[发明专利]硅衬底上化合物半导体外延层生长方法及其器件结构

权利要求书

1.一种硅衬底上化合物半导体外延层的生长方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、提供单晶硅衬底；

S2、对所述单晶硅衬底进行表面处理；

S3、在所述单晶硅衬底上采用射频磁控溅射沉积方法分步沉积AlN层，首先沉积一层用于控制AlN晶体取向的AlN成核层，再沉积一层用于控制AlN晶体应力的AlN缓冲层，所述AlN缓冲层厚度大于所述AlN成核层的厚度；

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AlN层上沉积AlN、GaN或AlGaN外延层；

所述步骤S2和S3间还包括：

在所述单晶硅衬底上采用射频磁控溅射沉积方法分步沉积附加缓冲层，所述附加缓冲层为Ti、TiN、Ta、TaN、Mo、W、Co、SiC、SiN中的一种或多种的组合，首先沉积一层用于控制晶体取向的附加缓冲成核层，再沉积一层用于控制晶体应力的附加缓冲应力控制层，所述附加缓冲应力控制层厚度大于所述附加缓冲成核层的厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中采用氢氟酸、SC2、SC1、SPM、DSP、O₃水、水、IPA、丙酮中一种或多种对单晶硅衬底进行表面处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中采用低能溅射清洁方法对单晶硅衬底进行表面处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4前包括多次重复步骤S3以达到应力控制目的。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3和S4间还包括：

退火步骤，退火温度大于或等于700℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4后还包括：

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本征、n型掺杂、或p型掺杂的GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN中一层或多层。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频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。

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述靶材和基座的距离大于100mm。

10.根据权利要求7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。

11.根据权利要求10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到达衬底表面的等离子体的密度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述AlN沉积时靶材为纯Al或Al合金或AlN。

13.根据权利要求12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。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述AlN层的沉积具体为：

通入氮气或氮气和氩气的混合气体，等到气体稳定后进行AlN层沉积，其中氮气的体积含量为10％到100％，所述氩气的体积含量为0-90％。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述AlN成核层和AlN缓冲层分步沉积过程中，不同步骤间温度、压力、气氛、电压中至少一个参数改变。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述AlN成核层的生长压力小于AlN缓冲层的生长压力。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述AlN成核层的生长温度大于AlN缓冲层的生长温度。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述AlN缓冲层生长的压力范围从0.1mbar到50mbar，AlN缓冲层的应力会从张应变变为压应变。