(57)【要約】      （修正有）【課題】選択的に形成された窒化ガリウム層を含むデバイス構造体を形成するための改善された方法を提供する。【解決手段】方法は、表面が、窒化アルミニウムと窒化ガリウムとのうちの一つ以上を含む第一の部分と、別の材料を含む第二の部分とを含む基板を反応チャンバ内に提供するステップ１０２と、熱サイクル堆積プロセスを使用して、第二の部分と比較して第一の部分上に窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップ１０４とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス構造体を形成する方法であって、
反応チャンバー内に表面を有する基板を提供するステップであって、前記表面が、窒化アルミニウムと窒化ガリウムとのうちの一つ以上を含む第一の部分と、別の材料を含む第二の部分とを含む、ステップと、
熱サイクル堆積プロセスを使用して、前記第二の部分と比較して前記第一の部分上に窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記第二の部分がシリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二の部分が水素終端化シリコンを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第二の部分が、酸化物、窒化物、及び酸窒化物のうちの一つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第二の部分がヒドロキシル終端化酸化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップ、及び前記窒化アルミニウムと窒化ガリウムとのうちの一つ以上を含む前記第一の部分を形成するステップが、ｅｘ  ｓｉｔｕで実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップの前に、前記第一の部分を還元剤に曝すステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第一の部分を還元剤に曝すステップ、及び前記窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップが、真空破壊なしに同一の反応チャンバー内で実施される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記還元剤が、水素とアンモニアとヒドラジンとのうちの一つ以上を含み、又は、水素とアンモニアとヒドラジンのうちの一つ又は複数を含むソースガスから形成されるラジカルを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記窒化アルミニウムと窒化ガリウムとのうちの一つ以上が、化学気相堆積、周期的堆積、原子層堆積、分子ビームエピタキシー、及び物理気相堆積から成るリストから選択される方法を使用して、前記窒化アルミニウムと窒化ガリウムとのうちの一つ以上を含む層を堆積させることによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記デバイス構造体を形成する方法が、前記窒化アルミニウムと窒化ガリウムとのうちの一つ以上を含む層をパターニングし、前記窒化アルミニウムと窒化ガリウムとのうちの一つ以上を含む特徴部を形成することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記特徴部の表面をエッチングするステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記特徴部の表面から酸化物を除去するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の部分が窒化アルミニウムを含み、前記窒化アルミニウムが化学気相堆積又は原子層堆積を使用して堆積され、前記窒化アルミニウムを形成するためのアルミニウム前駆体が、ＴＭＡ、ＴＥＡ、及びＡｌＣｌ３からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第一の部分が窒化ガリウムを含み、前記窒化ガリウムが化学気相堆積又は原子層堆積を使用して堆積され、前記窒化ガリウムを形成するためのガリウム前駆体が、ＴＭＧ、ＴＥＧ、ＧａＣｌ３、ＧａＢｒ３、及びＧａＩ３からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
