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半導(dǎo)體裝置的制造方法

文檔序號:9493819閱讀:287來源:國知局
半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種半導(dǎo)體裝置,特別是涉及一種具有氮化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化物半導(dǎo)體層一般形成于低價的硅基板上或藍寶石基板上。然而,這些基板的晶格常數(shù)與氮化物半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)差異大,且熱膨脹系數(shù)也相異。因此,在基板上,于通過外延成長所形成的氮化物半導(dǎo)體層中,會產(chǎn)生高應(yīng)變能。其結(jié)果,在氮化物半導(dǎo)體層中容易發(fā)生裂痕和結(jié)晶品質(zhì)的低下等。
[0003]為了解決上述問題,提出一種方法,該方法在硅基板與由氮化物半導(dǎo)體所構(gòu)成的有源層之間,配置將氮化物半導(dǎo)體層積層而成的緩沖層(例如,參照專利文獻1)。
[0004]將專利文獻1的具有緩沖層的半導(dǎo)體晶片1,顯示于圖4中。
[0005]在圖4中,緩沖層3設(shè)置于硅基板2與有源層4之間,緩沖層3具有:第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5、設(shè)置于第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5上且由氮化鎵(GaN)所構(gòu)成的第二單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8、及設(shè)置于第二單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8上的第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5’。
[0006]進一步,第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5和第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5’具有多層結(jié)構(gòu),所述多層結(jié)構(gòu)是由次多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域6與第一單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域7重復(fù)積層而成,所述第一單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域7是由GaN所構(gòu)成且比第二單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8更薄。
[0007]又,次多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域6具有由第一層與第二層重復(fù)積層而成的多層結(jié)構(gòu),所述第一層是由氮化鋁(A1N)所構(gòu)成,所述第二層是由GaN所構(gòu)成。
[0008]在專利文獻1中,公開了一種通過以第1比例含有鋁的氮化物半導(dǎo)體來形成第一層,并使第二層、第一單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域7及第二單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8中的鋁的比例(包括0)比第1比例小,以減低半導(dǎo)體晶片的翹曲。
[0009][現(xiàn)有技術(shù)文獻]
[0010](專利文獻)
[0011]專利文獻1:日本特開2008-205117號公報。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012][發(fā)明所要解決的課題]
[0013]如上所述,為了改善已形成于硅基板上或藍寶石基板上的氮化物半導(dǎo)體層的特性,進行了緩沖層的設(shè)置及緩沖層結(jié)構(gòu)的最佳化。
[0014]然而,本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了以下問題點。
[0015]S卩,在由一定厚度的AlN/GaN重復(fù)積層而成的多層緩沖層來構(gòu)成緩沖層,并使多層緩沖層的GaN層的厚度增加的情況下,在緩沖層或有源層中,會有裂痕產(chǎn)生、或是由于與基板的熱膨脹系數(shù)差異而導(dǎo)致無法調(diào)整翹曲這樣的問題。
