在基板上形成SiC结晶以实现GAN和Si电子器件集成的机理制造技术

技术编号:7238633 阅读:198 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
上述在基板上形成SiC结晶的机构实现了在同一基板上形成和集成GaN基器件和Si基电子器件。通过向Si基板区域中注入碳和随后退火基板形成SiC结晶区域。在SiC结晶区域形成过程中使用注入停止层以覆盖Si器件区域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于在Si基板上形成SiC结晶以及,更具体地说,是关于在Si基板上形成SiC结晶以实现III-V基器件和Si基器件的集成。
技术介绍
氮化镓(GaN)基材料在电子,机械和化学性能方面具有很多优点,如带隙宽,崩溃电压高,电子迁移率高,弹性模量大,压电和压阻系数高等,和化学惰性。这些优点使得GaN 基材料在用于制造器件如高亮度发光二极管(LEDs),电源开关器件,稳压器,电池保护器, 显示屏驱动器,电信器件等方面具有吸引力。另外,过去几十年里在Si基器件和电子器件的设计以及生产方面取得的进步表明了 Si基器件的缩放能力和电路复杂性的卓越水平。结果,为了高级应用,需要在同一个晶片上集成GaN基器件和Si基器件以实现提高的功能和设计复杂性。通常将GaN基材料制造的器件形成在蓝宝石基板或SiC基板上。因此产生了关于此内容的以下公开。
技术实现思路
针对现有技术中的问题,本专利技术提供了一种其上带有GaN基器件和Si基器件的硅基板,包括所述GaN基器件,位于SiC结晶区域上,其中所述SiC结晶区域形成在所述硅基板中;和所述Si基器件,位于硅区域上,其中所述硅区域在所述硅基板上与所述SiC结晶区域毗邻。根据本专利技术所述的硅基板,其中所述SiC结晶区域的表面与所述硅区域的表面基本在同一水平。根据本专利技术所述的硅基板,其中所述GaN基器件选自由发光器件,电源开关器件, 稳压器,电池保护器,平板显示驱动器,和通信器件组成的组。根据本专利技术所述的硅基板,其中所述GaN基器件为金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT)或HEMT。根据本专利技术所述的硅基板,其中所述Si基器件为MOS场效应晶体管(FET)。根据本专利技术所述的硅基板,其中所述GaN基器件和所述Si基器件通过互连互相连接。根据本专利技术所述的硅基板,其中具有多个金属互连层。根据本专利技术所述的一种在Si基板上形成GaN基器件和Si基器件的方法,包括 在所述Si基板上方沉积注入停止层;图案化所述注入停止层以覆盖所述Si基板区域和曝露出剩余区域;实施离子注入以注入碳到所述Si基板的所述剩余区域中;实施退火以在所述剩余区域中形成SiC结晶;在所述剩余区域的所述SiC结晶上形成所述GaN基器件和在所述Si基板的覆盖区域上形成所述Si基器件,其中在形成所述Si基器件之前移除所述注入停止层。根据本专利技术所述的方法,其中在约500°C到约900°C的温度范围内实施所述离子注入。根据本专利技术所述的方法,其中在约室温到约150°C的温度范围内实施所述离子注入。根据本专利技术所述的方法,其中在约900°C到约1200°C的温度范围内实施所述退火,并且在退火设备中通过选自由快速热退火,闪光退火,和激光退火以及熔炉退火组成的组的工艺来实施所述退火。根据本专利技术所述的方法,其中在取决于实施所述离子注入的温度的温度和持续时间下实施退火。根据本专利技术所述的方法,其中碳注入的剂量在约1E16离子/cm2到约1E19离子/ cm2的范围内。根据本专利技术所述的方法,其中制造所述GaN基器件的材料包括GaN和AWaN。根据本专利技术所述的方法,其中在所述剩余区域中的所述SiC结晶的厚度在约1 μ m 至Ij约8μπι之间。根据本专利技术所述的方法,其中以多个步骤实施所述离子注入,其中注入能量在约 20KeV到约800KeV之间。根据本专利技术所述的方法,其中所述注入停止层由介电材料制成并且其厚度在约 100埃到约5000埃之间。根据本专利技术所述的方法,其中所述GaN基器件选自由发光器件,电源开关器件,稳压器,电池保护器,平板显示驱动器,和通信器件组成的组。