窒素前駆体を提供するステップをさらに含み、前記窒素前駆体が、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、及び／又は、窒素（Ｎ２）とアンモニア（ＮＨ３）とヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）との群から選択される前駆体から遠隔作成されたラジカルからなる群から選択される、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱サイクル堆積プロセスを使用するステップの間の選択性が８０％を超える、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
デバイス構造体を形成する方法であって、
表面を含む基板を提供するステップであって、前記表面が、窒化アルミニウムと窒化ガリウムとのうちの一つ以上を含む第一の部分と、窒化シリコンを含む第二の部分とを含む、ステップと、
熱サイクル堆積プロセスを使用して、前記第二の部分と比較して前記第一の部分上に窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップと、を含む方法。
【請求項１９】
前記窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップの間の反応チャンバー内の圧力が約１〜約１００ｍｂａｒである、請求項１又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップの間の反応チャンバー内の圧力が約５〜約１５ｍｂａｒである、請求項１又は１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップの間の反応チャンバー内の温度が約３７５℃〜約４２５℃である、請求項１又は１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップの間の選択性が８０％を超える、請求項１又は１８に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１又は１８に記載の方法によって形成された構造体。
【請求項２４】
請求項１又は１８に記載の方法を実施するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して薄膜堆積方法、方法を使用して形成された構造体、及び方法を実施するためのシステムに関する。より具体的には、本開示は、窒化ガリウムを選択的に堆積させて、デバイス構造体を形成する方法、及び関連する構造体及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、シリコンと比較して、比較的高い電子移動度と比較的広いバンドギャップを示す直接バンドギャップ材料である。従って、窒化ガリウムは、光電池デバイスなどの光電気デバイス、レーザー及び発光ダイオードなどの発光デバイス、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、モス電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）などの高電力、高周波トランジスタ、共振器、及び同種のものを含む、様々なデバイスで使用するために注目度が高まっている。
【０００３】
窒化ガリウムは、多くの望ましい特性を有しているが、窒化ガリウム基板はシリコン基板と比較して、比較的高価である。従って、窒化ガリウムを含むデバイスの形成方法は、典型的に、シリコン基板の上にある窒化ガリウムの層を堆積させ、その後リソグラフィ及びエッチング技術を使用して窒化ガリウム層をパターニングするステップを含む。このようなプロセスにより、シリコンベースのデバイスを用いた窒化ガリウムデバイスのモノリシック集積が可能になる。こうしたプロセスは様々な用途に対して良好に働くが、プロセスは比較的時間がかかり、高価であり、その他の用途に適した精度を提供しない場合がある。従って、窒化ガリウムを含むデバイス構造体を形成するための改善された方法が望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の様々な実施形態は、別の材料と比較して一つの材料上に窒化ガリウムの選択的堆積を含むデバイス構造体を形成するための方法に関する。