含镁、硅、铟、铝和锌的其中一者。
此方法可进一步包含：在主动层上形成栅极绝缘层；在阱区上形成源极电极和漏极电极，使得源极电极和漏极电极在水平方向上相互隔开；以及在栅极绝缘层上形成栅极电极。
有益功效
根据示例性实施例，主动层可在低温下形成。因此，可以防止基板或形成在基板上的薄膜受到高温热能的损坏。此外，还可节省加热基板以形成主动层所需的功率或时间，并且可以缩短整个制程时间。
此外，可用结晶的方式形成主动层。也就是说，可在以低温形成主动层的同时形成结晶的主动层。
附图说明
图1为通过根据本发明一示例性实施例的方法在基板上形成主动层的示意图。
图2为通过根据本发明一示例性实施例的方法制造的场效晶体管例子的截面示意图。
图3为解释通过根据本发明一示例性实施例的方法形成场效晶体管主动层的方法的示意图。
图4为在主动层和基板之间设置缓冲层的修改示例的示意图。
图5为根据一示例性实施例的修改示例的场效晶体管例子的示意图。
图6为根据本发明一示例性实施例于制造功率半导体元件的方法中使用的沉积装置的示意图。
图7为根据本发明另一示例性实施例于制造功率半导体元件的方法中使用的沉积装置的示意图。
【附图标记说明】
具体实施方式
以下，将参照相关附图详细说明实施例。然而，本发明可用不同的形式实施且不应以于此阐述的实施例为限。反而，这些实施例被提供而使本发明为透彻且完整的，且将完整地将本发明的范畴传达给本领域技术人员。于附图中，为了方便描述，会夸大层体以及区域的尺寸。通篇说明书中，相似的标号是指相似的元件。
本发明的一示例性实施例是关于一种用于制造功率半导体元件的方法。更详细来说，本发明的一示例性实施例是关于一种用于制造功率半导体元件的方法，其包含通过原子层沉积(ALD)法形成主动层的方法。
图1为通过根据本发明一示例性实施例的方法在基板上形成主动层的示意图。
参照图1，主动层10为设置于基板S上的层且可为构成功率半导体元件的层，更具体而言是构成场效晶体管的层。主动层10可以通过原子层沉积(ALD)法形成。此外，在通过原子层沉积法的主动层10的形成中，可在停止或完成反应气体的喷射后借由生成电浆来形成主动层。此处，可使用氢气(H2)气体生成电浆(以下简称作氢电浆)来形成主动层10。
图2为通过根据本发明一示例性实施例的方法制造的场效晶体管例子的截面示意图。图3为解释通过根据本发明一示例性实施例的方法形成场效晶体管主动层的方法的示意图。
以下，将参照图1至图3描述一种根据一示例性实施例制造功率半导体元件的方法，其中功率半导体元件包含借由此方法形成的主动层。此处，将举例描述作为功率半导体元件之一的场效晶体管作为例子描述。
参照图2，在一示例性实施例中通过此方法制造的场效晶体管可包含基板S、设置在基板S上的主动层10、设置在主动层10上方而于水平方向上相互隔开的源极电极41和漏极电极42、设置在主动层10上方而介于源极电极41和漏极电极42之间的栅极电极50、分别设置在源极电极41和主动层10之间与漏极电极42和主动层10之间的阱层21和22，以及设置在主动层10、阱层21、22和栅极电极50之间而介于源极电极41和漏极电极42之间的栅极绝缘层30。
此处，设置成与源极电极41接触或在源极电极41下方的阱层21可以是作为场效晶体管的源极的层。此外，设置成与漏极电极42接触或在漏极电极42下方的阱层22可以是作为场效晶体管的漏极的层。
基板S可以是含硅(Si)基板或p型基板。更具体来说，基板S可以是p型碳化硅(SiC)基板。
主动层10可以是由砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟锌(IZO)和碳化硅(SiC)中的任一者制成的层或薄膜。也就是说，主动层10可被提供作为GaAs层、InP层、AlGaInP层、IGZO层、IZO层和SiC层中的任一者。
此外，主动层10可以通过原子层沉积(ALD)法形成。此外，在通过原子层沉积法的主动层10的形成中，可在停止或完成反应气体的喷射后借由生成电浆来形成主动层。此处，可借由使用氢气(H2)气体生成电浆(以下简称氢电浆)来形成主动层10。
当参照图3更详细地描述使用原子层沉积法形成主动层10的方法时，形成主动层10的制程可包含喷射源气体的制程、喷射清理气体的制程(初始清理)、喷射反应气体的制程以及喷射清理气体的制程(二次清理)。此外，形成主动层10的制程可包含在喷射反应气体的制程之后生成电浆的制程。此处，生成电浆的制程可以在例如反应气体被喷射和二次清理完成后进行。在这种情况下，可以依序进行源气体的喷射、清理气体的喷射(初始清理)、反应气体的喷射、清理气体的喷射(二次清理)和电浆的生成。此外，在二次清理后生成的电浆可以是氢电浆。也就是说，在完成二次清理后的电浆的生成中，可借由喷射氢气和排放氢气来生成电浆。
此外，电浆可以在喷射反应气体的制程中生成。也就是说，可借由喷射反应气体和排放反应气体来生成电浆。
在主动层10的形成中，如上述的“源气体的喷射—清理气体的喷射(初始清理)—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)—电浆的生成”而形成主动层10系可被定义为一个制程循环。另外，上述制程循环可被执行多次，以进行多次的原子层沉积。此外，可调整要进行的制程循环的次数以形成具有目标厚度的主动层10。
在上述的制程循环中，当在源气体的喷射和清理气体的喷射(初级清理)之后喷射反应气体时，源气体和反应气体会在基板上发生反应而生成反应物，例如AlGaInP。然后，反应物累积或沉积在基板上，而在基板上形成由AlGaInP制成的薄膜。
在相关技术中，在于基板上形成主动层的薄膜的沉积中，腔体内部或基板可被维持在大约1200℃的高温。换句话说，只有当腔体内部或基板被维持在大约1200℃的高温时，薄膜才能沉积在基板的顶面上。当主动层在高温下形成时，基板或形成在基板上的薄膜可能会有损坏，主动层也可能会有损坏。因此，会存在装置的功能或质量劣化的缺陷。
然而，在一示例性实施例中，是使用原子层沉积法在薄膜的沉积中生成电浆。即，是在喷射反应气体之后或反应气体的喷射完成之后生成电浆(例如氢电浆)。更具体地说，系在反应气体喷射和清理气体的喷射(二次清理)完成之后，生成使用氢气的电浆。