根据本专利技术提供的一种在Si基板上形成GaN基器件和Si基器件的方法,包括在所述Si基板上沉积注入停止层;图案化所述注入停止层以覆盖所述Si基板区域和曝露出剩余区域;实施离子注入以向所述Si基板的所述剩余区域注入碳,其中在约500°C到约 900°C的温度范围内实施所述离子注入;和在所述剩余区域的所述SiC结晶上形成所述GaN基器件以及在所述Si基板的所述覆盖区域上形成所述Si基器件,其中在形成所述Si基器件之前移除所述注入停止层。根据本专利技术所述的方法,还包括在实施所述离子注入之后,实施退火以在所述剩余区域中形成SiC结晶,其中在快速热处理系统中,在约900°C到约1200°C的温度范围内实施所述退火。附图说明当结合附图进行阅读时,根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术,并且相同的附图编号用于标示出相同的结构元件。图IA为根据一些实施例的,示出了 GaN基金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管 (MOS-HEMT)的横截面。图IB为根据一些实施例的,示出了 GaN基HEMT的横截面。图2A-图2C为根据一些实施例的,示出了硅(Si)基板经历在所述Si基板上形成 SiC结晶的工艺序列的横截面示意图。图3A-图3E为根据一些实施例的,示出了硅(Si)基板200经历形成GaN基和Si 基器件的工艺序列的横截面示意图。具体实施例方式据了解为了实施本专利技术的不同部件,以下公开提供了许多不同的实施例或实例。 以下描述元件和布置的特定实例以简化本公开。当然这些仅仅是实例并不打算限定。再者, 本公开可在各个实例中重复参照数字和/或字母。该重复是为了简明和清楚,而且其本身没有规定所述各种实施例和/或结构之间的关系。图IA为根据一些实施例的,示出了 GaN基金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管 (MOS-HEMT) 100的横截面。如图1所示,晶体管100包括GaN层101,AlGaN层102,Al2O3栅极介电层103,源极触点104,漏极触点105,和栅极106。在一些其它实施例中,直接将栅极 106沉积在AlGaN层102上而且不存在Al2O3栅极介电层103。根据一些实施例,如图IB所示,如果没有Al2O3栅极介电层,则转换器为GaN HEMT。栅极106由一种或多种导电材料如金属或掺杂的多晶硅制成。用于形成栅极106 的材料的实例为Ni/Au。源极触点和漏极触点104、105也由导电材料如金属制成。用于形成源极和漏极触点104,105的材料的实例为Ti/Al。GaN层101生长在SiC基板或蓝宝石基板110上。在一些实施例中,在GaN层101和基板110之间存在缓冲层120。缓冲层120 在一些器件中不存在。缓冲层120用于提高GaN的生长和质量。也可将缓冲层120称为成核层。用于缓冲层120的材料的实例是GaN和AKiaN的混合物。用于缓冲层120的材料的另一个实例是A1N。SiC基板和蓝宝石基板都是结晶固体,其制造成本都很昂贵。另外,纯SiC和蓝宝石基板的尺寸相对较小。例如,它们可为2、3、4或6英寸。相反Si基板可为12英寸或更大。另外,纯SiC和蓝宝石基板与用于Si基器件的互补金属氧化物半导体(CM0Q加工工艺不兼容。SiC基板与蓝宝石基板相比,SiC基板具有更好的热性能和导电性能。另外,与蓝宝石基板相比,SiC基板可耐受更高的温度。因此,更理想的是在SiC基板上制造GaN基器件。但是仍然需要解决上述关于SiC基板的问题,如高成本,基板尺寸小,和与CMOS加工工艺不兼容。如果可以将GaN基器件下方的SiC结晶形成在Si基板上,则集成这两种类型的器件会容易得多。此外,由于Si基板相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑光茗余俊磊蔡俊琳段孝勤亚历克斯·卡尔尼茨基
申请(专利权)人:台湾积体电路制造股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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