本发明专利技术涉及一种方法，其可应用于半导体结构和ＩＩＩ－氮化物材料层的外延生长过程中，从而接连提高连续层的质量。在初始表面上生长中间外延层，以使生长坑形成在初始表面中所存在的表面位错处。然后根据外延横向过生长的已知现象在中间层上生长跟随层，因此其横向延伸并且封闭至少相交生长坑的聚结。优选地，在生长跟随层之前，沉积间断的介质材料薄膜，以使介质材料间断沉积，以便降低横向生长材料中的位错的数量。本发明专利技术的方法可以对相同的结构执行多次。此外，本发明专利技术还涉及通过这些方法制造的半导体结构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体结构的制造，特别涉及包括III-氮化物材料的高晶体质量结构的外延生长。本专利技术的实施例包括用于提高半导体结构的晶体质量的方法以及利用这些方法所制造的结构。
技术介绍
半导体材料的质量会显著影响由所述材料制成的固态器件的性能。当半导体材料具有不理想的晶体缺陷(例如位错)密度时，固态器件的使用寿命和工作特性可能会劣化。 这种问题阻碍了包括氮化镓(GaN)、其他的III族氮化物(例如AlNUnN、feJnN)和其他的混合氮化物(在本文中被称为“III-氮化物”)还有某些III-V族化合物在内的半导体的发展；以及一般而言某些其他的复合材料(例如IV、II-VI材料)的发展。对其中许多的材料而言，合适的商业用途的生长衬底具有有限的供应和不良的晶体质量。合适的衬底严格匹配将要生长的靶材料的晶体特性；如果这些特性没有严格匹配，则所得到的材料通常具有无法接受的位错密度。具体而言，在GaN的情况下，可以通过生长衬底的预处理来提高晶体质量，例如通过氮化和其他化学改性(chemical modification)；通过生长诸如AlN或GaN的其他III 氮化物的薄的低温缓冲层，通过热退火等等。诸如外延横向过生长(印itaxial lateral overgrowth) (ELO)及其变形(PENDEO、FIELO等等)的方法已被证明能够成功降低位错密度。但是，这些常用的方法经常使用光刻制得的掩蔽元件，所述掩蔽元件常常产生具有非均勻的表面位错分布的材料，这在许多应用中是不合需要的。一些可选的用于产生均质的表面位错密度的位错减少方法使用原位(或非原位)沉积方法来阻碍位错的发展，在有些情况下还添加刻蚀剂以增加表面位错尺寸。这种阻碍方法的示例包括美国专利公布 US2007/0259504、Tanaka 等人的日本期刊 Applied Physics 39 L831 2000 和 Zang 等人的期刊Applied Physics 101 093502 2007。另一些可选的位错减少方法旨在通过如下方式限制位错向生长层中传播在GaN层的生长的中间阶段通过刻蚀来增强GaN层的表面处存在的缺陷，然后用GaN不容易在其上成核的掩蔽材料堵住增强的表面缺陷，之后继续GaN生长。这种方法的示例包括2008年5月14日申请的美国临时专利申请61/127，720，该案的全文以引用的方式并入本文。希望有更加优质的III-氮化物的层和晶体。尽管现有技术中存在适用于此的工艺，并且能够在某种程度上降低III-氮化物材料中的位错密度，但仍希望有能够进一步减少位错和提高分布均勻性的方法。
技术实现思路
本专利技术提供用于制造半导体结构、特别是制造包括III-氮化物材料的半导体结构的系统和方法。与现有技术相比，本专利技术的方法可以制造具有改善的晶体质量的半导体层，例如具有更少的位错的半导体层。本专利技术还提供通过这些方法制造的半导体结构。一般而言，本专利技术的方法通过利用质量较差的起始层(或者“衬底”、“初始”层或 “下方”层等等)中普遍存在的某些类型的位错来制造质量更好的跟随半导体层(或“最终” 层或“上覆”层或“过生长”层等等)。已发现，在一定程度上，起始表面或下方表面中的位错的表面范围越大，最终从这种起始表面或下方表面制造的跟随层的质量越好。认为(但不局限于此)这种出人意料的结果是由多种因素的相互作用所造成的。首先，可以以这样的方式封闭并终止下方半导体表面中的位错并且可以以这样的方式生长最终层终止的位错不传播到最终层中。于是，由于下方表面中已被成功封闭和终止的那些位错不再出现在最终层中，因此最终层具有比下方表面更少的位错。其次，已发现可以增强下方表面中的位错处自然产生的常见的表面凹陷(例如坑状结构)，例如可以使其在表面横截面中变得更大(例如横向尺寸和深度都变大)，从而当与增强程度较低的位错相比时，其可以是更加有效终止的关联位错。最后，据发现，促进两个或更多个增强的位错相交的条件进一步增强关联位错的终止，因此既提高了位错终止效率又提高了位错减少效率。因此，从具有增强和封闭的位错的下方表面生长的最终层则可以具有比下方层更少的位错。简而言之，由适当的半导体材料的下方表面开始，本专利技术的方法通过包括增强在下方表面处的选定位错处自然产生的常见的表面凹陷的步骤来制造更加优质的跟随层。之后，后续过程生长具有很少或者不具有由下方表面中的增强的位错所引起的位错的跟随层。在本专利技术的实施例中，增强位错处自然产生的常见的表面凹陷的有利方法包括生长一个中间层(或多个层)，所述中间层具有由下方表面中的一些或全部位错所导致的增强的开口并且是以所致开口随着中间层的生长逐渐增强的方式生长的。本专利技术的另外的实施例促进两个或更多个这种增强的位错的相交，以在中间层(或者聚结层)生长时产生增强的位错的聚结(或者“成团”或“成群”)。增强位错露头处自然产生的表面凹陷(例如坑状结构)包括扩大其尺寸(例如深度、宽度和表面横截面)。随着中间层的厚度的增加，可以发生增强。这种增强也被称为位错的“打开”，即在“打开”位错的条件下生长中间层。还以这样的方式来生长中间层位错处自然产生的常见的表面凹陷的扩大导致两个或更多个这种表面开口相交。这种两个或更多个开口(或坑)的相交被称为坑“聚结”或坑“成团”，即在能够“打开”相应类型的位错的条件下生长中间层，“开口”与一个或多个其他“开口，，相交以形成开口的聚结或成团。在本专利技术的另外的实施例中，另一种增强位错的有利方法包括用刻蚀剂来处理表面，所述刻蚀剂被选择为促进位错坑的扩大，即打开(或者“缀饰”)在下方材料的表面处发现的自然凹陷以形成“刻蚀坑”。就像中间层的生长一样，当通过位错的“加深，，和“打开” 进行刻蚀过程以便产生“打开的”位错时，可以发生增强。适当的刻蚀条件还可能引起两个或更多个这种表面开口相交或者产生与中间层中所产生的相类似的坑“聚结”或坑“成团” 的大量位错的表面露头周围的扰动。最后，终止位错的有利方法包括在位错所引起的开口的聚结的上方或者从其内部横向生长横向生长层。横向生长层可以包括被选择为具有与下方层基本类似的晶体特性的材料(例如πι-氮化物材料)。该生长步骤在被选择为促进这种横向生长的条件下开始， 并且如必要，在被选择为促进更纵向的生长的条件下继续，直到达到所需的层厚度为止。在优选实施例中，在终止位错之前，本专利技术包括沉积间断的介质材料(例如 III-氮化物半导体情况下的氮化硅或氧化硅)薄膜。通过选择适当的沉积(和/或沉积后的条件)，已发现，介质材料间断地沉积，以便降低横向生长材料中的位错的数量。人们认为，这是由于间断沉积发生在露头位错周围的无序区域中，以便阻碍后续从露头位错周围较为无序的区域横向生长(这会促进位错传播到生长材料中)并且促进后续从位错周围较不无序的区域横向生长(这阻碍了位错向横向生长材料中传播)。本专利技术还包括以不同的组合和顺序来执行上述步骤。例如，可以通过在初始表面上精细地生长中间层、或者通过精细地刻蚀初始表面、或者通过在生长中间层之后精细地刻蚀、或者通过在刻蚀之后精细地生长中间层(之后可选地再精细地刻蚀)来增强表面上露头的位错。最后，在精细地沉积间断的介质材料层之后横向生长具有减少的位错的跟随层。本专利技术有效地应用于那些(“合适的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种制造具有减少的数量的表面位错的半导体结构的方法，包括：增强半导体表面处出现的多个露头表面位错周围的表面扰动的范围；沉积介质掩蔽材料层，以便以间断的方式覆盖至少多个露头表面位错周围的表面的扰动部分，表面的一些部分覆盖有掩蔽材料，而表面的其他部分没有被这样覆盖，以及形成具有基本连续的横向范围和减少的数量的表面位错的跟随半导体层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·阿雷纳，
申请(专利权)人：SOITEC绝缘体上硅技术公司，
类型：发明
国别省市：FR
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