[發明專利]半導體器件

無效

• 申請號: 201310273079.0
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103531612A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 金柱成;金峻淵;李在垣;崔孝枝;卓泳助
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L33/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張波

技術領域

本公開涉及半導體器件，更具體而言，涉及形成在硅襯底上的氮化物基半導體器件。

背景技術

氮化物基半導體器件通常使用藍寶石襯底。然而，藍寶石襯底價格昂貴，過硬而難以制造芯片，且具有低導電率。此外，因為藍寶石襯底由于其低熱導率而在高溫下產生翹曲，所以藍寶石襯底難以被制成大尺寸。為了解決這樣的問題，已經發展了使用硅（Si）襯底代替藍寶石襯底的氮化物基半導體器件。

因為Si襯底具有比藍寶石襯底高的熱導率，所以Si襯底在用于生長氮化物薄膜的高溫下翹曲得不厲害，由此使得有可能在Si襯底上生長大尺寸薄膜。然而，當氮化物薄膜生長在Si襯底上時，位錯密度可能由于Si襯底和氮化物薄膜之間在晶格常數方面的不匹配而增加，并且由于Si襯底和氮化物薄膜之間在熱膨脹系數方面的不匹配而可能產生且裂紋。因此，已經研究了用于降低位錯密度和防止裂紋的許多方法。為了使用Si襯底，需要一種防止由于熱膨脹差異產生的張應力導致的裂紋的方法。

發明內容

根據本發明的一方面，一種半導體器件包括：硅襯底；緩沖結構，設置在硅襯底上；以及至少一個鎵氮化物基半導體層，形成在緩沖結構上，其中緩沖結構包括：多個氮化物半導體層；以及多個應力控制層，與多個氮化物半導體層交替地設置并包括IV-IV族半導體材料。

在緩沖結構中，氮化物半導體層和應力控制層可以交替地層疊以形成超晶格。

在緩沖結構中，一個應力控制層和一個氮化物半導體層可以交替且重復地層疊。

應力控制層可以包括α-SiC，氮化物半導體層可以包括AlGaN、InGaN和GaN中的其中之一。

在緩沖結構中，一個應力控制層和具有不同組分的至少兩個氮化物半導體層可以交替且重復地層疊。

應力控制層可以包括α-SiC，至少兩個氮化物半導體層可以包括第一氮化物半導體層和第二氮化物半導體層，第一氮化物半導體層可以包括AlGaN，第二氮化物半導體層可以包括InGaN。

氮化物半導體層可以包括Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中0≤x≤1以及0≤y≤1。

應力控制層可以包括α-SiC。

多個氮化物半導體層可以包括其組分逐漸或連續變化的多個Al_xIn_yGa_1-x-yN層，其中0≤x≤1以及0≤y≤1。

多個氮化物半導體層可以包括AlGaN、InGaN和GaN中的至少一種。

應力控制層可以具有數埃至數百納米（nm）的厚度。

半導體器件還可以包括在硅襯底上的氮化物成核層，其中緩沖結構設置在氮化物成核層上。

氮化物成核層可以包括AlN。

應力控制層可以包括α-SiC。

應力控制層可以定位成緩沖結構的最高層和最低層的至少之一。

根據本發明一實施方式的半導體器件包括設置在硅襯底上的緩沖結構，該緩沖結構包括多個氮化物半導體層和包括IV-IV族半導體材料的多個應力控制層，其中氮化物半導體層和應力控制層交替地且重復地沉積，由此在形成鎵氮化物基半導體材料時施加壓應力。緩沖結構可以減少由于晶格不一致引起的缺陷產生，并可以抑制由于熱膨脹系數差異而產生的裂紋，因而可以在緩沖結構上形成具有高品質的鎵氮化物基半導體層。

附圖說明

通過結合附圖對實施方式的以下描述，這些和/或其它方面將變得明顯且更易于理解，在附圖中：

圖1示意性地示出根據本發明一實施方式的半導體器件；

圖2示意性地示出圖1的緩沖結構的一示例；以及

圖3、圖4、圖5、圖6示出可適用于圖1的半導體器件的緩沖結構的各實施方式。

具體實施方式

在下文中，將參考附圖描述關于本發明的示例性實施方式的半導體器件。在圖中，附圖中的相同附圖標記表示相同的元件，為了清楚，夸大了層和區域的厚度。本發明的實施方式僅是示例，本發明以多種不同的形式具體化。在下文中，還將理解，當層被稱為在另一層或襯底“上”時，它可以直接在所述另一層或襯底上，或者也可以存在中間層。在一列元件之前的表述諸如“至少之一”修飾整列元件而不修飾該列中的個別元件。

形成在硅襯底上的鎵氮化物（GaN）薄膜減少由硅襯底和薄膜之間的晶格常數差異而引起的缺陷和晶圓彎曲，且形成緩沖層以用于抑制由熱膨脹系數差異而引起的裂紋。