[發(fā)明專利]在硅襯底上生長III-氮化物的新方法

有效

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• 申請日: 2012-09-05
• 公開（公告）號: CN103094314A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 陳祈銘;劉柏均;林宏達;張晉誠;喻中一;蔡嘉雄;黃和涌
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/02;H01L21/20;C30B25/18;C23C16/34
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本公開大體上涉及的是半導體電路制造工藝，并且更具體地涉及的是在硅襯底上形成III族V族(III-V)化合物半導體膜。

背景技術

近些年來，由于III族V族化合物半導體(通常稱為III-V化合物半導體)(諸如，氮化鎵(GaN)以及其相關的合金)在電子器件和光電器件上的良好應用，一直對其進行著認真的研究。許多III-V化合物半導體的大帶隙和高電子飽和速度也使得其非常適用于高溫和高速的功率電子器件。使用III-V化合物半導體的電壓電子器件的特定實例包括高電子遷移率晶體管(HEMT)和其他異質結雙極晶體管。使用III-V化合物半導體的電壓光電器件的特定實例包括藍色發(fā)光二極管、激光二極管以及紫外線(UV)光電檢測器。

III-V化合物半導體GaN的外延生長膜被使用在這些器件中。可惜GaN外延膜必須生長在襯底上，而不能生長在GaN上，這是因為，在通常用于生長體晶體的溫度下，氮的高平衡壓力使得得到GaN體晶體非常困難。由于缺少可行的GaN襯底生長方法，所以通常將GaN外延地沉積在不同的襯底(諸如，硅、SiC以及藍寶石(Al₂O₃))上。鑒于硅作為生長襯底的與其他生長襯底相比成本更低及其后續(xù)處理的性能，尤其將研究重點放在使用硅作為生長襯底。然而，在硅襯底上生長GaN膜也很困難，這是因為，硅的晶格常數(shù)和熱膨脹率都不同于GaN。

在硅襯底上生長GaN膜所產生的大量壓力可能導致襯底彎曲或損壞。這種彎曲可能產生多種不利影響。首先，在結晶質的GaN膜中可能產生或出現(xiàn)大量缺陷(脫位)。其次，所得到的GaN膜的厚度將不太均勻；從而導致最終的器件中產生非期望的電性能變化。再次，受到大量壓力的GaN膜容易損壞。因此，為了克服上述缺陷，需要形成III-V化合物半導體膜的新方法。

發(fā)明內容

為了解決現(xiàn)有技術中所存在的問題，根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種電路結構，包括：硅襯底；圖案化介電層，位于所述硅襯底上方，并且直接與所述硅襯底的頂面相接觸，所述圖案化介電層包括穿過介電層的多個通孔，所述多個通孔被布置成六邊形圖案；縱向生長層，設置在所述襯底上方，并且位于所述圖案化介電層中的所述通孔內；III族至V族(III-V)化合物半導體層的橫向生長層，設置在所述縱向生長層和所述圖案化介電層上方，從而在所述圖案化介電層和所述縱向生長層上方形成連續(xù)的層；以及III-V族化合物半導體層的體層，位于所述橫向生長層上方。

在該電路結構中，還包括：梯度III-V族超晶格層。

在該電路結構中，所述圖案化介電層是熱氧化硅層。

在該電路結構中，所述縱向生長層和所述橫向生長層基本上由相同的材料構成。

在該電路結構中，所述通孔具有從大約2至大約5的縱橫比。

在該電路結構中，每個通孔均與鄰近的通孔間隔開大約2微米至大約5微米。

在該電路結構中，每個通孔的深度均為大約3000埃至大約5000埃。

在該電路結構中，每個通孔的直徑均為大約1000埃至大約2000埃。

在該電路結構中，所述多個通孔在所述圖案化介電層上的尺寸和間隔不同。

在該電路結構中，所述體層的厚度為大約0.5微米至大約3微米。

在該電路結構中，所述電路結構是發(fā)光二極管。

在該電路結構中，所述電路結構是高電子遷移率晶體管。

根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種形成電路結構的方法，包括：提供硅晶圓；沉積介電層；圖案化介電層，以形成穿過所述介電層的多個通孔，其中，布置為六邊形的所述通孔的深度至少為3000埃；使用大約650攝氏度至大約950攝氏度的工藝溫度外延生長縱向生長層，以充分填充所述通孔；使用大約1000攝氏度至大約1200攝氏度的工藝溫度在所述縱向生長層和所述圖案化介電層上方外延生長橫向生長層；外延生長梯度III族至V族(III-V)化合物半導體層，所述III-V族化合物半導體層具有減小的鋁濃度和增大的鎵濃度；以及在所述梯度III-V族層上方外延生長氮化鎵層。

在該方法中，沉積所述介電層包括：沉積熱氧化硅層。

在該方法中，所述多個通孔具有大約2至大約5的縱橫比。

在該方法中，外延生長所述縱向生長層所使用的工藝壓力大于大約300Torr。

在該方法中，所述縱向生長層厚于所述介電層。