[發(fā)明專利]外延生長基板與半導體裝置、外延生長方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180031556.1
• 申請日: 2011-06-24
• 公開（公告）號: CN102959682A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 生田哲也;日野大輔;柴田智彥
• 申請（專利權）人: 同和電子科技有限公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;C30B25/18;H01L21/338;H01L29/778;H01L29/812
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發(fā)明涉及一種將化合物半導體在其上面進行外延生長的外延生長基板，以及在使用該外延生長基板上形成的化合物半導體而構成的半導體裝置。此外，還涉及制造該半導體裝置時進行的外延生長方法。

技術背景

以GaN為代表的Ⅲ族氮化物半導體由于其帶隙大的關系，被作為藍色、綠色等發(fā)光二極管LED、鐳射二極管LD等發(fā)光元件及動力元件的材料而廣泛使用。在制造使用了硅等的LSI等之半導體裝置時，使用切出大口徑的大塊結晶而獲得的大口徑晶片的做法，但在這樣的化合物半導體上卻難以獲得如4英尺口徑以上等大口徑的大塊結晶。為此，在制造使用這種化合物半導體之半導體裝置時，通常使用在與其不同材料組成的基板上將該化合物半導體進行異質(zhì)外延生長而得到的晶片。此外，構成LED與LD的pn結與異質(zhì)結也是進一步通過在其之上進行外延生長來獲得。

例如，作為能使GaN單結晶生長的外延生長基板材料，已知的有藍寶石、SiC等等。這些材料比較容易獲得大口徑的大塊結晶，而且通過對其面方位進行適當選擇，能夠使GaN在這些結晶組成之基板上進行異質(zhì)外延生長，從而可以獲得由大口徑GaN單結晶形成的晶片。然而，這些材料組成的基板價格昂貴，因此人們也在進行使用更加便宜的硅（Si）單結晶基板的研究。

在這種異質(zhì)外延生長的情況下，構成基板的材料與如Ⅲ族氮化物等半導體層之間存在晶格常數(shù)的不同。由于這種晶格常數(shù)差異即晶格不匹配而在半導體層上會發(fā)生錯位等結晶缺陷以及裂化。專利文獻1中敘述了一種減少因晶格不匹配所引發(fā)之不良影響的技術。在此，在質(zhì)量要求特別高的能動層即直接與元件運作相關連的層與Si單結晶基板之間插入用來緩和能動層材料與Si之間晶格不匹配的緩沖層。據(jù)專利文獻1中所述，在（111）面的Si單結晶基板上若是將AlGaInN多層膜作為緩沖膜來形成的話，就能在其之上得到質(zhì)量優(yōu)異的Ⅲ族氮化物半導體層。

此外，在異質(zhì)外延生長的情況下，由于構成基板的材料與半導體層之間發(fā)生化學反應，對生長的半導體層造成不良影響。由于這種化學反應引發(fā)的不良影響在晶片端部發(fā)生的特別明顯，這種影響會波及到半導體層的中心部。專利文獻2記載了減少這種影響的技術。這種技術中,在基板晶片（硅）的端部形成由SiN組成的保護膜。當在該保護膜上使Ⅲ族氮化物半導體層生長的情況下，SiN會阻止該化學反應，不讓該化學反應在晶片端部發(fā)生。由此，通過抑制端部發(fā)生的化學反應，在硅基板上能夠獲得質(zhì)量優(yōu)異的Ⅲ族氮化物半導體層。

【專利文獻1】日本專利特開2007-258230號公報

【專利文獻2】日本專利特開2009-256154號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

根據(jù)專利文獻1所述的技術，可改善因晶格不匹配引起的結晶缺陷與裂化。為此，實際上在Si單結晶基板上借由緩沖層對于Ⅲ族氮化物半導體進行異質(zhì)外延生長的情況下，于晶片即Si單結晶基板的中心部可以得到裂化少的Ⅲ族氮化物半導體層。然而，在晶片周邊端部發(fā)生小規(guī)模裂化特別多的現(xiàn)象非常多見。實際上雖然該晶片端部并沒有形成如發(fā)光元件與晶體管等半導體元件，但是該裂化有時候也會蔓延到晶片的中心部。在這種情況下，該裂化將對于制造好的半導體元件造成重大的不良影響。這樣的問題，即使使用專利文獻2所述的技術，也不能全部解決。

即，要抑制這種在晶片端部的裂化發(fā)生，是十分困難的。

本發(fā)明是鑒于這些問題而制造的，目的在于提供一種解決上述問題點的發(fā)明。

解決課題的方法

本發(fā)明為了解決上述課題而構成為如下。

本發(fā)明的外延生長基板，其特征為，其是一種具備硅單結晶基板和由Ⅲ族氮化物半導體在所述硅單結晶基板的主要面上形成的緩沖層的外延生長基板，

所述緩沖層在所述硅單結晶基板的主要面中心部上為單結晶，在所述硅單結晶基板主要面上的所述中心部周圍區(qū)域為多結晶。

本發(fā)明的外延生長基板，其特征為，所述硅單結晶基板的主要面為（111）面。

本發(fā)明的外延生長基板，其特征為，在所述硅單結晶基板的主要面中心部施加有鏡面加工，在所述硅單結晶基板主要面上的所述中心部周圍區(qū)域施加有粗面加工。

本發(fā)明的外延生長基板，其特征為，所述中心部周圍經(jīng)粗面加工的區(qū)域的算術平均粗糙度為10nm以上。

本發(fā)明的外延生長基板，其特征為，所述硅單結晶基板于所述主要面外側之外周部具有經(jīng)錐形加工的斜邊部，該斜邊部施加有粗面加工。

本發(fā)明的外延生長基板，其特征為，所述緩沖層中包含由氮化鋁（AlN）組成的層。