半导体基体以及半导体装置制造方法及图纸

该半导体基体的特征在于具有：硅系基板；硅系基板上的缓冲层，所述缓冲层包括反复配置的一层，其中第一层由包含第一材料的氮化物系化合物半导体形成，第二层由包含第二材料的氮化物半导体形成，所述第二材料的晶格常数比第一材料大；以及通道层，其由包含第二材料的氮化物系化合物半导体形成，所述通道层形成在缓冲层上。半导体基体的特征还在于：缓冲层具有作为第一层上的至少一层，所述一层位于第一层和第二层之间，第一组成倾斜层由氮化物系化合物半导体形成，所述第一组成倾斜层具有在向上方向上逐渐增加的第二材料组成比例，以及在向上方向上逐渐减小的第一材料组成比例，并且，作为在所述第二层上的至少一层，所述一层在第二层和第一层之间，第二组成倾斜层由氮化物系化合物半导体形成，所述第二组成倾斜层具有在向上方向上逐渐增加的第一材料组成比例，和向上方向上逐渐减少的第二材料组成比例；第一组成倾斜层比第二组成倾斜层厚。因此，提供了即使在多层缓冲层的层之间提供组成倾斜层的情况下也能够抑制结晶度劣化和裂缝长度增加的半导体基体，所述组成倾斜层的晶格常数变化量大于0.7％/nm。

Semiconductor Matrix and Semiconductor Device

The semiconductor matrix is characterized by: a silicon-based substrate; a buffer layer on a silicon-based substrate, comprising a repeatedly arranged layer, in which the first layer is formed by a nitride compound semiconductor containing the first material, and the second layer is formed by a nitride semiconductor containing the second material, and the lattice of the second material. The constant is larger than that of the first material; and a channel layer formed by a nitride compound semiconductor containing the second material, which is formed on a buffer layer. The characteristics of the semiconductor matrix also lie in that the buffer layer has at least one layer as the first layer, which lies between the first layer and the second layer. The first inclined layer is formed by a nitride compound semiconductor. The first inclined layer has a proportion of the second material composition increasing progressively in the upward direction, and The first material composition ratio gradually decreases in the upward direction, and as at least one layer on the second layer, between the second layer and the first layer, the second composition inclined layer is formed by a nitride compound semiconductor, and the second composition inclined layer has a first material gradually increasing in the upward direction. The proportion of material composition and the proportion of the second material composition gradually decreasing upward; the first inclined layer is thicker than the second inclined layer. Therefore, a semiconductor matrix capable of inhibiting crystallinity degradation and crack length increase is provided even when an inclined layer is provided between layers of a multi-layer buffer layer. The variation of lattice constant of the inclined layer is greater than 0.7%/nm.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体基体以及半导体装置
