半导体晶体衬底、半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供半导体晶体衬底和半导体装置及其制造方法。制造半导体晶体衬底的方法包括通过将包含氮组分的气体供给到由包含硅材料形成的衬底并使衬底的表面氮化来形成氮化物层；以及通过供给包含氮组分的气体和包含Al的源气体而在氮化物层上形成AlN层。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供半导体晶体衬底和半导体装置及其制造方法。制造半导体晶体衬底的方法包括通过将包含氮组分的气体供给到由包含硅材料形成的衬底并使衬底的表面氮化来形成氮化物层；以及通过供给包含氮组分的气体和包含Al的源气体而在氮化物层上形成AlN层。【专利说明】相关申请的交叉引用本申请基于2012年9月28日提交的在先日本专利申请2012-218248并要求其优先权益，该专利申请的全部内容通过弓I用并入本文。
本文所讨论的实施方案涉及半导体晶体衬底和半导体装置及其制造方法。
技术介绍
氮化物半导体例如GaN、AIN、InN等及其混合晶体材料具有宽带隙，从而被用作高功率电子器件或短波发光装置。其中，已经研究和开发了应用于场效应晶体管(FET)技术，特别是作为高功率器件的高电子迁移率晶体管(HEMT)(参见例如日本公开专利申请2002-359256)。利用这样氮化物半导体的HEMT用于高功率和高效放大器、高功率开关器件等。在使用这样氮化物半导体的HEMT中，在衬底上形成氮化铝镓/氮化镓(Al GaN/GaN)异质结构，使得其GaN层可作为电子渡越层。另外，衬底可以由蓝宝石、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、娃(Si)等形成。在氮化物半导体中，例如GaN由于其较高的饱和电子速度和较宽的带隙所带来的较高耐压特性而具有优良的电子特性。另外，GaN具有纤锌矿型晶体结构，以在与c轴平行的在方向具有极性。另外，当AlGaN/GaN异质结构形成时，由于AlGaN和GaN之间晶格常数不同引起的晶格畸变，可激发压电极化。因此，可在靠近GaN层边界表面的区域中产生高浓度的二维电子气(2DEG)。这样的由GaN、AlGaN等形成的氮化物半导体层可以使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)经外延生长形成。然而，当氮化物半导体层在硅衬底上通过MOCVD法形成时，在硅和镓之间可发生回熔(melt-back)反应。因此，为了避免回熔反应的发生，使用AlN模板(AIN template),其中AlN层形成在娃衬底上。因此，例如，当制造利用氮化物半导体的HEMT时，氮化物半导体层形成在作为半导体晶体衬底的AlN模板的AlN层上。
技术实现思路
根据一个方面，一种制造半导体晶体衬底的方法包括:通过将包含氮组分的气体供给到由包含硅的材料形成的衬底并使衬底的表面氮化来形成氮化物层；以及通过供给包含氮组分的气体和包含Al的源气体而在氮化物层上形成AlN层。本文所公开的实施例的目的和优点将通过在权利要求中具体指出的要素和组合来实现和获得。应当理解，前面的一般描述和后面的详细描述都是示例性和说明性的，而不是对所要求保护的本专利技术进行限制。【专利附图】【附图说明】图1示出根据本专利技术第一实施方案的半导体晶体衬底的一种示例性构造；图2A、2B和2C不出根据第一实施方案制造半导体晶体衬底的一种不例性方法；图3示出根据第二实施方案的半导体装置的一种示例性构造；图4A和图4B是根据第二实施方案的其它半导体装置的一种示例性构造；图5A、5B和5C不出根据第二实施方案制造半导体装置的一种不例性方法；图6A和6B示出根据第二实施方案制造半导体装置的一种示例性方法；图7是一个相关图，其示出形成氮化物层的时间段和电子渡越层中的衍射峰FWHM之间的关系；图8A、8B和8C示出氮化物层的表面上的AFM图像；图9A和9B示出电子渡越层的表面上的AFM图像；图10示出根据第三实施方案的一种示例性分立封装半导体器件；图11是根据第三实施方案的电源装置的一种示例性电路图；和图12示出根据第三实施方案的高功率放大器的一种示例性构造。