外延结构制造技术

本发明专利技术提供一种外延结构，包括：基板、缓冲层、背面扩散阻挡层、形成在背面扩散阻挡层上的通道层以及形成在通道层上的阻挡层。缓冲层形成在基板上。背面扩散阻挡层形成在缓冲层上，背面扩散阻挡层的化学组成为Al

【技术实现步骤摘要】
外延结构


[0001]本专利技术涉及一种半导体结构，尤其涉及一种外延结构。

技术介绍

[0002]由于氮化镓(GaN)具有较高的频率与输出功率等优点，因此目前已经广泛应用于半导体外延工艺中，且适合应用于5G基站上。
[0003]然而，使用氮化镓材料的传统扩散阻挡层虽可有效降低杂质扩散至通道层，但此方法并无法改善二维电子气(2DEG)溢流至缓冲层(buffer layer)，进而易影响元件特性。
[0004]另外，传统结构为了改善载流子局限能力，通常会形成一层作为阻挡层(barrier layer)的氮化镓铝(AlGaN)层，来预防载流子往缓冲层移动，而可改善直流(DC)与电流漏泄特性。但由于晶格常数差异，容易导致后续形成作为通道层的氮化镓层的质量劣化。再者，所述阻挡层无法有效防止铁扩散至通道层，进而影响元件特性。

技术实现思路

[0005]本专利技术是针对一种外延结构，可改善外延结构的晶格匹配性，而可降低接口缺陷，且同时具有扩散阻挡作用与改善载流子局限能力，进而增加元件特性。
[0006]根据本专利技术的实施例，一种外延结构包括基板、缓冲层、背面扩散阻挡层、通道层以及阻挡层。缓冲层形成在基板上，背面扩散阻挡层形成在缓冲层上，通道层形成在背面扩散阻挡层上，阻挡层则形成在通道层上。所述背面扩散阻挡层的化学组成为Al
x
In
y
Ga
1-x-y
N，其中0≦x≦1且0≦y≦1；晶格常数在之间，其中背面扩散阻挡层于厚度方向上由多个区域组成；且铝含量与铟含量沿厚度方向为阶梯式变化(stepped change)或阶梯渐变式变化(gradually-stepped change)；背面扩散阻挡层还包括碳，且碳浓度沿厚度方向为阶梯式变化或阶梯渐变式变化。
[0007]在根据本专利技术的实施例的外延结构中，上述背面扩散阻挡层中的铝含量沿厚度方向为阶梯式增加，铟含量沿厚度方向为阶梯式增加，且铝含量的阶梯斜率为0.1％/阶梯(％/step)～50％/阶梯，铟含量的阶梯斜率为0.1％/阶梯～20％/阶梯；铝含量的起始值为0～50％，铝含量的结束值为50％～100％，铟含量的起始值为0～50％，铟含量的结束值为5％～50％；背面扩散阻挡层的能隙(energy gap，Eg)沿厚度方向从3.4
±
1eV至5.03
±
1eV阶梯式增加；背面扩散阻挡层的碳浓度沿厚度方向为阶梯式增加，其起始值为1E16cm-3
～1E18cm-3
、结束值为1E17cm-3
～1E19cm-3
。
[0008]在根据本专利技术的实施例的外延结构中，上述背面扩散阻挡层中的铝含量沿厚度方向为阶梯式降低，铟含量沿厚度方向为阶梯式降低，且铝含量的阶梯斜率为-0.1％/阶梯～-50％/阶梯，铟含量的阶梯斜率为-0.1％/阶梯～-20％/阶梯；铝含量的起始值为50％～100％，铝含量的结束值为0～50％，铟含量的起始值为5％～50％，铟含量的结束值为0～50％；背面扩散阻挡层的能隙沿厚度方向从5.03
±
1eV至3.4
±
1eV阶梯式降低；背面扩散阻挡层的碳浓度沿厚度方向为阶梯式降低，其起始值为1E17cm-3
～1E19cm-3
、结束值为1E16cm
-3～1E18cm-3
。
[0009]在根据本专利技术的实施例的外延结构中，上述背面扩散阻挡层中的铝含量沿厚度方向为阶梯渐变式增加，铟含量沿厚度方向为阶梯渐变式增加，且铝含量的阶梯斜率为0.1％/阶梯～50％/阶梯，铟含量的阶梯斜率为0.1％/阶梯～20％/阶梯，铝含量的渐变斜率为1％/nm～50％/nm，铟含量的渐变斜率为1％/nm～10％/nm；铝含量的起始值为0～50％，铝含量的结束值为50％～100％，铟含量的起始值为0～50％，铟含量的结束值为5％～50％；背面扩散阻挡层的能隙沿厚度方向从3.4
±
1eV至5.03
±
1eV阶梯渐变式增加；背面扩散阻挡层还的碳浓度沿厚度方向为阶梯渐变式增加，其起始值为1E16cm-3
～1E18cm-3
、结束值为1E17cm-3
～1E19cm-3
。
[0010]在根据本专利技术的实施例的外延结构中，上述背面扩散阻挡层中的铝含量沿厚度方向为阶梯渐变式降低，铟含量沿厚度方向为阶梯渐变式降低，且铝含量的阶梯斜率为-0.1％/阶梯～-50％/阶梯，铟含量的阶梯斜率为-0.1％/阶梯～-20％/阶梯，铝含量的渐变斜率为-1％/nm～-50％/nm，铟含量的渐变斜率为-1％/nm～-10％/nm；铝含量的起始值为50％～100％，铝含量的结束值为0～50％，铟含量的起始值为5％～50％，铟含量的结束值为0～50％；背面扩散阻挡层的能隙沿厚度方向从5.03
±
1eV至3.4
±
1eV阶梯渐变式降低；背面扩散阻挡层的碳浓度沿厚度方向为阶梯渐变式降低，其起始值为1E17cm-3
～1E19cm-3
、结束值为1E16cm-3
～1E18cm-3
。
[0011]在根据本专利技术的实施例的外延结构中，上述背面扩散阻挡层的厚度在1nm～200nm之间且层数在2至30层。
[0012]根据本专利技术的另一实施例，一种外延结构包括基板、缓冲层、背面扩散阻挡层、通道层以及阻挡层。缓冲层形成在基板上，背面扩散阻挡层形成在缓冲层上，通道层形成在背面扩散阻挡层上，阻挡层则形成在通道层上。所述背面扩散阻挡层于厚度方向上由多层氮化镓薄膜与多层氮化铝铟镓薄膜交替堆叠所组成，其中氮化铝铟镓薄膜的化学组成为Al
x
In
y
Ga
1-x-y
N，0≦x≦1且0≦y≦1，背面扩散阻挡层的晶格常数在之间，其中多层氮化铝铟镓薄膜的铝含量与铟含量沿厚度方向为阶梯式变化或阶梯渐变式变化，背面扩散阻挡层还可包括碳，且碳浓度沿厚度方向为阶梯式变化或阶梯渐变式变化。
[0013]在根据本专利技术的另一实施例的外延结构中，上述多层氮化铝铟镓薄膜中的铝含量沿厚度方向为阶梯式增加，铟含量沿厚度方向为阶梯式增加，且铝含量的阶梯斜率为0.1％/阶梯～50％/阶梯，铟含量的阶梯斜率为0.1％/阶梯～20％/阶梯；铝含量的起始值为0～50％、结束值为50％～100％，铟含量的起始值为0～50％、结束值为5％～50％；多层氮化铝铟镓薄膜的能隙沿厚度方向从3.4
±
1eV至5.03
±
1eV阶梯式增加；背面扩散阻挡层的碳浓度沿厚度方向为阶梯式增加，其起始值为1E16cm-3
～1E18cm-3
、结束值为1E17cm-3
～1E19cm-3
。
[0014]在根据本专利技术的另一实施例的外延结构中，上述多层氮化铝铟镓薄膜中的铝含量沿厚度方向为阶梯式降低，铟含量沿所述厚度方向为阶梯式降低，且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延结构，其特征在于，包括：基板；缓冲层，形成在所述基板上：背面扩散阻挡层，形成在所述缓冲层上，所述背面扩散阻挡层的化学组成为Al
x
In
y
Ga
1-x-y
N，其中0≦x≦1且0≦y≦1，所述背面扩散阻挡层的晶格常数在之间，其中所述背面扩散阻挡层于厚度方向上由多个区域组成，且所述背面扩散阻挡层的铝含量与铟含量沿所述厚度方向为阶梯式变化或阶梯渐变式变化，所述背面扩散阻挡层还包括碳，且碳浓度沿所述厚度方向为阶梯式变化或阶梯渐变式变化：通道层，形成在所述背面扩散阻挡层上：阻挡层，形成在所述通道层上。2.根据权利要求1所述的外延结构，其中所述背面扩散阻挡层中的所述铝含量沿所述厚度方向为步阶式增加，所述铟含量沿所述厚度方向为步阶式增加，且所述铝含量的步阶斜率为0.1％/步阶～50％/步阶，所述铟含量的步阶斜率为0.1％/步阶～20％/步阶，所述背面扩散阻挡层的能隙沿所述厚度方向从3.4
±
1eV至5.03
±
1eV阶梯式增加，所述背面扩散阻挡层的所述碳浓度沿所述厚度方向为阶梯式增加，所述碳浓度的起始值为1E16cm-3
～1E18cm-3
，所述碳浓度的结束值为1E17cm-3
～1E19cm-3
，所述铝含量的起始值为0～50％，所述铝含量的结束值为50％～100％，所述铟含量的起始值为0～50％，所述铟含量的结束值为5％～50％。3.根据权利要求1所述的外延结构，其中所述背面扩散阻挡层中的所述铝含量沿所述厚度方向为步阶式降低，所述铟含量沿所述厚度方向为步阶式降低，且所述铝含量的步阶斜率为-0.1％/步阶～-50％/步阶，所述铟含量的步阶斜率为-0.1％/步阶～-20％/步阶，所述背面扩散阻挡层的能隙沿所述厚度方向从5.03
±
1eV至3.4
±
1eV阶梯式降低，所述背面扩散阻挡层的所述碳浓度沿所述厚度方向为阶梯式降低，所述碳浓度的起始值为1E17cm-3
～1E19cm-3
，所述碳浓度的结束值为1E16cm-3
～1E18cm-3
，所述铝含量的起始值为50％～100％，所述铝含量的结束值为0～50％，所述铟含量的起始值为5％～50％，所述铟含量的结束值为0～50％。4.根据权利要求1所述的外延结构，其中所述背面扩散阻挡层中的所述铝含量沿所述厚度方向为步阶渐变式增加，所述铟含量沿所述厚度方向为步阶渐变式增加，且所述铝含量的步阶斜率为0.1％/步阶～50％/步阶，所述铟含量的步阶斜率为0.1％/步阶～20％/步阶，所述铝含量的渐变斜率为1％/nm～50％/nm，所述铟含量的渐变斜率为1％/nm～10％/nm，所述背面扩散阻挡层的能隙沿所述厚度方向从3.4
±
1eV至5.03
±
1eV阶梯渐变式增加，所述背面扩散阻挡层的所述碳浓度沿所述厚度方向为阶梯渐变式增加，且所述碳浓度的起始值为1E16cm-3
～1E18cm-3
，所述碳浓度的结束值为1E17cm-3
～1E19cm-3
，所述铝含量的起始值为0～50％，所述铝含量的结束值为50％～100％，所述铟含量的起始值为0～50％，所述铟含量的结束值为5％～50％。5.根据权利要求1所述的外延结构，其中所述背面扩散阻挡层中的所述铝含量沿所述厚度方向步阶渐变式降低，所述铟含量沿所述厚度方向步阶渐变式降低，且所述铝含量的
步阶斜率为-0.1％/步阶～-50％/步阶，所述铟含量的步阶斜率为-0.1％/步阶～-20％/步阶，所述铝含量的渐变斜率为-1％/nm～-50％/nm，所述铟含量的渐变斜率为-1％/nm～-10％/nm，所述背面扩散阻挡层的能隙沿所述厚度方向从5.03
±
1eV至3.4
±
1eV阶梯渐变式降低，所述背面扩散阻挡层的所述碳浓度沿所述厚度方向为阶梯渐变式降低，所述碳浓度的起始值为1E17cm-3
～1E19cm-3
，所述碳浓度的结束值为1E16cm-3
～1E18cm-3
，所述铝含量的起始值为50％～100％，所述铝含量的结束值为0～50％，所述铟含量的起始值为5％～50％，所述铟含量的结束值为0～50％。6.根据权利要求1所述的外延结构，其中所述背面扩散阻挡层的厚度在1nm～200nm之间且层数在2至30层。7.一种外延结构，其特征在于，包括：基板；缓冲层，形成在所述基板上；背面扩散阻挡层，形成在所述缓冲层上，所述背面扩散阻挡层于厚度方向上由多层氮化镓薄膜与多层氮化铝铟镓薄膜交替堆叠所组成，其中所述氮化铝铟镓薄膜的化学组成为Al
x
In
y
Ga
1-x-y
N，且0≦x≦1且0≦y≦1，所述背面扩散阻挡层的晶格常数在之间，其中所述多层氮化铝铟镓薄膜的铝含量与铟含量沿所述厚度方向为阶梯式变化或阶梯渐变式变化，所述背面扩散阻挡层还包括碳，且碳浓度沿所述厚度方向为阶梯式变化或阶梯渐变式变化；通道层，形成在所述背面扩散阻挡层上；以及阻挡层，形成在所述通道层上。8.根据权利要求7所述的外延结构，其中所述多层氮化铝铟镓薄膜中的所述铝含量沿所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉哲，施英汝，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：