三族氮基半导体晶圆制造技术

一种三族氮基半导体晶圆，其包括具有中央区域以及边缘区域的衬底。可以选择性提供一层或多层中间层，其选自缓冲层、种子层或转换层。边缘特征形成在衬底或转换层的边缘区域中或其上，其具有一层或多层边缘钝化层或边缘纹理化表面。边缘特征仅形成于边缘区域而不形成在中央区域。一层或多层三族氮化物层落在中央区域上方。在中央区域中，三族氮化物层为外延层，而在边缘区域中，三族氮化物层为多晶态层。在三族氮化物层和衬底之间因晶格失配以及热膨胀系数差异所产生的应力得以释放并使缺陷最小化。小化。小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三族氮基半导体晶圆


[0001]本专利技术总体来说有关于一种三族氮基半导体晶圆。具体而言，本专利技术有关于一种改良的衬底上形成的三族氮化物层，其四周边缘具有特征，可以避免在中央区形成缺陷。

技术介绍

[0002]近年来，人们开始将研究和开发聚焦于可以应用在各种三族氮基器件的三族氮化物半导体材料。三族氮基器件包含了具有异质结构的器件、发光二极管(light emitting diode,LED)以及激光。这些具有异质结构的器件的例子有异质结双极性晶体管(heterojunction bipolar transistor,HBT)、异质结场效应晶体管(heterojunction field effect transistor,HFET)、高电子迁移率晶体管(high
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electron
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mobility transistor,HEMT)或调制掺杂场效应晶体管(modulation
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doped FET,MODFET)。此处所述的“三族氮基”或“三族氮化物”意旨氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)及其混合物像是氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(InAlGaN)以及氮化铝铟(InAlN)，这些氮化物可以具有各种比例的金属元素。
[0003]为了制造低成本的商用三族氮基器件，人们开始希望在低廉如硅的半导体衬底上形成三族氮化物层。然而，像是氮化镓层这种三族氮化物层和硅衬底之间具有很大的晶格参数不匹配量。在室温时，硅和氮化镓之间具有大约17％的晶格参数差异，并在摄氏800度时具有40％的差异。硅的热膨胀大约为50％，低于氮化镓。因此，在从高温生产环境降至室温时，外延的氮化镓层中会形成很强的膨胀应力，导致在沉积层产生较大的张应力。这些应力会使氮化镓层产生裂痕，特别是厚度超过1微米的层。这种问题特别是会在直径较大的晶圆中发生。
[0004]为了降低热膨胀产生失配以及晶格失配所产生的应力，衬底和三族氮化物外延层之间时常插入一层或多层的中间层。然而，尽管使用了各种中间层，仍不能完全避免外延层中的缺陷，特别是在较大的硅晶圆中(直径大于6英寸的硅晶圆)。举例而言，图6展示了先前技术中，在8英寸硅晶圆的缓冲层上形成的氮化镓层。如图6所示，四周边缘有因失配产生的裂痕以及滑移面。进一步而言，在较大的晶圆中，应力可能会导致晶圆翘曲(warpage)。
[0005]现在，人们需要改善在衬底上配置三族氮化物层的工艺，并让沉积在衬底上的外延层中减少裂痕和缺陷。

技术实现思路

[0006]在本专利技术的一实施例中，提供了一种衬底包括中央区域以及边缘区域的三族氮基半导体晶圆，且衬底的边缘区域环绕中央区域。衬底上可以任意配置一层或多层中间层，且此或这些中间层可以选自一层或多层的缓冲层、种子层或转换层。在衬底(或任意的中间层)的边缘区域中或边缘区域上形成一种边缘特征，此边缘特征包括在衬底的边缘区域的一层或多层边缘钝化层或在边缘区域中或边缘区域上的表面纹理化。此边缘特征仅沿著边缘延伸，而不是形成在边缘内的中央区域。一层或多层三族氮化物层位于中央区域上方。在
中央区域中，三族氮化物层是一种外延层。在边缘区域中，三族氮化物层是一种多晶态层。在此配置下，三族氮化物层和衬底之间因晶格失配以及热膨胀系数差异所产生的应力得以释放，让三族氮化物层的外延部分中的缺陷最小化并降低或消除三族氮化物层中的边缘裂痕。
附图说明
[0007]结合附图阅读时，从以下的详细描述中可以轻易地从各方面了解本公开内容。应注意，各种特征可能未按比例绘制。事实上，为了说明清楚，各种特征的尺寸会任意地增加或减少。
[0008]下面参照附图更详细地描述本专利技术的实施例，其中：
[0009]图1A至1G为根据本专利技术一些实施例中的三族氮基半导体晶圆及其形成过程的剖视图；
[0010]图2A至2F为根据本专利技术另一些实施例中的三族氮基半导体晶圆及其形成过程的剖视图；
[0011]图3A至3F为根据本专利技术另一些实施例中的三族氮基半导体晶圆及其形成过程的剖视图；
[0012]图4A至4B为三族氮基半导体晶圆及形成其上的器件区域的剖视图；
[0013]图5为根据图4A至4B的器件区域中所形成的半导体器件的剖视图；以及
[0014]图6为先前技术中显示出裂痕及其他缺陷的三族氮基半导体晶圆的上视图。
具体实施方式
[0015]在全部的附图及详细描述中，将以共通的附图标记指示相同或相似的部件。通过以下结合附图的详细描述，可以轻易理解本公开内容的实施例。
[0016]空间描述，如“上方”、“下方”、“上”、“左”、“右”、“下”、“顶端”、“底部”、“垂直”、“水平”、“侧”、“较高”、“较低”、“上部”、“之上”、“之下”等，是根据某个组件或组件组，或组件或组件组的某个平面所指定的，如相关图示所示的组件方向。应当理解，本文使用的空间描述仅作为说明的目的，并且本文描述的结构的实际实现可以以任何方向或方式在空间上布置，前提是这种布置不偏离本专利技术实施例的优点。
[0017]在以下描述中，半导体器件、用于制作半导体器件的制作方法及相似内容将以优选示例阐述。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本专利技术的范围和精神的情况下进行修改，包括添加和/或替换。说明内容会省略具体细节以避免混淆本
技术实现思路
，毕竟本公开内容的编写目的是为了使本领域技术人员能够在没有过度实验的情况下实践这里的教导内容。
[0018]本揭露内容提供一种通过形成在衬底上的边缘特征来改善衬底上的三族氮化物层。所述边缘特征让三族氮化物膜的边缘形成释放应力的多晶态三族氮化物层。在膜的中央区域，形成了外延三族氮化物层。通过此方式，可以避免应力产生的裂痕，且器件可以形成在三族氮化物层的外延部分中或在三族氮化物层的外延部分上方。
[0019]在第一方面，所述边缘特征为钝化层，其仅形成在衬底的边缘区域中。在另一方面，纹理化表面的实施方式可以是通过选择性蚀刻来产生释放应力的表面纹理。一般而言，
所述边缘区域选择为大约距衬底边3微米至5微米的区域(若此衬底为具有圆边缘或斜角边缘的硅衬底，则包括此圆边缘或斜角边缘)。
[0020]转而参考图1A至1G，绘示了形成边缘特征的第一种技术。在图1A中，提供了衬底10。在一实施例中，衬底10为大直径(等于或超过6英寸)的矽晶圆。在其他实施例中，衬底10为蓝宝石晶圆、碳化硅晶圆、氮化镓晶圆、或硅锗、碳化硅、砷化镓、P型掺杂硅、N型掺杂硅、像是绝缘体上硅(silicon on insulator,SOI)的绝缘体上半导体、或其他适合的半导体材料，其包括三族元素、四族元素、五族元素或上述这些材料的组合。
[0021]在一实施例中，衬底10可选择性地包括中间层，其可以是缓冲层、转换层、种子层或其他可以位于基底衬底及形成其上的三族氮化物层之间的层体。这些可选择的层体可以是一种或多种氮化物或三五族化合物，像是氮化镓、砷化镓、氮化铟、氮化铝、氮化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种三族氮基半导体晶圆，其特征在于，包括：晶圆衬底，包括中央区域以及环绕所述中央区域的边缘区域；边缘特征，形成在所述衬底的所述边缘区域中或所述边缘区域上，所述边缘特征包括在所述衬底的所述边缘区域中或所述衬底的所述边缘区域上的一层或多层边缘钝化层或边缘纹理化表面，且所述边缘特征沿著所述边缘区域延伸且不位于所述边缘区域中的所述中央区域中；以及一层或多层三族氮化物层，位于所述中央区域上方以及所述边缘区域上方，使位于所述中央区域上方的部分所述三族氮化物层为外延三族氮化物，且位于所述边缘区域上方的部分所述三族氮化物层为多晶态三族氮化物。2.根据权利要求1所述的三族氮基半导体晶圆，其特征在于，所述衬底为硅。3.根据权利要求1所述的三族氮基半导体晶圆，其特征在于，所述三族氮化物为氮化镓。4.根据权利要求1所述的三族氮基半导体晶圆，其特征在于，还包括一层或多层中间层配置于所述衬底上，并未于所述一层或多层三族氮化物层之下，且所述一层或多层中间层选自一层或多层的缓冲层、种子层或转换层，且至少一所述一层或多层中间层中形成有边缘特征。5.根据权利要求1所述的三族氮基半导体晶圆，其特征在于，位于所述边缘特征以及所述中央区域上方的所述一层或多层三族氮化物层的第一层包括氮化镓。6.根据权利要求1所述的三族氮基半导体晶圆，其特征在于，所述一层或多层钝化层包括氧化物、氮化物或氮氧化合物。7.根据权利要求1所述的三族氮基半导体晶圆，其特征在于，所述纹理化表面包括边缘蚀刻区域。8.根据权利要求1所述的三族氮基半导体晶圆，其特征在于，所述纹理化表面包括边缘微图案区域。9.根据权利要求4所述的三族氮基半导体晶圆，其特征在于，所述中间层包括多个分级组合层，以减少所述衬底和所述三族氮化物层之间的晶格失配。10.根据权利要求1所述的三族氮基半导体晶圆，其特征在于，所述衬底的所述中央区域上方的所述一层或多层三族氮化物层中形成有一个或多个半导体器件。11.一种三族氮基半导体晶圆的制造方式，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底包括中央区域以及环绕所述中央区域的边缘区域；在所述衬底的所述边缘区域中或所述边缘区域上形成边缘特征，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李启珍，汪可，谢文元，李新华，
申请(专利权)人：英诺赛科苏州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：