[发明专利]硅衬底上生长氮化物外延层的方法及其半导体器件

权利要求书

1.一种硅衬底上生长氮化物外延层的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、提供单晶硅衬底；

S2、在所述单晶硅衬底上沉积一层阻挡层；

S3、在所述阻挡层上沉积至少一层包括Al层和AlN层的Al/AlN超晶格层；

S4、采用金属有机化学气相沉积方法或氢化物气相外延方法在所述Al/AlN超晶格层中AlN层上沉积AlN、GaN或AlGaN外延层，其中，在沉积AlN、GaN或AlGaN外延层过程中Al/AlN超晶格层中的Al层为融化状态，释放与相邻阻挡层或AlN层间的应力；

S5、在完成外延层沉积后对所述衬底进行冷却，冷却过程中Al/AlN超晶格层中的Al层重新固化，对其相邻阻挡层或AlN层施加压应力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4与S5间还包括：采用金属有机化学气相沉积方法或氢化物气相外延方法沉积无掺杂、n型掺杂、或p型掺杂的GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN中一层或多层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的阻挡层为Ti、TiN、Ta、TaN、AlN、Mo、W、Co、SiC、SiN中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阻挡层采用金属有机化合物化学气相沉淀、或物理气相沉积、或分子束外延、或原子层沉积方法沉积形成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中的Al/AlN超晶格层采用物理气相沉积、分子束外延、或原子层沉积方法形成。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中的Al/AlN超晶格层中的Al层中有Ga掺杂。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物理气相沉积包括电子束蒸发或磁控溅射。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述磁控溅射的腔体采用衬底加偏压的基座，所述腔体的靶材位于基座正上方。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过改变Al/AlN超晶格层生长的压力、衬底上的偏置电压、衬底的生长温度以及衬底到靶材的高度来调整Al/AlN超晶格层的应变。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基座电性连接有射频电压，射频电压的频率为60MHZ、13.56MHZ或2MHZ。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述靶材和基座的距离大于100mm。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述生长的压力范围从0.1mbar到50mbar，阻挡层的应力会从张应变变为压应变。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述靶材采用直流或脉冲电流，脉冲电流包括正电压脉冲和负电压脉冲相结合的方式、或负压脉冲与0电压脉冲结合的方式。

14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述靶材为单靶材或双靶材，当靶材为双靶材时，对两个靶材施加交流电压，一个靶材为正电压时另外一个靶材为负电压，通过控制正电压的幅度从而控制等离子体中到达衬底表面的等离子体的密度。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述靶材为纯Al或Al合金或AlN。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述靶材为圆形的滚动结构，衬底在靶材的正下方直线移动。

17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述Al/AlN超晶格层的生长过程具体包括：

从Al层的沉积到AlN层的沉积过渡时，先暂时停止Al层的沉积然后通入氮气，等到气体稳定后再进行AlN层沉积，或者连续进行沉积，Al层沉积结束后，直接通入氮气进行AlN层的沉积；

从AlN层沉积到Al层沉积的过渡时，先暂时停止AlN层的沉积然后关闭氮气，等到气体稳定后再进行Al层沉积，或者连续进行沉积，AlN层沉积结束时直接关闭氮气继续Al层的沉积。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述AlN层的沉积分步完成，不同步骤间温度、压力、气体氛围、电压中至少一个参数改变。