TW535220B - A method for fabricating a III-V nitride film and an apparatus for fabricating the same - Google Patents
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Description
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發明背景 發明領Μ 本發明係與蟲晶成長III-V族氮化物膜之方法 特別是利用有機金屬化學氣相沉積法在一 A 1 Ρ Τ \τ / 可悉上成属"
AlxGayInzN(x + y + z = l)膜及此法之裝置。 相關技 在：發光二極體、雷射二極體或光電二極體的光電裝 且右i =好在由早晶藍f石所組成之特定基板上蟲晶成長 二有如AlxGayInzN(X + y + z = l)成分的Πι_ν族氮化物膜，目 曰曰 利法蟲晶’或近來利用氯化物氣相蟲 (HVPE)法來成長AlxGayInzN 膜。 在利用HVPE法製備GaN膜的例子中，首先，將由單曰 藍寶石所組成之基板放置到充滿鎵金屬材料的反應器早卜曰曰， 然後，為了產生鹽酸鎵氣體，將鹽酸氣體導入至ϋ器 中，並與鎵金屬反應，接著，為了在基板上沉積並g造 GaN膜，將氨氣導入至反應器中，並與鹽酸鎵氣體反應。 HVPE法具有比M0CVD法或M0VPE法還高的膜成長速率，舉 來說’在M0VPE法中，通常只以數磊晶成長㈣膜， 但在HVPE法中，通常以數百# m/hr磊晶成長GaN膜。因 此，在形成較厚的I π—v族氮化物膜時，HVPE法具有豆優 點° ^ 八 然而，並無法由HVPE提供良好品質之人^〜InzN膜， 且在相同基板上厚度的起伏也會增加；另一方面，利用
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五、發明說明（2) M0VPE法形成AlxGay InzN臈會花費較多時間，因此，亦掸 了製造AlxGay InzN膜的成本。 θ 在利用M0CVD法製備AlxGay ΙηζΝ膜的例子中，將基板放 置並失持在安裝於反應器内之承載器上，並利用加埶号加 ，至一預設定之温度，然後，將三曱基銘氣體、三曱基鎵 乳體與三甲基銦氣體或類似之第族原料氣體與由氫氣 或氮氣所組成傳遞氣體（carrier gas)導入至反應器内· 另一方面，將如氨氣之第V族原料氣體與由氫氣g氮氣所 組成之傳遞氣體導入至反應器内。接著，第丨丨丨族原料氣 體與第V族原料氣體會起反應’在基板上沉積並形成〃 AlxGayInzN膜。跟AlxGayInzN膜一樣，亦可用於氮化銘膜、 氮化鎵膜、氮化銦Μ、氮化鋁鎵膜、氮化鋁錮膜及氮 銦膜。 广在上述傳統方法如M0CVD法中，若第ΠΙ族與第ν族原 枓乳體間之反應在反應器之壁表面上發生，則成膜效率將 :降’並因而降低膜成長速率。目此’過去在將原料氣體 導入至反應II時會冷卻原料氣體，或將反應器的内壁部分 地冷卻。 :-方面’如”之第V族原料氣體將發揮其強的腐 蝕性貝，因此，反應裔内壁的加熱部份可利用由s i C、 P-M、TaCx、NbNx等組成之保護層覆蓋，以避免内壁的腐 餘。在此例中，若第m族與第v族原料氣體間之反應在反 應器之壁表面上發生，則形成之AlpGaqInrN(p+q+r=i)化合 物不會沉積在保護層上’但會如顆粒般掉落在保護層上。
535220 五、發明說明（3) 更特別地說，在保護層加熱較強的部分，合 器内壁的催化效應，並經由第ΠΙ族原料氣體與曰H反應 軋體間的氣相反應而產生更多由AlpGaqInrN化合姨原科 的，粒，在使用三甲基鋁氣體當成其中之一的第叙成 料氣體以製備A1N膜或富鋁AlxGay InzN(x + y + z = i x>族原 的例子中，很容易由於三甲基鋁氣體的高反應 〇· 5)膦 多顆粒。 而產生报 如上所述自保護層上產生並掉落之顆粒，將 、，