此处，电浆可提升源气体和反应气体之间的反应速率，并且可使源气体和反应气体之间的反应物容易沉积或附着在基板上。因此，可借由原子层沉积法在腔体100内部或基板S具有例如约600℃或更低温度的状态下形成主动层10。更详细来说，可借由原子层沉积法在大约300℃以上至大约550℃以下的温度形成主动层10。也就是说，可在低温形成主动层10，而非像相关技术那样要在基板被加热到高温的状态下形成主动层10。因此，可防止例如基板S、形成于基板上的薄膜或主动层10因高温热而遭受损坏。
此外，电浆可允许沉积在基板S上的薄膜借由源气体和反应气体之间的反应成为结晶。更具体来说，可以形成多晶主动层10。也就是说，在借由原子层沉积法的主动层10的形成中，可在喷射反应气体后生成电浆，并因此可由电浆形成结晶或多晶的主动层10。
此外，电浆可分解残留在腔体100中的杂质以促进杂质的清除。因此，当沉积膜(即主动层10)形成时，可以防止或抑制由杂质造成的污染。
在上述内容中，已经描述在二次清理完成后或喷射反应气体后生成电浆。然而，本发明的一示例性实施例不限于此，且可在源气体的喷射和反应气体的喷射之间的制程中生成氢电浆。更具体来说，可在喷射源气体的制程和初始清理制程之间生成氢电浆。也就是说，“源气体的喷射—电浆的生成—清理气体的喷射(初始清理)—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)”可作为一个制程循环。
作为另一个例子，可在初始清理制程和反应气体喷射制程之间生成氢电浆。因此，“源气体的喷射—清理气体的喷射(初始清理)—电浆的生成—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)”可被定义为一个制程循环。
作为另一个例子，可在源气体的喷射和反应气体的喷射之间的制程以及反应气体的喷射之后的制程中每一者中生成电浆。也就是说，“源气体的喷射—电浆的生成—清理气体的喷射(初始清理)—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)—电浆的生成”可被定义为一个制程循环。或是，“源气体的喷射—清理气体的喷射(初始清理)—电浆的生成—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)—电浆的生成”可被定义为一个制程循环。
在上述制程循环中的主动层10的形成中，可根据要形成的主动层10的类型确定源气体和反应气体的材料。
主动层10可由GaAs层、InP层、AlGaInP层、IGZO层、IZO层和SiC层中的任一者制成。在这种情况下，源气体可为包含镓、铟、锌和硅中一者或两者或多者的气体。也就是说，源气体可为包含下列任一者或两者或多者的气体：含镓气体、含铟气体、含铝镓铟气体(含AlGaIn的气体)、含铟镓锌气体(含IGZ的气体)、含铟锌气体(含IZ的气体)以及含硅气体。另外，反应气体可为包含砷、磷、氧和碳中一者或两者或多者的气体。也就是说，反应气体可为包含下列任一者或两者或多者的气体：含砷气体、含磷气体、含氧气体以及含碳气体。
举例来说，当形成GaAs层作为主动层10时，含镓气体可当作源气体，且含砷气体可当作反应气体。此外，当形成InP层作为主动层10时，含铟气体可当作源气体，且含磷气体可当作反应气体。作为另一例子，当形成AlGaInP层作为主动层10时，含铝气体、含镓气体或含铟气体可当作源气体，且含磷气体可当作反应气体。作为另一例子，当形成IGZO层作为主动层10时，含铟气体、含镓气体、和含锌气体可当作源气体，且含氧气体可当作反应气体。此外，当形成IZO层作为主动层10时，含铟气体或含锌气体可当作源气体，且含氧气体可当作反应气体。此外，当形成SiC层作为主动层10时，含硅气体可当作源气体，且含碳气体可当作反应气体。
此处，例如含有三甲基镓(Trimethyl gallium(Ga(CH3)3)，TMGa)的气体可当作含镓气体，且例如含有三甲基铟(Trimethyl indium，(In(CH3)3，TMIn)和二乙胺基丙基二甲基铟(Diethylamino propyl dimethyl indium，DADI)至少其中一者的气体可当作含铟气体。另外，例如含有三甲基铝(Trimethylaluminum，A(CH3)3，TMA)的气体可当作含铝气体，且例如含有二乙基锌(Diethyl zinc，Zn(C2H5)2，DEZ)和二甲基锌(Dimethyl zinc，Zn(CH3)2)，DEZ)至少其中一者的气体可当作含锌气体。另外，例如硅甲烷(SiH4)和硅乙烷(Si2H6)至少其中一者的气体可当作含硅气体。
另外，含有砷化氢(AsH3)和砷烷(AsH4)其中任一者的气体可当作含含砷气体，且例如含有磷化氢(PH3)的气体可当作含磷气体。另外，含氧气体可为氧气，且含碳气体例如可为含有甲基硅烷(SiH3CH3)的气体。
如上所述，当形成GaAs层的主动层10时，含镓气体被当作源气体，且当形成InP层的主动层10时，含铟气体被当作源气体。另外，当形成SiC层的主动层10时，含硅气体被当作源气体。因此，当主动层10由GaAs层、InP层和SiC层中任何一者制成时，主动层10可被描述为使用一种类型的源气体。
作为另一例子，当形成AlGaInP层的主动层10时，三种气体被当作源气体，例如含铝气体、含镓气体和含铟气体。作为另一例子，当形成IGZO层的主动层10时，三种气体被当作源气体，例如含铟气体、含镓气体和含锌气体。因此，当主动层10形成为AlGaInP层或IGZO层时，主动层10可被描述为使用两种或更多种(即多种)源气体。
在借由使用或喷射多种源气体的主动层10的形成中，可借由喷射与多种源气体混合的多种源气体形成主动层10。关于混合和喷射多种源气体的方法的详细描述，将在后续描述沉积装置时进行说明。