本专利技术涉及一种半导体基体以及半导体装置。
技术介绍
氮化物半导体层一般形成于低价的硅基板上或蓝宝石基板上。但是，这些的基板的晶格常数与氮化物半导体层的晶格常数大大不同，再者，热膨胀系数也不同。因此，于基板上通过磊晶成长而形成的氮化物半导体层会产生很大的应变能(strainenergy)。其结果，于氮化物半导体层容易出现裂痕的发生及结晶质量的下降。为解决上述问题，已知会进行于基板与由氮化物半导体所构成的功能层之间配置组成相异的氮化物半导体层所积层的缓冲层。再者，如专利文献1～3等，GaNonSi系半导体于GaN系的多层缓冲层的各层之间设置组成倾斜层，试图控制应力、抑制裂痕、提升结晶性。〔现有技术文献〕〔专利文献〕〔专利文献1〕日本特开2005-158889号公报〔专利文献2〕日本特开2007-221001号公报〔专利文献3〕日本特开2010-232293号公报
技术实现思路
〔专利技术所欲解决的问题〕然而，于各层之间设置组成倾斜层的情况下，与不设置组成倾斜层的情况相比，会有成长时间延长的问题。再者，于各层之间有组成倾斜层的情况，于后述实验中得知：当使该组成倾斜层的晶格常数变化量大于0.7％/nm(即，当使组成倾斜层变薄)，会产生结晶性劣化、裂痕变长、晶圆的直通率以及使用其晶圆制作的装置的直通率下降。这是被认为是在晶格常数大的层上使长成晶格常数小的层之际，于其之间的组成倾斜层所造成的大影响。因此，得知为了使组成倾斜层成长的时间缩短，在组成倾斜层的晶格常数变化量大于0.7％/nm的情况下，无法应用专利文献2的构造(即，多层缓冲层之中，于GaN层与AIN层之间设置组成倾斜层的构造)。于缓冲层上成长主动层之GaN层之际，当使其膜厚变厚，此影响会更显著。鉴于上述问题点，本专利技术的目的是提供一种半导体基体以及半导体装置，即便于多层缓冲层的各层之间设置有晶格常数变化量大于0.7％/nm的组成倾斜层的情况下，亦得以抑制结晶性劣化及裂痕变长。〔解决问题的技术手段〕为达成上述目的，本专利技术提供一种半导体基体，包含：硅系基板；缓冲层，包括于该硅系基板上将第一层与第二层予以反复配置所形成的层，该第一层含有第一材料的氮化物系化合物半导体，该第二层含有第二材料的氮化物系化合物半导体，该第二材料的晶格常数大于该第一材料的晶格常数；以及一通道层，为于该缓冲层之上含有该第二材料的氮化系化合物半导体，其中，在该缓冲层之中，在该第一层上的与该第二层之间中的至少一个位置处，具有该第二材料的组成比例朝向上方为渐渐地变大且该第一材料的组成比例朝向上方为渐渐地变小的氮化物系化合物半导体的第一组成倾斜层，以及在该第二层上的与该第一层之间中的至少一个位置处，具有该第一材料的组成比例朝向上方为渐渐地变大且该第二材料的组成比例朝向上方为渐渐地变小的第二组成倾斜层，该第一组成倾斜层厚于该第二组成倾斜层。如此，通过使第一组成倾斜层厚于第二组成倾斜层，得以对设置于缓冲层上的通道层施加压缩应力，由此，得以降低通道层的结晶缺陷，即便于设置有晶格常数变化量大于7％/nm的组成倾斜层的情况下，亦得以抑制结晶性劣化及裂痕变长。此时，相对于该第一组成倾斜层的厚度的平均组成变化率小于相对于该第二组成倾斜层的厚度的平均组成变化率为佳。当第一组成倾斜层的平均组成变化率与第二组成倾斜层的平均组成变化率具有如此关系，则得以有效地抑制结晶性劣化及裂痕变长。此时，该第一层上的与该第二层之间的全部位置处，具有该第一组成倾斜层，该第二层上的与该第一层之间的全部位置处，具有该第二组成倾斜层为佳。通过使第一组成倾斜层及第二组成倾斜层如此地设置于全部之间，得以确实地抑制结晶性劣化及裂痕变长。此时，于缓冲层的最上层设置该第一组成倾斜层，于该第一组成倾斜层下设置该第一层为佳。通过使缓冲层的上部为如此的构成，得以更有效地抑制结晶性劣化及裂痕变长。此时，该第一材料及该第二材料是得以选自B、Al、Ga、In所构成的群组。作为第一材料及第二材料，得以合适地使用上述者。此时，该第一层得以为AlN层，而该第二层得以为GaN层。作为构成缓冲层的第一层及第二层，得以合适地使用上述者。此时，该第一组成倾斜层及第二组成倾斜层的该第一材料的平均组成变化比率大于29％/nm且为75％/nm以下为佳。当第一组成倾斜层及第二组成倾斜层的该第一材料的平均组成变化比率大于29％/nm，由于第一组成倾斜层及第二组成倾斜层得以更薄，因此第一组成倾斜层及第二组成倾斜层的成膜时间得以缩短，由此得以短缩制造时间。再者，当第一组成倾斜层及第二组成倾斜层的第一材料的平均组成变化比率为75％/nm以下，得以维持抑制结晶性劣化及裂痕变长的效果。再者，本专利技术提供一种半导体装置，于上述的半导体基体之上具有电极。若为如此的半导体装置，得以成为抑制于通道层之中的结晶性劣化及裂痕变长的半导体装置的缘故，而得以提升半导体装置的直通率及特性。〔对照现有技术的功效〕如同以上，若为本专利技术的半导体基体，即便于多层缓冲层的各层之间设置有晶格常数变化量大于0.7％/nm的组成倾斜层的情况下，亦得以抑制结晶性劣化及裂痕变长。因此，由于得以短缩成长时间而得以成为低成本之物。再者，若为本专利技术的半导体装置，得以成为抑制于通道层之中的结晶性劣化及裂痕变长的半导体装置的缘故，而得以提升半导体装置的直通率及特性。附图说明图1是显示本专利技术的半导体基体的实施方式的一范例的剖面示意图。图2是显示本专利技术的半导体基体的实施方式的另一范例的剖面示意图。图3是显示本专利技术的半导体装置的实施方式的一范例的剖面示意图。图4是显示实施例1、2的缓冲层的铝含有率的分布的图。图5是实施例1的半导体基体的剖面示意图。图6是实施例2的半导体基体的剖面示意图。图7是实施例3的半导体基体的剖面示意图。具体实施方式以下，虽然对本专利技术，作为实施方式的一范例，同时参考图并且详细说明，但本专利技术并不限定于此。如同上述，于由基板与氮化物半导体所构成的功能层之间配置组成相异的氮化物半导体层所积层的缓冲层为已知所进行的一方面，也已进行了：于多层缓冲层的各层之间设置组成倾斜层，试图控制应力、抑制裂痕、提升结晶性。然而，于各层之间设置组成倾斜层的情况，与不设置组成倾斜层的情况相比，会有成长时间延长的问题。于此，为了尽可能地短缩组成倾斜层的成长时间，本专利技术人研究使晶格常数变化量变大且使组成倾斜层变薄。首先，作为实施例1，如图5所示，制作了三片于多层缓冲层之中的各层之间未设置组成倾斜层的半导体基体100。另外，半导体基体100具有：由硅单晶所构成的基板112、设置于基板112上的缓冲层113、设置于缓冲层113上且由GaN所构成的通道层126、以及设置于通道层126上的由AlGaN所构成的阻障层127。(参考图5的(a))。缓冲层113具有：反复积层AlN层114及GaN层115的构造(参考图5的(b))。并且，AlN层114相当于上述的第一层，GaN层115相当于上述的第二层。使用已制作的实施例1的半导体基体100，使用X光绕射而测定了0002方向的GaN层(通道层)的结晶性。再者，通过观察实施例1的半导体基体100的表面而测定了裂痕的长度。将其结果表示于表1。接着，作为实施例2，如图6所示，制作了三片于多层缓冲层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体基体，包含：硅系基板；缓冲层，包括于该硅系基板上将第一层与第二层予以反复配置所形成的层，该第一层含有第一材料的氮化物系化合物半导体，该第二层含有第二材料的氮化物系化合物半导体，该第二材料的晶格常数大于该第一材料的晶格常数；以及通道层，为于该缓冲层之上含有该第二材料的氮化系化合物半导体，其中，在该缓冲层之中，在该第一层上的与该第二层之间中的至少一个位置处，具有该第二材料的组成比例朝向上方为渐渐地变大且该第一材料的组成比例朝向上方为渐渐地变小的氮化物系化合物半导体的第一组成倾斜层，以及在该第二层上的与该第一层之间中的至少一个位置处，具有该第一材料的组成比例朝向上方为渐渐地变大且该第二材料的组成比例朝向上方为渐渐地变小的第二组成倾斜层，该第一组成倾斜层厚于该第二组成倾斜层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体基体，包含：硅系基板；缓冲层，包括于该硅系基板上将第一层与第二层予以反复配置所形成的层，该第一层含有第一材料的氮化物系化合物半导体，该第二层含有第二材料的氮化物系化合物半导体，该第二材料的晶格常数大于该第一材料的晶格常数；以及通道层，为于该缓冲层之上含有该第二材料的氮化系化合物半导体，其中，在该缓冲层之中，在该第一层上的与该第二层之间中的至少一个位置处，具有该第二材料的组成比例朝向上方为渐渐地变大且该第一材料的组成比例朝向上方为渐渐地变小的氮化物系化合物半导体的第一组成倾斜层，以及在该第二层上的与该第一层之间中的至少一个位置处，具有该第一材料的组成比例朝向上方为渐渐地变大且该第二材料的组成比例朝向上方为渐渐地变小的第二组成倾斜层，该第一组成倾斜层厚于该第二组成倾斜层。2.如权利要求1所述的半导体基体，其中相对于该第一组成倾斜层的厚度的平均组成变化率...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹿内洋志，佐藤宪，篠宫胜，土屋庆太郎，萩本和德，
申请(专利权)人：三垦电气株式会社，信越半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP