TWI665333B - 磊晶用之基材的製造方法 - Google Patents
磊晶用之基材的製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI665333B TWI665333B TW105132969A TW105132969A TWI665333B TW I665333 B TWI665333 B TW I665333B TW 105132969 A TW105132969 A TW 105132969A TW 105132969 A TW105132969 A TW 105132969A TW I665333 B TWI665333 B TW I665333B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- substrate
- layer
- buffer layer
- manufacturing
- nitride
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 144
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 75
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 claims abstract description 64
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 61
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims abstract description 32
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 10
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 79
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 50
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 24
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
一種磊晶用之基材的製造方法，包括：於一基板上設置一緩衝層，該緩衝層係使用原子層沉積製程形成複數個層疊的氮化物層所構成。該緩衝層亦可由疊置的至少一第一次緩衝層與至少一第二次緩衝層所構成，其中，第一次緩衝層係使用原子層沉積製程形成複數個層疊的第一氮化物層所構成，第二次緩衝層係使用原子層沉積製程形成複數個層疊的第二氮化物層。在製作緩衝層的步驟中，於形成每一層氮化物層、第一氮化物層或第二氮化物層後，續進行離子轟擊。藉此，基板及緩衝層形成磊晶用之基材，且有效提升緩衝層的結晶程度。
Description
本發明係與磊晶用之基材有關；特別是指一種磊晶用之基材的製造方法。
現有的半導體元件，例如，半導體發光元件、高速電子遷移率場效電晶體(High-electron-mobility transistor,HEMT)、雷射二極體等，大多是於一基板上成長一緩衝層，再於緩衝層上成長磊晶層，而後再於磊晶層上製作元件的結構。緩衝層之目的即是用以減少晶格不匹配的情形、降低缺陷密度或減少基板與磊晶層之間熱膨脹係數的差異，藉以提升磊晶層的品質，進而提升元件的效能。
現有製作緩衝層之技術，大多是使用有機金屬化學氣相沉積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)製程在一基板上製作緩衝層(例如氮化鋁或氮化鎵緩衝層)，通常有機金屬化學氣相沉積製程的製程溫度需要於高溫才能讓緩衝層產生結晶以提升緩衝層之品質。由於製程溫度高，因此，相對地製程機台所消耗的功率也高，對基板熱穩定度的要求也較高。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種磊晶用之基材的製造方法，可於較低的製程溫度下製作具有良好結晶程度的緩衝層。
緣以達成上述目的，本發明提供的一種磊晶用之基材的製造方法，該基材包含一基板與一緩衝層；該製造方法包含下列步驟：A、提供該基板；B、於該基板的一表面設置該緩衝層，設置該緩衝層的步驟包括：B-1、使用原子層沉積製程形成一氮化物層；B-2、對該氮化物層進行離子轟擊；及B-3、重覆步驟B-1、B-2複數次，使層疊的複數個該氮化物層構成具有一預定厚度之該緩衝層。
本發明另提供一種磊晶用之基材的製造方法，該基材包含一基板與一緩衝層；該製造方法包含下列步驟：A、提供該基板；B、於該基板的一表面設置該緩衝層，該緩衝層包括疊置的至少一第一次緩衝層與至少一第二次緩衝層；其中，形成該第一次緩衝層的步驟包括：B-1、使用原子層沉積製程形成一第一氮化物層；B-2、對該第一氮化物層進行離子轟擊；及B-3、重覆步驟B-1、B-2複數次，使層疊的複數個該第一氮化物層構成具有一第一預定厚度之該第一次緩衝層；其中，形成該第二次緩衝層的步驟包括，使用原子層沉積製程形成層疊的複數個第二氮化物層，直到該些第二氮化物層的厚度達到一第二預定厚度，以構成該第二次緩衝層。
本發明之效果在於，利用製程溫度需求較低的原子層沉積製程製作緩衝層中的每一層氮化物層或第一氮化物層，且以電漿對每一層氮化物層或第一氮化物層進行離子轟擊，可有效地提升緩衝層結晶程度，有效增進後續生成於緩衝層上方的磊晶層之結晶品質，使磊晶層具有更佳的結晶程度。
〔本發明〕
1、1’‧‧‧基材
10、10’‧‧‧基板
102‧‧‧表面
12、12’‧‧‧緩衝層
2‧‧‧基材
20‧‧‧基板
202‧‧‧表面
22‧‧‧緩衝層
222‧‧‧第一次緩衝層
224‧‧‧第二次緩衝層
3‧‧‧基材
30‧‧‧基板
302‧‧‧表面
32‧‧‧緩衝層
322‧‧‧第一次緩衝層
324‧‧‧第二次緩衝層
圖1為本發明第一較佳實施例製造方法所製造之基材的示意圖。
圖2為本發明第一較佳實施例製造方法的流程圖。
圖3為第一較佳實施之基材及其它對照組基材於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果。
圖4為第一較佳實施不同離子轟擊時間之基材及對照組基材於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果。
圖5為第一較佳實施之製造方法採用矽基板之基材及對照組基材於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果。
圖6為本發明第二較佳實施例製造方法的流程圖。
圖7為本發明第二較佳實施例製造方法所製造之基材的示意圖。
圖8為第二較佳實施之基材及對照組基材於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果。
圖9為圖8之樣品一的基材於X光繞射搖擺曲線(rocking curve)(omega模式)檢測之結果。
圖10為第二較佳實施之基材在不同離子轟擊時間及不同電漿功率時，於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果。
圖11為第二較佳實施之基材在不同延遲時間時，於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果。
圖12為圖11樣品一至樣品四的X光繞射強度與延遲時間的關係圖。
圖13為本實施例緩衝層12與基板之界面附近的截面以高解析度穿透式電子顯微鏡觀測的影像。
圖14為本發明第三較佳實施例製造方法所製造之基材的示意圖。
圖15為本發明第三較佳實施例製造方法的流程圖。
圖16為於第一、三較佳實施例之基材上，分別成長氮化鎵磊晶層後，於X光繞射搖擺曲線(omega模式)檢測之結果。
圖17為本發明第四較佳實施例之基材的示意圖。
圖18為於第四較佳實施例之基材及其半成品，於X光繞射搖擺曲線(omega模式)檢測之結果。
為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖1所示，為使用本發明第一較佳實施例磊晶用之基材的製造方法所製造之基材1，該基材1包含有一基板10與一緩衝層12，該基板10為藍寶石基板，但不以此為限，亦可是矽、氮化鎵、碳化矽、砷化鎵基板，該緩衝層12設置於該基板10之一表面102。該緩衝層12的表面102係供設置一磊晶層(圖未示)例如氮化鎵磊晶層。
本實施例之製造方法包含有圖2所示之下列步驟：提供該基板10，並於該基板10之表面102設置具有一預定厚度之該緩衝層12，設置該緩衝層12的步驟包括：
使用原子層沉積製程(Atomic Layer Deposition，ALD)於該基板10的該表面102上成長一以氮化鋁(AlN)層(即氮化鋁原子層)為例的氮化物層。原子層沉積製程的製程參數為製程溫度500℃；三甲基鋁(Trimethylaluminum,TMA)：0.06秒；NH3電漿：40秒；該氮化鋁層的厚度介於0.1~3Å之間。
而後，以電漿對該氮化鋁層進行離子轟擊，本實施例中，製程溫度為500℃時，以氬氣(Ar)電漿對該氮化鋁層進行離子轟擊，電漿功率為300W，以使該氮化鋁層產生結晶，且離子轟擊時間為10秒以上。在考量整體製程的時間與氮化鋁層的結晶程度之取捨之下，較佳者離子轟擊時間為20秒至40秒之間。不同離子轟擊時間對於結晶程度之影響容後再述。實務上，亦可採用其它的氣體來產生電漿，例如，N2、H2、He、Ne、NH3、N2/H2、N2O、CF4等氣體。
