[發明專利]基于氮化鎵納米線的電子器件

有效

• 申請號: 201380019885.3
• 申請日: 2013-02-12
• 公開（公告）號: CN104205294B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: J.奧爾松;M.比約克
• 申請（專利權）人: 六邊鉆公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;B82Y10/00;B82Y40/00;C30B29/38;C30B29/40;H01L29/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 蔣駿,張懿

技術領域

本發明涉及基于氮化物半導體納米線的諸如功率和RF電子器件的半導體器件和生產該半導體器件的方法。

背景技術

基于氮化鎵（GaN）的晶體管包括GaN/AlGaN HEMT（高電子遷移率晶體管）或HFET（異質結場效應晶體管）結構，其包括2DEG（二維電子氣）。理論上GaN材料提供優越的性質，其具有比Si和SiC兩者更好的電子遷移率（速度、效率）和更好的高電壓能力。GaN功率和RF技術包括AlGaN/GaN HEMT和肖特基二極管。然而，今天的GaN技術一般地在成本方面高于Si技術，并且一般地在材料質量和高電壓可靠性方面劣于SiC技術。這是由于使用了異質襯底，所述異質襯底由不能在商業上可行的成本水平下制作足夠生產水平的GaN同質襯底而成為必要。因此，GaN電子器件技術的主要限制歸結為材料晶體位錯和晶片生產成本，其與源自于異質襯底上的生長的位錯的最小化有關。

在由常規方法（異質外延生長）產生的氮化物層中以車螺紋位錯形式形成的晶格失配位錯降低了功率電子器件的操作電壓能力且降低了器件的可靠性。襯底與氮化物（器件）層之間的緩沖層的添加減少了缺陷的數目。通常，這給出對于SiC上的GaN生長而言10^-8-10^-9 cm^-2、對于藍寶石襯底上的GaN生長而言略高且對于Si上的GaN而言10^-9-10^-10 cm^-2的缺陷密度。然而，緩沖層的沉積增加器件的成本。較厚緩沖層提供高于較薄緩沖層的器件質量。這可以由較長的生長時間來實現，但是較長的生長時間增加器件的成本。此外厚緩沖層的添加可由于襯底與緩沖層之間的晶格失配而引發晶片彎曲。

通常由工業規模MOCVD技術來生長GaN膜。為了實現膜的可接受質量，用諸如NH₃和TMG（三甲基鎵）之類的高前體流和因此的高分壓力來執行生長。一般使用的測量是所謂的“V/III-比”，其與前體元素的摩爾流有關，例如NH₃與TMG之間的摩爾比。用于GaN膜生長的V/III-比在1000-10000范圍內。

今天的頂級標準GaN膜確實仍具有非常高的缺陷密度。在此類背景下，作為基于氮化物的納米線的1維結構已吸引了來自研究員的許多注意力。已經報告了用于GaN納米線生長的諸如VLS、模板約束生長以及氧化物輔助生長之類的若干方法。

另外，可以使用絕緣/非絕緣緩沖層來防止各個納米器件與它們的鄰居短路。各個器件之間的短路排除了芯片上多器件電路。不導電或半絕緣襯底對于RF應用而言是有利的。一般地增強GaN中的n型性質的車螺紋位錯限制了制造半絕緣緩沖器材料的可能性。

從20世紀90年代開始已廣泛地研究GaN的選擇性區域生長以降低GaN膜中的位錯密度。根據點圖案化GaN開口，Akasaka等人示出了具有5μm的直徑的GaN柱生長。最近，Hersee等人報告了使用選擇性區域生長的GaN導線的陣列制作。描述的是，必須將脈沖生長用于生長GaN納米線以約束橫向生長。脈沖生長也稱為遷移增強生長。可將該方法描述為兩步方法，其包括稱為選擇性生長步驟的初始納米線生長步驟，其中，提供兩個前體氣體。初始生長步驟后面是脈沖生長的次要步驟，其中，在此時提供前體氣體中的一個。

發明內容

實施例涉及一種制造半導體器件的方法，其包括：在襯底上面形成多個半導體納米線，在每一個納米線上形成半導體體積元件，將每一個體積元件平面化以形成具有基本上平面的上表面的多個分立底座元件，且在所述多個底座元件中的每一個底座元件中形成器件。

另一實施例涉及一種半導體器件，其包括：位于襯底上面的絕緣生長掩模、從生長掩模中的開口突出的多個III-氮化物半導體納米線和多個分立III-氮化物半導體臺面。所述多個臺面中的每一個臺面位于所述多個納米線中的每一個納米線周圍和上面，并且每一個臺面具有基本上平面的c-平面上表面。該器件還包括位于每一個半導體臺面上面的至少一個電極。

在從屬權利要求中限定了本發明的實施例。當結合附圖和權利要求考慮時，根據本發明的以下詳細描述，本發明的其它目的、 優點和新穎特征將變得顯而易見。

附圖說明

現在將參考附圖來描述本發明的優選實施例，在所述附圖中：

圖1示意性地圖示出根據本發明的實施例的納米線。

圖2a示意性地圖示出根據本發明的實施例的方法且圖2b是根據本發明的實施例的方法的流程圖。