本開示のさまざまな実施形態が従来の方法の欠点に対処する方法については、以下により詳細に考察されるが、一般に、本開示のさまざまな実施形態は、より少ないステップを使用して窒化ガリウムの（例えば、パターン化された）層を含むデバイス構造体の形成を可能にし、及び／又は比較的小さな窒化ガリウム特徴部を有するデバイス構造体の形成を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の例示的な実施形態によると、デバイス構造体を形成する方法は、反応チャンバー内に表面を含む基板を提供することであって、その表面は、窒化アルミニウム及び窒化ガリウム（又はＢＮ、ＩｎＮ、又は遷移金属などのその他のホウ素族（ＩＩＩ族）窒化物）のうちの一つ又は複数を含む第一の部分、及び別の材料を含む第二の部分を含み、提供することと、第二の部分と比較して第一の部分の上に窒化ガリウムを選択的に堆積させる、熱サイクル堆積プロセス（例えば、原子層堆積プロセス）を使用することと、を含む。これらの実施形態の様々な態様によれば、第二の部分はシリコンを含むことができる。シリコンは水素終端化することができる。追加的態様によれば、第二の部分は、酸化物、窒化物、及び酸窒化物のうちの一つ又は複数を含むことができる。第二の部分（例えば、酸化物、窒化物、又は酸窒化物）はヒドロキシル終端化することができる。例示的方法は、第一の部分を、一つ又は複数の水素、アンモニア、及びヒドラジンなどの還元剤及び／又は窒化剤、及び／又は一つ又は複数の水素、アンモニア、及びヒドラジンを含むソースガスから形成されるラジカル種に、窒化ガリウムを選択的に堆積させるステップの前に、曝露するステップをさらに含むことができる。例示的方法は、追加的に又は代替的に、窒化アルミニウム及び窒化ガリウム（又はその他のＩＩＩ族窒化物もしくは遷移金属）のうちの一つ又は複数を含む特徴部を形成することを含むことができる。特徴部の表面をエッチングして、例えば、自然酸化物又はその他の破片を特徴部の表面から除去することができる。
【０００６】
本開示の追加的な実施形態によると、デバイス構造体を形成する方法は、表面を含む基板を提供するステップであって、その表面は、一つ又は複数の窒化アルミニウム及び窒化ガリウム又はその他のＩＩＩ族窒化物又は遷移金属を含む第一の部分、及び窒化シリコンを含む第二の部分を含み、提供するステップと、第二の部分と比較して第一の部分の上に窒化ガリウムを選択的に堆積させる、熱サイクル堆積プロセス（例えば、原子層堆積プロセス）を使用するステップと、を含む。
【０００７】
本開示のなおさらなる例示的実施形態によれば、デバイス構造体は、本明細書に記載の方法を使用して形成される。
【０００８】
また、本開示のさらに追加的な実施形態によれば、本明細書に記載される方法を実施するためのシステムが提供される。
【０００９】
先行技術を超えて達成される本発明及び利点を要約する目的で、本発明のある特定の目的及び利点が本明細書において上記に説明される。当然のことながら、必ずしもこうした目的又は利点のすべてが本発明の任意の特定の実施形態によって達成されなくてもよいことが理解されるべきである。それ故に、例えば本明細書に教授又は示唆する通り、一つの利点又は一群の利点を達成又は最適化する様態で、本明細書で教授又は示唆されうる通りの他の目的又は利点を必ずしも達成することなく、本発明が具体化又は実行されてもよいことを当業者は認識するであろう。
【００１０】
これらの実施形態のすべては、本明細書に開示する本発明の範囲内であることが意図される。当業者には、これらの及び他の実施形態は、添付の図面を参照して、以下のいくつかの実施形態の発明を実施するための形態から容易に明らかとなり、本発明は、開示される全ての特定の実施形態にも限定されない。
【００１１】
本開示の例示的な実施形態のより完全な理解は、以下の例示的な図面に関連して考慮される場合、発明を実施するための形態及び特許請求の範囲を参照することによって得られることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の代表的な実施形態における方法を図示する。
【図２】図１に図示した方法のステップをより詳細に図示する。
【図３】本開示の例示的な実施形態によるデバイス構造体を図示する。
【図４】本開示の実施形態による方法を実施するためのシステムを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
当然のことながら、図内の要素は、単純化及び明瞭化のために例示されており、必ずしも実寸に比例して描かれていない。例えば、図面中の幾つかの要素の寸法は、本開示の図示された実施形態の理解の向上に役立てるために、他の要素と比べて誇張されている場合がある。
【００１４】
以下に提供される例示的な実施形態の説明は、単なる例示であり、また説明のみを目的として意図していて、下記の説明は本開示又は特許請求の範囲を制限することを意図するものではない。さらに、記載された特徴を有する複数の実施形態の列挙は、追加の特徴を有する他の実施形態も、記載された特徴の異なる組み合わせを組み込む他の実施形態をも排除することを意図していない。さらに、本明細書に示される図は、任意の特定の材料、構造体又はデバイスの実際の図であることを意味せず、本開示の実施形態を説明するために使用される、単に理想化された表現にすぎない。