之後於離子轟擊後的氮化鋁層上，再使用原子層沉積製程成長新的氮化鋁層，並以相同於前述之方式以氬氣電漿對新形成的氮化鋁層進行離子轟擊；重覆本步驟複數次以於該基板10上形成層疊的氮化鋁層，直到該基板10上的該些氮化鋁層的總厚度達到該預定厚度之後停止。該預定厚度範圍為5nm~200nm，本實施例中，該預定厚度為20nm~50nm。
請參圖3，為不同基材於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果，其中，樣品一之曲線為本實施例之基材1，其每次氬氣離子轟擊時間為10秒，電漿功率為300W；樣品二之曲線為對照組，同樣是以原子層沉積製程製作緩衝層，差別在於只通入氬氣10秒而未產生電漿。由圖3中可明顯得知，本實施例基材1的製造過程中，於每一次形成氮化鋁層時使用氬氣離子轟擊，具有明顯增加該緩衝層12的結晶程度之功效。
請參圖4，為本實施例之製造方法所製作的基材1於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果，其中，樣品一之曲線為每次氬氣離子轟擊時間40秒，電漿功率為300W；樣品二之曲線為每次氬氣離子轟擊時間20秒，電漿功率為300W；樣品三之曲線為每次氬氣離子轟擊時間10秒，電漿功率為300W；樣品四之曲線為對照組，同樣是以原子層沉積製程製作緩衝層，差別在於未進行氬氣離子轟擊之步驟。由圖4中可明顯得知，氬氣離子轟擊的時間愈長，則緩衝層12的結晶程度愈佳。由20秒至40秒之間的離子轟擊時間，可得知大於20秒之後結晶程度已相差不大，因此，考量整體製程的時間與緩衝層12的結晶程度之取捨之下，較佳離子轟擊時間可設定為20秒至40秒之間。
實務上，本實施例之製造方法中之基板亦可採用矽基板，其晶向為111，請參圖5，為採用矽基板之基材於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果，其中，樣品一之曲線為每次氬氣離子轟擊時間40秒，電漿功率為300W；樣品二之曲線為每次氬氣離子轟擊時間20秒，電漿功率為300W；樣品三之曲線為每次氬氣離子轟擊時間10秒，電漿功率為300W；樣品四之曲線為對照組，同樣是以原子層沉積製程製作緩衝層，差別在於未進行氬氣離子轟擊之步驟。由圖5中可明顯得知，於矽基板上所製作的緩衝層，氬氣離子轟擊的時間愈長，則緩衝層的結晶程度愈佳。由20秒至40秒之間的離子轟擊時間，可得知大於20秒之後結晶程度已相差不大，因此，考量整體製程的時間與緩衝層的結晶程度之取捨之下，較佳離子轟擊時間可設定為20秒至40秒之間。
前述第一實施例中，構成緩衝層12的氮化物層係以氮化鋁(AlN)層為例，實務上，亦可採用GaN,AlxGa1-xN,InxGa1-xN,InN,AlxInyGa1-x-yN等氮化物。
圖6所示為本發明第二較佳實施例磊晶用之基材的製造方法流程圖，用以製造圖7所示之基材1’。該基板10為藍寶石基板，但不以此為限，亦可是矽、氮化鎵、碳化矽、砷化鎵基板。該方法具有大致相同於第一實施例之步驟，其中，原子層沉積製程的製程參數為製程溫度300℃；三甲基鋁：0.06秒；N2/H2電漿：40秒；該氮化鋁層的厚度介於0.1~3Å之間。與第一實施例不同的是，本實施例在每一次以氬氣電漿對氮化鋁層進行離子轟擊後，係先停止產生電漿，且於停止產生電漿後的一延遲時間以內，始以原子層沉積製程繼續成長新的氮化鋁層，亦即，於停止氬氣電漿後至再次注入三甲基鋁的時間差即為延遲時間。藉此，基板10’上層疊的氮化鋁層構成緩衝層12’。
請參圖8，為不同基材於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果，其中，樣品一之曲線為本實施例之基材1’，其每次氬氣離子轟擊時間為20秒，電漿功率為300W；樣品二之曲線為對照組，同樣是以原子層沉積製程製作緩衝層，差別在於未分別對每一層氮化鋁層進行氬氣離子轟擊，而是在形成緩衝層後，再對緩衝層進行氬氣離子轟擊，其中，電漿功率為300W，轟擊時間為4000秒；樣品三之曲線為另一對照組，差別在於未分別對每一層氮化鋁層進行氬氣離子轟擊，亦未在形成緩衝層後進行氬氣離子轟擊。由圖8中可明顯得知，本實施例基材1’的製造過程中，於每一次形成氮化鋁層時使用氬氣離子轟擊，具有明顯增加該緩衝層12’的結晶程度之功效。
請參圖9，為圖8之樣品一的基材1’於X光繞射搖擺曲線(rocking curve)(omega模式)檢測之結果；由圖9可得知，樣品一於omega檢測模式有觀察到波峰，而圖8之樣品二及樣品三在於omega
