制造半導(dǎo)體器件的方法和維護(hù)沉積設(shè)備的方法
【專利說(shuō)明】制造半導(dǎo)體器件的方法和維護(hù)沉積設(shè)備的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]于2014年4月25日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的標(biāo)題為“制造半導(dǎo)體器件的方法和維護(hù)沉積設(shè)備的方法”的韓國(guó)專利申請(qǐng)N0.10-2014-0050270以引用方式全文并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，例如，涉及一種沉積設(shè)備和維護(hù)沉積設(shè)備的方法以及制造半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在諸如半導(dǎo)體晶圓之類的目標(biāo)沉積體上形成薄膜的裝置。通過(guò)在高溫高壓條件下將源氣體注入處理室中，可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生長(zhǎng)化合物薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]通過(guò)提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法可實(shí)現(xiàn)實(shí)施例，所述方法包括步驟:通過(guò)將鋁(Al)源供應(yīng)至處理室，在處理室的表面上形成鋁化合物膜，所述表面接觸處理室中的鋁源；在形成鋁化合物膜之后，將晶圓布置在設(shè)置在處理室中的承受器上；以及在晶圓上形成用于半導(dǎo)體器件的薄膜。
[0006]鋁化合物膜的至少一部分可含有與氧結(jié)合的化合物。
[0007]鋁化合物膜可包含滿足AlxInyGa1 x yN的氮化物，其中0<x彡1，0彡y彡I并且O < x+y < I ο
[0008]鋁化合物膜可包含氮化鋁(AlN)。
[0009]可在約1000°C至約1200°C的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行形成鋁化合物膜的步驟。
[0010]形成招化合物膜的步驟可包括:在約10 μ mol至約1000 μ mol的流率和約60托至約500托的室壓強(qiáng)的條件下將鋁源供應(yīng)至處理室的內(nèi)部。
[0011]鋁化合物膜可為含鋁氮化物膜，并且形成鋁化合物膜的步驟包括將氮源與鋁源一起供應(yīng)至處理室，以與彼此反應(yīng)。
[0012]氮源可供應(yīng)為與隊(duì)和H 2中的至少一種混合的氣體。
[0013]含鋁氮化物膜的厚度可為I μπι或更大。
[0014]形成用于半導(dǎo)體器件的薄膜的步驟可包括生長(zhǎng)用于氮化物半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層合物。
[0015]半導(dǎo)體層合物可包括摻有P型摻雜物的氮化物半導(dǎo)體材料。
[0016]半導(dǎo)體器件可為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
[0017]鋁源可通過(guò)供應(yīng)P型摻雜物所經(jīng)過(guò)的通道來(lái)供應(yīng)。
[0018]接觸鋁源的表面可包括處理室的內(nèi)壁和設(shè)為用于鋁源的通道的表面。
[0019]處理室可包括噴頭型源噴灑結(jié)構(gòu)，并且接觸鋁源的表面可包括設(shè)為源噴灑結(jié)構(gòu)的通道的表面。
[0020]通過(guò)提供一種維護(hù)沉積設(shè)備的方法可實(shí)現(xiàn)實(shí)施例，該方法包括步驟:在停止沉積處理并從處理室取出晶圓之后排空處理室；以及將鋁源和氮源供應(yīng)至處理室的內(nèi)部。
[0021]所述方法還可包括:在排空處理室之前將處理室的內(nèi)部暴露于外部氣氛中。在排空處理室之后，氧或氧反應(yīng)物可殘留在處理室內(nèi)。
[0022]供應(yīng)至處理室的鋁源可形成與殘留的氧或氧反應(yīng)物鍵合的氮化鋁。
[0023]通過(guò)提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法可實(shí)現(xiàn)實(shí)施例，所述方法包括步驟:切斷用于沉積處理的源氣體至處理室的內(nèi)部的供應(yīng)；從處理室取出第一晶圓；在取出第一晶圓之后，在處理室的接觸源氣體的表面上形成鋁化合物膜；在形成鋁化合物膜之后，將第二晶圓裝載到處理室中；以及恢復(fù)源氣體的供應(yīng)并在第二晶圓上沉積用于半導(dǎo)體器件的薄膜。