[0016]相反地,在使構(gòu)成緩沖層的GaN層的厚度薄的情況下,會有緩沖層內(nèi)的漏電流增加這樣的問題。
[0017]又,在將緩沖層制成AlN/GaN的超晶格結(jié)構(gòu)的情況下,若使緩沖層的總膜厚的厚度大,則同樣會有翹曲的問題。
[0018]又,在專利文獻1所公開的緩沖結(jié)構(gòu)中,因為具有由厚的GaN所構(gòu)成的單層緩沖區(qū)域8,故在緩沖層3的頂面會產(chǎn)生凹凸,且凹凸會轉(zhuǎn)印至有源層4的頂面,于是有源層4的頂面的平坦性會產(chǎn)生問題,而有半導(dǎo)體裝置的電特性偏差和特性惡化等的問題。
[0019]進一步,若利用插入由厚的GaN所構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8而形成厚的緩沖層,則在膜層形成裝置內(nèi)會因緩沖層與基板的熱膨脹系數(shù)差異而翹曲,由膜層形成裝置內(nèi)取出基板時,基板與基板上的膜層的應(yīng)力調(diào)整會不充分,而有產(chǎn)生翹曲和裂痕等的情況。
[0020]本發(fā)明是有鑒于上述問題點而完成的,其目的在于,提供一種半導(dǎo)體裝置,其可減低施加在緩沖層上的應(yīng)力,同時抑制漏電流、改善有源層頂面的平坦性。
[0021][解決課題的方法]
[0022]為了達成上述目的,本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置,其特征在于,其具有:硅系基板;第一緩沖層,該第一緩沖層設(shè)置于前述硅系基板上,由含有鋁(A1)成份的第一層與A1含量比前述第一層少的第二層交互積層而成;第二緩沖層,該第二緩沖層設(shè)置于前述第一緩沖層上,由含有A1成份的第三層與A1含量比前述第三層少的第四層交互積層而成;及,第三緩沖層,該第三緩沖層設(shè)置于前述第二緩沖層上,由含有A1成份的第五層與A1含量比前述第五層少的第六層交互積層而成;并且,整體來說,前述第二緩沖層的A1含量,比前述第一緩沖層和前述第三緩沖層多。
[0023]如此,利用緩沖層中央部的膜層(第二緩沖層)的A1含量比緩沖層頂部的膜層(第三緩沖層)及緩沖層底部的膜層(第一緩沖層)多,在緩沖層中央部內(nèi)會較大規(guī)模地發(fā)生晶格弛緩(失配位錯),而可減少施加在緩沖層上的應(yīng)力。
[0024]又,利用使緩沖層中央部的膜層(第二緩沖層)為包括含有A1成份的膜層(第三層)的多層結(jié)構(gòu)而增加緩沖層整體的A1成份,可減低漏電流。
[0025]又,利用使緩沖層中央部的膜層(第二緩沖層)為包括含有A1成份的膜層(第三層)的多層結(jié)構(gòu),可改善緩沖層頂面的平坦性,因而可改善有源層頂面的平坦性。
[0026]此處,優(yōu)選是進一步具有有源層,該有源層設(shè)置于前述第三緩沖層上;前述第一層是由含有A1成份的第一子層與A1含量比前述第一子層少的第二子層重復(fù)而形成;前述第五層是由含有A1成份的第三子層與A1含量比前述第三子層少的第四子層重復(fù)而形成;前述第二子層和前述第四子層具有未達臨界膜厚的厚度;前述第二層的A1含量比前述第一子層少,且厚度比前述第二子層厚;前述第六層的A1含量比前述第四子層少,且厚度比前述第四子層厚;前述第四層,比前述第二子層和前述第四子層厚,比前述第二層和前述第六層薄,且具有前述臨界膜厚以上的厚度;前述第四層的位錯,比前述第二層和前述第六層多。
[0027]如此,利用使緩沖層中央部的膜層所包括的第四層比緩沖層底部的膜層所包括的第二子層及緩沖層頂部的膜層所包括的第四子層厚,在緩沖層中央部的膜層所包括的第四層中,晶格弛緩(失配位錯)會變得容易發(fā)生,由此,應(yīng)力控制的范圍會更廣,而可將緩沖層整體更厚地形成。
[0028]又,前述第二子層、前述第二層、前述第四層、前述第四子層及前述第六層,可設(shè)為由GaN所構(gòu)成。
[0029]作為構(gòu)成緩沖層的第二子層、第二層、第四層、第四子層及第六層,可適宜地使用如上述的材料。
[0030]又,前述第一子層、前述第三層及前述第三子層,可設(shè)為由A1N所構(gòu)成。
[0031]作為構(gòu)成緩沖層的第一子層、第三層及第三子層,可適宜地使用如上述的材料。
[0032]又,優(yōu)選為:多數(shù)個前述第三層的A1含量,距離前述第三緩沖層越近則越少。
[0033]如此,利用在緩沖層中央部的膜層中,相互鄰接的第三層與第四層的A1成份比例差異為距離有源層越近則越小,可使在底側(cè)的應(yīng)力緩和效果大,在頂側(cè)則是結(jié)晶性良好的效果比起應(yīng)力緩和效果更大。
