[發(fā)明專利]III族氮化物結(jié)構(gòu)生長用成核層

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780054090.4
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN109964305B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 奧列格·拉布廷;高振凱;羅健峰;韋恩·約翰遜;烏格斯·馬錢德
• 申請（專利權(quán)）人: IQE公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 劉慧;楊青

本發(fā)明中描述了用于III族氮化物結(jié)構(gòu)的生長的成核層以及用于使所述成核層生長的方法。一種半導(dǎo)體可包括硅襯底和位于所述硅襯底上方的成核層。所述成核層可包括硅和深能級摻雜劑。所述半導(dǎo)體可包括形成在所述成核層上方的III族氮化物層。所述硅襯底和所述成核層中的至少一個(gè)可包括電離污染物。此外，所述深能級摻雜劑的濃度至少和所述電離污染物的濃度一樣高。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2016年9月2日提交的美國申請序號15/256,170的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容特此通過引用并入。

背景技術(shù)

在高電阻率硅(Si)上生長的高電子遷移率晶體管(HEMT)可能由于制造期間的污染而具有降級的性能。當(dāng)在高電阻率Si襯底上生長III族氮化物層以供在HEMT結(jié)構(gòu)中使用時(shí)，受主污染物物質(zhì)可沉積在Si襯底的頂面上并且/或者擴(kuò)散到Si襯底的頂面，從而使p型區(qū)域在受主電離時(shí)在那里形成。p型區(qū)域可具有高的自由空穴濃度，從而產(chǎn)生寄生導(dǎo)電溝道。寄生溝道導(dǎo)致寄生電容，所述寄生電容降低晶體管在高頻率下的性能。

此外，Si襯底的表面可能被氧、碳和其它元素污染。污染物和雜質(zhì)可包括在從室壁解吸之后沉積在襯底表面上的物質(zhì)、由存在于環(huán)境中的物質(zhì)產(chǎn)生的偶然含碳物質(zhì)、和/或由通過存在于周圍環(huán)境中的氧氣對襯底的氧化產(chǎn)生的自然氧化物。這些污染物和雜質(zhì)可導(dǎo)致在Si與III族氮化物層之間形成有高度缺陷的界面。此表面污染和相關(guān)缺陷可降低后續(xù)III族氮化物外延層和結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。這種降低的質(zhì)量尤其在高電壓和高電流條件下引起電子遷移率降低、晶體管性能劣化。

發(fā)明內(nèi)容

因此，在本文中描述了用于III-V和III族氮化物結(jié)構(gòu)的生長的成核層以及用于使成核層生長的方法。半導(dǎo)體可包括襯底和位于該襯底上的成核層。成核層可包括深能級摻雜劑。半導(dǎo)體可包括形成在成核層上方的III-V層。襯底和成核層中的至少一者可包括電離污染物。此外，深能級摻雜劑的濃度至少和電離污染物的濃度一樣高。

襯底可包括襯底材料，并且深能級摻雜劑可包括具有深能級態(tài)的深能級摻雜劑物質(zhì)，所述深能級態(tài)距所述襯底材料的導(dǎo)帶和價(jià)帶0.3eV～0.6eV。半導(dǎo)體可包括位于襯底與成核層之間的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

深能級摻雜劑可包括釩，鐵、硫和其它化學(xué)元素中的一種或多種。電離污染物可包括III族物質(zhì)。電離污染物可包括電離受主污染物。

深能級摻雜劑的濃度可介于10¹⁵cm^-3與10¹⁹cm^-3之間，和/或介于10¹⁶cm^-3與10¹⁸cm^-3之間。襯底和成核層中的自由空穴的濃度可小于10¹⁶cm^-3和/或小于10¹⁵cm^-3。

成核層的厚度可介于1nm與100nm之間、介于10nm與1μm之間和/或介于100nm與10μm之間。

深能級摻雜劑在成核層的最接近襯底的表面處的第一濃度可高于深能級摻雜劑在最接近III-V層的表面處的第二濃度。襯底材料可以是硅。III-V層可以是III族氮化物層。

可通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延、鹵化物氣相外延和物理氣相沉積中的一種或多種來使成核層和III-V層生長。

附圖說明

在考慮結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述后，本公開的上述及其它特征(包括其性質(zhì)及其各種優(yōu)點(diǎn))將更顯而易見，在附圖中：

圖1描繪根據(jù)說明性實(shí)施方式的使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的補(bǔ)償成核層的初始生長；

圖2描繪根據(jù)說明性實(shí)施方式的在圖1中描繪的初始成核之后的一定時(shí)間時(shí)外延成核層的形成；