【００１５】
本開示は一般に、構造体の形成方法、及び方法を使用して形成された構造体に関連する。本明細書に記載される方法及び構造体は、例えば、単結晶及び／又は多結晶性窒化ガリウム層を含むデバイスなど、様々なデバイスを形成するために使用することができる。
【００１６】
本明細書で使用される場合、窒化ガリウムを含む層は、窒化ガリウム材料（ドーパントあり又はドーパントなし）を含むか、本質的にそれから成るか、又はそれから成ることができる。窒化ガリウム（ドーパントあり又はドーパントなし）から成る膜は、窒化ガリウム層を堆積するために使用される一つ又は複数の前駆体から生じ得る炭素などの許容可能な量の不純物を含み得る。
【００１７】
同様に、窒化アルミニウムを含む表面又は部分は、窒化アルミニウム材料を含むか、本質的にそれから成るか、又はそれから成ることができる。窒化アルミニウムから成る膜は、窒化アルミニウム層を堆積するために使用される一つ又は複数の前駆体から生じ得る炭素などの許容可能な量の不純物を含み得る。
【００１８】
本明細書で使用される場合、基板という用語は、材料を堆積させることができる任意の下層材料又は材料を指してもよい。例示的な基板を使用して、デバイス、回路、又は構造体を形成することができる。例として、基板は、これらに限定されないが、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ゲルマニウムスズ（ＧｅＳｎ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンゲルマニウムスズ（ＳｉＧｅＳｎ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの半導体材料、又は例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、もしくは窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料であるか又はこれを含むことができる。本開示のいくつかの実施形態では、基板は設計された基板を含み得、表面半導体層は、その間に配置された介在する埋め込み酸化物（ＢＯＸ）によってバルク支持体上に配置される。基板はパターン化されてもよい。パターン化された基板は、基板の表面内または表面上に形成された半導体デバイス構造体を含むことができる基板を備えることができ、例えば、パターン化された基板は、部分的に製造された半導体デバイス構造体、例えばトランジスタ及び／またはメモリ素子を含むことができる。いくつかの実施形態では、基板は、単結晶表面及び／又は、多結晶表面及び／または非結晶表面などの非単結晶表面を含み得る一つ又は複数の二次表面を含み得る。単結晶表面は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ゲルマニウムスズ（ｇＥＳｎ）、又はゲルマニウム（Ｇｅ）のうちの一つ又は複数を含み得る。多結晶又はアモルファス表面は、酸化物、酸窒化物又は窒化物、例えば酸化シリコン及び窒化シリコンなどの誘電体材料を含むことができる。
【００１９】
本明細書で使用される「周期的堆積」という用語は、基板上に膜を堆積させるために反応チャンバーに反応物質を連続的に導入することを指し、原子層堆積及び周期的化学気相堆積などの堆積技術を含む。
【００２０】
本明細書で使用される「周期的化学気相堆積」という用語は、基板を二つ以上の揮発性反応物質に逐次曝し、その反応物質が基板上で反応及び／又は分解して所望の材料を生成する、任意のプロセスを指すことができる。
【００２１】
本明細書で使用される「原子層堆積」（ＡＬＤ）という用語は、堆積サイクル、例えば複数の連続堆積サイクルが、反応チャンバー内で行われる、気相堆積プロセスを指す場合がある。典型的には、各サイクルの間、第一の前駆体は、堆積表面（例えば、基板の表面又は以前に堆積させた下地の材料、例えば、以前のＡＬＤサイクルを用いて堆積させた材料など）に化学吸着し、追加の前駆体と容易に反応しない単分子層又はサブ単分子層を形成する（すなわち、自己制御反応）。その後、化学吸着した前駆体を堆積表面上で所望の材料に変換するのに使用するために、反応物質（例えば、別の前駆体又は反応ガス）をその後プロセスチャンバー内に導入することができる。典型的には、この反応物質は前駆体と更に反応することができる。更に、各サイクル中にパージステップを利用して、化学吸着された前駆体の変換後に、過剰な前駆体をプロセスチャンバーから除去する、ならびに／又は過剰の反応物質及び／もしくは反応副生成物をプロセスチャンバーから除去することができる。本明細書で使用される「原子層堆積」という用語は、関連する用語、例えば、原子層化学気相堆積、原子層エピタキシー（ＡＬＥ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、ガス源ＭＢＥ、又は有機金属ＭＢＥ、ならびに前駆体組成物、反応性ガス、及びパージ（例えば、不活性キャリア）ガスの交互パルスで実施される場合の化学ビームエピタキシー等、により示されるプロセスを含むことも意味する。
【００２２】
本明細書で使用する場合、「層」、「膜」及び「薄膜」という用語は、本明細書に開示された方法により形成された任意の連続的又は非連続的な構造体及び材料を意味することを意図する。「層」、「膜」及び「薄膜」としては、例えば、２Ｄ材料、ナノラミネート、ナノロッド、ナノチューブ、又はナノ粒子、又は平坦な部分的な若しくは完全な分子層、又は部分的な若しくは完全な原子層、又は原子及び／若しくは分子のクラスター、を挙げることができる。「層」、「膜」及び「薄膜」は、ピンホールを有する材料又は層を含み得るが、それでも少なくとも部分的に連続している。
【００２３】
本明細書で使用される場合、「インキュベーション期間」という用語は、識別可能な堆積が観察されない周期的堆積の初期段階における周期的堆積サイクルの数を指す場合がある。
【００２４】
本明細書に記載される選択的堆積プロセスは、第二の表面又は部分と比較して、第一の表面又は部分により多くの量の材料が残留することを含み得る。例えば、選択的プロセスによって、第二の領域に残留する任意の窒化ガリウムと比較して、第一の領域に残留する窒化ガリウム材料の量がより多くなる場合がある。本開示のいくつかの実施形態では、プロセスの選択性は、第一及び第二の表面を組み合わせた上に形成された材料の量に対する第一の表面上に残留する材料の比として表わされ得る。例えば、１０ｎｍの窒化ガリウム材料が第一の領域内に残っており、１ｎｍの窒化ガリウム材料が第二の領域内に残っている場合、選択的堆積プロセスは９１％の選択性を有すると考えられる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法の選択性は、８０％より大きくても、９０％より大きくても、９５％より大きくても、９９．５％より大きくても、９８％より大きくても、９９％より大きくても、又はさらには約１００％であってもよい。
【００２５】
ここで図を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態に従って、デバイス構造体１００を形成する方法を図示する。デバイス構造体１００を形成する方法は、反応チャンバーに基板を提供するステップと（ステップ１０２）、基板表面の第二の部分と比較して、基板表面の第一の部分上に窒化ガリウム層を選択的に形成するステップと（ステップ１０４）、を含む。
【００２６】
ステップ１０２の間に提供される基板は、窒化アルミニウム及び窒化ガリウム（又はＢＮ、ＩｎＮ、又は遷移金属などのその他のホウ素族（ＩＩＩ族）窒化物）のうちの一つ又は複数を含む第一の部分、及び（例えば、水素終端化）シリコン、又は金属もしくは半金属酸化物、窒化物、又はオキシ窒化物などのその他の材料（例えば別の材料）を含む第二の部分を含み得る。基板は、窒化アルミニウム、窒化ガリウム及び／又はその他の材料のパターン化特徴部を含み得る。パターン化特徴部は、例えば、それぞれの材料の層を堆積させ、層の一部分をエッチングすることによって形成され得る。例として、ステップ１０２の間に提供される基板は、窒化アルミニウム及び窒化ガリウム（例えば、材料の層を堆積させ、例えば、フォトレジストで層をパターン化し、層をエッチングしてパターン化された特徴部を形成することによって形成される）のうちの一つ又は複数のパターン化された特徴部を含む第一の部分、及び（例えば、パターン化された）その他の材料を含む第二の部分を含み得る。第一の部分及びセクション部分は同一平面上であってもよく、第一の部分は第二の部分に対して隆起してもよく、又は第二の部分は第一の部分に対して隆起してもよい。第一及び第二の部分は、一つ又は複数の反応チャンバーを使用して形成され得る。
【００２７】
ステップ１０２中、反応チャンバーは、ステップ１０４のために所望の堆積圧力及び温度にされ得る。例として、基板が反応チャンバー上にロードされると、反応チャンバーの温度、及び／又は反応チャンバー内のサセプタの温度は、３５０℃〜約４５０℃、又は約３７５℃〜約４２５℃、又は約３８０℃〜約４２０℃であり得る。反応チャンバー内の圧力は、最大約２５ｍｂａｒ、又は約１０−２ｍｂａｒ〜約１００ｍｂａｒ、約１〜約１００ｍｂａｒ、約１ｍｂａｒ〜約２５ｍｂａｒ、もしくは約１〜約１０ｍｂａｒの範囲であり得る。
【００２８】
次に、ステップ１０４で、窒化ガリウムは、第二の部分と比較して第一の部分上に、周期的ＣＶＤ及び／又はＡＬＤプロセスなどの周期的堆積プロセスを使用して、選択的に堆積する。堆積の選択性を保持するために、周期的堆積プロセスはプラズマ増強されないことが望ましい。別の言い方をすると、周期的堆積プロセスは、熱サイクル堆積プロセスを含む。一部の事例では、堆積は真のＡＬＤ堆積ではなく、むしろ前駆体間の少なくともいくらかの気相反応、例えば、周期的堆積プロセスを含む場合がある。窒化ガリウムは単結晶又は多結晶でありうる。従来のデバイスは一般的に単結晶のＧａＮ層で機能するが、多結晶のＧａＮ層でも機能し得ることが企図されている。
【００２９】
図２に示されるように、ステップ１０４は、ガリウム前駆体を反応チャンバーに供給するサブステップ（ステップ２０２）、反応チャンバーから任意の未反応のガリウム前駆体及び反応副生成物をパージ／除去するサブステップ（ステップ２０４）、窒素前駆体を反応チャンバーに供給するサブステップ（ステップ２０６）、及び反応チャンバーから任意の未反応の窒素前駆体及び反応副生成物をパージ／除去するサブステップ（ステップ２０８）を含むことができる。サブステップ２０２〜２０８は、単にステップとして言及することができる。ステップ１０４は、任意のエッチングステップ２１２及び／又は任意のコンディショニングステップ２１４など、一つ又は複数の任意のサブステップも含むことができる。
【００３０】
所望の厚さのフィルムが形成されるまで、ステップ２０２〜２０８を繰り返すことができる（ステップ２１０）。追加的又は代替的に、ステップ２０２及び２０４は、ステップ２０６に進む前に一回または複数回繰り返すことができ、ならびに／又はステップ２０６及び２０８は、ステップ２０２に進む前に繰り返すことができる。さらに、ガリウム前駆体にステップ２０２を提供することで開始すると図示されるが、ステップ１０４は代替的に、窒素前駆体にステップ２０６及び／又は一回又は複数回のステップ２１２、２１４を提供することで開始することができる。
【００３１】
窒化ガリウムを堆積するための適切な前駆体／反応物質には、ガリウム前駆体としての三塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）、三臭化ガリウム（ＧａＢｒ３）、三ヨウ化ガリウム（Ｇａｌ３）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、及び窒素前駆体としての窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）及びヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、及び／又は窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）及びヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）から遠隔作成されたラジカルが、基板がラジカルを作るために使用される任意のプラズマ又はその他の形態のエネルギーに晒されない方法で、含まれる。
【００３２】
前駆体の流量は、例えば、反応チャンバー構成、基板のサイズ、及び／又は処理される基板数に応じて変化し得る。例として、内部容積が約３２ｃｍ３の反応器の場合、ステップ２０２の間のガリウム前駆体の流量は、約０．１〜約１００、又は約５ｓｃｃｍであり、ステップ２０６の間の窒素前駆体の流量は、約１〜約１００、又は約４ｓｃｃｍであり得る。同じ反応器容積の場合、ステップ２０４、２０８の間の、例えばアルゴンなどのパージガスの流量は、約２５ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍの範囲であり得る。窒素前駆体（例えば、ＮＨ３）の部分圧力は、例えば、全反応器圧力の約１０〜約１５％であり得る。
【００３３】
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ２０２は、基板をガリウム前駆体に約０．０１秒〜約６０秒の間、約０．０５秒〜約１０秒の間、又は約０．１秒〜約５秒の間、曝すことを含む。本開示のいくつかの実施形態では、ステップ２０６は、基板を窒素前駆体に約０．０１秒〜約６０秒の間、約１０秒〜約５０秒の間、又は約２０秒〜約４０秒の間、曝すことを含む。ステップ２０４の時間は、約１〜約１２０、約１０〜約９０の範囲、又は約３０秒であり得る。ステップ２０８の時間は、約１〜約１２０、約１０〜約９０の範囲、又は約６０秒であり得る。任意の過剰な前駆体及び／または任意の反応副生成物の除去は、ポンプシステムにより生成される真空を用いて促進することができる。