體或傳遞氣體吹走，並沉積在基板上，在此例中，^料氣 之AlxGayInzN膜之品質，特別是Α1Ν膜或富鋁八1(^111戶^產生 膜，將由於沉積的顆粒而劣化。 y心 此外，因為經由一開始即與加熱器一同加熱之承 加熱在基板上所形成的AlxGayInzN膜，所以承載器的7表裔 W度上升至1 〇 〇 〇 c的焉溫或超過基板溫度，使得在承載哭 表面很容易地產生更多由AlpGaqInrN化合物所組成的7顆為 粒，因此所產生之A lx Gay I nz N膜的品質將劣化。
第1 A圖為一概念圖，係顯示使用一新型承載器在3对 晶圓基板上所形成之A1 N膜的膜品質，A 1 N膜品質的劣化係 在基板外圍之斜線區，如第1 A圖中所示，使用新承載器的 A 1 N膜之品質明顯地由於顆粒的沉積而裂化。 此外，為了降低製造成本而使用如3吋晶圓之大基 板，會由於在基板外圍有更多的顆粒，因此所得之 AlxGay InzN膜的品質劣化會更為明顯。
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535220 五、發明說明（4) t明概述 本發明之目的係為解決上述傳統問題，因此，提供一 個利用M0CVD法蠢晶成長具有良好品質之 AlxGayInzN(x + y + z = l)膜的方法與裝置。
為達成上述目的，本發明係與製造Π I —V族氮化物膜 之方法有關，包含在一反應器中的承載器上準備基板、將 基板加熱至一預定溫度、將AlaGabIncN(a + b + c = l，a>0)膜 覆蓋在反應器内部，並將第Π I族原料氣體與第v族原料氣 體及傳遞氣體導入至反應器内之基板上的步驟，其中經由 加熱基板而使反應器加熱至約丨〇 〇 〇 或丨〇 〇 〇它以上。因 此，可利用M0CVD 法製造AlxGayInzN(x + y + z = l)膜。 覆蓋的AlaGabInc^Ka + b + c = l，a>0)膜包含數％不可避免 的το素’如氧元素、矽元素、鎂元素及包含在反應器内壁 的其他元素；此外，AlaGabIncN(a + b + c=1，a>〇)膜不需要 在整體j度中具有均勻的成分，但可具有連續地或逐漸變 化的成分，或由具有不同成分的多層膜所組 構。
在本發明之一較佳實施例中，在承載器上覆蓋一層 AlaGabIncN(a + b + c = 1，a>〇)膜以夾持基板，在如上所述利 : = 去製備11 Η族氮化物膜的例子中，將基板加熱炱 、、、、 ’於是承載器的表面會加熱至1000 °C或1000 °C以 ΐΐΞΐ，會在承載器上產生更多由AWnrN(P + Q + r=1) 71所組成之顆粒。然而，若在承載器上覆蓋 X y nzN膜，可直接將AlpGaq InrN化合物覆蓋在承載器
7066-4447-PF;ahddub.p t d 第8頁 五、發明說明（5) 上’於是不會在基板上產生及 生的Α1 b μ时π θ^ L #茅員$立’如此一來 所產
>ψ >/ Α Ί ^ f"u ^ t^L 的AlxGayInzN膜可具有其所需要之品質 在此，顆粒不只是指丨丨直徊 :口貝 指”較小尺度之中間物，如自^ 的顆粒”，也是 及第V族原料所產生之聚合物"。矢原料，特別是包含鋁 本發明之製法最好使用於形成富鋁 AlxGayInzN(x + y + z = l)膜，或利用導曰 體與氨氣至反應器内以形成A 1N膜。X夕量之三甲基鋁氣 在製備富紹AlxGaylM膜或A1N膜 包含大量的鋁亓音田拉形成的A1JabIncN膜 分二二: 原子百分比或大於5〇原子百 Ξ哭。上及L施富銘的Α1ΑΙη#合物有效地沉積在承 ίϋΛ— 壁上的富銘之膜，於是幾 手不會產生由昌鋁的AlpGaqInrN化合物所組成的顆粒。 本發明亦與利用M0CVD法製造ΙΠ_ν族氮化物膜之裝置 有關，包含一反應器，在此反應器中之第ΙΠ族原料氣體 與第V族原料氣體之間產生M0CVD反應，並在反應器中安裝 一夾持，板的承載器、經由承載器將基板加熱至預定溫度 的加熱|§，且至少反應器的内壁與承載器的其中之一覆蓋 AlaGabIncN(a + b + c = i，a>0)膜，其中反應器的内壁與承載 器加熱至1 0 0 0 °C或1 〇 〇 〇 °c以上。 亦在本發明之製造裝置中，在如上所述使用如三甲基 鋁氣體之第11 I族原料氣體及如氨氣之第v族原料氣體並利 mm 第9頁 7066-4447-PF;ahddub.p t d 535220 發明說明（6) 用M0CVD法製造舍奴Δι 辟s /十I 田銘AlxGayInzN膜或Α1Ν膜時，反應器的内 ^及/或承載器最好覆蓋富銘 n ，因 …、售 表次取好可藉由將較多量的三甲基鋁氣體與 氣氣導入至及麻^ νΛ ,汉應為内而用於形成富鋁AlxGayInzN(x + y + z = l， x>〇· 5)膜或A1N 膜。 圖式簡單說明 為了對本發明有更佳的了解，巧*參考附圖，其中： 第1Α圖為一根據本發明之概念圖，係顯示在3吋晶圓 基板上形成之A1 Ν膜的膜品質。 第1 B圖為一根據本發明之概念圖，係顯示a 1 N膜的膜 品質。 第2圖係一截面圖，圖示地顯系根據本發明I I I - V族氮 化物膜製造裝置的結構。 ^ 第3圖係一截面圖，係顯示該製造裝置的承載器。 第4圖係一截面圖，係顯示根據本發明另一製造裝置 之承載器。 符號說明 11- 反 應 器 ’ 1〜 基板； 13〜 承 載 器 14 〜加熱器 ， 15〜 第 一 氣 體入口； 16 〜第二氣 體入 17- ，第 氣 體入口； 18 、19〜導 管； 20- 氣 體 出 π ; 21 ~AlN 膜（
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整^佳實施例斂沭 •第2圖為圖示地顯示根據本發明製造I I I —V族氮化物膜 製造裝置之結構的截面圖，在第2圖中，製造裝置包含由、 石英或不鏽鋼所製成的反應器1丨、在反應器較下側中心的 承載器1 3及在承載器1 3下的加熱器1 4，在承載器上水平地 放置由如單晶藍寶石所組成之基板丨2，並以加熱哭加熱至 一預定溫度。雖然在第2圖中基板被夾持在承載器w的上表 面，但亦可被夾持於其下表面。 又
在反應器11的右側提供氣體入口以導入原料盥 ，氣體，在如製造A1N膜的例子中，三甲基銘氣體與氮傳專 遞軋體自，一氣體入口 15導入，而氨氣自第二氣體入口 Η 導入，接著，由氫氣或氮氣所組成的傳遞氣體自第三氣體 入口 17導a ’並將所導入之三甲基鋁氣體與氨氣 經 :別的導管18與19導入至反應器的中心區域，在此例中， ==氣體供應至基板12上’但卻無法供應至基板 導入的原料氣體由基板上的M0CVD反應 排：殘留的原料氣體則由在反應器11右側之氣體出
在製作A1N膜的例子中，基板12利用 約1 0 0 0。(：，在此例中，承恭哭、彳q从主二 …為加熱主 ^ 1 n n n 〇r |V , m 表載為1 3的表面溫度上升至丨〇 〇 〇 〇c A1000C以上’因此，為祖名触a —甘丄 應’以產生由A1NX化合物所έ且成』：反亡發生化學反 體及傳遞氣體吹走，並粒被原料氣 積在基板1 2上，將使如a 1 n膜之
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AlxGay InzN膜的品質劣化。所以，如第3圖中所示，將1 厚度之A 1 N膜覆蓋在承載器1 3的上表面及側表面上。在此 例中，A1NX化合物沉積在覆蓋的A1N膜21上，且因此幾乎 不產生由A 1 Nx所組成之顆粒。如此一來，顆粒不會影變所 產生之A 1N膜，且此A 1N膜在整個包含其外圍之基板的主表 面可具有其所需之品質，因此，可降低A丨N膜整體的製造 成本。 雖然本發明已參考上列例子詳細敘述之，但本發明並 不限於以上揭露，且各種變化及修正均不脫離本發明之 疇。 舉例來說，A1N膜21可覆蓋在反應器内壁上及/或其他 安裝在加熱至1 0 00 t或1〇〇〇 t以上的高溫之反應器内的儀 器上，而不覆蓋在承載器13上；此外，除a 1N膜之外，玄 可覆蓋其他AlaGabIM(a + b + c = 1，a>0)膜或膜之外亦
AlaGabIncN(a + b + c = l，a>0. 5)膜。 ^基板1 2可由除單晶藍寶石外之單晶氧化物所組成，如 單晶ZnO、單晶LiA102、單晶LiGa02、單晶MgAl2〇4或單晶
MgO，或由第IV族單晶或IV-IV族單晶所組成，如單曰= 單晶Sic，或由第m-v族單晶所組成，如單晶以^阳， A1N、單晶GaN或單晶AlGaN，或由單晶硼化物所組成，曰曰
ZrB2。此外，基板1 2可由具有以上述之單晶當作基底 之蠢晶基板所組成，並在該基底材料上形成一石； 膜。 寸& μ晶 基板12可放置在如第4圖中在承載器13的主要表面所
^5220 五 發明說明（9) 表：：溝：部13A中’❿不直接放置在承載器"的平主要 希望在此例中，為了不擾亂基板12上的原料氣體，要故 高度‘ F ί溝A，:'，使得放置到溝槽部内之基板12的表面 與承栽二的表面高度相同；此外，在基板12 輿2l L f / 3的侧表面間的連接可不覆蓋Α1Ν 因為原料氣體並無直接接觸到此部份 其製將明？"族氮化物臈之製法及 叙，M M，a>0)膜，特別是富 蓋在C a>〇·5)膜，更特別是A1N膜，覆 ^在加熱至1 000 t：或1 0 0 0以上的反應器之内部上，覆 I由原料氣體反應所產生之AlGa In Mr 1 1所組成之顆粒。如此一來，顆粒不會影響、:〇 >GayInzN膜，AlxGayInzN亦可具有其所需之性 氣當作第V族原料氣體時’不會腐麵包含反 應益内部，因為覆蓋膜可具有抗腐蝕膜的的汉 加整個製造裝置的耐久性。 。力月匕，因此可增
Claims (1)
- 535220 申請專利範圍 • 種I I I - V族氮化物膜的製法，包括下列步驟： 在一反應器中的一承載器上準備一基板； 加熱該基板至一預定溫度； W在加熱至約1 0 0 0 °c或l〇〇(TC以上以加熱該基板的該反 應器内邛上覆蓋一八1,81311^(8 + 5 + (：=1，3>0)膜；及 將一第I I I族原料氣體及一第v族原料氣體與一傳遞氣 體導入至準備於該反應器中之該基板上，並因此利用 M0CVD 法製造一 AlxGayInzN(x + y + z = l)膜。2·如申請專利範圍第1項之製法，其中膜 覆蓋在加熱至約1 0 0 0。〇 41〇〇(rc以上之該承載器上。 3.如申請專利範圍第1項之製法，其中該〜 MaGabIncN(a + b + c = l，a>〇)膜包含5〇原子百分比或比所有 第III族元素還多的A1元素（a>0.5)。 4·如申請專利範圍第3項之製法，其中該 AlaGabIncN(a + b + c = l，a>0)膜由一 A1N 膜所組成。 5 ·如申請專利範圍第3項之製法，其中該 AlxGay InzN(x + y + Z = l)膜包含50原子百分/比或^匕所有第I】1 族元素還多的A1元素（χ>〇· 5)。6 ·如申請專利範圍第3項之製法，其中該 AlxGayInzN(x + y + z 二 1)膜由一 Α1Ν 膜所組成。 7. —種III-V族氮化物膜的製造裝置，利用M〇CVD法來 製造，該製造裝置包括： 一反應器，在該反應器内一第Ιπ族原料氣體與一第v 族原料氣體間產生M0CVD反應；7〇66-4447-PF;ahddub.ptd 第14頁 535220 六、申請專利範圍 一承載器，安裝於該反應器内 一基板； :加熱器’：由該承載器加熱該基板 在至少該反應器之内壁及該承載器的其中之 AlaGabIncNU+b+c=1，a>°)膜’其中該反應器與該承載 加熱至1 0 0 0 °C或1 0 0 0 ec以上。 、X K载 8. 如申請專利範圍第7項之製造裝置，其中該 AlaGabIncN(a + b + C = l，a>0)膜包含5〇 原 第III族元素還多的A1元素（a>〇5)。 ^ 9. 如申請專利範圍第8項之製造裝置，1中該 AlaGabIncNU + b + c = l’ a>〇)膜由一 A1N 膜所組成。 ，並在該承载器上央持 器 7066-4447-PF;ahddub.p t d 第15頁
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