[發明專利]一種III族氮化物和硅異質集成襯底及其制作方法

有效

• 申請號: 201610283432.7
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN107331663B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 陳龍
• 申請（專利權）人: 上海芯晨科技有限公司
• 主分類號: H01L27/04
• 分類號: H01L27/04;H01L21/70
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種III族氮化物和硅異質集成襯底及其制作方法，所述III族氮化物和硅異質集成襯底包括：硅襯底；形成于所述硅襯底上的III族氮化物疊層結構；形成于所述III族氮化物疊層結構上的絕緣層；以及形成于所述絕緣層上的頂層硅。本發明的III族氮化物和硅異質集成襯底及其制作方法將所述頂層硅與所述III族氮化物疊層結構集成于同一硅襯底上，其中，所述硅基疊層結構可以用于制作傳統電路，結合所述III族氮化物疊層結構可以實現多種應用，為實現“超越摩爾定律”提供重要的技術創新平臺。本發明的III族氮化物和硅異質集成襯底中，III族氮化物材料深埋在底部，僅頂層硅及硅襯底面暴露在外面，不會對CMOS工藝造成污染，可以使用CMOS工藝線進行流片。

技術領域

本發明屬于半導體領域，涉及一種III族氮化物和硅異質集成襯底及其制作方法。

背景技術

以摩爾定律為核心的半導體產業在過去半個世紀推動了計算(PC)和通訊(互聯網)兩個信息技術浪潮滾滾向前。然而，隨著硅CMOS器件尺寸日益接近原子等級的物理極限，摩爾定律發展因巨大的研發投入和制造的困難度而遇到了瓶頸。“超越摩爾”(MtM)產業是指不以縮小器件尺寸為技術創新的成熟半導體及其延伸技術，其中包含微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)、光電、射頻、功率、模擬、微流體、微能源等。

相比于體硅材料，III族氮化物(亦稱III-N化合物)材料因其直接帶隙、極大內建電場等特性，在光電、功率、射頻、MEMS等領域有其獨特優勢。其中，III指元素周期表中第III族中的至少一種元素。

體硅是實現摩爾定律的襯底材料平臺。而新型的III族氮化物和硅異質集成襯底也將是實現“超越摩爾”重要的新技術創新平臺。但是Ga、In等III族元素會影響CMOS工藝，因此，一般III族氮化物材料是禁止進入CMOS工藝線去流片的。

因此，如何提供一種III族氮化物和硅異質集成襯底及其制作方法，為實現“超越摩爾定律”提供重要的新技術創新平臺，解決III族氮化物材料無法使用CMOS工藝線流片的問題，成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種III族氮化物和硅異質集成襯底及其制作方法，用于解決現有技術中缺少與CMOS兼容的III族氮化物和硅異質集成襯底，Ga、In等III族元素會對CMOS工藝造成污染的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種III族氮化物和硅異質集成襯底，所述III族氮化物和硅異質集成襯底包括：

硅襯底；

形成于所述硅襯底上的III族氮化物疊層結構；

形成于所述III族氮化物疊層結構上的絕緣層；

形成于所述絕緣層上的頂層硅。

可選地，所述硅襯底采用(111)晶向硅，所述頂層硅采用(100)晶向硅。

可選地，所述絕緣層包括二氧化硅層及氮化硅層中的至少一種。

可選地，所述III族氮化物疊層結構自下而上依次包括緩沖層、非故意摻雜GaN層、N型GaN層、InGaN量子阱層及P型GaN層。

可選地，所述III族氮化物疊層結構自下而上依次包括緩沖層、第一非故意摻雜GaN層、N型GaN層、第二非故意摻雜GaN層及P型GaN層。

可選地，所述III族氮化物疊層結構自下而上依次包括緩沖層、非故意摻雜GaN層、N型GaN層及AlGaN蓋帽層。

可選地，所述III族氮化物疊層結構自下而上依次包括緩沖層、非故意摻雜GaN層、AlGaN層、N型GaN層、InGaN量子阱層、P型AlGaN層及P型GaN層。