[發(fā)明專利]電路結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910166072.2
• 申請(qǐng)日: 2009-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101853906A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余振華;余佳霖;陳鼎元;邱文智;林宏達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L31/02;H01L21/20
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 姜燕;陳晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電路工藝(semiconductor?circuit?manufacturingprocesses)，且尤其涉及形成三-五族化合物半導(dǎo)體薄膜(III-V?compoundsemiconductor?films)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，三-五族化合物半導(dǎo)體(例如氮化鎵(GaN)及其相關(guān)合金)基于在電子及光電元件方面的應(yīng)用前景，已獲熱烈研究。利用三-五族化合物半導(dǎo)體的潛在光電元件的特定例子包括藍(lán)光發(fā)光二極管(blue?light?emittingdiodes)、激光二極管(laser?diodes)、及紫外線光電探測(cè)器(ultra-violetphotodetectors)。許多三-五族化合物半導(dǎo)體的高能隙(large?band?gap)及高電子飽和速度(high?electron?saturation?velocity)還使這些半導(dǎo)體成為應(yīng)用在高溫及高速的功率電子產(chǎn)品的候選材料。

三-五族化合物半導(dǎo)體氮化鎵的外延成長(zhǎng)薄膜廣泛地用于發(fā)光二極管的制作。遺憾地，氮化鎵外延薄膜必需在非氮化鎵的基底上成長(zhǎng)，這是因?yàn)榈谝话阌靡猿砷L(zhǎng)塊材晶體的溫度下的平衡壓力很高，使得氮化鎵塊材晶體(bulk?crystal)極端地難以獲得。由于缺乏氮化鎵基底的適合塊材晶體成長(zhǎng)方法，氮化鎵一般于不同的基底上外延沉積，基底例如是硅、碳化硅(SiC)、及藍(lán)寶石(sapphire，Al₂O₃)基底。然而，在不同的基底上成長(zhǎng)氮化鎵是困難的，因這些基底具有不同于氮化鎵的晶格常數(shù)(lattice?constants)及熱膨脹系數(shù)(thermal?expansion?coefficients)。假如于硅晶底上成長(zhǎng)氮化鎵的困難得以克服，以硅基底成長(zhǎng)氮化鎵將引人注目，因硅基底具有低成本、大直徑尺寸、高結(jié)晶及表面品質(zhì)(high?crystal?and?surface?quality)、導(dǎo)電度可控制(controllableelectrical?conductivity)、及高導(dǎo)熱度(high?thermal?conductivity)等優(yōu)點(diǎn)。硅基底的使用還可使氮化鎵系的光電元件(GaN?based?optoelectronic?devices)與硅系的電子元件(silicon-based?electronic?devices)之間的整合更為容易。

此外，由于缺乏用以成長(zhǎng)氮化鎵薄膜的基底，氮化鎵薄膜的尺寸因而受限。因于不同基底上成長(zhǎng)氮化鎵薄膜所造成的大應(yīng)力可能使薄膜彎曲(bow)。此彎曲可導(dǎo)致許多不利的效應(yīng)。第一，大量的缺陷(如插排，dislocations)將可能于氮化鎵結(jié)晶薄膜中產(chǎn)生。第二，最終形成的氮化鎵薄膜的厚度將較不均勻，會(huì)造成形成于氮化鎵薄膜上的光電元件所發(fā)出的光線的波長(zhǎng)偏移。第三，裂縫(cracks)可能于高應(yīng)力的氮化鎵薄膜中產(chǎn)生。

為了減低氮化鎵薄膜中的應(yīng)力及插排的數(shù)目，外延橫向成長(zhǎng)法(epitaxiallateral?overgrowth?technique，ELOG)已被用來(lái)于不同基底上形成氮化鎵薄膜。圖1及圖2顯示公知的外延橫向成長(zhǎng)法工藝。如圖1所示，提供基底10。于基底10上形成底層(under-layer)12，其包括氮化半導(dǎo)體(即三-五族化合物半導(dǎo)體，且其中第五族的元素為氮)，例如氮化鎵。接著，于底層12上形成介電掩模14(dielectric?mask)。接著，外延成長(zhǎng)三-五族化合物半導(dǎo)體層16，其中外延成長(zhǎng)包括垂直成長(zhǎng)分量(vertical?growth?component)及橫向成長(zhǎng)分量(lateral?overgrowth?component)，其最終造成連續(xù)的三-五族化合物半導(dǎo)體層16。在圖2中，形成額外的掩模層18，并接著成長(zhǎng)三-五族化合物半導(dǎo)體層19。再者，此成長(zhǎng)包括垂直成長(zhǎng)及橫向成長(zhǎng)，使得三-五族化合物半導(dǎo)體層19最終成為連續(xù)層(continuous?layer)。

顯示于圖1及圖2的三-五族化合物半導(dǎo)體薄膜的形成方法遭遇一些妨礙。第一，在基底10包括硅的情形中，基底中的硅可能與底層12中的氮發(fā)生反應(yīng)而形成氮化硅。所不欲形成的氮化硅于硅基底10與底層12之間的界面處形成一非晶披覆(amorphous?overcoat)。非晶披覆不利地影響隨后所成長(zhǎng)的三-五族化合物半導(dǎo)體薄膜的薄膜品質(zhì)。此外，氮化硅具有高電阻率，因而妨礙垂直光電元件(vertical?optoelectronic?devices)的形成，其中兩連至光電元件的接點(diǎn)形成于基底10的相反側(cè)上。因此，業(yè)界急需可克服上述缺點(diǎn)的三-五族化合物半導(dǎo)體薄膜的形成方法。