[發(fā)明專利]用于半導(dǎo)體器件的缺陷減輕結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280032128.5
• 申請(qǐng)日: 2012-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN103650105A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祖賓·P·帕特爾;特蕾西·海倫·馮;唐勁松;魯威;阿倫·拉馬莫西
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皮肯特研究有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 呂雁葭

技術(shù)領(lǐng)域

本國際申請(qǐng)要求于2011年6月30日提交的題為“Defect?Mitigation?Structures?for?Semiconductor?Devices”的美國專利申請(qǐng)No.13/172,880的優(yōu)先權(quán)，該美國專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文。

背景技術(shù)

如今制造的大多數(shù)半導(dǎo)體器件(包括光電器件，例如發(fā)光器件、固態(tài)激光器、功率電子器件、以及集成了光學(xué)器件和電子器件的片上微型系統(tǒng))都是使用化合物半導(dǎo)體制造的，其中，化合物半導(dǎo)體包括例如：氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、以及有關(guān)的材料。在此類制造中使用的有關(guān)材料包括例如：氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、鎂摻雜的GaN、硅摻雜的GaN、InAlGaN合金、砷化銦鎵(InGaAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、InAlGaAs合金、磷化鋁銦(AlInP)、磷化鋁鎵銦(AlInGaP)等。由于缺乏低廉高品質(zhì)的相同材料的單晶體襯底(例如，體GaN襯底)，因此這些器件中的絕大多數(shù)使用不同材料(例如，藍(lán)寶石(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、和硅(Si))的體襯底。

然而，器件與不同襯底材料之間的晶體屬性、熱屬性和化學(xué)屬性的差異通常導(dǎo)致器件膜的高缺陷密度，這最終損害了半導(dǎo)體器件的性能。這些缺陷通常具有例如以下形式：錯(cuò)位、空位、替位、雙晶面、空隙、與應(yīng)力有關(guān)的三維(3D)生長島狀物(growth?island)、以及由于應(yīng)力松弛引起的過大的表面粗糙度。

已經(jīng)在硅襯底的(111)平面上生長了例如以C軸為方向的外延GaN器件膜。如本文所使用的，(111)平面是指具有在結(jié)晶學(xué)中的Miller索引表示系統(tǒng)中用來對(duì)晶格中的平面進(jìn)行定向的索引(111)的平面。在由三個(gè)垂直的晶格軸定義的硅的立體晶格中，該平面在每一個(gè)晶格軸上截?cái)嘁粋€(gè)單元，也即是說，該平面是由晶格的三個(gè)對(duì)角點(diǎn)形成的。然而，由于晶格參數(shù)和熱膨脹系數(shù)(CTE)的高度不匹配以及由于鎵與硅之間的化學(xué)反應(yīng)，因此在沉淀GaN之前通常需要硅上的氮化鋁(AlN)成核膜。甚至在具有AlN成核膜的情況下，GaN膜仍然可能具有高達(dá)10⁹/cm²的缺陷數(shù)。該較高的缺陷數(shù)是阻止將硅廣泛地用作III族氮化物半導(dǎo)體器件的襯底的關(guān)鍵問題之一。采用硅襯底將通過利用傳統(tǒng)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造技術(shù)和供應(yīng)鏈加速電子器件和光子器件的集成。因此，需要克服硅或硅基襯底上的III族氮化物膜的缺陷問題。

因此，存在針對(duì)并入用于克服與硅基襯底上的III族氮化物器件有關(guān)的缺陷問題的缺陷減輕結(jié)構(gòu)的方法和半導(dǎo)體器件的長期但未解決的需要。

發(fā)明內(nèi)容

提供本部分從而以簡化的形式引入對(duì)構(gòu)思的選擇，在本發(fā)明的具體實(shí)施方式中進(jìn)一步描述了該構(gòu)思。本部分并不旨在標(biāo)識(shí)要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或本質(zhì)的發(fā)明構(gòu)思，也并不旨在確定要求保護(hù)的主題的范圍。