【００３４】
典型的には、窒化アルミニウム又は窒化ガリウム、特にそれぞれ材料のエッチング層によって形成される窒化アルミニウム又は窒化ガリウムの特徴部上の窒化ガリウムの周期的堆積、例えば、ＡＬＤは、他の材料に対して選択的ではない場合がある。
【００３５】
しかし、窒化シリコンは比較的長いインキュベーション期間を有する。従って、本開示のこれらの実施形態の一部の態様によれば、第二の部分は窒化シリコンを含む。
【００３６】
窒素終端化材料、例えば、ＮＨｘ（ｘ＝１〜２）終端化窒化アルミニウム又は窒化ガリウムのインキュベーション期間は、シリコン、金属又は酸化シリコン、窒化物、又は酸窒化物などのその他の材料と比較して、比較的短い場合がある。残念ながら、堆積した窒化アルミニウム及び／又は窒化ガリウムのＮＨｘ終端は、例えば、材料のエッチング及び／又は空気などの酸化環境への曝露の結果として生じ得る材料の酸化によって失われる場合がある。図示した実施形態の例示的態様によれば、窒化アルミニウム及び／又は窒化ガリウム材料（例えば、材料を含む特徴部）は、環境に曝されて、窒化アルミニウム及び／又は窒化ガリウム上に、好ましくは第二の部分に対する窒化アルミニウム又は窒化ガリウム上に選択的にＮＨｘ終端を提供する。
【００３７】
例として、ＮＨ、ＮＨ２、及び／又は水素ラジカルフラックスを使用して、第二の部分と比較して、本明細書に記載の窒化アルミニウム又は窒化ガリウム又はその他の材料のうちの一つ又は複数を含む第一の部分上に、ＮＨｘ終端を選択的に調整又は提供することができる（ステップ２１４）。ラジカルフラックスは、例えば、遠隔プラズマ、ホットワイヤ又はその他任意の適切な方法を使用して、前駆体ガスから形成することができる。任意の調整ステップ２１４は、ステップ１０４を実行するために使用される同一の反応チャンバー内で、調整ステップと堆積ステップとの間の真空破壊なしに実施することができる。さらに、調整ステップ２１４は、堆積ステップと同一の（又は異なる）温度及び／又は同一の（又は異なる）圧力で実施され得る。
【００３８】
選択的堆積をさらに促進するために、ステップ１０４は、表面をラジカルフラックス及び／又は他の調整に曝す前に、窒化アルミニウム及び窒化ガリウムのうちの一つ又は複数の表面をエッチングするための任意のエッチングステップ２１２を含むことができる。任意のエッチングステップ２１２は、例えば、水素原子又はアルゴンイオンによるスパッタリングを使用して実施することができる。
【００３９】
ここで図３を参照すると、本明細書に記載の例示的な方法に従って形成された構造体３００が図示されている。構造体３００は、基板３０２、第一の層３０４、窒化アルミニウム及び窒化ガリウム（又はＢＮ、ＩｎＮ、又は遷移金属などその他のホウ素族（ＩＩＩ族）窒化物）のうちの一つ又は複数を含む第二の層３０６、ならびに窒化ガリウム層３０８を含む。図示したように、窒化ガリウム層３０８を形成する前に、構造体３００は、窒化アルミニウム及び窒化ガリウム（又は本明細書に記載のその他の材料）のうち一つ又は複数を含む第一の部分３１０と、シリコン、酸化物、窒化物、又は酸窒化物などのその他の材料を含む第二の部分３１２とを含む表面を含む。特定の例として、第二の部分３１２は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、又は他の金属もしくは半金属酸化物、窒化物、又は酸窒化物を含み得る。窒化ガリウム層３０８は、本明細書に記述した一つ又は複数の方法を使用して、第二の表面３１２と比較して第一の表面３１０上に選択的に堆積される。窒化ガリウム層３０８は、単結晶又は多結晶であり得る。
【００４０】
上述のように、第一の部分３１０は、例えば、窒化アルミニウム又は窒化ガリウムの層を堆積させ、層をパターニングし、層をエッチングして第一の部分３１０を形成することによって形成され得る。第一の部分３１０に対する窒化アルミニウム又は窒化ガリウム層は、周期的堆積プロセス、ＡＬＤ、化学気相堆積（ＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、又は物理気相堆積（ＰＶＤ）技術を使用して形成され得る。窒化アルミニウムを堆積させるための周期的堆積プロセス、ＡＬＤ及びＣＶＤに適した前駆体には、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）及び三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）及び本明細書に記載の任意の窒素前駆体が含まれる。窒化ガリウムを堆積させるための周期的堆積、ＡＬＤ及びＣＶＤに適した前駆体には、ＴＭＧ、ＴＥＧ、ＧａＣｌ３、及び本明細書に記載の任意の窒素前駆体が含まれる。
【００４１】
図４は、本開示の追加的な実施例による基板の表面上に窒化ガリウムを選択的に形成するために構成されたシステム４００を図示する。システム４００は、反応チャンバー４０２、第一反応物質／前駆体源４０４、第二の反応物質／前駆体源４０６、一つ又は複数のパージガス源４０８、真空源４１０、及びシステム動作及び制御４１２を含む。本明細書に記載される方法を実施するための適切なシステムは、ＡＳＭ  ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌからＰｕｌｓａｒ（登録商標）名で入手可能である。
【００４２】
反応チャンバー４０２は、所定の圧力、温度、及び環境条件下で基板（図示せず）を保持し、基板を様々なガスに選択的に曝す機構を備え得る。例示的な圧力及び温度は上記に提供される。
【００４３】
前駆体源４０４は、導管又は他の適切な手段４０４Ａにより反応チャンバー４０２に連結していてもよく、更に、マニホールド、バルブ制御システム、質量流量制御システム、又は機構に連結して前駆体源４０４に由来する気体前駆体を制御してもよい。同様に、前駆体源４０６は、導管又は他の適切な手段４０６Ａにより反応チャンバー４０２に連結していてもよく、更に、マニホールド、バルブ制御システム、質量流量制御システム、又は機構に連結して前駆体源４０６に由来する気体前駆体を制御してもよい。
【００４４】
前駆体源４０４および／または前駆体源４０６により供給される前駆体（図示せず）は、室温及び標準大気圧条件下で液体又は固体であり得る。このような前駆体は、反応物質源の真空容器内で気化されることができ、そして前駆体は前駆体源チャンバー内で気化温度以上に維持され得る。このような実施形態では、気化された前駆体は、キャリアガス（例えば、不活性ガス（ｉｎａｃｔｉｖｅ  ｇａｓ）又はイナートガス（ｉｎｅｒｔ  ｇａｓ））で輸送され、そして導管４０４Ａまたは導管４０４Ｂを通って反応チャンバー４０２の中へ供給され得る。他の実施形態では、前駆体は、標準的な条件下で気体であることができる。このような実施形態では、前駆体は気化する必要がなく、キャリアガスを必要としない。例えば、一実施形態では、前駆体をガスボンベに貯蔵し得る。
【００４５】
パージガス源４０８はまた、導管４０８Ａを通って反応チャンバー４０２に連結され、反応チャンバー４０２に様々な不活性ガス又は希ガスを選択的に供給して、反応チャンバーからの前駆体ガス又は廃棄ガスの除去を支援する。供給され得る様々な不活性ガス又は希ガスは、固体、液体又は貯蔵される気体形態に由来し得る。
【００４６】
真空源は、ドライ及び／又はターボ分子ポンプを含むことができる。
【００４７】
システム動作及び制御機構４１２は、バルブ、マニホールド、ポンプ及び反応システム４００に含まれる他の機器を選択的に動作させるための電子回路及び機械的構成要素を提供し得る。このような回路及び構成要素は、前駆体、パージガスを、それぞれの前駆体原料４０４、４０６、及びパージガス源４０８から、導入するように動作する。システム動作及び制御機構４１２はまた、ガスパルスシーケンスのタイミング、基板及び反応チャンバーの温度、反応チャンバーの圧力、並びに反応システム４００を適切に作動させるのに必要な様々な他の作動を制御する。動作及び制御機構４１０は、反応チャンバー４０２内外への前駆体、反応物質、及びパージガスの流れを制御するための制御ソフトウェア及び電気的又は空気制御バルブを含むことができる。制御システムは、特定のタスクを実行するソフトウェア又はハードウェアコンポーネント、例えばＦＰＧＡ又はＡＳＩＣ等のモジュールを含むことができる。モジュールは、有利には、制御システムのアドレス指定可能な記憶媒体上に存在するように構成され、一つ又は複数のプロセスを実行するように構成され得る。
【００４８】
本開示の例示的な実施形態が本明細書に記載されているが、本開示はそれに限定されないことを理解されたい。本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の装置、組立品及びシステムのさまざまな変更、変形、及び強化を行うことができる。
【００４９】
別途明記しない限り、本開示の主題は、本明細書に開示されるさまざまなシステム、構成要素、及び構成、ならびに他の特徴、機能、動作、及び／又は特性のすべての新規かつ非自明な組み合わせ及び部分的組み合わせ、ならびにその任意の及びすべての均等物を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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