檢測模式中並未觀察到波峰，因此未列於圖9中。由此可證明本實施例之製造方法中，經過氬氣離子轟擊可使緩衝層12’具有高的結晶程度。
圖10為本實施例之基材1’在不同氬氣離子轟擊時間及不同電漿功率時，於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果。其中，左側(a)圖之電將功率為100W，氬氣離子轟擊時間分別為10秒、20秒、40秒；右側(b)圖之電將功率為300W，氬氣離子轟擊時間分別為10秒、20秒、40秒。由圖10中可知，對每一層氮化鋁層進行氬氣離子轟擊時間愈長，緩衝層12’結晶程度愈高；以及氬氣離子轟擊的電漿功率愈高，緩衝層12’結晶程度愈高。在電漿功率為300W時，離子轟擊時間為20秒及40秒，緩衝層12’的結晶程度已相當接近，因此，可以得出較佳的電漿功率為300W，離子轟擊時間為20秒以上。圖8與圖10因量測機台不同，故X光繞射強度稍有差異。
圖11為本實施例在每一次以300W之電漿功率進行氬氣離子轟擊20秒後，至下一次以原子層沉積製程成長新的氮化鋁層之前，停止氬氣電漿後所持續的不同延遲時間之基材1’於X光繞射(θ-2θ模式)檢測之結果。其中，樣品一為延遲時間0秒，亦即，停止電漿後立即成長新的氮化鋁層；樣品二為延遲時間5秒，亦即，停止電漿後等待5秒再繼續成長新的氮化鋁層；樣品三為延遲時間10秒；樣品四為延遲時間20秒；樣品五為未分別對每一層氮化鋁層進行氬氣離子轟擊，亦未在形成緩衝層後對緩衝層進行氬氣離子轟擊。圖12為圖11樣品一至樣品四的X光繞射強度與延遲時間的關係圖。由圖11與圖12可明顯得知，停止電漿至下一次成長新的氮化鋁層之前的延遲時間愈短，緩衝層12’的結晶程度愈高。較佳者，延遲時間在5秒以內為佳。
圖13為本實施例緩衝層12’與基板10’之界面附近的截面以高解析度穿透式電子顯微鏡觀測的影像。在圖13中，(b)、(c)分別為緩衝層12’及基板10’的快速傅利葉轉換(FFT)繞射圖。由圖13(a)可觀察到，緩衝層12’呈現有序的原子排列，由其快速傅利葉轉換繞射圖可得知緩衝層12’具有高品質的單晶結構，其晶向為[0001]。圖13中，(b)與(c)相比較後，可得到緩衝層12’相對於基板10’的磊晶關係為：[0001]緩衝層//[0001]基板，以及[1010]緩衝層//[1120]基板。
請參圖14所示，為使用本發明第三較佳實施例磊晶用之基材的製造方法所製造之基材2，該基材2包含有一基板20與一緩衝層22，該基板20為藍寶石基板，但不以此為限，亦可是矽、氮化鎵、碳化矽、砷化鎵基板，該緩衝層22包括交錯疊置的複數個第一次緩衝層222與複數個第二次緩衝層224。本實施例中，該基板20的表面202上為一該第一次緩衝層222，位於最上方的第二次緩衝層224係供設置一磊晶層(圖未示)例如氮化鎵磊晶層。
本實施例之製造方法包含有圖15所示之下列步驟：提供該基板20，並於該基板20之表面202製作該緩衝層22，其中設置各該第一次緩衝層222的步驟包括：使用原子層沉積製程於該基板20的該表面202上成長一以氮化鋁層(即氮化鋁原子層)為例的第一氮化物層。原子層沉積製程的製程參數為製程溫度500℃，TMA，0.06秒；NH3，40秒。氮化鋁層的厚度介於0.1~3Å之間。
而後，以電漿對該氮化鋁層進行離子轟擊，本實施例中，係於製程溫度500℃下以氬氣電漿對該氮化鋁層進行離子轟擊，電漿功率為300W，以使該氮化鋁層產生結晶，且離子轟擊時間為10秒以上。在
考量整體製程的時間與氮化鋁層的結晶程度之取捨之下，較佳者離子轟擊時間為20秒至40秒之間，最佳為40秒。所採用的電漿亦可為N2、H2、He、Ne、NH3、N2/H2、N2O、CF4之其中一者形成的電漿。
之後於離子轟擊後的氮化鋁層上，再使用原子層沉積製程成長新的氮化鋁層，並以相同於前述之方式以氬氣電漿對新形成的氮化鋁層進行離子轟擊；重覆本步驟複數次以於該基板20上形成層疊的氮化鋁層，直到該基板20的該些氮化鋁層的總厚度達到一第一預定厚度之後停止。該第一預定厚度為1nm~50nm之間，本實施例中為3.9nm。藉此，該些氮化鋁層構成一該第一次緩衝層。
接著，於第一次緩衝層222上繼續製作一該第二次緩衝層224，其步驟包括使用原子層沉積製程形成複數個堆疊的以氮化鎵(GaN)層(即氮化鎵原子層)為例的第二氮化物層，直到該些氮化鎵層的厚度達到一第二預定厚度，該第二預定厚度為1nm~50nm之間，以構成一該第二次緩衝層。每一層氮化鎵層的製程參數為製程溫度500℃；三乙基鎵(Triethylagallium,TEGa)，0.1秒；NH3與氫氣之混合氣體電漿，20秒。每一氮化鎵層的厚度介於0.1~3Å之間。在本實施例中，並未施加以氬氣電漿對新形成的氮化鎵層進行離子轟擊之步驟。
