[發明專利]一種III族氮化物和硅異質集成襯底及其制造方法

有效

• 申請號: 201610283863.3
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN107342215B
• 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: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 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造方法，所述III族氮化物和硅異質集成襯底包括：硅襯底；形成于所述硅襯底第一預設區域表面的III族氮化物疊層結構；形成于所述硅襯底第二預設區域表面的硅基疊層結構；所述硅基疊層結構自下而上依次包括第一絕緣層、硅層、第二絕緣層；所述硅基疊層結構與所述III族氮化物疊層結構之間通過隔離結構隔離；覆蓋于所述硅基疊層結構及所述III族氮化物疊層結構表面的蓋帽層。本發明的III族氮化物和硅異質集成襯底及其制造方法將硅基疊層結構與所述III族氮化物疊層結構集成于同一硅襯底上，所得新型異質集成襯底與CMOS兼容，可以為實現“超越摩爾定律”產品提供重要的技術創新平臺。

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造方法。

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“超越摩爾定律”重要的新技術創新平臺。

由于III族氮化物晶體主要為六方晶格，一般僅能生長于六軸對稱的Si(111)晶面；而CMOS硅工藝大多采用Si(100)晶向的硅襯底。

因此，如何提供一種III族氮化物和硅異質集成襯底及其制造方法，以將III族氮化物與可用于CMOS工藝的Si(100)襯底集成，為多種超越摩爾定律產品提供CMOS兼容的高質量III族氮化物和硅異質集成襯底，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造方法，用于解決現有技術中超越摩爾產品缺乏與CMOS兼容的高質量III族氮化物和硅異質集成襯底的問題。

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；

形成于所述硅襯底第一預設區域表面的III族氮化物疊層結構；

形成于所述硅襯底第二預設區域表面的硅基疊層結構；所述硅基疊層結構自下而上依次包括第一絕緣層、硅層、第二絕緣層；所述硅基疊層結構與所述III族氮化物疊層結構之間通過隔離結構隔離；

覆蓋于所述硅基疊層結構及所述III族氮化物疊層結構表面的蓋帽層。

可選地，所述硅襯底采用(111)晶向硅，所述硅層采用(100)晶向硅。

可選地，所述第一絕緣層、第二絕緣層均包括二氧化硅材料。

可選地，所述蓋帽層包括二氧化硅材料。

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。