[發(fā)明專利]半導(dǎo)體元件及其形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810061638.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109216520B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃彥綸;劉嘉哲;林嫚萱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 環(huán)球晶圓股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/12
• 分類號(hào): H01L33/12;H01L33/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 吳志紅;臧建明

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件及其形成方法，所述半導(dǎo)體元件包括：基板、半導(dǎo)體層以及緩沖結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體層位于基板上。緩沖結(jié)構(gòu)位于基板與半導(dǎo)體層之間。緩沖結(jié)構(gòu)包括多個(gè)第一層與多個(gè)第二層。第一層與第二層是以等間距的方式或非等間距的方式交替堆疊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種集成電路及其形成方法，尤其涉及一種具有緩沖結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件及其形成方法。

背景技術(shù)

一般而言，在異質(zhì)基板(例如諸如藍(lán)寶石基板、SiC基板等類似基板)上形成III族氮化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)已廣泛地應(yīng)用在發(fā)光元件上。

然而，由于硅基板與III族氮化物半導(dǎo)體層之間的晶格失配(lattice mismatch)與熱膨脹系數(shù)的差異，其容易導(dǎo)致硅基板變形并使得III族氮化物半導(dǎo)體層產(chǎn)生裂紋(crack)等問(wèn)題。此外，硅基板中的硅元素也容易擴(kuò)散至III族氮化物半導(dǎo)體層中，以與III族氮化物的金屬(例如鎵)形成共熔金屬(eutectic metal)，進(jìn)而導(dǎo)致回熔(melt-back)現(xiàn)象，而造成基板平整度及磊晶品質(zhì)受到破壞，目前業(yè)界多采用在III族半導(dǎo)體層與硅基板之間插入一氮化鋁(AlN)層，用以避免回熔蝕刻的發(fā)生。

現(xiàn)有通過(guò)緩沖層的設(shè)置用以降低半導(dǎo)體層與基板之間的晶格系數(shù)差異，或是用以使異質(zhì)磊晶所產(chǎn)生的應(yīng)力釋放出來(lái)，進(jìn)而提高磊晶的晶體品質(zhì)，故緩沖層的厚度對(duì)磊晶層品質(zhì)有正向關(guān)系。然而過(guò)厚的緩沖層雖能提高晶體品質(zhì)，但也因?yàn)楣杌迮cIII族氮化物磊晶半導(dǎo)體層之間的熱膨脹系數(shù)差異，導(dǎo)至基板翹曲(Bow)的發(fā)生。故現(xiàn)今技術(shù)缺乏一種兼具晶體品質(zhì)與基板翹曲的緩沖層設(shè)計(jì)方法及其結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種具有緩沖結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件及其形成方法，其可降低硅基板與III族氮化物半導(dǎo)體層之間的晶格失配與熱膨脹系數(shù)的差異，進(jìn)而避免硅基板變形并減少I(mǎi)II族氮化物半導(dǎo)體層產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種具有緩沖結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件及其形成方法，其可降低III族氮化物半導(dǎo)體層的磊晶應(yīng)力，并增加III族氮化物半導(dǎo)體層的磊晶厚度，進(jìn)而提升半導(dǎo)體元件的崩潰電壓(breakdown voltage)。

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件，包括：基板、半導(dǎo)體層以及緩沖結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體層位于基板上。緩沖結(jié)構(gòu)位于基板與半導(dǎo)體層之間。緩沖結(jié)構(gòu)包括多個(gè)第一層與多個(gè)第二層。第一層與第二層交替堆疊。第一層的層數(shù)大于或等于56，且半導(dǎo)體元件的彎曲程度小于10微米。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，當(dāng)上述第一層與上述第二層是以等間距的方式交替堆疊時(shí)，以上述緩沖結(jié)構(gòu)的總厚度計(jì)，上述第一層的厚度總合介于17％至21％之間。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第一層的層數(shù)介于56至70之間。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述緩沖結(jié)構(gòu)具有一底區(qū)、一中間區(qū)，以及一頂區(qū)，當(dāng)上述第一層與上述第二層是以非等間距的方式交替堆疊時(shí)，上述底區(qū)的上述第一層的層數(shù)等于上述頂區(qū)的上述第一層的層數(shù)，且所述底區(qū)的所述第一層的層數(shù)大于上述中間區(qū)的上述第一層的層數(shù)。以所述緩沖結(jié)構(gòu)的總厚度計(jì)，所述第一層的厚度總合小于20％。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述緩沖結(jié)構(gòu)具有底區(qū)、中間區(qū)以及頂區(qū)，當(dāng)上述第一層與上述第二層是以非等間距的方式交替堆疊時(shí)，上述頂區(qū)的上述第一層的層數(shù)大于上述底區(qū)的上述第一層的層數(shù)，且所述底區(qū)的所述第一層的層數(shù)等于上述中間區(qū)的上述第一層的層數(shù)。以所述緩沖結(jié)構(gòu)的總厚度計(jì)，所述第一層的厚度總合小于20％。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第一層包括AlN。第二層包括Al_xGa_1-xN，0≦X≦1。第二層的Al含量(也就是X值)從基板朝向半導(dǎo)體層的方向漸變。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述半導(dǎo)體元件還包括成核層(nucleation layer)位于基板與緩沖結(jié)構(gòu)之間。