[0034]又,優(yōu)選為在構(gòu)成前述第二緩沖層的多數(shù)個前述第三層中,就配置于前述第二緩沖層的中央部的前述第三層來說,與配置于前述第二緩沖層的頂面?zhèn)群偷酌鎮(zhèn)鹊那笆龅谌龑酉啾龋銩1含量較少。
[0035]如此,利用在緩沖層中央部的膜層中,相互鄰接的第三層與第四層的A1成份比例差異在中央部為小,可使在底側(cè)及頂側(cè)的應(yīng)力緩和效果大,在中央部則是結(jié)晶性良好的效果比起應(yīng)力緩和效果更大。
[0036][發(fā)明的效果]
[0037]如上,若依據(jù)本發(fā)明,可提供一種半導(dǎo)體裝置,其能減低施加在緩沖層上的應(yīng)力,并抑制漏電流、改善有源層頂面的平坦性。
【附圖說明】
[0038]圖1是顯示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的實施方案的一個實例的概要剖面圖。
[0039]圖2是顯示圖1的第一層的細節(jié)的概要剖面圖。
[0040]圖3是顯示圖1的第五層的細節(jié)的概要剖面圖。
[0041]圖4是具有公知緩沖層的半導(dǎo)體晶片的概要剖面圖。
【具體實施方式】
[0042]以下,針對本發(fā)明,作為實施方案的一個實例,一邊參照附圖一邊詳細地說明,但本發(fā)明并非僅限于此實施方案。
[0043]如上所述,公知的緩沖層,因為在緩沖層的中央部側(cè)插入了由厚的氮化鎵(GaN)所構(gòu)成的單層緩沖區(qū)域,故在緩沖層的頂面會產(chǎn)生凹凸,且凹凸會轉(zhuǎn)印至有源層的頂面,于是有源層的頂面的平坦性會產(chǎn)生問題,而有半導(dǎo)體裝置的電特性偏差和特性惡化等的問題。
[0044]進一步,若利用在緩沖層的中央部側(cè)插入由厚的GaN所構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域而使緩沖層變厚,則在膜層形成裝置內(nèi)會因緩沖層與基板的熱膨脹系數(shù)差異而翹曲,由膜層形成裝置內(nèi)取出基板時,基板與基板上的膜層的應(yīng)力調(diào)整會不充分,而有產(chǎn)生翹曲和裂痕等的情況。
[0045]因此,本申請發(fā)明人反復(fù)深入研究了一種半導(dǎo)體裝置,其可減低施加在緩沖層上的應(yīng)力,并改善有源層頂面的平坦性。
[0046]其結(jié)果,發(fā)現(xiàn)利用緩沖層的中央部的膜層(第二緩沖層)的鋁(A1)含量比緩沖層的頂部的膜層(第三緩沖層)及緩沖層的底部的膜層(第一緩沖層)多,而將緩沖層的中央部的膜層(第二緩沖層)制成包括含有A1成份的膜層(第三層)的多層結(jié)構(gòu),可減少施加在緩沖層上的應(yīng)力,并可減低漏電流,更可改善有源層頂面的平坦性,從而完成了本發(fā)明。
[0047]圖1是顯示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的一例的概要剖面圖。
[0048]圖1所顯示的本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置11具有:硅系基板12;設(shè)置于硅系基板12上的緩沖層13 ;設(shè)置于緩沖層13上的有源層14 '及,設(shè)置于有源層14上的第一電極24、第二電極26及控制電極28。
[0049]此處,硅系基板12例如是由硅(Si)或碳化硅(SiC)所構(gòu)成的基板。
[0050]緩沖層13具有:第一緩沖層15、設(shè)置于第一緩沖層15上的第二緩沖層20、及設(shè)置于第二緩沖層20上的第三緩沖層15a。
[0051]第一緩沖層15是由含有A1成份的第一層16與A1含量比第一層16少的第二層17交互積層而成。
[0052]第二緩沖層20是由含有A1成份的第三層18a與A1含量比第三層18a少的第四層18b交互積層而成。
[0053]第三緩沖層15a是由含有A1成份的第五層16a與A1含量比第五層16a少的第六層17a交互積層而成。
[0054]有源層14進一步具有:信道層(channel layer) 141與設(shè)置于信道層141上的阻障層142。
[0055]第一電極24和第二電極26,以使電流由第一電極24經(jīng)由形成于信道層141內(nèi)的二維電子氣22流動至第二電極26的方式來配置。
[0056]在第一電極24與第二電極26之間流動的電流,可通過對控制電極28所施加的電位來控制。
[0057]緩沖層13的中央部的膜層也就是第二緩沖層20,就整體來說,其A1含量比第一緩沖層15和第三緩沖層15a多。
[0058]由此,在緩沖層13的中央部會大規(guī)模地發(fā)生晶格弛緩(失配位錯),而可使施加在緩沖層13上的應(yīng)力減小。
[0059]又,通過將緩沖層13的
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