[發明專利]半導體晶體襯底、半導體裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 201310329130.5
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103715081A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 苫米地秀一;小谷淳二;中村哲一
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L21/31
• 分類號: H01L21/31;H01L29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;全萬志

相關申請的交叉引用

本申請基于2012年9月28日提交的在先日本專利申請2012-218248并要求其優先權益，該專利申請的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本文所討論的實施方案涉及半導體晶體襯底和半導體裝置及其制造方法。

背景技術

氮化物半導體例如GaN、AlN、InN等及其混合晶體材料具有寬帶隙，從而被用作高功率電子器件或短波發光裝置。其中，已經研究和開發了應用于場效應晶體管(FET)技術，特別是作為高功率器件的高電子遷移率晶體管(HEMT)(參見例如日本公開專利申請2002-359256)。

利用這樣氮化物半導體的HEMT用于高功率和高效放大器、高功率開關器件等。

在使用這樣氮化物半導體的HEMT中，在襯底上形成氮化鋁鎵/氮化鎵(Al?GaN/GaN)異質結構，使得其GaN層可作為電子渡越層。另外，襯底可以由藍寶石、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、硅(Si)等形成。

在氮化物半導體中，例如GaN由于其較高的飽和電子速度和較寬的帶隙所帶來的較高耐壓特性而具有優良的電子特性。另外，GaN具有纖鋅礦型晶體結構，以在與c軸平行的在[0001]方向具有極性。

另外，當AlGaN/GaN異質結構形成時，由于AlGaN和GaN之間晶格常數不同引起的晶格畸變，可激發壓電極化。因此，可在靠近GaN層邊界表面的區域中產生高濃度的二維電子氣(2DEG)。

這樣的由GaN、AlGaN等形成的氮化物半導體層可以使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)經外延生長形成。然而，當氮化物半導體層在硅襯底上通過MOCVD法形成時，在硅和鎵之間可發生回熔(melt-back)反應。因此，為了避免回熔反應的發生，使用AlN模板(AlN?template)，其中AlN層形成在硅襯底上。

因此，例如，當制造利用氮化物半導體的HEMT時，氮化物半導體層形成在作為半導體晶體襯底的AlN模板的AlN層上。

發明內容

根據一個方面，一種制造半導體晶體襯底的方法包括：通過將包含氮組分的氣體供給到由包含硅的材料形成的襯底并使襯底的表面氮化來形成氮化物層；以及通過供給包含氮組分的氣體和包含Al的源氣體而在氮化物層上形成AlN層。

本文所公開的實施例的目的和優點將通過在權利要求中具體指出的要素和組合來實現和獲得。

應當理解，前面的一般描述和后面的詳細描述都是示例性和說明性的，而不是對所要求保護的本發明進行限制。

附圖說明

圖1示出根據本發明第一實施方案的半導體晶體襯底的一種示例性構造；

圖2A、2B和2C示出根據第一實施方案制造半導體晶體襯底的一種示例性方法；

圖3示出根據第二實施方案的半導體裝置的一種示例性構造；

圖4A和圖4B是根據第二實施方案的其它半導體裝置的一種示例性構造；

圖5A、5B和5C示出根據第二實施方案制造半導體裝置的一種示例性方法；

圖6A和6B示出根據第二實施方案制造半導體裝置的一種示例性方法；

圖7是一個相關圖，其示出形成氮化物層的時間段和電子渡越層中的衍射峰FWHM之間的關系；

圖8A、8B和8C示出氮化物層的表面上的AFM圖像；

圖9A和9B示出電子渡越層的表面上的AFM圖像；

圖10示出根據第三實施方案的一種示例性分立封裝半導體器件；

圖11是根據第三實施方案的電源裝置的一種示例性電路圖；和

圖12示出根據第三實施方案的高功率放大器的一種示例性構造。

具體實施方式

在使用AlN模板的情況下，取決于AlN模板，在AlN模板上形成的GaN層等晶體品質可能被損壞。結果，所制造的HEMT的電子特性可能劣化。例如，導通電阻值可能增加。

因此，期望提供一種半導體晶體襯底和一種制造半導體晶體襯底的方法，用于制造具有優良電子特性且包含優良晶體品質的氮化物半導體層的半導體裝置。

此外，還期望提供一種半導體裝置和制造具有優良電子特性且包含優良晶體品質的氮化物半導體層的半導體裝置的方法。

在下文中，描述本發明的實施方案。此外，相同的附圖標記用于描述相同的元件，其重復描述可被省略。

第一實施方案

半導體晶體襯底