[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201410195598.4
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN104143567B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 張正訓
• 申請（專利權）人: LG伊諾特有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/02
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張浴月;李玉鎖

本發明公開了一種半導體器件。該半導體器件包括：一硅襯底；一初始緩沖層，布置在硅襯底上并包括氮化鋁(AlN)，以及一器件層，布置在初始緩沖層上并包括一半導體化合物，其中，在初始緩沖層和硅襯底之間不存在SiN，并且硅襯底的硅晶格直接接觸初始緩沖層的晶格。

技術領域

實施例涉及一種半導體器件及其制造方法。

背景技術

由于寬帶隙、可調節帶隙等，第III-V族化合物半導體(例如GaN)被廣泛用于光電學等。通常在藍寶石襯底或碳化硅(SiC)襯底上生長這種GaN半導體。然而，這些襯底不適合于大直徑應用，且特別是SiC襯底是昂貴的。

圖1為通用半導體器件的視圖。參照圖1，該半導體器件包括一襯底5和n-型GaN層7。

為了解決上述問題，使用了比藍寶石襯底或SiC襯底低廉、容易實現大直徑且具有高傳熱性的硅襯底5。然而，GaN與硅之間的晶格失配非常高，并且它們的熱膨脹系數存在非常大的差異，因此，可能會發生使結晶度惡化的各種問題，如回熔、裂痕、凹坑、表面形貌缺陷等。舉例來說，裂痕可能由高溫生長的n-型GaN層7被冷卻時發生的拉伸應變所引起。

為了解決這些問題，初始緩沖層(圖中未示)，如AlN層，可以被形成在硅襯底5上。然而，即使在這種情況下，也可能由于AlN的生長溫度、硅與AlN之間的晶格失配等形成凹坑。尤其，厚度為大約至大約的SiN薄膜9可以被形成在AlN初始緩沖層和硅襯底5之間，并且針孔可以被形成在初始緩沖層中。

為此，需要開發一種半導體器件，其結構不會引起這些問題并可以提供良好特性，即使在使用硅襯底5的情況下。

發明內容

實施例提供一種在初始緩沖層中不形成針孔的半導體器件及其制造方法。

在一個實施例中，一種半導體器件包括：一硅襯底；一初始緩沖層，布置在硅襯底上并包括氮化鋁(AlN)，以及一器件層，布置在初始緩沖層上并包括一半導體化合物，在初始緩沖層和硅襯底之間不存在SiN，并且硅襯底的硅晶格直接接觸初始緩沖層的晶格。

初始緩沖層可以具有(002)晶面作為主平面。

初始緩沖層可以具有600arcsec至1000arcsec的半高寬度(FWHM)。

初始緩沖層的粗糙度可以為0.1nm至0.3nm的均方根。

初始緩沖層可以具有50nm至300nm的厚度。

該半導體器件還可以包括布置于初始緩沖層與器件層之間的過渡層。

過渡層可以包括多個AlN/Al_xGa_1-xN超晶格單元層。

AlN/Al_xGa_1-xN超晶格單元層中的X值可以隨著離初始緩沖層距離的增加而逐漸減小。

該半導體器件還可以包括布置在過渡層與器件層之間的至少一中間層。

中間層可以包括第一中間層和布置在第一中間層與器件層之間的第二中間層。

初始緩沖層可以包括沉積在硅襯底上的超薄Al薄膜。

在另一個實施例中，一種半導體器件的制造方法包括：在硅襯底上形成初始緩沖層及在初始緩沖層上形成器件層，其中形成初始緩沖層包括在反應室將硅襯底加熱到第一溫度，將反應室的內部溫度減少到低于第一溫度的第二溫度，在第二溫度于反應室內流動包含Al的第一氣體一第一預定時間段，以及在經過第一預定時間段之后，將包括氮的第二氣體連同第一氣體流動一第二預定時間段，反應室的內部溫度在第二預定時間段被增加到高于第二溫度的第三溫度。