[發(fā)明專利]硅上的高質(zhì)量GaN高壓HFET

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210520205.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103165444A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·拉姆德尼;J·P·愛(ài)德華茲;L·劉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電力集成公司
• 主分類號(hào): H01L21/335
• 分類號(hào): H01L21/335;H01L29/778;H01L29/06
• 代理公司: 北京北翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 潘飛;楊勇

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)內(nèi)容總體涉及氮化鎵（GaN）襯底，更具體地，本公開(kāi)內(nèi)容涉及一種用于在硅上制備GaN襯底的方法。

背景技術(shù)

寬帶隙半導(dǎo)體廣泛用于制備針對(duì)高壓應(yīng)用的有源器件。一種稱為異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（HFET）（也被稱作高電子遷移率晶體管（HEMT））的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)類型使用寬帶隙半導(dǎo)體來(lái)實(shí)施用于高性能功率電子器件（power?electronics）的晶體管。在一個(gè)實(shí)施例中，寬帶隙HFET器件可被用作高壓開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)元件。

GaN是已經(jīng)得到特別關(guān)注的寬帶隙半導(dǎo)體的一個(gè)實(shí)施例。例如，AlGaN/GaN?HFET由于其較寬的帶隙和高的電子飽和速度（這二者都使得能夠?qū)崿F(xiàn)高壓操作）而顯示出功率電子器件的前景。然而，形成GaN襯底時(shí)的困難和成本限制了將基于GaN的器件應(yīng)用到特定市場(chǎng)。

由于制造大量GaN晶圓（wafer）的成本和困難，通常通過(guò)在另一個(gè)襯底上生長(zhǎng)GaN膜來(lái)制造GaN襯底。例如，碳化硅（SiC）或藍(lán)寶石（Al₂O₃）晶圓可用作GaN襯底的操作晶圓（handle?wafer）（即GaN膜沉積在操作晶圓上方）。然而，藍(lán)寶石是一種不良的熱導(dǎo)體，在封裝期間表現(xiàn)出困難，而SiC晶圓也非常昂貴。此外，兩種類型的晶圓都僅能用作小直徑晶圓，這省去了較大直徑所能提供的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

形成GaN襯底的另一個(gè)選擇是使用硅操作晶圓，硅操作晶圓是廉價(jià)的，并能夠提供大直徑。此外，已經(jīng)很好地開(kāi)發(fā)了針對(duì)硅晶圓的封裝所需要的后端磨削和拋光。然而，由于GaN和硅之間的大的晶格失配和大的熱失配，難于直接在硅（Si）襯底上可靠地生長(zhǎng)GaN。而是，硅上無(wú)裂紋GaN的外延生長(zhǎng)可能需要擴(kuò)展（extensive）緩沖層，該緩沖層被建造以使得在生長(zhǎng)期間以及生長(zhǎng)之后的彎曲和翹曲最小化。此外，高壓應(yīng)用（例如600V以上）可能要求超過(guò)2.5μm甚至高達(dá)4μm（例如對(duì)于1000V的應(yīng)用）的緩沖層。

附圖說(shuō)明

從下文結(jié)合附圖呈現(xiàn)的更具體的描述，將會(huì)更明了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案的各個(gè)方面、特征和優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的非限制及非窮舉性的實(shí)施方案通過(guò)參考下列附圖進(jìn)行描述，其中在各個(gè)視圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相似的部件，除非另有說(shuō)明。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的在制備GaN襯底中使用的沿著<111>晶體取向具有暴露表面的示例性硅晶圓。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的處于制備GaN襯底的一個(gè)階段時(shí)的襯底，其中在該階段晶體氧化鋁Al₂O₃膜在晶圓的頂部表面上。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的處于制備GaN襯底的另一個(gè)階段時(shí)的襯底，其中在該階段非晶膜（amorphous?film）在Al₂O₃膜下方。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的處于制備GaN襯底的又一個(gè)階段時(shí)的襯底，該階段是在已經(jīng)于AlN膜的頂部上生長(zhǎng)GaN膜之后。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的處于制備GaN襯底的又一個(gè)階段時(shí)的襯底，該階段是在已經(jīng)生長(zhǎng)多個(gè)交錯(cuò)的GaN膜層和AlN膜層從而形成適于HFET成型的表面之后。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的制備可適于形成晶體管和其他器件的GaN襯底的一個(gè)示例性工藝的流程圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中陳述了多個(gè)特定細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言明了的是，不必使用特定細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。在其他實(shí)例中，為避免模糊本發(fā)明，沒(méi)有詳細(xì)描述眾所周知的材料或方法。

貫穿本申請(qǐng)文件所參引的“一個(gè)實(shí)施方案”、“一實(shí)施方案”、“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意指，關(guān)于所述實(shí)施方案或?qū)嵤├枋龅木唧w特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。因此，在整個(gè)申請(qǐng)文件的不同地方出現(xiàn)的措詞“在一個(gè)實(shí)施方案中”、“在一實(shí)施方案中”、“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”未必都指的是相同的實(shí)施方案或?qū)嵤├６遥鼍唧w的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適的組合和/或子組合被結(jié)合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案或?qū)嵤├小＞唧w的特征、結(jié)構(gòu)或特性可包括在集成電路、電子電路、組合邏輯電路、或者提供所描述功能的其他合適的部件中。此外，應(yīng)理解此處提供的附圖是用于對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員進(jìn)行解釋的目的，并且附圖未必按比例畫(huà)出。