而後，重覆數次製作層疊的另一該第一次緩衝層222及另一該第二次緩衝層224。藉此，於該基板20上以形成由複數個該第一次緩衝層222及複數個該第二次緩衝層224交錯堆疊而成的緩衝層22。本實施例中該緩衝層為三對第一次緩衝層222及第二次緩衝層224堆疊而成。如此即完成本實施例之基材2的製作。由於第二次緩衝層224的每一層氮化鎵層未經離子轟擊，其結晶程度較低於第一次緩衝層222，如此，第二
次緩衝層224可以進一步作為缺陷及應力的吸收層，藉以在緩衝層22上方另外成長磊晶層後，減少缺陷穿透至磊晶層之機會。
實務上，亦可如同第二實施例，在對每一層氮化鋁層進行離子轟擊後，停止電漿後的一延遲時間以內，始以原子層沉積製程繼續成長新的氮化鋁層，較佳者，延遲時間在5秒以內為佳。
此外，亦可在製作每一層第二次緩衝層224的過程中，於形成每一層氮化鎵層後，續以電漿對所形成的氮化鎵層進行離子轟擊，以使第二次緩衝層224中該些氮化鎵層產生結晶，得到更高結晶程度的緩衝層222。所採用的電漿為Ar、N2、H2、He、Ne、NH3、N2/H2、N2O、CF4之其中一者形成的電漿。實務上，亦可如同第二實施例，在對每一層氮化鎵層進行離子轟擊後，停止電漿後的一延遲時間以內，始以原子層沉積製程繼續成長新的氮化鎵層，較佳者，延遲時間在5秒以內為佳。
請參圖16，為本實施例之製造方法所製作的基材2與第一實施例之基材1，於其上成長氮化鎵磊晶層後，於X光繞射搖擺曲線(omega模式)檢測之結果。氮化鎵磊晶層係以MOCVD技術成長，製程溫度1180℃，基材1、2先在MOCVD腔體內於氨氣的氣氛下退火五分鐘，再於基材1、2上成長1.5μm的氮化鎵磊晶層，其中，樣品一之曲線為基材2各該第二次緩衝層224的第二預定厚度為3.5nm，且每次氮化鋁層於氬氣離子轟擊時間為40秒，電漿功率為300W；樣品二之曲線為基材2各該第二次緩衝層224的第二預定厚度為1.8nm，且每次氮化鋁層於氬氣離子轟擊時間為40秒，電漿功率為300W；樣品三為第一實施例之基材1，且每次氮化鋁層於氬氣離子轟擊時間為40秒，電漿功率為300W。由圖16中可明顯得知，本實施例之基材2相較於第一實施例之基材1，可更有效增進緩衝層上方的磊晶層之結晶品質，使磊晶層具有更佳的結晶程度。
實務上，各該第一次緩衝層222與各該第二次緩衝層224的位置亦可上下對調，其製造方法大致相同，差異僅在於先於基板20的表面設置一該第二次緩衝層224，而後才設置一該第一次緩衝層222並進行離子轟擊。由於第二次緩衝層224的每一層氮化鎵層未經離子轟擊，其結晶程度較低於第一次緩衝層222，如此，第二次緩衝層224可以進一步作為因晶格不匹配所產生的缺陷及應力的吸收層，藉以在緩衝層22上方另外成長磊晶層後，減少缺陷穿透至磊晶層之機會。此外，第一次緩衝層222的數量及第二次緩衝層224的數量亦可分別為至少一層。
上述第三實施例中，構成第一次緩衝層222的第一氮化物層係以氮化鋁(AlN)層為例，實務上，亦可採用GaN,AlxGa1-xN,InxGa1-xN,InN,AlxInyGa1-x-yN等氮化物。構成第二次緩衝層224的第二氮化物層係以氮化鎵(GaN)層為例，實務上，亦可採用AlN,AlxGa1-xN,InxGa1-xN,InN,AlxInyGa1-x-yN等氮化物。而第一氮化物層與第二氮化物層的材質可以是不同材質或相同材質。
圖17所示為本發明第四較佳實施例的基材3，其具有大致相同於第三實施例之結構，包含有一基板30與一緩衝層32，該基板10為藍寶石基板，但不以此為限，亦可是矽、氮化鎵、碳化矽、砷化鎵基板；不同的是，該緩衝層32包含疊置的至少一第一次緩衝層322與至少一第二次緩衝層324，該第一次緩衝層322與該第二次緩衝層324的材質相同，且二者之厚度分別以18nm為例。該基材3的製造方法與第三實施例大致相同，不同的是，本實施例係先於該基板30的表面302以原子層沉積製程設置該第二次緩衝層324，該第二次緩衝層324的每一第二氮化物層係以氮化鋁為例，並未以電漿對每一第二氮化物層進行離子轟擊。而後，再於該第二次緩衝層324上以原子層沉積製程設置該第一次緩衝層322，
該第一次緩衝層322的每一第一氮化物層同樣以氮化鋁為例，於形成每一第一氮化物層後，以電漿對第一氮化物層進行離子轟擊，並於停止電漿後的延遲時間內續成長新的第一氮化物層，其中延遲時間為5秒以內。
實務上，若第一次緩衝層322的數量與第二次緩衝層324的數量分別為複數層時，緩衝層則是如同第三實施例為交錯疊置的結構，差別僅在於第二次緩衝層324係接觸基板30的表面302。
請參圖18，為不同基材於X光繞射搖擺曲線(rocking curve)(omega模式)檢測之結果，其中，樣品一為本實施例之基材3，其第一次緩衝層322與第二次緩衝層324的成長溫度為400℃，且第一次緩衝層322的各第一氮化物層以300W之氬氣電漿進行離子轟擊20秒；樣品二為基材3的半成品，即基板30上僅設置未進行離子轟擊的第二次緩衝層324。由圖18可知，樣品一之曲線有波峰產生，證明本發明以電漿對第一次緩衝層322的各第一氮化物層進行離子轟擊可產生良好的結晶。而樣品二之曲線沒有波峰產生，代表未經離子轟擊的第二次緩衝層324之結晶程度低於第一次緩衝層322，因此，第二次緩衝層324可作為應力及缺陷的吸收層，紓解基板30與第一次緩衝層322之間因晶格不匹配所產生的應力與缺陷。
據上所述，本發明之磊晶用之基材的製造方法，使用對製程溫度需求較低的原子層沉積製程製作氮化鋁層，且對每一層的氮化鋁層皆使用離子轟擊，如同對每一層氮化鋁層進行退火之功效，可以讓氮化鋁層更加緻密，並可以使緩衝層中該些氮化鋁層產生結晶，藉以得到高結晶程度的緩衝層。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
Claims (16)
- 一種磊晶用之基材的製造方法，該基材包含一基板與一緩衝層；該製造方法包含下列步驟：A、提供該基板；B、於該基板的一表面設置一緩衝層，設置該緩衝層的步驟包括：B-1、使用原子層沉積製程形成一氮化物層，其中該氮化物層的厚度介於0.1~3Å之間；B-2、對該氮化物層進行離子轟擊；及B-3、重覆步驟B-1、B-2複數次，使層疊的複數個該氮化物層構成具有一預定厚度之該緩衝層。
- 如請求項1所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B-2中係以Ar、N2、H2、He、Ne、NH3、N2/H2、N2O、CF4之其中一者形成的電漿對該氮化物層進行離子轟擊。
- 如請求項1所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B-2中係以電漿對該氮化物層進行離子轟擊，離子轟擊的時間為10秒以上。
- 如請求項1所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B-2中，係使該氮化物層產生結晶。
- 如請求項1所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B-2中係以電漿對該氮化物層進行離子轟擊；步驟B-3在重覆執行步驟B-1、B-2之前，包含停止產生電漿，且於停止產生電漿後的一延遲時間以內，始執行步驟B-1，其中該延遲時間為5秒以內。
- 一種磊晶用之基材的製造方法，該基材包含一基板與一緩衝層；該製造方法包含下列步驟：A、提供該基板；B、於該基板的一表面設置該緩衝層，該緩衝層包括疊置的至少一第一次緩衝層與至少一第二次緩衝層；其中，形成該第一次緩衝層的步驟包括：B-1、使用原子層沉積製程形成一第一氮化物層，其中該第一氮化物層的厚度介於0.1~3Å之間；B-2、對該第一氮化物層進行離子轟擊；及B-3、重覆步驟B-1、B-2複數次，使層疊的複數個該第一氮化物層構成具有一第一預定厚度之第一次緩衝層；其中，形成該第二次緩衝層的步驟包括，使用原子層沉積製程形成層疊的複數個第二氮化物層，直到該些第二氮化物層的厚度達到一第二預定厚度，以構成該第二次緩衝層。
- 如請求項6所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B-2中係以Ar、N2、H2、He、Ne、NH3、N2/H2、N2O、CF4之其中一者形成的電漿對該第一氮化物層進行離子轟擊。
- 如請求項6所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B-2中係以電漿對該第一氮化物層進行離子轟擊，離子轟擊的時間為10秒以上。
- 如請求項6所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B中所設置的該緩衝層包括交錯疊置的複數個該第一次緩衝層與複數個該第二次緩衝層。
- 如請求項9所述磊晶用之基材的製造方法，其中形成各該第二次緩衝層的步驟中更包括，於形成每一該第二氮化物層後，對所形成的第二氮化物層進行離子轟擊，且各該第二氮化物層的厚度介於0.1~3Å之間。
- 如請求項9所述磊晶用之基材的製造方法，其中係以Ar、N2、H2、He、Ne、NH3、N2/H2、N2O、CF4之其中一者形成的電漿對該第二氮化物層進行離子轟擊。
- 如請求項6所述磊晶用之基材的製造方法，其中該些第一氮化物層之材質不同於該些第二氮化物層之材質。
- 如請求項6所述磊晶用之基材的製造方法，其中該些第一氮化物層與該些第二氮化物層之材質相同。
- 如請求項6所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B-2中，係使該第一氮化物層產生結晶。
- 如請求項6所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B-2中係以電漿對該第一氮化物層進行離子轟擊；步驟B-3在重覆執行步驟B-1、B-2之前，包含停止產生電漿，且於停止產生電漿後的一延遲時間以內，始執行步驟B-1，其中該延遲時間為5秒以內。
- 如請求項6所述磊晶用之基材的製造方法，其中步驟B中係先於該基板的該表面設置該第二次緩衝層，且未對該第二次緩衝層進行離子轟擊。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610893221.5A CN107039237A (zh) | 2015-12-08 | 2016-10-13 | 外延用基材的制造方法 |
| US15/365,621 US20170162378A1 (en) | 2015-12-08 | 2016-11-30 | Method of manufacturing substrate for epitaxy |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW104141047 | 2015-12-08 | ||
| ??104141047 | 2015-12-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201720961A TW201720961A (zh) | 2017-06-16 |
| TWI665333B true TWI665333B (zh) | 2019-07-11 |
Family
ID=59687401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW105132969A TWI665333B (zh) | 2015-12-08 | 2016-10-13 | 磊晶用之基材的製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI665333B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100380690C (zh) * | 2003-11-20 | 2008-04-09 | 果尚志 | 可减少高度晶格常数失配影响的半导体结构及形成的方法 |
| US20080090072A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-17 | The Regents Of The University Of California | Aligned crystalline semiconducting film on a glass substrate and method of making |
| TW200924025A (en) * | 2007-11-20 | 2009-06-01 | Miin-Jang Chen | Gallium-nitride-based semiconductor structure combination and manufacture thereof |
| US20150294857A1 (en) * | 2014-04-15 | 2015-10-15 | Globalwafers Co., Ltd. | Composite substrate, semiconductor device including the same, and method of manufacturing the same |
-
2016
- 2016-10-13 TW TW105132969A patent/TWI665333B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100380690C (zh) * | 2003-11-20 | 2008-04-09 | 果尚志 | 可减少高度晶格常数失配影响的半导体结构及形成的方法 |
| US20080090072A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-17 | The Regents Of The University Of California | Aligned crystalline semiconducting film on a glass substrate and method of making |
| TW200924025A (en) * | 2007-11-20 | 2009-06-01 | Miin-Jang Chen | Gallium-nitride-based semiconductor structure combination and manufacture thereof |
| US20150294857A1 (en) * | 2014-04-15 | 2015-10-15 | Globalwafers Co., Ltd. | Composite substrate, semiconductor device including the same, and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201720961A (zh) | 2017-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101186032B1 (ko) | 질화갈륨 또는 질화알루미늄갈륨 층을 제조하는 방법 | |
| JP5192785B2 (ja) | 窒化物半導体装置の製造方法 | |
| KR100674829B1 (ko) | 질화물계 반도체 장치 및 그 제조 방법 | |
| CN102790147B (zh) | 氮化物半导体器件、氮化物半导体晶片以及用于制造氮化物半导体层的方法 | |
| US20100029064A1 (en) | Group iii-nitrides on si substrates using a nanostructured interlayer | |
| JP2016512485A (ja) | 希土類酸化物／シリコン基板上で成長した、ａｉｎ中間層を含むｉｉｉ−ｎ材料 | |
| WO2013047361A1 (ja) | 窒化物半導体層を成長させるためのバッファ層構造を有する基板の製造方法 | |
| WO2018101367A1 (ja) | 半導体基板 | |
| US20170162378A1 (en) | Method of manufacturing substrate for epitaxy | |
| TWI534861B (zh) | A template for epitaxial growth and a method for producing the same, and a nitride semiconductor device | |
| JP5378128B2 (ja) | 電子デバイス用エピタキシャル基板およびｉｉｉ族窒化物電子デバイス用エピタキシャル基板 | |
| TWI665333B (zh) | 磊晶用之基材的製造方法 | |
| US9691940B2 (en) | Nitride semiconductor structure | |
| US9627197B2 (en) | Composite substrate, semiconductor device including the same, and method of manufacturing the same | |
| WO2015198492A1 (ja) | エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ | |
| CN113196450B (zh) | 用于制造生长衬底的方法 | |
| KR101006701B1 (ko) | 금속실리사이드 시드층에 의한 단결정 박막 및 그 제조방법 | |
| JP6527667B2 (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法 | |
| US9923050B2 (en) | Semiconductor wafer and a method for producing the semiconductor wafer | |
| TWI860640B (zh) | 磊晶結構之製作方法 | |
| JP2014216474A (ja) | 窒化物半導体基板 | |
| JP6497886B2 (ja) | 自立基板、及び、自立基板の製造方法 | |
| KR101001912B1 (ko) | 금속실리사이드 시드층에 의한 단결정 박막 및 그 제조방법 | |
| KR101581169B1 (ko) | 에피택셜 성장용 템플릿 및 그 제조 방법, 그리고 질화물 반도체 장치 | |
| JP4208078B2 (ja) | ＩｎＮ半導体及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |