專利名稱：半導(dǎo)體基板、電子器件及半導(dǎo)體基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體基板、電子器件及半導(dǎo)體基板的制造方法。
背景技術(shù)：
在專利文獻(xiàn)I中公開了單晶氮化鎵局部基板，其適用于制造在同一硅基板上混載有電子器件和光器件的電-光融合器件。該單晶氮化鎵局部基板通過在硅基板上形成碳化硅，并在碳化硅上局部形成單晶氮化鎵，從而具有在硅基板上局部生長有單晶氮化鎵的區(qū)域。在專利文獻(xiàn)I中公開了使用氮化硅作為形成單晶氮化鎵時(shí)的掩模。專利文獻(xiàn)I :日本特開2004-179242號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題然而，由于專利文獻(xiàn)I所公開的碳化硅是由烴類氣體與氫氣的混合氣體對硅基板的表面進(jìn)行熱處理而得到的變質(zhì)層，因此，在該碳化硅上形成的單晶氮化鎵的結(jié)晶性不夠好。另外，由于碳化硅與硅的晶格常數(shù)不同，與氮化鎵的晶格常數(shù)也略有不同，因此容易由于晶格失配而引起錯位等缺陷。從而難以保證形成在碳化硅上的以單晶氮化鎵為代表的III族氮化物半導(dǎo)體具有良好的結(jié)晶性。本發(fā)明的目的是提高在硅基板上局部形成的III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶性。解決問題的手段為了解決上述問題，在本發(fā)明第一方案中提供一種半導(dǎo)體基板，包括表面為硅結(jié)晶的襯底基板、在硅結(jié)晶上的部分區(qū)域形成的SixGei_xC(0 ^ X < I)外延結(jié)晶、在SixGe1^xC(O < X < I)外延結(jié)晶上形成的III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶。作為一例，該半導(dǎo)體基板還包括形成在硅結(jié)晶上、具有露出硅結(jié)晶的開ロ，并且阻礙結(jié)晶生長的阻礙體，所述SixGei_xC(O ^ X < I)外延結(jié)晶形成在開口內(nèi)部。上述半導(dǎo)體基板在硅結(jié)晶與SixGei_xC(0 く X < I)外延結(jié)晶之間可以具有SixGei_xC(0 ^ X < I)變質(zhì)層，所述SixGe1J變質(zhì)層是形成于所述硅結(jié)晶表面的SixGe1^x(O ^ x< I)層的表面在碳的作用下發(fā)生變質(zhì)而形成的。另外，該半導(dǎo)體基板在硅結(jié)晶與SixGei_xC(0 ^ X < I)外延結(jié)晶之間可以進(jìn)ー步具有外延生長的SixGei_x(O彡x < I)外延層。上述半導(dǎo)體基板在SixGei_x (O彡x< I)外延層與SixGei_xC (O彡x < I)外延結(jié)晶之間可以進(jìn)ー步具有SixGei_xC (O彡x< I)變質(zhì)層，所述31和1_!￡(變質(zhì)層是所述51!^1_!￡(0彡1
<D外延結(jié)晶的表面在碳的作用下發(fā)生變質(zhì)而形成的。SixGeh(C) ^ X < I)外延層具有例如從構(gòu)成pn結(jié)隔離的P型半導(dǎo)體層及N型半導(dǎo)體層選擇的ー個以上的半導(dǎo)體層。SixGei_x (O < D外延層可以具有從構(gòu)成隧道結(jié)部的P+型半導(dǎo)體層及N+型半導(dǎo)體層選擇的ー個以上的半導(dǎo)體層。在本發(fā)明第二方案中提供一種電子器件，包含將上述半導(dǎo)體基板中的III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶作為活性層的電子元件。在該電子器件中，作為一例，半導(dǎo)體基板在SixGe1^xC(O < X < I)外延結(jié)晶上的多個區(qū)域具有III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶，電子元件形成于各個III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶，多個電子元件中的至少兩個電子元件相互串聯(lián)或并聯(lián)連接。該電子器件可以還包括使用半導(dǎo)體基板中的硅結(jié)晶形成的硅元件，硅元件與電子元件可以相互連接。在本發(fā)明第三方案中提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，包括在表面為硅結(jié)晶的基板的硅結(jié)晶上形成阻礙結(jié)晶生長的阻礙體的步驟；形成從阻礙體的表面抵達(dá)硅結(jié)晶的開ロ的步驟；在開口內(nèi)部露出的硅結(jié)晶上形成SixGei_xC(0彡X < I)外延結(jié)晶的步驟；以及在SixGe1^xC(O ^ X < I)外延結(jié)晶上形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶的步驟。在該制造方法中，在形成阻礙體的步驟與形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶的步驟之間還包括利用碳使開口內(nèi)部露出的娃結(jié)晶表面上形成的SixGe1I(C) < X < I)層的表面發(fā)生變質(zhì)從而形成SixGei_xC (O ^ X < I)變質(zhì)層的步驟；在形成SixGei_xC (O ^ x < I)外延結(jié)晶的步驟中，在SixGei_xC(0 ^ X < I)變質(zhì)層上形成SixGei_xC(0 ^ X < I)外延結(jié)晶。
在本發(fā)明第四方案中提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，包括在表面為硅結(jié)晶的襯底基板的硅結(jié)晶上形成阻礙結(jié)晶生長的阻礙體的步驟；形成從阻礙體的表面抵達(dá)硅結(jié)晶的開ロ的步驟；在開口內(nèi)部露出的硅結(jié)晶上形成SixGei_x (O ^ X < D外延層的步驟；在SixGei_x (O ^ X < D外延層上形成SixGei_xC(0 ^ x < I)外延結(jié)晶的步驟；以及在SixGe1^xC(O ^ X < I)外延結(jié)晶上形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶的步驟。在該制造方法中，在形成SixGei_x (O彡x< I)外延層的步驟與形成SixGei_xC (O彡x
<D外延結(jié)晶的步驟之間可以還包括利用碳使SixGei_x(O < X < I)外延層的表面發(fā)生變質(zhì)從而形成SixGei_xC(O ^ X < I)變質(zhì)層的步驟；在形成SixGei_xC(O ^ x < I)外延結(jié)晶的步驟中，可以在SixGei_xC(O ^ X < I)變質(zhì)層上形成SixGei_xC(O ^ x < I)外延結(jié)晶。在第三方案及第四方案的制造方法中，在形成開ロ的步驟與形成SixGei_xC(0
<D外延結(jié)晶的步驟之間可以還包括通過對開口內(nèi)部露出的硅結(jié)晶表面進(jìn)行蝕刻而清潔化的步驟。另外，在這些制造方法中，硅結(jié)晶的表面為(111)面；形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶的步驟包括第一步驟，形成露出了與(111)面的面方向不同的晶面的第一 III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶；以及第ニ步驟，將晶面作為晶種，形成具有與襯底基板的表面平行的(111)A面的第III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶；在第一步驟中，在垂直于襯底基板表面的第一方向上的結(jié)晶生長速度大于平行于襯底基板表面的第二方向上的結(jié)晶生長速度的條件下形成第一III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶；在第二步驟中，在第二方向上的結(jié)晶生長速度大于第一方向上的結(jié)晶生長速度的條件下形成第III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶。


圖IA顯示半導(dǎo)體基板100的截面例；圖IB顯示半導(dǎo)體基板100的制造過程中的截面例；圖IC顯示半導(dǎo)體基板100的制造過程中的截面例；圖2A顯示半導(dǎo)體基板200的截面例；圖2B顯示半導(dǎo)體基板200的制造過程中的截面例；圖2C顯示半導(dǎo)體基板200的制造過程中的截面例；
圖3A顯示半導(dǎo)體基板300的截面例；圖3B顯示半導(dǎo)體基板300的制造過程中的截面例；圖3C顯示半導(dǎo)體基板300的制造過程中的截面例；圖4A顯示半導(dǎo)體基板400的截面例；圖4B顯示半導(dǎo)體基板400的制造過程中的截面例；圖4C顯示半導(dǎo)體基板400的制造過程中的截面例；圖5A顯示半導(dǎo)體基板500的截面例；圖5B顯示半導(dǎo)體基板500的制造過程中的截面例；圖6顯示電子器件600的截面例。
具體實(shí)施例方式以下通過發(fā)明實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行說明。圖IA顯示半導(dǎo)體基板100的截面例，圖IB及圖IC顯示半導(dǎo)體基板100的制造過程中的截面例。如圖IA所示，半導(dǎo)體基板100具有襯底基板102、SixGe1J (O ^ x < I)外延結(jié)晶104、III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106和阻礙體108。在阻礙體108中形成有開ロ 110。襯底基板102的表面為硅結(jié)晶。襯底基板102，例如為在表面附近采用硅結(jié)晶的SOI (Silicon-On-Insulator,絕緣襯底上的娃)基板、本體(Bulk)的整體采用娃結(jié)晶的娃
曰曰/1 OSixGe1J(O ^ x < I)外延結(jié)晶104通過在襯底基板102的硅結(jié)晶上的部分區(qū)域上進(jìn)行局部外延生長而形成。作為形成在硅結(jié)晶的部分區(qū)域上的方法，除了如下所述的在阻礙體108上形成開ロ 110的方法以外，也可以采用在襯底基板102的整個面上形成了SixGe1^xC(O < I)外延結(jié)晶后使用光刻法進(jìn)行構(gòu)圖的方法。形成在襯底基板102的硅結(jié)晶上的部分區(qū)域的SixGe^C(O ^ x < I)外延結(jié)晶104的長寬比(結(jié)晶的厚度/寬度)最好為ポ以上。III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106包含氮原子。III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106形成于SixGei_xC(0 ^ X < I)外延結(jié)晶104上。由于III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106形成于外延生長的SixGei_xC(O ^ X < I)外延結(jié)晶104上，因此，結(jié)晶性良好。當(dāng)SixGei_xC(O ^ x < I)結(jié)晶例如是通過硅結(jié)晶變質(zhì)而形成時(shí)，在變質(zhì)過程中使SixGe1^xC(O < X < I)結(jié)晶的結(jié)晶性降低。此處，“通過變質(zhì)而形成”是指使添加到變質(zhì)后的結(jié)晶中的原子融入變質(zhì)前的結(jié)晶晶格中。對此，通過外延生長而形成的SixGei_xC(0 ^ X
<D結(jié)晶比通過硅變質(zhì)而形成的SixGei_xC(0 ^x< I)結(jié)晶具有更好的結(jié)晶性。形成于基底結(jié)晶上的結(jié)晶層的結(jié)晶性由于受到基底結(jié)晶性的影響，因此，比形成于SixGei_xC(0 ^ X
<D外延結(jié)晶104上的III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106具有更好的結(jié)晶性。阻礙體108形成于襯底基板102的硅結(jié)晶上。阻礙體108阻礙結(jié)晶生長。在阻礙體108中形成的開ロ 110抵達(dá)襯底基板102的硅結(jié)晶。SixGe1J(O ^ x < I)外延結(jié)晶104通過在開ロ 110的內(nèi)部進(jìn)行結(jié)晶生長而形成。S卩，由于阻礙體108阻礙了結(jié)晶生長，因此，SixGehC (O ^ X < I)外延結(jié)晶104進(jìn)行選擇性外延生長。SixGe1J (O ^ x < I)外延結(jié)晶104通過進(jìn)行選擇性外延生長而形成于開ロ 110內(nèi)。 對半導(dǎo)體基板100的制造方法進(jìn)行說明。如圖IB所示，在襯底基板102的硅結(jié)晶上形成阻礙體108。此后，形成從阻礙體108表面抵達(dá)硅結(jié)晶的開ロ 110。阻礙體108例如為氧化娃、氮化娃、氮氧化娃，作為一例，可以使用CVD (Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積)法形成。氧化硅也可以通過熱氧化法形成。開ロ 110例如可以使用光刻法形成。然后，如圖IC所述，在開ロ 110的內(nèi)部露出的硅結(jié)晶上形成SixGei_xC(0彡x< I)外延結(jié)晶104。SixGe1^xC(O彡x < I)外延結(jié)晶104通過外延生長而形成。例如可以通過使用氣態(tài)的硅原料、鍺原料、碳原料的CVD法使SixGe1J (O く X < I)外延結(jié)晶104進(jìn)行生長。當(dāng)CVD法為熱CVD法時(shí)，生長溫度為900°C 1100°C。硅和碳的原料為單甲基硅烷(SiH3CH3)等烷基硅烷類。鍺和碳的原料為單甲基鍺烷(GeH3CH3)等烷基鍺烷類。硅原料為單硅烷(SiH4)、ニ硅烷(Si2H6)等氫化硅。作為其他硅原料，可以舉出氯硅烷(SiHxCl4_x)等鹵化硅。鍺原料，可以舉出單鍺烷(GeH4)、ニ鍺烷(Ge2H6)等氫化鍺。其他鍺原料，可以舉出氯鍺烷(SiHxCl4J等鹵化鍺。碳原料，可以舉出甲烷、こ烷、丙烷等烴。
在此情形中，SixGei_xC(0 ^ X < I)外延結(jié)晶104在開ロ 110的內(nèi)部進(jìn)行生長，最好在阻礙體108上進(jìn)行不產(chǎn)生結(jié)晶生長的選擇性生長。然而，在阻礙體108上有SixGei_xC(0 ^ X < I)的多結(jié)晶等析出時(shí)，也可以在后續(xù)步驟中利用開ロ 110內(nèi)部的SixGe1^xC(O ^ X < I)外延結(jié)晶104。將在阻礙體108上析出的多結(jié)晶與阻礙體108共同去除，保留開ロ 110內(nèi)部的SixGei_xC(0 ^ X < I)外延結(jié)晶104，以便在后續(xù)步驟中利用SixGehC (O ^ X < I)外延結(jié)晶 104。在使SixGei_xC(0彡x< I)外延結(jié)晶104生長后，使III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106在SixGehC(O ^ X < I)外延結(jié)晶104上進(jìn)行選擇性外延生長，從而形成半導(dǎo)體基板100。如上所述，半導(dǎo)體基板100在表面為硅的襯底基板102與III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106之間具有通過外延生長而形成的SixGei_xC(O ^ x < I)外延結(jié)晶104，因此，提高了 III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106的結(jié)晶性。另外，通過調(diào)整SixGei_xC(0彡X < I)外延結(jié)晶104的組分X，使其與在SixGei_xC(0 ^ X < I)外延結(jié)晶104上生長的III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106的晶格常數(shù)相匹配，從而能夠得到具有更佳結(jié)晶性的III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106。圖2A顯示半導(dǎo)體基板200的截面例。圖2B及圖2C顯示半導(dǎo)體基板200的制造過程中的截面例。與半導(dǎo)體基板100不同的是，半導(dǎo)體基板200在半導(dǎo)體基板100中的襯底基板102的硅結(jié)晶與SixGei_xC (O ^ x < I)外延結(jié)晶104之間具有SixGe1^xC (O ^ x < I)變質(zhì)層202，除此之外均與半導(dǎo)體基板100相同。因此，以下僅對與半導(dǎo)體基板100的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。SixGei_xC (O ^ x < I)變質(zhì)層202形成于襯底基板102的硅結(jié)晶與SixGei_xC(0 ( x
<D外延結(jié)晶104之間。SixGei_xC(O ^ x < I)變質(zhì)層202通過碳使形成于襯底基板102的硅結(jié)晶表面的SixGeh(O ^ X < D層的表面發(fā)生變質(zhì)而形成。半導(dǎo)體基板200可以通過以下順序進(jìn)行制造。首先，如圖2B所示，在襯底基板102上的阻礙體108中形成開ロ 110。然后，以1000°C 1100°c的溫度對形成有開ロ 110的襯底基板102進(jìn)行加熱,在氫氣環(huán)境氣中對在開ロ 110內(nèi)部露出的娃結(jié)晶表面進(jìn)行清潔化后，通過離子注入法或擴(kuò)散法形成SixGeh (O彡X < I)層。此后，通過碳使SixGeh(O彡x < I)層變質(zhì)，形成SixGei_xC(0 < I)變質(zhì)層202。通過在例如甲烷、こ烷、丙烷等烴類氣體的環(huán)境氣中對娃結(jié)晶表面進(jìn)行熱處理，從而能夠通過碳使SixGe1I(C) ^ X < I)層變質(zhì)。接下來，如圖2C所示，在SixGe1J (O彡X く I)變質(zhì)層202上形成SixGe^C (O < x
<D外延結(jié)晶104。此后，使III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106在SixGei_xC (O く x < I)外延結(jié)晶104上進(jìn)行選擇性外延生長，從而形成半導(dǎo)體基板200。在半導(dǎo)體基板200中，由于在襯底基板102的硅結(jié)晶與SixGe^C(O彡x < I)夕卜延結(jié)晶104之間具有SixGei_xC(O ^ x < I)變質(zhì)層202，因此使SixGe1J(O彡x < I)外延結(jié)晶104與襯底基板102的硅晶格匹配。通過半導(dǎo)體基板200具有的這種結(jié)構(gòu)，提高了SixGei_xC(O ^ X < I)外延結(jié)晶104的結(jié)晶性。圖3A顯示半導(dǎo)體基板300的截面例。圖3B及圖3C顯示半導(dǎo)體基板300的制造 過程中的截面例。與半導(dǎo)體基板100不同的是，半導(dǎo)體基板300在半導(dǎo)體基板100中的襯底基板102的硅結(jié)晶與SixGei_xC(O ^ x < I)外延結(jié)晶104之間具有SixGe1^x (O ^ x < I)外延層302，除此之外均與半導(dǎo)體基板100相同。因此，以下僅對與半導(dǎo)體基板100的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。SixGeh(O彡x < I)外延層302是在襯底基板102的硅結(jié)晶與SixGe1^xC(O ( x
<I)外延結(jié)晶104之間外延生長的層。SixGeh(O ^ x < D外延層302也可以是從構(gòu)成pn結(jié)隔離的P型半導(dǎo)體層及N型半導(dǎo)體層中選擇的ー個以上的半導(dǎo)體層。例如，當(dāng)硅結(jié)晶被摻雜為P型吋，SixGe1^x (O ^ X < I)外延層302具有N型半導(dǎo)體層，從而能夠形成pn結(jié)隔離。SixGei_x(0<x< I)外延層302通過具有P型半導(dǎo)體層及N型半導(dǎo)體層，從而可以使SixGei_x (O彡X < I)外延層302具有pn結(jié)隔離。SixGeh (O彡X く D外延層302可以具有由構(gòu)成pn結(jié)隔離的P型半導(dǎo)體層及N型半導(dǎo)體層構(gòu)成的多組pn結(jié)隔離層。例如，SixGeh (O彡X < D外延層302依次具有P型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層及N型半導(dǎo)體層。另外，SixGei_x (O彡x < I)外延層302可以是從構(gòu)成隧道結(jié)部的P+型半導(dǎo)體層及N+型半導(dǎo)體層中選擇的ー個以上的半導(dǎo)體層。例如，當(dāng)硅結(jié)晶被摻雜為P+型時(shí)，SixGeh (O ( X
<D外延層302具有N+型半導(dǎo)體層，從而能夠形成隧道結(jié)部。SixGei_x (O彡x < I)外延層302可以具有由構(gòu)成隧道結(jié)部的P+型半導(dǎo)體層及N+型半導(dǎo)體層構(gòu)成的多組隧道結(jié)部層。例如，SixGei_x(O < X < I)外延層302依次具有P+型半導(dǎo)體層、N+型半導(dǎo)體層、P+型半導(dǎo)體層及N+型半導(dǎo)體層。P+型半導(dǎo)體層及N+型半導(dǎo)體層各自的有效雜質(zhì)濃度為5 X IO1Vcm3以上，最好為IXlO1Vcm3以上。半導(dǎo)體基板300可以按照以下的順序進(jìn)行制造。首先，如圖3B所示，在襯底基板102上的阻礙體108中形成開ロ 110。然后，在開ロ 110的內(nèi)部露出的硅結(jié)晶上形成SixGei_x(O < X < I)外延層302。另外，可以在氫氣氛中通過對開ロ 110內(nèi)部露出的硅結(jié)晶進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)清潔化。接下來，如圖3C所示，在SixGe^ (O く X く D外延層302上形成SixGe^C(O彡x
<D外延結(jié)晶104。此后，使III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106在SixGei_xC (O く x < I)外延結(jié)晶104上進(jìn)行選擇性外延生長，從而形成半導(dǎo)體基板300。由于在襯底基板102的硅結(jié)晶上包含若干缺陷，因此，當(dāng)沒有SixGei_x(O彡x < I)外延層302時(shí)，所形成的SixGei_xC(O ^ x < I)外延結(jié)晶104會受到存在于襯底基板102上的缺陷的影響。與此相對，由于SixGei_x (O <x< I)外延層302是通過外延生長而形成的，因此存在缺陷的概率很小。因此，在半導(dǎo)體基板300中所形成的SixGei_xC(0 ≤x< I)外延結(jié)晶104的結(jié)晶性較高，體現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)SixGei_x (O≤X < I)外延層302的結(jié)晶性。圖4A顯示半導(dǎo)體基板400的截面例。圖4B及圖4C顯示半導(dǎo)體基板400的制造過程中的截面例。與半導(dǎo)體基板300不同的是，半導(dǎo)體基板400在半導(dǎo)體基板300中的SixGei_x (O≤X < I)外延層302與SixGe1^xC (O≤x < I)外延結(jié)晶104之間具有SixGe1^xC (O ≤ x< I)變質(zhì)層402，除此之外均與半導(dǎo)體基板300相同。因此，以下僅對與半導(dǎo)體基板300的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。SixGei_xC (O ≤ x < I)變質(zhì)層 402 形成于 SixGei_x(0 ≤ x < I)外延層 302 與SixGei_xC(O≤X < I)外延結(jié)晶104之間。SixGe1J(O≤x < I)變質(zhì)層402通過碳使SixGei_x(O ≤ X < D外延層302的表面發(fā)生變質(zhì)而形成。半導(dǎo)體基板400可以按照以下的順序進(jìn)行制造。首先，如圖4B所示，在襯底基板102上的阻礙體108中形成開ロ 110。然后，在開ロ 110的內(nèi)部露出的硅結(jié)晶的表面上形成SixGei_x (O ≤ X < D外延層302。進(jìn)ー步地，通過碳使SixGe1^x (O ≤ x < I)外延層302的表面發(fā)生變質(zhì)，從而形成SixGei_xC(0<x< I)變質(zhì)層402。通過在例如甲烷、こ烷、丙烷等烴類氣體的氣氛中對SixGei_x (O < D外延層302的表面進(jìn)行熱處理，從而能夠使SixGei_x (O≤X < I)外延層302的表面變質(zhì)。接下來，如圖4C所示，在SixGe1J (O≤X く I)變質(zhì)層402上形成SixGe1J (O≤x
<D外延結(jié)晶104。此后，使III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106在SixGei_xC (O く x < I)外延結(jié)晶104上進(jìn)行選擇性外延生長，從而形成半導(dǎo)體基板400。半導(dǎo)體基板400在SixGeh (O≤x < I)外延層302與SixGe1^xC (O≤x < I)外延結(jié)晶104之間具有SixGei_xC (O ≤ x < I)變質(zhì)層402。因此，SixGe1J (O ≤ x < I)外延結(jié)晶104與SixGei_x (O≤X < I)外延層302的硅實(shí)現(xiàn)晶格匹配。其結(jié)果是使得SixGe1J(O ( xく I)外延結(jié)晶104的結(jié)晶性得到提聞。圖5A顯示半導(dǎo)體基板500的截面例。圖5B顯示半導(dǎo)體基板500的制造過程中的截面例。半導(dǎo)體基板500中，作為III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶，具有縱向生長的第一結(jié)晶502，以及沿阻礙體108的表面橫向生長的第二結(jié)晶504。襯底基板102的硅結(jié)晶的表面為
(111)面。第二結(jié)晶504具有與襯底基板102的表面平行的面，該平行的面為(Ill)A面。半導(dǎo)體基板500可以按照以下的順序進(jìn)行制造。首先，如圖5B所示，形成SixGe1^xC(O ^ X < I)外延結(jié)晶104。然后，形成露出了與(111)面的面方向不同的晶面(facet) 506的III-V族化合物半導(dǎo)體的第一結(jié)晶502 (第一步驟)。例如，形成相對于阻礙體108的表面突出露出的第一結(jié)晶502。第一結(jié)晶502可以在與襯底基板102表面平行的面的兩側(cè)具有晶面506。此處，晶面506例如為與(111)面不同的低指數(shù)面。晶面506為(Inm)面(l、n、m為整數(shù))，最好為滿足I < |l| + |n| + |m| (絕對值)<7的條件的面。第一步驟后，將晶面506作為晶種面，形成具有與襯底基板102表面平行的(111)A面的III-V族化合物半導(dǎo)體的第二結(jié)晶504 (第二步驟)。在第一步驟中，在垂直于襯底基板102表面的第一方向的結(jié)晶生長速度大于與平行于襯底基板102表面的第二方向的結(jié)晶生長速度的結(jié)晶生長條件下形成第一結(jié)晶502?？梢允顾胁慌c襯底基板102表面平行的方向的結(jié)晶生長速度大于平行于襯底基板102表面的第二方向的結(jié)晶生長速度。通過在該條件下使第一結(jié)晶502進(jìn)行結(jié)晶生長，從而能夠在短時(shí)間內(nèi)形成具有晶面506的第一結(jié)晶502。然后，在第二步驟中，在第二方向的結(jié)晶生長速度大于第一方向的結(jié)晶生長速度的結(jié)晶生長條件下形成第二結(jié)晶504。在半導(dǎo)體基板500中，由于在平行于襯底基板102表面的方向生長的第二結(jié)晶504的面大于圖IA中的III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106的面，因此，能夠提高在半導(dǎo)體基板500上形成的電子元件的設(shè)計(jì)自由度。從以上說明的半導(dǎo)體基板100到半導(dǎo)體基板500，可以通過表面蝕刻而對襯底基板102的硅結(jié)晶進(jìn)行清潔化。III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶 可以采用從由V族的N原子、III族的B、Al、Ga、In、Sc、Y原子及鑭系原子構(gòu)成的組中選擇的至少ー種原子。III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶可以包含組分不同的兩種以上的結(jié)晶層。πι-v族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶可以包含添加雜質(zhì)互不相同的兩種以上的結(jié)晶層。另外，從以上說明的半導(dǎo)體基板100到半導(dǎo)體基板500中的III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶可以適用于電子元件的活性層。圖6顯示電子器件600的截面例。電子器件600具有多個III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106，多個電子元件602及電子元件606形成于各自的III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶106上。多個電子元件中的至少兩個電子元件602及電子元件606分別具有電極604和電極608，通過布線614相連接。電子元件602與電子元件606之間的連接可以為串聯(lián)或并聯(lián)。另外，電子器件600具有使用襯底基板102的娃結(jié)晶而形成的娃兀件610,娃兀件610具有端子612。硅元件610與電子元件606通過布線616互相連接。予以說明，權(quán)利要求書、說明書以及附圖中所示的裝置、系統(tǒng)及方法中的動作、エ序、階段及步驟等各種處理的執(zhí)行順序，只要沒有專用的“之前”、“前”等詞進(jìn)行明確說明，或者沒有將前面處理的輸出用在后面的處理中，則可以用任意順序?qū)崿F(xiàn)。關(guān)于權(quán)利要求書、說明書以及附圖中的動作流程，即使出于方便而使用“首先”、“其次”等進(jìn)行說明，也未必意味著以這種順序?qū)嵤?。符號說明100半導(dǎo)體基板、102襯底基板、104SixGei_xC(0 ^ x < I)外延結(jié)晶、106III-V族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶、108阻礙體、110開ロ、200半導(dǎo)體基板、202SixGei_xC(0 ^ x < I)變質(zhì)層、300 半導(dǎo)體基板、302SixGei_x(0 ^ X < I)外延層、400 半導(dǎo)體基板、402SixGei_xC(O ^ x < I)變質(zhì)層、500半導(dǎo)體基板、502第一結(jié)晶、504第二結(jié)晶、506晶面、600電子器件、602電子元件、604電極、606電子元件、608電極、610硅元件、612端子、614布線、616布線
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體基板,包括 襯底基板，其表面為娃結(jié)晶； SixGei_xC外延結(jié)晶，其形成于所述硅結(jié)晶上的部分區(qū)域；以及 III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶，其形成于所述SixGei_xC外延結(jié)晶上， 其中，O≤X < I。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體基板，其中 還包括形成于所述硅結(jié)晶上、具有露出所述硅結(jié)晶的開口且阻礙結(jié)晶生長的阻礙體； 所述SixGei_xC外延結(jié)晶形成于所述開口內(nèi)部， 其中，O≤X < I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體基板，其中 在所述硅結(jié)晶與所述SixGe1J外延結(jié)晶之間還具有SixGe1J變質(zhì)層，所述SixGe1J變質(zhì)層是形成于所述硅結(jié)晶表面的SixGei_x層的表面在碳的作用下發(fā)生變質(zhì)而形成的，其中，O ^ X < I0
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體基板，其中 在所述娃結(jié)晶與所述SixGehC外延結(jié)晶之間還包括外延生長的SixGeh外延層，其中，0 ^ X < I0
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板，其中 在所述SixGeh外延層與所述SixGehC外延結(jié)晶之間還包括SixGehC變質(zhì)層，所述SixGei_xC變質(zhì)層是所述SixGei_x外延結(jié)晶的表面在碳的作用下發(fā)生變質(zhì)而形成的，其中，0 ^ X < I0
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板，其中 所述SixGei_x外延層具有選自構(gòu)成Pn結(jié)隔離的P型半導(dǎo)體層及N型半導(dǎo)體層中的一個以上的半導(dǎo)體層，其中，0 < X < I。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板，其中 所述SixGei_x外延層具有選自構(gòu)成隧道結(jié)部的P+型半導(dǎo)體層及N+型半導(dǎo)體層中的一個以上的半導(dǎo)體層，其中，0 < X < I。
8.一種電子器件，具有將權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體基板中的所述III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶作為活性層的電子元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子器件，其中 所述半導(dǎo)體基板中，在所述SixGei_xC外延結(jié)晶上的多個區(qū)域具有所述III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶，其中，0 ^ X < I ； 所述電子元件形成于各個所述III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶； 多個所述電子元件中的至少兩個所述電子元件相互串聯(lián)或并聯(lián)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子器件，其中 還包括使用所述半導(dǎo)體基板中的所述硅結(jié)晶形成的硅元件； 所述硅元件與所述電子元件相互連接。
11.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，包括 在表面為硅結(jié)晶的襯底基板的所述硅結(jié)晶上形成阻礙結(jié)晶生長的阻礙體的步驟； 形成從所述阻礙體的表面抵達(dá)所述硅結(jié)晶的開口的步驟；在所述開口內(nèi)部露出的所述硅結(jié)晶上形成SixGei_xC外延結(jié)晶的步驟；以及 在所述SixGei_xC外延結(jié)晶上形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶的步驟， 其中，O≤X < I。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中 還包括通過碳使在所述開口內(nèi)部露出的所述硅結(jié)晶的表面上形成的SixGei_x層的表面發(fā)生變質(zhì)而形成SixGei_xC變質(zhì)層的步驟， 在形成所述SixGei_xC外延結(jié)晶的步驟中，在所述SixGei_xC變質(zhì)層上形成所述SixGei_xC外延結(jié)晶， 其中，O≤X < I。
13.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，包括 在表面為硅結(jié)晶的襯底基板的所述硅結(jié)晶上形成阻礙結(jié)晶生長的阻礙體的步驟； 形成從所述阻礙體的表面抵達(dá)所述硅結(jié)晶的開口的步驟； 在所述開口內(nèi)部露出的所述硅結(jié)晶上形成SixGei_x外延層的步驟； 在所述SixGeh外延層上形成SixGepxC外延結(jié)晶的步驟；以及 在所述SixGei_xC外延結(jié)晶上形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶的步驟， 其中，O≤X < I。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中 還包括利用碳使所述SixGeh外延層的表面發(fā)生變質(zhì)從而形成SixGepxC變質(zhì)層的步驟； 在形成所述SixGei_xC外延結(jié)晶的步驟中，在所述SixGei_xC變質(zhì)層上形成所述SixGei_xC外延結(jié)晶， 其中，O≤X < I。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中 還包括通過對在所述開口內(nèi)部露出的所述硅結(jié)晶的表面進(jìn)行蝕刻而清潔化的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中 所述娃結(jié)晶的表面為(111)面， 形成所述III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶的步驟包括 第一步驟，形成露出了與(111)面的面方向不同的晶面的第一 III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶，以及 第二步驟，將所述晶面作為晶種，形成具有與所述襯底基板的表面平行的(Ill)A面的第二 III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶， 在所述第一步驟中，在垂直于所述襯底基板表面的第一方向上的結(jié)晶生長速度大于平行于所述襯底基板表面的第二方向上的結(jié)晶生長速度的條件下，形成所述第一 III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶； 在所述第二步驟中，在所述第二方向上的結(jié)晶生長速度大于所述第一方向上的結(jié)晶生長速度的條件下，形成所述第二 III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體基板，包括表面為硅結(jié)晶的襯底基板、形成于硅結(jié)晶上的部分區(qū)域的SixGe1-xC(0≤x＜1)外延結(jié)晶、形成于SixGe1-xC(0≤x＜1)外延結(jié)晶上的III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶。作為一例，該半導(dǎo)體基板還還包括形成于所述硅結(jié)晶上、具有露出所述硅結(jié)晶的開口且阻礙結(jié)晶生長的阻礙體，所述SixGe1-xC(0≤x＜1)外延結(jié)晶形成于開口內(nèi)部。
文檔編號H01L21/20GK102714144SQ201180005900
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者佐澤洋幸, 秦雅彥 申請人:住友化學(xué)株式會社