用于硅衬底上的III族氮化物的扩散阻挡层。本发明专利技术涉及集成电路及其形成。在一些实施例中，集成电路包括扩散阻挡层。扩散阻挡层可以布置成阻止来自Si衬底的Si和O2扩散到III族氮化物层内。扩散阻挡层可以包含Al2O3。在一些实施例中，集成电路还包括设置在硅衬底和III族氮化物层之间的晶格匹配结构。
Diffusion barrier for group III nitrides on silicon substrates
Diffusion barrier for group III nitrides on silicon substrates. The invention relates to an integrated circuit and the formation thereof. In some embodiments, the integrated circuit includes a diffusion barrier layer. The diffusion barrier can be arranged to prevent diffusion of Si and O2 from the Si substrate into the III nitride layer. The diffusion barrier can contain Al2O3. In some embodiments, the integrated circuit also includes a lattice matching structure disposed between the silicon substrate and the III nitride layer.
【技术实现步骤摘要】
用于硅衬底上的11 I族氮化物的扩散阻挡层
本专利技术涉及集成电路及其形成，具体而言，涉及用于硅衬底上的III族氮化物的扩散阻挡层。
技术介绍
异质外延是采用彼此不相同的材料实施的一类外延。在异质外延中，在不同材料的晶体衬底或膜上生长晶体膜。这种技术通常用于生长以其他方式不能获得晶体的材料的晶体膜以及用于制造不同材料的集成结晶层。具体而言，近来已证明硅上III族氮化物的异质外延是用于生长用于光电子、电子和表面声波器件应用的高质量III族氮化物膜的可行替代方案。由于可获得较大尺寸(直径直到12英寸)、低成本、极好晶体质量的Si衬底，又具有极好的材料特性，诸如掺杂特性(两性类型和高载流子浓度)、可裂解性、良好的导热性(约比蓝宝石的导热性大3倍)，以及成熟的工艺技术，硅已经成为衬底的首选。Si衬底的这些优势提供III族氮化物材料的许多新用途，包括GaN和Si技术的潜在集成。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一方面，提供了一种集成电路，包括:娃衬底，具有第一晶格结构；GaN层，设置在所述娃衬底上方并且具有不同于所述第一晶格结构的第二晶格结构；晶格匹配结构，布置在所述硅衬底和所述GaN层之间并且布置成作为所述第一晶格结构与所述第二晶格结构的界面；以及扩散阻挡层，布置在所述硅衬底和所述晶格匹配结构之间，所述扩散阻挡层配置成限制来自所述硅衬底的硅和氧扩散至所述晶格匹配结构。在所述的集成电路中，所述扩散阻挡层包括单晶阿尔法或伽马晶体结构。在所述的集成电路中，所述扩散阻挡层包含A1203、SixNy、ZnO、MgO, La2O3或Y203。在所述的集成电路中，所述硅衬底是Si (111)。在所述的集成电路中，所述晶格匹配结构包括第一区域和第二区域。在所述的集成电路中，所述晶格匹配结构包括第一区域和第二区域，其中，所述晶格匹配结构的第一区域包括在第一温度下形成的第一氮化铝层和在高于所述第一温度的第二温度下形成的第二氮化铝层。在所述的集成电路中，所述晶格匹配结构包括第一区域和第二区域，其中，所述晶格匹配结构的第一区域包括在第一温度下形成的第一氮化铝层和在高于所述第一温度的第二温度下形成的第二氮化铝层，其中，所述第一氮化铝层的厚度为约IOnm至约lOOnm，所述第二氮化招层的厚度为约50nm至约200nm。在所述的集成电路中，所述晶格匹配结构的第二区域包括多个梯度AlxGahN层。在所述的集成电路中，所述晶格匹配结构的第二区域包括多个梯度AlxGahN层，其中，所述多个梯度AlxGahN层包括约3个至约6个层，所述层的总厚度为约500nm至约lOOOnm。在所述的集成电路中，所述晶格匹配结构的第二区域包括多个梯度AlxGahN层，其中，所述多个梯度AlxGahN层包括3个层，在第一层中x为约0.9至约0.7，在第二层中X为约0.4至约0.6，而在第三层中X为约0.15至约0.3。在所述的集成电路中，所述GaN层的厚度为约I μ m至约3 μ m。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于形成半导体结构的方法，包括:提供硅衬底；形成上覆所述硅衬底的扩散阻挡层，所述扩散阻挡层配置成阻止所述硅衬底的硅和氧扩散穿过所述扩散阻挡层；在所述扩散阻挡层和III族氮化物层之间形成晶格匹配结构；在所述晶格匹配结构上方形成所述III族氮化物层。在所述的方法中，形成所述晶格匹配结构包括形成第一区域和第二区域。在所述的方法中，形成所述晶格匹配结构包括形成第一区域和第二区域，其中，形成所述第一区域包括在第一温度下形成第一氮化铝层以及在高于所述第一温度的第二温度下形成第二氮化铝层。在所述的方法中，形成所述晶格匹配结构包括形成第一区域和第二区域，其中，形成所述第一区域包括在第一温度下形成第一氮化铝层以及在高于所述第一温度的第二温度下形成第二氮化铝层，其中，在约750°C至约1000°C的温度下形成所述第一氮化铝层，以及在约1000°C至约1300°C的温度下形成所述第二氮化铝层。在所述的方法中，形成所述晶格匹配结构包括形成第一区域和第二区域，其中，形成所述晶格匹配结构的第二区域包括形成多个梯度AlxGahN层。在所述的方法中，形成所述III族氮化物层包括形成GaN层。所述的方法还包括实施所述扩散阻挡层的沉积后退火。所述的方法还包括实施所述扩散阻挡层的沉积后退火，其中，所述沉积后退火的温度为约600°C至约1300°C，持续时间为约30秒至约1800秒。所述的方法还包括实施所述扩散阻挡层的沉积后退火，其中，所述沉积后退火的温度为约600°C至约1300°C，持续时间为约30秒至约1800秒，其中，所述扩散阻挡层的沉积后退火形成单晶a-Al2O3阻挡层或单晶Y-Al2O3阻挡层。【附图说明】图1A至图1I是示出根据本专利技术形成半导体结构的实施例的步骤的部分截面图。图2示出根据本专利技术的用于制造半导体结构的方法的一些实施例的流程图。图3示出根据本专利技术的半导体结构的实施例。【具体实施方式】参照附图描述本说明书，在整个附图中相似的参考标号通常用于表示相似的元件，并且其中各个结构不必成比例绘制。在下面的描述中，为了解释说明的目的，阐述许多具体细节以便于理解。但是，对本领域的普通技术人员显而易见的是，可以使用这些具体细节中的一部分来实践本文中描述的一个或多个方面。在其他情况下，以框图形式示出已知结构和器件以便于理解。III族氮化物半导体,例如GaN(氮化镓)、InN(氮化铟)、A1N(氮化铝)和它们的合金已经成为用于许多光电子应用，尤其是全彩色或白光发光二极管(LED)和蓝色激光二极管(LD)领域中的材料的首选。但是，III族氮化物得到广泛应用的主要障碍是缺乏合适的用于外延生长的晶格匹配衬底。用于这种应用的典型衬底包括蓝宝石、砷化硅镓和碳化硅。但是，相对于III族氮化物的晶体结构，这些衬底中的每一种都具有严重的晶格不匹配。除了晶格不匹配，蓝宝石的绝缘性能使得氮化物器件的加工更困难且更昂贵。Si上GaN外延技术作为令人关注的备选方案，其可以使现有的基于Si的微电子技术和由III族氮化物提供的新功能最终结合起来。制造Si衬底上的III族氮化物层的一个挑战包括需要高温来生长III族氮化物层。硅和氧(O2)的溶解度在III族氮化物层生长温度(1000°c +)下极高。这可以使得来自III族氮化物层的分子种类从Si衬底材料扩散到III族氮化物层内。这种混合通常被称为相互扩散。例如，来自衬底的一种或多种杂质(诸如利用硅衬底时的硅或氧)可以相互扩散到III族氮化物层内。结果是在III族氮化物层中非故意掺杂，导致整体器件性能下降。因此，参照图3，本专利技术涉及集成电路300及其制造方法。集成电路300包括上覆具有第一晶格结构的Si衬底302的扩散阻挡层304。扩散阻挡层304可以被布置成阻止来自Si衬底的Si和O2扩散到具有第二晶格结构的III族氮化物层318内。在一些实施例中，结构还包括晶格匹配结构330，其设置在硅衬底302和III族氮化物层318之间并且被布置成作为衬底302的第一晶格结构和III族氮化物层318的第二晶格结构的界面。晶格匹配结构330包括第一区域308和第二区域314。第一区域308包括在第一温度下形成的第一 AlN层308 (a)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成电路，包括：硅衬底，具有第一晶格结构；GaN层，设置在所述硅衬底上方并且具有不同于所述第一晶格结构的第二晶格结构；晶格匹配结构，布置在所述硅衬底和所述GaN层之间并且布置成作为所述第一晶格结构与所述第二晶格结构的界面；以及扩散阻挡层，布置在所述硅衬底和所述晶格匹配结构之间，所述扩散阻挡层配置成限制来自所述硅衬底的硅和氧扩散至所述晶格匹配结构。
【技术特征摘要】
2012.07.16 US 13/549,6101.一种集成电路，包括: 娃衬底，具有第一晶格结构； GaN层，设置在所述硅衬底上方并且具有不同于所述第一晶格结构的第二晶格结构；晶格匹配结构，布置在所述硅衬底和所述GaN层之间并且布置成作为所述第一晶格结构与所述第二晶格结构的界面；以及 扩散阻挡层，布置在所述硅衬底和所述晶格匹配结构之间，所述扩散阻挡层配置成限制来自所述硅衬底的硅和氧扩散至所述晶格匹配结构。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述扩散阻挡层包括单晶阿尔法或伽马晶体结构。3.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述晶格匹配结构包括第一区域和第二区域。4.根据权利要求3所述的集成电路，其中，所述晶格匹配结构的第一区域包括在第一温度下形成的第一氮化铝层和在高于所述第一温度的第二温度下形成的第二氮化铝层。5.根据权利要求4所述的集成电路，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈祈铭，邱汉钦，喻中一，蔡嘉雄，
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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