[0024]在切斷源氣體的供應(yīng)之前，可多次執(zhí)行用于半導(dǎo)體器件的沉積處理的處理周期。
[0025]通過(guò)提供一種沉積設(shè)備可實(shí)現(xiàn)實(shí)施例，該沉積設(shè)備包括:處理室，其具有內(nèi)部空間；承受器，其安裝在處理室的內(nèi)部空間中，并且設(shè)有至少一個(gè)袋部分以包括布置在其中的晶圓；加熱單元，其加熱承受器；以及室蓋，其在處理室的上部中，并設(shè)有供應(yīng)源氣體的至少一個(gè)入口，至少處理室的內(nèi)壁表面和所述入口的表面設(shè)有布置在其上的鋁化合物膜。
[0026]鋁化合物膜的至少一部分可包括與氧結(jié)合的化合物。
[0027]鋁化合物膜可包括布置在所述內(nèi)壁表面上的氧化鋁和布置在氧化鋁上的氮化鋁。
[0028]沉積設(shè)備還可包括噴頭型源噴灑結(jié)構(gòu)，以分配源氣體。
[0029]鋁化合物膜可在設(shè)為噴頭型源噴灑結(jié)構(gòu)的通道的表面上。
[0030]通過(guò)提供一種制備用于制造半導(dǎo)體器件的處理室的方法可實(shí)現(xiàn)實(shí)施例，該方法包括:排空將要執(zhí)行沉積處理的處理室的內(nèi)部；以及在排空處理室之后，將鋁源供應(yīng)至處理室的內(nèi)部，供應(yīng)至處理室的內(nèi)部的鋁源形成與處理室內(nèi)殘余的雜質(zhì)鍵合的鋁化合物。
【附圖說(shuō)明】
[0031]通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述示例性實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言特征將變得清楚，圖中:
[0032]圖1示出了根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝的流程圖；
[0033]圖2示出了本公開(kāi)中使用的薄膜沉積設(shè)備的示例的示意圖；
[0034]圖3示出了在圖2所示的薄膜沉積設(shè)備中使用的承受器的示例的平面圖；
[0035]圖4示出了圖2所示的薄膜沉積設(shè)備的局部放大圖；
[0036]圖5示出了作為根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件而制造的氮化物半導(dǎo)體器件的示例的剖視圖；
[0037]圖6示出了制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的示例的工藝流程圖；
[0038]圖7示出了圖6所示的制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中的緩沖結(jié)構(gòu)形成工藝的示例的工藝流程圖；
[0039]圖8至圖11示出了根據(jù)各個(gè)示例的緩沖層和應(yīng)力補(bǔ)償層的剖視圖；
[0040]圖12示出了作為半導(dǎo)體器件的另一示例的納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)剖視圖；
[0041]圖13示出了圖12所示的納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件中使用的納米核的示意性立體圖；
[0042]圖14A至圖14E示出了制造納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的示例的工藝的剖視圖；
[0043]圖15A和圖15B示出了提供開(kāi)口形狀的各個(gè)示例的掩模的平面圖；
[0044]圖16A和圖16B示出了提供開(kāi)口形狀的各個(gè)示例的掩模的側(cè)剖視圖；
[0045]圖17A和圖17B示出了應(yīng)用于圖14D的工藝的熱處理的示意圖；
[0046]圖18示出了根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的維護(hù)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的方法的流程圖；
[0047]圖19A和圖19B示出了基于比較例的在設(shè)備維護(hù)之前和之后制造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的操作電壓和光的輸出的比較的曲線圖；
[0048]圖20A和圖20B示出了基于比較例的在設(shè)備維護(hù)之后制造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的P型氮化物半導(dǎo)體中的摻雜量的分布的曲線圖；
[0049]圖21A和圖21B示出了基于一個(gè)示例的在設(shè)備維護(hù)之前和之后制造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的操作電壓和光的輸出的比較的曲線圖；
[0050]圖22示出了基于一個(gè)示例的在設(shè)備維護(hù)之前和之后制造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)射波長(zhǎng)的比較的曲線圖；以及
[0051]圖23示出了根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更完全地描述示例實(shí)施例；然而，它們可按照不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)理解為限于本文闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例以使得本公開(kāi)將是透徹和完整的，并且將把示例性實(shí)施方式完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0053]還應(yīng)該理解，當(dāng)一層或一個(gè)元件被稱作“在”另一層或襯底“上”時(shí)，其可直接在所述另一層或襯底上，或者也可存在中間層。此外，還應(yīng)該理解，當(dāng)一層被稱作“在”另一層“之下”時(shí)，其可直接在所述另一層之下，或者還可存在一個(gè)或多個(gè)中間層。另外，還應(yīng)該理解，當(dāng)一層被稱作“在”兩層“之間”時(shí)，其可為所述兩層之間的唯一層，或者還可存在一個(gè)或多個(gè)中間層。
[0054]現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本公開(kāi)的示例性實(shí)施例。
[0055]然而，本公開(kāi)可按照許多不同形式例示，并且不應(yīng)理解為限于本文闡述的特定實(shí)施例。此外，提供這些實(shí)施例以使得本公開(kāi)將是透徹和完整的，并且將把本公開(kāi)的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0056]在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，可夸大元件的形狀和尺寸，并且相同的附圖標(biāo)記將始終用于指代相同或相似的元件。
[0057]雖然可能未示出某個(gè)(某些)剖視圖的對(duì)應(yīng)的平面圖和/或立體圖，但是本文示出的器件結(jié)構(gòu)的剖視圖為沿著兩個(gè)不同的方向(如平面圖中所示)和/或沿著三個(gè)不同的方向(如立體圖中所示)延伸的多個(gè)器件結(jié)構(gòu)提供支持。所述兩個(gè)不同方向可以或可以不彼此正交。所述三個(gè)不同方向可包括可以與所述兩個(gè)不同方向正交的第三方向。所述多個(gè)器件結(jié)構(gòu)可集成在同一電子裝置中。例如，當(dāng)在剖視圖中示出器件結(jié)構(gòu)(例如，存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)或晶體管結(jié)構(gòu))時(shí)，電子裝置可包括多個(gè)所述器件結(jié)構(gòu)(例如，存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)或晶體管結(jié)構(gòu))，如將通過(guò)電子裝置的平面圖示出的那樣。所述多個(gè)器件結(jié)構(gòu)可按照陣列和/或按照二維圖案排列。
[0058]圖1示出了根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝的流程圖。
[0059]參照?qǐng)D1，根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的工藝可包括將鋁(Al)源供應(yīng)至處理室的初始操作(S12)。
[0060]在根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的工藝中供應(yīng)的鋁源可在與包含鋁源的流動(dòng)氣體接觸的表面上形成鋁化合物膜。該鋁化合物膜可被提供作為抵抗殘留在處理室中的不期望的雜質(zhì)的鈍化膜。殘余雜質(zhì)會(huì)不必要地與在后續(xù)沉積處理中引入的源氣體或其反應(yīng)材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并且會(huì)影響沉積的薄膜特性。
[0061]與流動(dòng)源氣體接觸的表面可包括設(shè)為氣體在其上流動(dòng)的通道的表面以及處理室的內(nèi)壁，并且可減小這種影響。這一點(diǎn)將參照?qǐng)D2和圖4所示的沉積設(shè)備來(lái)詳細(xì)描述。
[0062]例如，鋁化合物膜可包含滿足經(jīng)驗(yàn)式AlxInyGa1 xyN(0 < x彡1，0彡y彡1，0< x+y ( D的氮化物。鋁化合物膜可由氮化鋁(AlN)形成。
[0063]可使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝制造氮化物半導(dǎo)體器件?？刹徊贾糜糜阡X化合物膜的單獨(dú)的源和供應(yīng)設(shè)備，例如，可使用在沉積處理中使用的鋁源和氮源。例如，在MOCVD工藝中用作鋁源的三甲基鋁(TMAl)、以及諸如順3之類的作為氮源的含氮?dú)怏w可用于形成諸如AlN之類的含鋁氮化物膜。
[0064]作為氮源，與隊(duì)和H2中的至少一種氣體混合的氣體可與NH3—起使用。另外，還可使用另一 III族金屬源。例如，還可使用諸如三甲基鎵(TMGa)或三乙基鎵(TEGa)之類的鎵源和諸如三甲基銦(TMIn)之類的銦(In)源。
[0065]當(dāng)在例如1000°C或更高的高溫下執(zhí)行沉積處理時(shí)，可獲得單晶鋁化合物膜。例如，可在相對(duì)低的溫度下執(zhí)行處理，并且可形成多晶體或非晶態(tài)鋁化合物膜。例如，可在約1000°C至約1200°C的溫度范圍內(nèi)獲得單晶鋁化合物膜。在執(zhí)行MOCVD工藝的情況下，可在約10 μ mol至約1000 μ mol的流率和約60托至約500托的室壓強(qiáng)的條件下將鋁源供應(yīng)至處理室，該鋁源可與諸如氮源之類的不同的源反應(yīng)，并且可形成鋁化合物膜。
[0066]在該工藝中形成的鋁化合物膜可為多晶或非晶態(tài)膜以及單晶體，并且可為混合有兩相或更多相的絡(luò)合物(complex)。這種鋁化合物可具有相對(duì)高水平的穩(wěn)定性，不期望的雜質(zhì)元素可被鈍化，并且可減小或防止例如由于后續(xù)沉積處理中的雜質(zhì)元素造成的不利影響。
[0067]雜質(zhì)元素可包括例如氧。當(dāng)處理室的內(nèi)部暴露于外部空氣中時(shí)，氧會(huì)殘留在處理室中，或者其內(nèi)部表面會(huì)被氧化。在將單晶膜沉積在晶圓上的沉積處理之前可供應(yīng)鋁源和氮源，可減小或防止例如由于所述氧而導(dǎo)致的不利影響的發(fā)生，并且在處理室的內(nèi)表面上可形成鋁化合物膜。例如，沉積處理可為這樣的處理:其中在用于發(fā)光器件的晶圓上生長(zhǎng)滿足經(jīng)驗(yàn)式AlxInyGa1 x yN(0 < x彡1，O彡y彡1，O < x+y ( I)的氮化物單晶體。在這種沉積處理之前，在利用鋁化合物膜的鈍化處理中，在處理室中存在的氧(O)可與Al組分鍵合，可將在后續(xù)工藝中會(huì)產(chǎn)生不利作用的氧鈍化，并且諸如AlN之類的鋁化合物膜中的至少一部分可包含與氧鍵合的產(chǎn)物材料。
[0068]在形成鋁化合物之后，可執(zhí)行在單晶薄膜沉積處理中需要的一系列處理。首先，在S14中，可在設(shè)置于處理室中的承受器上布置晶圓，并且在后續(xù)操作S16中，可將用于半導(dǎo)體器件的薄膜形成在晶圓上。
[0069]根據(jù)待沉積的薄膜，可選擇和布置合適的晶圓。例如，當(dāng)沉積氮化物薄膜時(shí)，可執(zhí)行MOCVD工藝。可利用選自藍(lán)寶石、SiC, S1、MgAl204、MgO、LiAlO2, LiGaOjP GaN的材料形成晶圓。沉積在晶圓上的膜可為滿足AlxInyGa1 xyN(O ^ x < I, O ^ y < I, O ^ x+y < I)的氮化物半導(dǎo)體。沉積的膜可由多層薄膜構(gòu)成，例如，可為用于氮化物半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層合物。例如，對(duì)于氮化物半導(dǎo)體器件，將參照?qǐng)D5來(lái)詳細(xì)描述被構(gòu)造為包括氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光器件的堆疊結(jié)構(gòu)。
[0070]可將特定導(dǎo)電性P型或η型摻雜物加至半導(dǎo)體層合物的層的一部分。作為P型摻雜物，可使用鎂(Mg)，而作為η型摻雜物，可使用娃(Si)。例如，在MOCVD工藝中，作為用于P型摻雜物的鎂氣體，可使用雙(環(huán)戊二烯基)鎂(Cp2Mg或(C5H5)2Mg),而作為用于η型摻雜物的硅(Si)氣體，可使用硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)氣體。
[0071]在用于氮化物半導(dǎo)體器件的沉積處理的情況下，在先前操作S12中形成的鋁化合物膜可有助于使P型氮化物半導(dǎo)體層的形成工藝穩(wěn)定。當(dāng)供應(yīng)用于P型摻雜物的含鎂氣體時(shí)，殘留在處理室中的氧會(huì)與Mg鍵合，這會(huì)干擾氮化物半導(dǎo)體層中的活化。在本公開(kāi)的示例性實(shí)施例中，可通過(guò)在沉積處理之前形成鋁化合物膜將殘留的氧鈍化，并且可減小或防止不利影響。
[0072]圖2示出了作為在本公開(kāi)