[发明专利]电路结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件的制造方法，尤其涉及III族氮化物膜的制造方 法。

背景技术

在最近几年，由于III族氮化物(group-III nitride)(一般称作III氮化物 (III-nitride)或III氮(III-N))化合物，例如氮化镓(GaN)及其相关的合金在电子 或光电元件中的前景应用而被积极的研究。可能的光电元件的特别例子包括 蓝光发射二极管及激光二极管，以及紫外光光检测器(ultra-violet photo-detector)。III氮化合物的高能隙及高电子饱和速度(electron saturation velocity)的特性，也使得它们在高温及高速功率电子元件的应用中是极佳的 选择。

由于在一般成长温度下的氮元素(nitrogen)的平衡压力(equilibrium pressure)高，因此很难得到GaN块体结晶(bulk crystal)。由于没有合适的方 法成长块体，一般是利用外延法在例如碳化硅(SiC)及蓝宝石(sapphire)(Al₂O₃) 的基底上沉积GaN材料。然而，目前在制造GaN薄膜的问题是，无法轻易 的得到晶格常数(lattice constant)及热膨胀系数(thermal expansion coefficient) 几乎与GaN相似的合适基底。虽然硅基底的晶格与GaN的晶格并不相似， 硅基底是研究GaN的可能基底中的其中一个。由于硅基底其成本低、尺寸大、 结晶及表面品质好、可控制电导性及热导性高的特性，其被注意到用来成长 GaN。使用硅基底能轻易的将以GaN为基底的(GaN based)光电元件与以硅为 基底的(silicon based)电子元件整合在一起。

另外，由于没有用以形成GaN膜于其上的合适基底，因而限制了GaN 膜的尺寸。大尺寸的GaN膜会在GaN膜及其下方的基底之间形成大的应力 而造成基底弯曲(bowing)。此可能会造成一些不好的效应。第一，结晶性GaN 膜内可能会产生大量的缺陷(差排(dislocation))。第二，所形成的GaN膜 的厚度均匀性低，造成形成于GaN膜上的光学元件所发射出的光线其光波位 移(wavelength shift)。第三，具有大应力的GaN膜会产生碎裂。

外延横向超成长法(epitaxial lateral overgrowth，ELOG)已被用以形成具有 较小应力及较少差排于其中的GaN膜。然而，一般的外延横向超成长制造工 艺耗时且花成本。

有人提出如图1所示的在GaN纳米结构上成长GaN膜的方法。首先提 供蓝宝石基底10并放置在腔室内。接着导入制造工艺气体，包括氨(NH₃)、 氯化镓(GaCl)、氮气(N₂)及氢气(H₂)，且利用氢化物气相外延(hydride vapor phase epitaxy，HVPE)法形成氮化层11及位于氮化层11上的GaN纳米柱12。 接着改变制造工艺环境以进行横向超成长而形成GaN膜15。在形成GaN膜 15后，冷却蓝宝石基底10及其上方结构会造成纳米结构11及12破裂，因 而可至少部分的使GaN膜15及蓝宝石基底10分开。也可施加一机械力以完 全的将GaN膜自蓝宝石基底10分开。

然而，上述制造工艺有缺点。由于纳米结构11及12需在最佳化的制造 工艺条件下形成，因此很难控制纳米结构11及12的尺寸、图案密度及均匀 性。这会影响所形成的GaN膜15的厚度均匀度。另外，此例子中的纳米结 构具有非期望的大宽度，因此需要大的机械力以将GaN膜自蓝宝石基底10 分开。这不但造成在GaN膜15内形成更多的差排，也使一般非常薄的GaN 膜15破裂。因此有需要提供一种能解决上述问题的新颖方法。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题而提供了一种电路结构的制造方法，包 括：提供一基底；蚀刻该基底以形成多个纳米结构；以及利用外延成长在所 述多个纳米结构上形成一复合半导体材料，其中成长自邻近的所述多个纳米 结构的该复合半导体材料互相连接以形成一连续的复合半导体膜。