并且，在主动层10的形成中，可借由喷射掺杂气体形成掺杂主动层。在这种情况下，掺杂气体可是含有镁、硅、铟、铝和锌中任一者的气体。作为一个更具体的例子，含有聚硅烷(Polysilane，H3Si-(SiH2)n-SiH3)的气体可当作含硅掺杂气体。作为另一例子，含有二环戊烷镁(Cp2Mg)的气体可当作含镁掺杂气体。此外，第二种掺杂气体可以是硅、铟、铝和锌的其中一者或是其中一或多者的混合物。
另外，掺杂气体可与源气体混合并接着一起被喷射。当然，源气体和掺杂气体可被喷射而分为不同制程。也就是说，可借由使用“源气体的喷射—掺杂气体的喷射—清理气体的喷射(初始清理)—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)—生成电浆”作为制程循环来形成主动层10。
接着，上述制程循环重复多次以形成主动层10。此处，在起初或初始进行以形成主动层10的制程循环中，制程循环可以在没有喷射掺杂气体的情况下进行。也就是说，初始进行以形成主动层10的制程循环可为“源气体的喷射—清理气体的喷射(初始清理)—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)—生成电浆”的制程循环。此处，掺杂气体可以在源气体被喷射时被一起喷射，或者掺杂气体可以不被独立地喷射。此外，掺杂气体可以在源气体于后续制程被喷射时被一起喷射，或者可以在喷射源气体后喷射掺杂气体。因此，当主动层10形成于基板S上时，由初始制程循环沉积的薄膜是无掺杂的薄膜，而由后续制程循环沉积的薄膜可以是有掺杂的薄膜。
主动层10可以被提供成阶梯状，从而如图2所示表面的高度彼此不同。换句话说，主动层10可被描述成包含形成在基板S的顶面的第一层11和形成在第一层11的部分区域的第二层12。因此，形成有第二层12的主动层10的区域的厚度可大于其他区域的厚度。换句话说，主动层10可被提供成形成有第二层12的区域的高度大于仅形成有第一层11的部分的高度的形状，也就是说被提供成具有高度差的形状。
主动层10的形状不限于按上述提供的阶梯状，且如果在源极电极41与主动层10之间以及漏极电极42与主动层10之间分别提供阱层21和22，则主动层10可以被提供成任意形状。
阱层21和22可为在场应晶体管中共同被称为阱区的层。此处，由于阱区是借由通过原子层沉积法沉积形成于主动层中，为了方便描述，阱区将被称作阱层21和22。阱层21和22可被提供成设置于源极电极41、漏极电极42和主动层10之间。因此如图2所示，阱层21和22被提供成设置于主动层10的第一层11和源极电极41之间，以及第一层11和漏极电极42之间。
阱层21和22可被提供而使n型或p型杂质被掺入与主动层10相同的材料中。例如，当主动层10是由AlGaInP制成时，可借由在AlGaInP中掺入硅等杂质而形成n型的阱层21和22。此外，可借由混合一种或多种铟、铝和锌的气体向n型阱层21和22提供掺杂气体。因此，阱层21和22可以被描述成掺入硅的n型AlGaInP层。
阱层21和22可通过原子层沉积法形成。也就是说，可借由使用“源气体的喷射—清理气体的喷射(初始清理)—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)”作为制程循环来形成阱层21和22。在这种情况下，被喷射以形成阱层21和22的源气体、反应气体和清理气体可与用于形成主动层10的气体相同。此外，掺杂气体可以在喷射源气体的制程中被一起喷射。也就是说，源气体和掺杂气体可以混合，并且可以喷射混合气体。
当然，源气体和掺杂气体可被喷射而分为独立的制程。也就是说，在喷射源气体后，可以喷射掺杂气体。因此，可借由使用“源气体的喷射—清理气体的喷射(初始清理)—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)”作为制程循环来形成阱层21和22。
接着，将上述制程循环重复多次以形成阱层21和22。此处，在起初或初始进行以形成阱层21和22的制程循环中，可以在没有喷射掺杂气体的制程的情况下进行制程循环。也就是说，初始进行以形成阱层21和22的制程循环可以是“源气体的喷射—清理气体的喷射(初始清理)—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)”的制程循环。此处，掺杂气体可以在喷射源气体时被一起喷射，或者掺杂气体可以不被独立地喷射。另外，当从后续制程喷射源气体时，掺杂气体可以在源气体于后续制程被喷射时被一起喷射，或者可以在喷射源气体后喷射掺杂气体。因此，当阱层21和22形成于主动层10上时，由初始制程循环沉积的薄膜是无掺杂的薄膜，而由后续制程循环沉积的薄膜可以是有掺杂的薄膜。
另外，在阱层21和22的形成中，可在喷射反应气体时生成电浆，或是可在二次清理之后额外生成电浆。另外，在二次清理之后额外生成的电浆可以是氢电浆。
如上述形成的阱层21和22在场效晶体管中作为源汲区和漏极区发挥作用。也就是说，在源极电极41下方形成的阱层21作为场效晶体管的源极，而在漏极电极42下方形成的阱层22作为场效晶体管的漏极。
在上述内容中，已经描述提供于源极电极41和漏极电极42下方的阱层21和22各自被提供为n型。然而，一示例性实施例并不限于此，根据要制造的场效晶体管的类型，阱层21和22可各自被提供为p型。
栅极绝缘层30可形成于主动层10上。更具体来说，栅极绝缘层30可形成为于垂直方向上设置于栅极电极50和主动层10之间。此外，栅极绝缘层30可形成为于宽度方向上或长度方向上设置于源极电极41和漏极电极42之间。栅极绝缘层30可由SiO2、SiON和Al2O3其中任一者制成。此外，可通过化学气相沉积(CVD)法、金属有机化学气相沉积(MOCVD)法和原子层沉积(ALD)法其中任一者形成栅极绝缘层30。
源极电极41和漏极电极42可形成于阱层21和22上，使得栅极绝缘层30和栅极电极50设置于它们之间。也就是说，源极电极41可形成在栅极绝缘层30的一侧，而漏极电极42可形成在栅极绝缘层30的另一侧。在这种情况下，源极电极41和漏极电极42各自可由包含金属的材料制成，例如由包含钛或金其中至少一者的材料制成。此外，通过例如化学气相沉积(CVD)法、金属有机化学气相沉积(MOCVD)法、原子层沉积(ALD)法、溅镀沉积法或其他类似方法形成源极电极41和漏极电极42。