【具体实施方式】在使用AlN模板的情况下，取决于AlN模板，在AlN模板上形成的GaN层等晶体品质可能被损坏。结果，所制造的HEMT的电子特性可能劣化。例如，导通电阻值可能增加。因此，期望提供一种半导体晶体衬底和一种制造半导体晶体衬底的方法，用于制造具有优良电子特性且包含优良晶体品质的氮化物半导体层的半导体装置。此外，还期望提供一种半导体装置和制造具有优良电子特性且包含优良晶体品质的氮化物半导体层的半导体装置的方法。在下文中，描述本专利技术的实施方案。此外，相同的附图标记用于描述相同的元件，其重复描述可被省略。第一实施方案半导体晶体衬底描述根据本专利技术第一实施方案的一个半导体晶体衬底。如图1所不，本实施方案中的半导体晶体衬底被称为“A1N模板”，其中氮化物层11形成在由硅(Si)等形成的衬底10上，AlN层12形成在氮化物层11上。衬底10可以由包含Si的材料(如SiC)以及Si形成。另外，氮化物层11由包含娃和氮的材料例如SiN(氮化娃)、SiON等形成。所形成的氮化物层11的厚度在2nm至5nm的范围内(即大于或等于2nm且小于或等于5nm),优选在2nm至3nm的范围内。当氮化物层11过薄时，则可能变得难以取得如下所述的期望效果。制造半导体晶体衬底的方法接着，描述根据本实施方案制造半导体晶体衬底的方法。本文所描述的半导体晶体衬底使用MOCVD装置来形成。首先，如图2A所示，制备由硅等形成的衬底10，并将其置于MOCVD装置的室中。由硅等形成的衬底10是硅(111)衬底。接下来，如图2B所示，在由硅等形成在衬底10的表面上形成氮化物层11。具体而言，将衬底10置于MOCVD装置的室中。然后，将空气从室抽空，并且在室中产生氢或氮气氛。然后，将衬底10加热，直到衬底10的温度为1000°C (摄氏度)。之后，将氨(NH3)供给到室中，使得被引入室中的氨的氮组分与衬底10表面上的娃反应以在衬底10的表面上形成SiN层，即氮化物层11。为了使用氨等来形成SiN层(即氮化物层11)，优选衬底温度在800°C (摄氏度)和1100°C (摄氏度)之间。通过这样做，在衬底10的表面上形成的氮化物层11具有2nm至5nm范围内、优选2nm至3nm范围内的厚度。如上所述形成的氮化物层11可以由例如包含残留氧的SiON形成。另外，在以上描述中，描述了其中将氨(NH3)供给到室中的情况。然而，例如，可以将氮气(N2)气体引入室中以产生等离子体，以使衬底10表面上的硅氮化以形成SiN层(即，氮化物层11)。接下来，如图2C所示，形成AlN层12。具体地，在室内供给氨的状态下，还将三甲基铝(TMA)供给到室中。通过这样做，由于利用其中氨和TMA用作源气体的MOCVD的外延生长，所以在氮化物层11上形成AlN层12。如上所述形成的AlN层12的厚度为约200nm。另外，如上所述，氮化物层11和AlN层12可顺序形成。具体而言，从供给氨起经过预定的时间段后，供给TMA。通过这样做，可以在衬底10上层叠(依次形成)氮化物层11和AlN层12。此外，当使用其中注入(掺杂)硼(B)的衬底作为衬底10时，硼(B)可以被混入氮化物层11中。如上所述，可以形成(制造)A1N模板(即，根据本实施方案的半导体晶体衬底)。第二实施方案半导体装置接着，描述本专利技术的第二实施方案。在本实施方案中，提供了使用根据第一实施方案的半导体晶体衬底的半导体装置。参考图3，描述了本实施方案中的半导体装置。在本实施方案的半导体装中，在由硅等形成的衬底10上层叠并形成氮化物层11、AlN层12、缓冲层21、电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体晶体衬底的方法，所述方法包括：通过将包含氮组分的气体供给到由包含硅的材料形成的衬底并由此使所述衬底的表面氮化来形成氮化物层；以及通过供给所述包含氮组分的气体和包含Al的源气体而在所述氮化物层上形成AlN层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：苫米地秀一，小谷淳二，中村哲一，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP