[發(fā)明專利]包括單晶IIIA族氮化物層的半導(dǎo)體晶圓

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680007898.2
• 申請(qǐng)日: 2016-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107210195A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·B·塔帕;M·黑貝倫;M·策爾納;T·施羅德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 硅電子股份公司
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 劉佳斐

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體晶圓(10)，其包括基本上由硅組成的單晶襯底晶圓(1)，該單晶襯底晶圓(1)被構(gòu)造成在其頂表面上具有尖端(3)，該尖端(3)中的每個(gè)以給定的順序被IIIB族硅化物層(5)和IIIB族氮化物層(6)覆蓋，該IIIB族氮化物層(6)被單晶IIIA族氮化物層(7，8)覆蓋，特別是In_xAl_zGa1_?(x+z)N層，其中0≤x，z，(x+z)≤1。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體晶圓，其包括單晶襯底晶圓，該單晶襯底晶圓基本上由硅和單晶主IIIA族(LUPAC族13，硼族元素)氮化物層組成，特別是In_xAl_zGa_1-(x+z)N，其中0≤x，z，(x+z)≤1。

背景技術(shù)

單晶氮化鎵(GaN)作為用于生產(chǎn)用于大功率和高頻應(yīng)用的發(fā)光二極管(LEDs)和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FETs)的襯底越來(lái)越重要。襯底的表面積是制造過(guò)程的生產(chǎn)率并因此是LED或FET的成本的關(guān)鍵問(wèn)題。高質(zhì)量GaN外延層的沉積受到天然或緊密匹配的襯底的可用性的阻礙。

由于目前具有高達(dá)300mm甚至高達(dá)450mm的單晶硅襯底具有高的晶體和表面質(zhì)量，因此正在努力使用單晶硅作為GaN外延生長(zhǎng)的襯底。然而，由于GaN(0001)和Si(111)之間的17％的大的晶格失配和這兩種材料的熱膨脹系數(shù)(TEC)的大差異，高質(zhì)量的GaN層不能直接在硅(Si)上生長(zhǎng)。晶格和熱失配的巨大差異導(dǎo)致許多缺陷，膜中的高機(jī)械應(yīng)力、晶圓翹曲、以及甚至生長(zhǎng)的IIIA族氮化物膜的分層。

為此，為了提高外延生長(zhǎng)的GaN層的質(zhì)量，已經(jīng)提出了許多類型的中間或緩沖層。

在Si上生長(zhǎng)GaN的主要使用方法之一是沉積AlN作為種子層，隨后是工程化緩沖層以減少應(yīng)變。側(cè)向外延生長(zhǎng)(ELO)或懸空(Pendeo)外延方法使用另外的掩蔽層(例如，非原位的SiO₂或原位SiN)是減少穿透位錯(cuò)的眾所周知的技術(shù)。然而，在使用這些技術(shù)的同時(shí)，在生長(zhǎng)期間保留GaN膜中的壓縮應(yīng)變是非常困難的。

M.Mosam等，J.Crystal Growth 308(2007)，302-308教導(dǎo)了使用外延(111)取向的鈧氮化物(ScN)緩沖層作為GaN外延的基礎(chǔ)。使用氣體源分子束外延(GS-MBE)與氨作為氮前體，在n型Si(111)晶圓上生長(zhǎng)厚度范圍為50至450nm的ScN層。使用Thomas Swan緊密耦合花灑MOVPE反應(yīng)器在100托下操作，在ScN/Si(111)模板上生長(zhǎng)GaN層。為了準(zhǔn)備GaN生長(zhǎng)，使用的每個(gè)模板以10slm(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)氨(NH₃)和10slm氫(H₂)的流動(dòng)以1K/s的速率加熱至生長(zhǎng)溫度，以便從ScN層的表面去除任何原生氧化物。ScN緩沖層粗糙和充滿缺陷。GaN以無(wú)位錯(cuò)島的形式在ScN表面生長(zhǎng)。通過(guò)改變GaN生長(zhǎng)溫度，可以使GaN島聚合以產(chǎn)生平滑的GaN膜，但同時(shí)在GaN層的表面上的穿透位錯(cuò)的密度顯著增加到5×10⁹cm^-2。