一种半导体结构及其制作方法技术

本申请提供了一种半导体结构及其制作方法，涉及半导体技术领域。该半导体结构包括蓝宝石衬底，位于蓝宝石衬底一侧的AlN缓冲层，位于AlN缓冲层的远离蓝宝石衬底一侧的籽晶层，其中，籽晶层中包括多个间隔设置的基岛，位于籽晶层的远离蓝宝石衬底一侧的合并层，位于合并层的远离蓝宝石衬底一侧且不连续的SiN插入层，位于合并层与插入层的远离蓝宝石衬底的一侧的合拢层；其中，制作籽晶层、合并层以及所述合拢层的材料均为GaN，且AlN缓冲层、籽晶层、合并层、插入层以及合拢层的厚度之和小于1um。本申请提供的半导体结构及其制作方法具有外延晶体质量更高且防止出现外延层翘曲的优点。晶体质量更高且防止出现外延层翘曲的优点。晶体质量更高且防止出现外延层翘曲的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体结构及其制作方法


[0001]本申请涉及半导体
，具体而言，涉及一种半导体结构及其制作方法。

技术介绍

[0002]GaN材料作为第三代宽禁带半导体的核心材料，已经在发光二极管(LED)和电力电子器件(HEMT)等应用中展现出优异的性能及广泛的应用前景。而由于GaN材料的同质衬底成本高、难以制作大尺寸，导致目前GaN材料器件均采用异质衬底，如蓝宝石、硅、碳化硅等。
[0003]但是综合目前GaN材料性能及生产成本上来看，蓝宝石衬底相比硅衬底具有更为优秀的材料质量，相比碳化硅衬底成本低廉，因此蓝宝石衬底是目前GaN材料具有性价比的首选衬底。但是由于蓝宝石衬底和GaN的晶格失配很大，目前主要采用先充分三维再二维生长的二步法生长一定厚度的GaN提高外延层质量。但是由于蓝宝石和GaN的热失配很大，在大尺寸(大于等于4英寸)蓝宝石衬底上进行GaN外延时因为缺少有效的改善外延层翘曲的手段，导致外延制程后的晶圆翘曲明显，会提高后续的芯片工艺制程难度，并影响芯片工艺良率。
[0004]综上，现有技术中在蓝宝石衬底上生长GaN外延时存在外延层翘曲明显的问题。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种半导体结构及其制作方法，以解决现有技术中在蓝宝石衬底上生长GaN外延时存在外延层翘曲明显的问题。
[0006]为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
[0007]一方面，本申请实施例提供了一种半导体结构，所述半导体结构包括：
[0008]蓝宝石衬底；
[0009]位于所述蓝宝石衬底一侧的AlN缓冲层；
[0010]位于所述AlN缓冲层的远离所述蓝宝石衬底一侧的籽晶层；其中，所述籽晶层中包括多个间隔设置的基岛；
[0011]位于所述籽晶层的远离所述蓝宝石衬底一侧的合并层；
[0012]位于所述合并层的远离所述蓝宝石衬底一侧且不连续的SiN插入层；
[0013]位于所述合并层与所述插入层的远离所述蓝宝石衬底的一侧的合拢层；其中，制作所述籽晶层、所述合并层以及所述合拢层的材料均为GaN，且所述AlN缓冲层、所述籽晶层、所述合并层、所述插入层以及所述合拢层的厚度之和小于1um。
[0014]可选地，所述AlN缓冲层的反射率大于所述籽晶层的反射率，所述籽晶层、所述合并层以及所述合拢层的反射率依次增大。
[0015]可选地，所述AlN缓冲层的反射率为0.1～0.13，所述籽晶层的反射率小于0.05，所述合并层的反射率为0.16～0.2，所述合拢层的反射率为0.19～0.23。
[0016]可选地，所述AlN缓冲层的厚度为20～50nm，所述籽晶层的平均厚度小于80nm，所述合并层的厚度小于或等于150nm，所述插入层的厚度为0.5～3nm，所述合拢层的厚度小于
或等于800nm。
[0017]可选地，所述合并层上未覆盖所述插入层的面积与所述合并层的表面面积之比为10％～40％。
[0018]另一方面，本申请实施例还提供了一种半导体结构制作方法，用于制作上述的半导体结构，所述方法包括：
[0019]提供一蓝宝石衬底；
[0020]基于所述蓝宝石衬底的一侧溅射AlN缓冲层；
[0021]基于所述AlN缓冲层的远离所述蓝宝石衬底的一侧生长籽晶层；其中，所述籽晶层中包括多个间隔设置的基岛；
[0022]基于所述籽晶层的远离所述蓝宝石衬底的一侧生长合并层；
[0023]基于所述合并层的远离所述蓝宝石衬底的一侧原位生长不连续的SiN插入层；
[0024]基于所述合并层与所述插入层的远离所述蓝宝石衬底的一侧生长合拢层；其中，制作所述籽晶层、所述合并层以及所述合拢层的材料均为GaN，且所述AlN缓冲层、所述籽晶层、所述合并层、所述合拢层以及所述合并层的厚度之和小于1um。
[0025]可选地，基于所述蓝宝石衬底的一侧溅射AlN缓冲层的步骤包括：
[0026]基于所述蓝宝石衬底的一侧溅射反射率为0.085～0.115的AlN缓冲层；
[0027]在基于所述蓝宝石衬底的一侧溅射AlN缓冲层的步骤之后，所述方法还包括：
[0028]将所述蓝宝石衬底与所述AlN缓冲层进行退火，且退火后所述AlN缓冲层的反射率提升10％～20％。
[0029]可选地，基于所述AlN缓冲层的远离所述蓝宝石衬底的一侧生长籽晶层的步骤包括：
[0030]在温度为900
‑
1000℃、压力为450mbar
‑
750mbar以及
Ⅴ
/Ⅲ族元素比为800
‑
2000的条件下生长籽晶层。
[0031]可选地，基于所述籽晶层的远离所述蓝宝石衬底的一侧生长合并层的步骤包括：
[0032]在温度为1000
‑
1100℃、压力为100mbar
‑
200mbar以及
Ⅴ
/Ⅲ族元素比为1500
‑
4000的条件下生长合并层。
[0033]可选地，基于所述合并层的远离所述蓝宝石衬底的一侧生长插入层的步骤包括：
[0034]以SiH4和氨气作为反应原材料，在温度为1000
‑
1100℃，压力为100mbar
‑
200mbar的环境下生长30S
‑
70S，以形成插入层。
[0035]相对于现有技术，本申请具有以下效果：
[0036]本申请提供了一种半导体结构及其制作方法，该半导体结构包括蓝宝石衬底，位于蓝宝石衬底一侧的AlN缓冲层，位于AlN缓冲层的远离蓝宝石衬底一侧的籽晶层，其中，籽晶层中包括多个间隔设置的基岛，位于籽晶层的远离蓝宝石衬底一侧的合并层，位于合并层的远离蓝宝石衬底一侧且不连续的SiN插入层，位于合并层与插入层的远离蓝宝石衬底的一侧的合拢层；其中，制作所述籽晶层、所述合并层以及所述合拢层的材料均为GaN，且AlN缓冲层、籽晶层、合并层、插入层以及合拢层的厚度之和小于1um。一方面，由于本申请提供的半导体结构中，除蓝宝石衬底外的其它层级结构的厚度小于1um，实现了在蓝宝石衬底上形成超薄的外延膜，因此可以有效缓解外延层翘曲的情况。另一方面，本申请的半导体结构中，通过设置包括基岛的籽晶层、合并层、插入层以及合拢层的结构，可以实现位错的快
速转弯，利于位错的湮灭，因此整个半导体结构的外延晶体质量较高。
[0037]为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，所述半导体结构包括：蓝宝石衬底；位于所述蓝宝石衬底一侧的AlN缓冲层；位于所述AlN缓冲层的远离所述蓝宝石衬底一侧的籽晶层；其中，所述籽晶层中包括多个间隔设置的基岛；位于所述籽晶层的远离所述蓝宝石衬底一侧的合并层；位于所述合并层的远离所述蓝宝石衬底一侧且不连续的SiN插入层；位于所述合并层与所述插入层的远离所述蓝宝石衬底的一侧的合拢层；其中，制作所述籽晶层、所述合并层以及所述合拢层的材料均为GaN，且所述AlN缓冲层、所述籽晶层、所述合并层、所述插入层以及所述合拢层的厚度之和小于1um。2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述AlN缓冲层的反射率大于所述籽晶层的反射率，所述籽晶层、所述合并层以及所述合拢层的反射率依次增大。3.如权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述AlN缓冲层的反射率为0.1～0.13，所述籽晶层的反射率小于0.05，所述合并层的反射率为0.16～0.2，所述合拢层的反射率为0.19～0.23。4.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述AlN缓冲层的厚度为20～50nm，所述籽晶层的平均厚度小于80nm，所述合并层的厚度小于或等于150nm，所述插入层的厚度为0.5～3nm，所述合拢层的厚度小于或等于800nm。5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述合并层上未覆盖所述插入层的面积与所述合并层的表面面积之比为10％～40％。6.一种半导体结构制作方法，其特征在于，用于制作如权利要求1至5任一项所述的半导体结构，所述方法包括：提供一蓝宝石衬底；基于所述蓝宝石衬底的一侧溅射AlN缓冲层；基于所述AlN缓冲层的远离所述蓝宝石衬底的一侧生长籽晶层；其中，所述籽晶层中包括多个间隔设置的基岛；基于所述籽晶层的远离所述蓝宝石衬底的一侧生长合并层；基于所述合并层的远离所述蓝宝石衬底的一侧原位生长不连续的SiN插入层；基于所述合并层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张康，何晨光，吴华龙，王巧，廖乾光，刘云洲，陈志涛，
申请(专利权)人：广东省科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：