技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体技术领域，具体而言，涉及一种制备AlN外延层的方法。
背景技术
[0002] AlGaN基材料具有连续可调的直接带隙、
电子迁移率高、击穿
电场强、抗
辐射能
力强、耐高温等优点，在紫外/深紫外
光电子器件、电力电子器件和射频电子器件方面有着广阔的应用前景。由于缺乏大尺寸的商用同质衬底，当前最理想的解决方案是采用生长于异质衬底(例如蓝
宝石、
碳化
硅衬底、硅衬底等)上的氮化
铝外延层作为模板。而外延层与衬底之间存在着较大的晶格失配与热失配，所以一般采用两步或者多步生长技术进行制备，即成核层(
缓冲层)加高温层的生长技术。由于铝
原子表面迁移能力弱，反应物之间的预反应严重等问题，氮化铝
外延生长的容错率较低，环境要求比较高。其中，初始的成核阶段的反应室
环境控制显得尤为重要。成核阶段控制不好会导致整个氮化铝外延层结晶
质量的极端恶化且无法弥补。当前制备的氮化铝外延层一直受困于
稳定性的问题，严重制约了其大规模产业化与应用。
[0003] 由于氮化铝
附着力强、生长
温度高，直接进行氮化铝外延生长容易造成反应腔盖上附着上氮化铝膜，无法通过毛刷进行清除。但是当生长炉次增多后，反应腔盖上附着的氮化铝越来越厚，生长过程中容易发生脱落，严重影响结晶质量与生产良率。当前采用的普遍做法是每生长几炉，待反应腔盖上的氮化铝膜累积到一定厚度后，通过刮刀进行清理。采用刮刀清理后容易形成浮灰，通常需要进行多次吹扫以及生长牺牲炉进行反应腔环境的恢复，严重影响生产与研发效率。
[0004] 有鉴于此，设计出一种能够解决上述问题的制备氮化铝外延层的方法就显得尤为重要。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种制备AlN外延层的方法，其能够为AlN外延层的生长提供稳定的环境，避免反应腔盖上沉积的AlN影响反应腔环境，同时清理反应腔时不会产生浮灰，无需进行吹扫等手段恢复反应腔环境，清理步骤简单，从而大大提高了生产与研发效率。
[0006] 本发明是采用以下的技术方案来实现的。
[0007] 一种制备AlN外延层的方法，包括：
[0009] 在所述GaN覆盖层上沉积AlN覆盖层，以使所述AlN覆盖层覆盖在所述GaN覆盖层上；
[0010] 向所述反应腔中放入衬底并使得所述衬底进行AlN外延生长。
[0011] 进一步地，在所述在反应腔的腔盖上沉积GaN覆盖层的步骤之前，还包括以下步骤：
[0013] 清除所述反应腔中残留的GaN、AlN、AlGaN、Ga颗粒和Al颗粒。
[0014] 进一步地，在对所述反应腔进行烘烤的步骤之前，还包括以下步骤：
[0015] 清理所述反应腔的腔盖。
[0016] 进一步地，所述清除所述反应腔中的Ga颗粒和Al颗粒的步骤，包括：
[0017] 向所述反应腔中通入H2，以清除所述反应腔中残留的GaN、AlN、AlGaN；
[0018] 向所述反应腔中通入NH3，以清除所述反应腔残留的中的Ga颗粒和Al颗粒。
[0019] 进一步地，所述对所述反应腔进行烘烤的步骤，包括：
[0020] 将所述反应腔的温度升高到1000℃-1300℃，对所述反应腔进行烘烤。
[0021] 进一步地，所述在反应腔的腔盖上沉积GaN覆盖层的步骤，包括：
[0022] 将所述反应腔的温度维持在1000℃-1300℃；
[0023] 向所述反应腔中通入NH3和TMGa，或者通入NH3和TEGa，以在所述反应腔的腔盖上沉积所述GaN覆盖层。
[0024] 进一步地，向所述反应腔中通入NH3和TMGa，或者通入NH3和TEGa的通入时间为30-900s。
[0025] 进一步地，所述在所述反应腔的腔盖上沉积AlN覆盖层的步骤，包括：
[0026] 将所述反应腔的温度维持在1000℃-1500℃；
[0027] 向所述反应腔中通入NH3和TMAl，或者通入NH3和TEAl，以在所述反应腔的腔盖上沉积所述AlN覆盖层。
[0028] 进一步地，向所述反应腔中通入NH3和TMAl，或者通入NH3和TEAl的通入时间为30-1200s。
[0029] 进一步地，所述向所述反应腔中放入衬底并使得所述衬底进行AlN外延生长步骤，包括：
[0030] 将所述反应腔的温度降低至
环境温度，并放入所述衬底；
[0031] 将所述反应腔的温度升高至1000℃-1200℃，烘烤并清洁所述衬底的表面；
[0032] 将所述反应腔的温度降低至600℃-1000℃，生长成核层；
[0033] 将所述反应腔的温度升高至1030℃-1500℃，生长AlN外延层。
[0034] 本发明具有以下有益效果：
[0035] 本发明提供的一种制备外延层的方法，在执行AlN外延生长之前，先在反应腔的腔盖上沉积GaN覆盖层，并在GaN覆盖层上沉积AlN覆盖层，由于GaN覆盖层的附着力较弱，能够通过毛刷轻易地将GaN从反应腔的腔盖上清除，在每一炉外延生长完成后可通过普通的反应腔进行清理，十分方便，同时通过覆盖一层AlN层，可防止高温生长过程中GaN覆盖层发生分解，导致杂质进入AlN外延层。相较于
现有技术，本发明提供了一种制备外延层的方法，采用双覆盖层的技术，通过在反应腔的腔盖上沉积GaN和AlN，为AlN外延生长提供了稳定的腔室条件，可实现AlN外延层的大规模稳定制备，可大幅提升生产与研发效率。
附图说明
[0036] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0037] 图1为本发明提供的制备AlN外延层的方法的步骤
框图。
具体实施方式
[0038] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0039] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的
选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0041] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“
水平”、“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0042] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0043] 正如背景技术中所提及的，由于氮化铝自身附着力较强、生长温度高，直接进行氮化铝外延生长，容易在反应腔的腔盖上附着氮化铝膜，而氮化铝膜牢固地附着在反应腔的腔盖上，难以清除。如若放任氮化铝膜不管的话，随着反应次数的增加，氮化铝膜会加厚，并且在衬底上进行氮化铝外延生长时容易发生脱落，并掉落到衬底上，严重影响结晶质量。现有技术中是每生长几炉后用刮刀强制将氮化铝膜从反应腔的腔盖上刮下，而采用刮刀清理容易形成浮灰，需要多次吹扫以及生长牺牲炉进行反应腔环境的恢复，严重影响生产与研发效率。经
发明人调研发现，氮化镓相较于氮化铝，其附着力较弱，能够通过毛刷直接清除，且不易产生浮灰，同时氮化镓在高温生长时容易发生分解，故需要额外设置一层保护层来对氮化镓进行保护。本发明提供了一种新的氮化铝外延层的制备方法，通过在反应腔的腔盖上沉积附着力较弱的氮化镓覆盖层，方便清除，然后再在氮化镓覆盖层上沉积氮化铝覆盖层，避免氮化镓分解，能够为氮化铝外延层的生长提供稳定的环境，可大幅提升生产与研发效率。
[0044] 下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
[0045] 第一实施例
[0046] 参见图1，本实施例提供了一种制备氮化铝(AlN)外延层的方法，能够为氮化铝外延层的生长提供稳定的环境，同时避免了利用刮刀清理反应腔的腔盖，避免了浮灰的产生，无需进行吹扫等手段恢复反应腔环境，清理步骤简单，从而大大提高了生产与研发效率。
[0047] 本实施例提供的制备氮化铝外延层的方法，包括以下步骤：
[0048] S1：清理所述反应腔的腔盖。
[0049] 具体而言，在每炉生长前利用毛刷将反应腔的腔盖清理干净，由于氮化镓附着力较低，通过毛刷能够将上一炉生长时反应腔腔盖上的氮化镓(GaN)覆盖层和氮化铝(AlN)覆盖层一并刷下，从而完成反应腔的清洁，清洁过程中不会产生浮灰，简单方便，大大提升了生产效率。
[0050] S2：对所述反应腔进行烘烤。
[0051] 具体而言，将反应腔的温度升高到1000℃-1300℃，从而对反应腔进行烘烤。反应炉的温控系统与常规的反应炉相同，再此不作具体介绍。
[0052] S3：清除反应腔中残留的GaN、AlN、AlGaN以及Ga颗粒和Al颗粒。
[0053] 具体而言，向反应腔中通入氢气(H2)，以清除所述反应腔中的杂质颗粒，例如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)的颗粒，同时向反应腔中通入
氨气(NH3)，以清除所述反应腔中的镓(Ga)颗粒和铝(Al)颗粒。具体地，载气采用氢气以清除反应腔中残留的氮化镓、氮化铝、氮化铝镓等杂质，后再额外通入氨气(NH3)5-30min以清除反应腔中的镓(Ga)颗粒和铝(Al)颗粒。
[0054] 需要说明的是，此处反应腔中残留的镓颗粒和铝颗粒也可以采用其他方式清楚，例如通入其他与镓和铝反应的活性气体后再通过置换气体等，对于反应腔中残留杂质颗粒的清除方式，并不仅仅限于本实施例中所列举的。
[0055] S4：在反应腔的腔盖上沉积GaN覆盖层。
[0056] 具体而言，在烘烤步骤之后，将反应腔的温度维持在1000℃-1300℃，向反应腔中通入氨气和TMGa，或者通入氨气和TEGa，以在反应腔的腔盖上沉积氮化镓覆盖层。
[0057] 在本实施例中，优选为向反应腔中通入氨气和TMGa，且通入时间为30-900s，使得氮化镓覆盖层能够完全覆盖在反应腔的腔盖表面。
[0058] 需要说明的是，本实施例中TMGa(三甲基镓)和TEGa(三乙基镓)为不同的Ga源，用于生长GaN覆盖层。
[0059] S5：在GaN覆盖层上沉积AlN覆盖层。
[0060] 具体而言，在沉积氮化镓覆盖层后，在氮化镓覆盖层上再沉积氮化铝覆盖层，以使氮化铝覆盖层覆盖在氮化镓覆盖层上，避免氮化镓覆盖层在高温生长过程中分解而影响衬底上氮化铝外延层的生长。具体操作步骤为：在沉积氮化镓覆盖层之后，将反应腔的温度继续维持在1000℃-1500℃，向反应腔中通入氨气和TMAl，或者通入氨气和TEAl，以在反应腔的腔盖上沉积氮化铝覆盖层。
[0061] 在本实施例中，优选为向反应腔中通入氨气和TMAl，且通入时间为30-1200s，使得氮化铝覆盖层能够完全覆盖在氮化镓覆盖层上，起到保护氮化镓覆盖层的作用。
[0062] 需要说明的是，本实施例中TMAl(三甲基铝)和TEGa(三乙基铝)为不同的Al源，用于生长AlN覆盖层。
[0063] S6：向反应腔中放入衬底并使得衬底进行AlN外延生长。
[0064] 具体而言，沉积氮化铝覆盖层的步骤之后，将反应腔的温度降至环境温度，并向反应腔中放入外延生长所用的衬底，例如蓝宝石、碳化硅衬底、硅衬底等，然后执行氮化镓外延生长程序。氮化镓外延生长程序可包括所有的氮化镓外延生长程序，其过程与常规的氮化镓外延生长的过程一致，本实施例中将举例说明，但并不起到限定作用。
[0065] 在本实施例中，在衬底上进行氮化铝外延生长步骤为：将所述反应腔的温度升高至1000℃-1200℃，烘烤并清洁所述衬底的表面；将所述反应腔的温度降低至600℃-1000℃，生长成核层；将所述反应腔的温度升高至1030℃-1500℃，生长氮化铝外延层。具体地，其中低温成核层的厚度为10-50nm，高温氮化铝外延层的厚度为1-5μm。当然，此处厚度仅仅是举例说明，并不起到限定作用。
[0066] 需要说明的是，本发明所用生长设备包括金属有机
化学气相沉积(MOCVD)、氢化物
气相外延(HVPE)与分子束外延(MBE)设备等。
[0067] 综上所述，本实施例提供的制备氮化铝外延层的方法，在执行氮化铝外延生长之前，先在反应腔的腔盖上沉积氮化镓覆盖层，并在氮化镓覆盖层上沉积氮化铝覆盖层，由于氮化镓覆盖层的附着力较弱，能够通过毛刷轻易地将氮化镓从反应腔的腔盖上清除，在每一炉外延生长完成后可通过普通的反应腔进行清理，十分方便，同时通过覆盖一层氮化铝层，可防止高温生长过程中氮化镓覆盖层发生分解，导致杂质进入氮化铝外延层，为氮化铝外延层的生长提供稳定的生长环境。
[0068] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