栅极电极50可形成于栅极绝缘层30上。换句话说，栅极电极50可形成于栅极绝缘层30上而设置于源极电极41和漏极电极42之间。在这种情况下，栅极电极50可由包含金属的材料制成，例如由包含钛或金其中至少一者的材料制成。此外，可通过溅镀沉积法形成栅极电极50。
图4为在主动层和基板之间设置缓冲层的修改示例的示意图。图5为根据一示例性实施例的修改示例的场效晶体管例子的示意图
参照图4和图5，缓冲层60可形成于基板S和主动层10之间。此外如图5所示，根据修改示例的场效晶体管可包含形成于基板S和主动层10之间的缓冲层60。也就是说，相较于示例性实施例，根据修改示例的场效晶体管包含形成于基板S和主动层10之间的缓冲层60，而其他构造可为相同的。
缓冲层60可以是在形成主动层10之前就先在基板S上形成的层，即可以是协助通过原子层沉积法形成的主动层10更有效结晶化的晶种层。换句话说，当通过原子层沉积法形成主动层10时，除了借由氢电浆产生的结晶化之外，缓冲层60可为额外协助主动层10结晶化的晶种层。缓冲层60可由AlN制成，且可通过原子层沉积法、化学气相沉积法或其他类似方法形成。
当主动层10通过原子层沉积法沉积于结晶缓冲层60时，主动层10可以在底层缓冲层60的晶体方向上长晶。因此，可更容易形成结晶的主动层10，特别是多晶的主动层10。
在上述内容中，场效晶体管已被描述成功率半导体元件的例子。然而，一示例性实施例并不限于此，并且根据一示例性实施例的制造方法并不限于场效晶体管，且可应用于制造包含主动层的各种功率半导体元件。
图6为根据本发明一示例性实施例于制造功率半导体元件的方法中使用的沉积装置的示意图。
沉积装置可以是用于通过原子层沉积(ALD)法沉积薄膜的装置。在这种情况下，沉积装置可以是用于在功率半导体元件(例如，场效晶体管)的部位中形成至少一主动层10的装置。此外，沉积装置可以是用于形成主动层10和阱层21、22的装置。
如图6所示，沉积装置可包含腔体100、安装于腔体100中以支撑基板S的支撑件200、设置成面向支撑件200并用于将制程用气体(以下称为制程气体)喷射至腔体100内的喷射部300、设置成向喷射部300提供制程气体的气体供应部400、连接于喷射部300而具有彼此不同的路径并被配置成将自气体供应部400提供的气体供应到喷射部300的第一气体供应管500a和第二气体供应管500b，以及被配置成施加电源以于腔体100中生成电浆的射频电源供应部600。
此外，沉积装置可进一步包含被配置成在抬升和旋转作业至少其中一者中使支撑件200运作的驱动部700，以及安装为与腔体100连接的排气部(未示出)。
腔体100可包含薄膜于其中设置于装载至腔体100内的基板S上的内部空间。举例来说，腔体100的横截面可具有例如四角形、五角形或六角形的形状。当然，腔体100的内部的形状可以各种方式改变，腔体100的内部的形状可被提供成与基板S的形状相对应。
支撑件200安装于腔体100内而面向喷射部300并且支撑装载至腔体100内的基板S。支撑件200内部可提供有加热器210。因此，当加热器210运作时，可加热设置于支撑件200上的基板S和腔体100的内部。
此外，除了提供于支撑件200内的加热器210外，一个单独的加热器可被提供于腔体100内或腔体100外来作为用于加热基板S或腔体100的内部的手段。
喷射部300可包含第一板件310、喷嘴320以及第二板件330。第一板件310具有沿支撑件200的延伸方向排列且被定义为彼此隔开且设置成在腔体100内面向支撑件200的多个孔(以下称为孔311)。喷嘴320被提供以使其至少一部分插设于各个孔311中。第二板件330安装为设置于腔体100内的上壁和腔体100内的第一板件310之间。
另外，喷射部300可进一步包含设置于第一板件310和第二板件330之间的绝缘部340。
此处，第一板件310可连接于射频电源供应部600，且第二板件330可接地。此外，绝缘部340可用于防止第一板件310和第二板件330之间的电连接。
第一板件310可具有在支撑件200的延伸方向上延伸的板件形状。此外，这些孔311提供于第一板件310中，并且各个孔311可被提供成在垂直方向上穿过第一板件310。此外，这些孔311可沿第一板件310或支撑件200的延伸方向排列。
各个喷嘴320可具有在垂直方向上延伸的形状，具有提供气体通过的路径，并且具有开放式的上端和下端。此外，各个喷嘴320可被安装成至少其下部插设于第一板件310所提供的孔311中并且其上部与第二板件330连接。因此，喷嘴320可被描述成从第二板件330向下突出的形状。
喷嘴320的外直径可提供为小于孔311的内直径。此外，当喷嘴320被安装成插设于孔311内时，喷嘴320的外周表面可被安装成与孔311的外周壁(即第一板件310的内壁)相隔开。因此，孔311的内部可以被区分成喷嘴320的外部空间和喷嘴320的内部空间。
在孔311的内部空间中，喷嘴320内的路径是自第一气体供应管500a提供的气体通过其移动并被喷射的路径。此外，在孔311的内部空间中，喷嘴320的外部空间是自第二气体供应管500b提供的气体通过其移动并被喷射的路径。因此，以下将喷嘴320内的路径称作第一路径360a，而在喷嘴320外部且在孔311内的空间称作第二路径360b。
第二板件330可被安装成使其顶面与腔体100的上壁隔开，并且其底面与第一板件310隔开。因此，可分别在第二板件330和第一板件310之间以及第二板件330和腔体100的上壁之间提供空的空间。
此处，第二板件330的上部空间可为自第一气体供应管500a提供的气体于其中扩散而移动的空间(以下称扩散空间350)并可与各个喷嘴320的上部开口连通。换句话说，扩散空间350是与第一路径360a相连通的空间。因此，通过第一气体供应管500a的气体可于扩散空间350中沿第二板件330的延伸方向扩散，并接着可通过第一路径360a并朝下被喷射。
此外，可以在第二板件330内部提供气体通过其移动的路径深孔(gun drill)(未示出)，并且深孔可连接至第二气体供应管500b并被提供成与第二路径360b相连通。因此，自第二气体供应管500b提供的气体可通过第二板件330的深孔和第二路径360b朝向基板S被喷射。
气体供应部400提供借由原子层沉积法沉积薄膜所需的气体。气体供应部400可包含储存源气体的源气体储存部410、储存与源气体反应的反应气体的反应气体储存部420、储存清理气体的清理气体储存部430、安装成将源气体储存部410与第一气体供应管500a连接的第一传输管470a，以及安装成将反应气体储存部420与第二气体供应管500b连接的第二传输管470b。
此处，储存在清理气体储存部430的清理气体可为例如氮气或氩气。
此外，气体供应部400可包含用于生成电浆的气体储存部440，且在喷射反应气体后或二次清理后于腔体100内生成电浆的制程中供应的气体(以下称作电浆生成气体)储存在其中。此处，用于生成电浆的气体可以例如为氢气。
此外，气体供应部400可包含其中储存有掺杂气体的掺杂气体储存部450，以及安装于第一传输管470a中以混合多种类型气体的混合部460。
此处，储存在掺杂气体储存部450中的气体可根据要掺杂的材料而有所变化。例如，含有n型掺杂材料的气体可以被储存在掺杂气体储存部450中，并且可为例如含硅气体。在这种情况下，含有聚硅烷(H3Si-(SiH2)n-SiH3)的气体可被当作含硅气体。作为另一个例子，含有p型掺杂材料的气体可以储存在掺杂气体储存部450中，且可为例如含镁气体。在这种情况下，含有Cp2Mg的气体可被当作含镁气体。此外，掺杂气体可以是硅、铟、铝和锌其中一者或多者的混合物。
此外，气体供应部400可包含将源气体储存部410和掺杂气体储存部450其中每一者连接至第一传输管470a的多个第一连接管480a、安装于各个第一连接管480a内的阀、将反应物体储存部420、清理气体储存部430和用于生成电浆的气体储存部440其中每一者连接至第二传输管470b的多个第二连接管480b，以及安装于各个第二连接管480b内的阀。
源气体储存部410可以设置为多个，且不同类型的源气体可分别储存在这些源气体储存部410(410a、410b和410c)中。另外，第一连接管480a可与源气体储存部410a、410b和410c其中每一者连接，且分别连接于源气体储存部410a、410b和410c的第一连接管480a可与第一传输管470a连接。
混合部460可以是将从源气体储存部410a、410b和410c提供的气体混合的手段，或者将从源气体储存部410提供的气体与从掺杂气体储存部450提供的气体混合的手段。混合部460可被提供成具有气体能够于其中被混合的内部空间。此外，混合部460可被安装成将连接至源气体储存部410a、410b和410c其中每一者和掺杂气体储存部450的第一连接管480a与第一传输管470a连接。因此，被引进到混合部460中的多种类型的气体可在混合部460中混合，然后通过第一传输管470a传输到第一气体供应管500a。
图7为根据本发明另一示例性实施例于制造功率半导体元件的方法中使用的沉积装置的示意图。
根据一示例性实施例，用于形成功率半导体元件的主动层10和阱层21、22的沉积装置可不限于图6所示的装置，并且可以采用图7所示的沉积装置。
参见图7，沉积装置可包含腔体100、安装于腔体内以支撑基板S的支撑件200、各自安装于腔体内而面向支撑件200的第一气体喷射部300a和第二气体喷射部300b、配置成向第一气体喷射部300a和第二气体喷射部300b其中每一者提供制程气体的气体供应部400、提供有用于在腔体100内感应电场而生成电浆的线圈的线圈组件610，以及与线圈组件610连接的电源供应部620。
此外，沉积装置可包含安装成面向支撑件200的加热部500、被配置成使支撑件200抬升或旋转的驱动部700，以及被配置成排出腔体100内的气体和杂质的排气部800。
腔体100可具有形成有内部空间的管状形状，于内部空间中薄膜形成于装载至例如图7所示的圆顶形状的腔体内的基板S上。更具体地说，腔体100可包含腔本体110、安装于腔本体110上部的上本体120以及安装于腔本体110下部的下本体130。腔本体110可具有形成有开放式上部和下部的管状形状，上本体120可被安装而覆盖腔本体110的上部开口，而下本体130可被安装而覆盖腔本体110的下部开口。此外，上本体120可具有形成有高度在宽度方向上朝中心增加的倾斜表面的圆顶形状。此外，下本体130可具有形成有高度在宽度方向上朝中心减少的倾斜表面的圆顶形状。腔体100(即腔本体110、上本体120和下本体130其中每一者)由允许光线通过的透明材料制成，例如可由石英制成。
气体供应部400可被提供成与参照图6的描述相同的配置。也就是说，气体供应部400可包含储存源气体的源气体储存部410、储存与源气体反应的反应气体的反应气体储存部420，储存清理气体的清理气体储存部430、安装以将源气体储存部410与第一气体喷射部300a连接的第一传输管470a，以及安装以将反应气体储存部420和清理气体储存部430与第二气体喷射部300b连接的第二传输管470b。
此外，气体供应部400可包含用于生成电浆的气体储存部440，在喷射反应气体后或二次清理后于腔体100内生成电浆的制程中供应的气体(以下称作电浆生成气体)储存于其中。此处，用于生成电浆的气体可以例如为氢气。
此外，气体供应部400可包含其中储存有掺杂气体的掺杂气体储存部450，以及安装于第一传输管470a中以混合多种类型气体的混合部460。
此外，气体供应部400可包含将源气体储存部410和掺杂气体储存部450其中每一者连接至第一传输管470a的多个第一连接管480a、安装于各个第一连接管480a内的阀、将反应气体储存部420、清理气体储存部430和用于生成电浆的气体储存部440其中每一者连接至第二传输管470b的多个第二连接管480b，以及安装于各个第二连接管480b内的阀。
线圈组件610可以被安装于腔体100的上本体120的上部。在这种情况下，线圈组件610可被提供成多匝数螺旋型缠绕式或是可具有包含以同心圆形状排列并相互连接的多个圆形线圈的配置。当然，线圈组件610并不限于螺旋型线圈或同心圆线圈，且可应用具有不同形状的各种类型的线圈组件。
线圈组件610的两端中的一端可连接至电源供应部620，且另一端可连接至接地端。因此，当功率(例如射频功率)通过电源供应部620施加于线圈组件610时，喷射至腔体100内的气体被离子化或放电而于腔体100内产生电浆。
加热部500是加热腔体100内部和支撑件200的手段，且可安装于腔体100的外部。更具体来说，加热部500可被安装以使腔体100外部的下侧的至少一部分面向支撑件200。加热部500可为包含多个灯的手段，并且这些灯可被安装成在支撑件200的宽度方向上排列。另外，这些灯可包含诸如卤素灯等发出辐射热的灯。
以下，将参照图2和图3描述根据一示例性实施例的功率半导体元件的制造方法。此处，将使用图6的沉积装置进行描述，并以场效晶体管为例子进行描述。
首先，使提供于支撑件200内的加热器210运行以加热支撑件200。此处，使加热器运作，从而令支撑件200或设置于支撑件200上的基板S的温度为例如约500℃至约520℃。
接下来，例如由碳化硅制成的基板S被装载至腔体100中而设置于支撑件200上。在这种情况下，可于支撑件200提供一或多个基板S。此后，当设置于支撑件200上的基板S达到目标制程温度(例如，约500℃至约520℃)时，主动层10形成于基板S上。
在这种情况下，系使用原子层沉积法形成主动层10。另外，原子层沉积是按照源气体的喷射、清理气体的喷射(初始清理)、反应气体的喷射和清理气体的喷射(二次清理)的顺序进行。此处，于二次清理后，电浆于腔体100内生成。也就是说，借由原子层沉积法形成主动层10的制程循环可为“源气体的喷射—清理气体的喷射(初始清理)—反应气体的喷射—清理气体的喷射(二次清理)—电浆的生成”的循环。接着，上述制程循环被重复多次而形成具有目标厚度的主动层10。
下面，将更详细地描述借由使用喷射部300和气体供应部400将制程气体喷射至腔体100内以形成主动层10的方法。在这种情况下，将以形成由AlGaInP制成的主动层10的情况为例进行描述。
首先，将源气体喷射至腔体100内。为此，储存在第一源气体储存部410内的含铝气体、储存在第二源气体储存部410内的含镓气体和储存在第三源气体储存部410内的含铟气体其中每一者都被供应至混合部460内。因此，三种源气体(即含铝气体、含镓气体和含铟气体)于混合部460内被混合。
混合的源气体通过第一传输管470a和第一气体供应管500a被导引至喷射部300内的扩散空间350中。然后，混合的源气体在扩散空间350内扩散并接着通过多个喷嘴320(即多个第一路径360a)且朝向基板S喷射。
当源气体的喷射停止或结束时，通过清理气体储存部430提供清理气体而将清理气体喷射至腔体100(初始清理)内。此处，从清理气体储存部430排出的清理气体可通过第二连接管480b、第二传输管470b和第二气体供应管500b，然后通过第二路径360b朝下喷射。
接下来，反应气体(例如含磷气体)由反应气体储存部420提供并喷射至腔体100内。在这种情况下，反应气体与清理气体可通过相同的路径喷射至腔体100内。也就是说，在通过第二连接管480b、第二传输管470b和第二气体供应管500b后，反应气体通过第二路径360b朝下喷射。当喷射反应气体时，吸附于基板S上的源气体和反应气体之间可发生反应而生成反应物，即AlGaInP。然后，反应物被累积或沉积在基板S上而于基板S上形成由AlGaInP制成的薄膜。
当以这种方式将反应气体喷射至腔体100内时，可使射频电源供应部600运行以将射频功率施加于第一板件310。当射频功率被施加于第一板件310时，可在喷射部300中的第二路径360b内以及在第一板件310和支撑件200之间的空间中生成电浆。
当反应气体喷射停止时，通过清理气体储存部430提供清理气体以将清理气体喷射至腔体100(二次清理)内。在这种情况下，源气体和反应气体之间反应的副产物可借由二次清理被排放到腔体100的外部。
当二次清理结束后，自气体储存部440提供例如氢气等气体以用于生成电浆，并且开启射频电源以将射频功率施加于第一板件310上。如此一来，使用氢气的电浆(即氢电浆)会生成于腔体100内。
如上所述，于喷射反应气体或二次清理之后，电浆可生成于腔体100内，甚至可于大约600℃或更低的低温下于基板S上形成主动层10。此外，更具体地说，可形成多晶的主动层10。
按上述源气体的喷射、清理气体的喷射(初始清理)、反应气体的喷射、清理气体的喷射(二次清理)和电浆的生成的顺序进行的制程循环可以重复多次。此外，可根据目标厚度决定要进行的制程循环的次数。
当具有目标厚度的主动层10形成后，主动层10的一部分被蚀刻。例如，具有预定厚度的主动层10在主动层10的宽度方向或长度方向上于中心区域的外部区域被蚀刻。为此，例如提供用于覆盖主动层10的中心区域并显露其余区域的屏蔽，并且此屏蔽设置于主动层10的上侧。然后，借由从主动层10的上侧喷射蚀刻气体来对暴露于开口区域的主动层10进行部分蚀刻。此处，蚀刻被进行而使得面向屏蔽的开口区域的主动层10仍然保有目标厚度。此时，可借由施加六氟化硫(SF6)、氯气(Cl2)、四氟化碳(CF4)或氧气(O2)至少其中一者或其中两者的组合和电浆来进行蚀刻。
由于此蚀刻，主动层10可被提供成包含形成在基板S的顶面的第一层11和形成在第一层11的中心区域的第二层12的形式。因此，主动层10可被提供为形成有第二层12的区域的高度大于仅形成有第一层11的部分的高度的形状，也就是说被提供成具有高度差的形状。
如上所述，蚀刻部分主动层的制程可在独立于图6所示的沉积装置的装置中进行。此外，蚀刻装置可为与沉积装置原位(in situ)连接的装置。
当蚀刻结束时，会在主动层10的第一层11中形成阱层21和22。在这种情况下，可通过例如原子层沉积法形成阱层21和22，并且可使用与形成主动层10时所使用的沉积装置相同的沉积装置形成阱层21和22。
以下，将描述形成阱层21和22的方法，并描述使用图6所示的沉积装置形成阱层21和22的方法。在这种情况下，将以使用n型AlGaInP层形成阱层21和22的情况为例进行描述。
首先，将其上形成有主动层10的基板S装载至腔体100内而使基板S设置于支撑件200。然后，遮盖主动层10中面向第二层12的区域，并且剩余的开放的屏蔽设置于主动层10上方。
接下来，将源气体喷射至腔体100内。为此，储存在第一源气体储存部410内的含铝气体、储存在第二源气体储存部410内的含镓气体、储存在第三源气体储存部410内的含铟气体以及储存在掺杂气体储存部450内的含硅气体其中每一者都被供应至混合部460内。因此，含铝气体、含镓气体、含铟气体和含硅气体于混合部460内混合。借由通过第一传输管470a、第一气体供应管500a和喷射部300的第一路径360a而朝向基板S喷射混合的气体。
尔后，自清理气体储存部430提供清理气体，且清理气体通过喷射部300的第二路径360b被喷射至腔体100内(初始清理)。
接下来，自反应气体储存部420提供反应气体例如含磷气体，并通过喷射部300的第二路径360b将反应气体喷射至腔体100内。此处，射频功率可被施加于第一板件310以生成电浆。
当喷射反应气体时，吸附于基板S上的源气体和反应气体之间可能发生反应而生成反应物，即AlGaInP。此处，由于源气体和掺杂气体被混合并被喷射，因此反应物会变成掺有硅的AlGaInP。因此，提供作为n型AlGaInP层的阱层21和22可形成于主动层10的第一层11中。
当反应气体的喷射结束后，自清理气体储存部430提供清理气体，而将清理气体喷射至腔体100内(二次清理)。
当二次清理结束后，可增加在腔体100内生成电浆的制程。也就是说，自气体储存部440提供用于生成电浆的气体，例如氢气，将氢气喷射至腔体100内，并将射频功率施加于第一板件310。因此，使用氢气的电浆(即氢电浆)会生成于腔体100内。
尔后，按照源气体的喷射(源气体+掺杂气体的混合)、清理气体的喷射(初始清理)、反应气体的喷射、清理气体的喷射(二次清理)和电浆的生成的顺序进行的制程循环会重复多次，以形成阱层21和22，每层都具有目标厚度。此处，如图2所示，阱层21和22可被提供成环绕在主动层10的第一层11上的第二层12。
在上述内容中，于阱层21和22的形成中，已经描述了电浆是在二次清理后生成。然而，一示例性实施例并不限于此，亦可省略在二次清理后生成电浆的制程。
当形成阱层21和22时，于主动层10和阱层21、22上形成栅极绝缘层30。此处，栅极绝缘层30可由例如三氧化二铝(Al2O3)制成，并可通过化学气相沉积法、有机金属化学气相沉积法和原子层沉积法其中任一者形成。
尔后，栅极绝缘层30的一部分被蚀刻。例如，在每个阱层21和22的边缘上形成的栅极绝缘层30被蚀刻。因此，如图1所示，栅极绝缘层30可被提供于主动层10的第二层12上，在这种情况下，栅极绝缘层30的长度可大于第二层12的长度。
接下来，在栅极绝缘层30的一侧形成源极电极41，而在阱层21和22的另一侧形成漏极电极42。在这种情况下，源极电极41和漏极电极42可使用钛和金其中至少一种材料形成，并且可通过例如溅镀沉积形成。
接着，在栅极绝缘层30上形成栅极电极50。此处，栅极电极50可与源极电极41和漏极电极42使用相同的材料和方法来制备。例如，栅极电极50可由钛和金其中至少一者制成，并可通过溅镀沉积法形成。
如上所述，根据示例性实施例的功率半导体元件的制造方法，可在低温下形成主动层10。因此，能防止基板S或在基板上形成的薄膜因高温热而损坏。此外，可以节省加热基板S以形成主动层10所需的功率或时间，并且可以缩短整个制程时间。
此外，可用结晶的方式形成主动层10。也就是说，可在以低温形成主动层的同时形成结晶的主动层10。
实用性
根据示例性实施例，可在低温下形成主动层。因此，能防止基板或形成在基底上的薄膜因高温热而损坏。此外，可节省加热基板以形成主动层所需的功率或时间，并且可缩短整个制程时间。
此外，可用结晶的方式形成主动层。也就是说，可在以低温形成主动层的同时形成结晶的主动层。
Claims (14)
1.一种制造功率半导体元件的方法，包含于一碳化硅基板上形成一主动层，其中该主动层的形成包含：
将一源气体喷射至该碳化硅基板上；
在停止该源气体的喷射后，进行喷射一清理气体的初始清理；
在停止该初始清理后，喷射一反应气体；以及
在停止该反应气体的喷射后，进行喷射该清理气体的二次清理。
2.如权利要求1所述的制造功率半导体元件的方法，其中该源气体包含镓、铟、锌和硅中的一者或两者或多者。
3.如权利要求2所述的制造功率半导体元件的方法，其中该反应气体包含砷、磷、氧和碳中的一者或两者或多者。
4.如权利要求1至3任一项所述的制造功率半导体元件的方法，其中该主动层的形成包含重复地进行依序进行该源气体的喷射、该初始清理的进行、该反应气体的喷射和该二次清理的一制程循环。
5.如权利要求1所述的制造功率半导体元件的方法，其中该主动层的形成包含在该反应气体的喷射后生成一电浆。
6.如权利要求5所述的制造功率半导体元件的方法，其中在该反应气体的喷射后的该电浆的生成是在该二次清理的进行后进行，且
该主动层的形成包含重复地进行依序进行该源气体的喷射、该初始清理的进行、该反应气体的喷射、该二次清理的进行和该电浆的生成的一制程循环。
7.如权利要求1所述的制造功率半导体元件的方法，其中该主动层的形成包含在该源气体的喷射和该反应气体的喷射之间生成一电浆。
8.如权利要求5或7所述的制造功率半导体元件的方法，其中该电浆的生成包含喷射氢气。
9.如权利要求1所述的制造功率半导体元件的方法，更包含在该主动层的形成前于该碳化硅基板上形成一结晶缓冲层。
10.如权利要求9所述的制造功率半导体元件的方法，其中该结晶缓冲层由氮化铝制成。
11.如权利要求1所述的制造功率半导体元件的方法，更包含在该主动层的形成后于该主动层中形成一阱区，
其中，该阱区的形成包含：
暴露出该主动层的一部分区域；
蚀刻暴露的该主动层的该部分区域；以及
依序进行该源气体的喷射、该清理气体的喷射、该反应气体的喷射和该清理气体的喷射，以于该主动层的该部分区域中形成该阱区。
12.如权利要求11所述的制造功率半导体元件的方法，其中该主动层的形成和该阱区的形成至少其中一者包含喷射一掺杂气体，
其中该掺杂气体是在该掺杂气体与该源气体混合并被喷射后喷射，或是在喷射该源气体后喷射。
13.如权利要求12所述的制造功率半导体元件的方法，其中该掺杂气体包含镁、硅、铟、铝和锌的其中一者。
14.如权利要求11所述的制造功率半导体元件的方法，更包含：
在该主动层上形成一栅极绝缘层；
在该阱区上形成一源极电极和一漏极电极，使得该源极电极和该漏极电极在一水平方向上相互隔开；以及
在该栅极绝缘层上形成一栅极电极。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2021-0076036 | 2021-06-11 | ||
| KR1020220070240A KR20220167235A (ko) | 2021-06-11 | 2022-06-09 | 전력 반도체 소자의 제조방법 |
| KR10-2022-0070240 | 2022-06-09 | ||
| PCT/KR2022/008225 WO2022260476A1 (ko) | 2021-06-11 | 2022-06-10 | 전력 반도체 소자의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117425964A true CN117425964A (zh) | 2024-01-19 |
Family
ID=89528883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202280038418.4A Pending CN117425964A (zh) | 2021-06-11 | 2022-06-10 | 功率半导体元件的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117425964A (zh) |
-
2022
- 2022-06-10 CN CN202280038418.4A patent/CN117425964A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4570659B2 (ja) | Ｄｃバイアスを利用したリモートプラズマ原子層蒸着装置及び方法 | |
| CN102414845A (zh) | 用于制造led的mocvd单一腔室分割工艺 | |
| US20110244617A1 (en) | Forming a compound-nitride structure that includes a nucleation layer | |
| US20100279020A1 (en) | METHOD OF FORMING IN-SITU PRE-GaN DEPOSITION LAYER IN HVPE | |
| US20110227037A1 (en) | Enhancement of led light extraction with in-situ surface roughening | |
| US8138069B2 (en) | Substrate pretreatment for subsequent high temperature group III depositions | |
| US20110081771A1 (en) | Multichamber split processes for led manufacturing | |
| US8822338B2 (en) | CVD apparatus and method of forming semiconductor superlattice structure using the same | |
| US8785316B2 (en) | Methods for forming semiconductor materials by atomic layer deposition using halide precursors | |
| WO2012087002A2 (ko) | 화학 기상 증착 장치 및 이를 사용한 발광소자 제조방법 | |
| US20110207256A1 (en) | In-situ acceptor activation with nitrogen and/or oxygen plasma treatment | |
| JP2013021333A (ja) | 半導体エピ薄膜の成長方法及びこれを用いた半導体発光素子の製造方法 | |
| JP5369304B2 (ja) | 原子層堆積によって半導体材料を形成するためのシステム及び方法 | |
| JP6185398B2 (ja) | 窒化ガリウム系結晶の成長方法及び熱処理装置 | |
| CN117425964A (zh) | 功率半导体元件的制造方法 | |
| TW202303989A (zh) | 製造功率半導體元件的方法 | |
| JP3467988B2 (ja) | 半導体の製造方法及び半導体の製造装置 | |
| KR20220167235A (ko) | 전력 반도체 소자의 제조방법 | |
| CN117461124A (zh) | 用于制造功率半导体元件的方法 | |
| TW202301439A (zh) | 用於製造功率半導體元件的方法 | |
| US20120052657A1 (en) | Method of forming film and substrate processing apparatus | |
| KR20220167236A (ko) | 전력 반도체 소자의 제조방법 | |
| TW202309338A (zh) | 碳化矽基板製造方法 | |
| KR20240011610A (ko) | 반도체 소자 제조방법 | |
| KR20110140024A (ko) | 질화갈륨계 에피층 성장 장치 및 성장 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |