[发明专利]半导体晶体衬底、半导体装置及其制造方法

说明书

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引用并入本文。

技术领域

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。

背景技术

氮化物半导体例如GaN、AlN、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)、硅(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[0001]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(AlN template)，其中AlN层形成在硅衬底上。

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。

发明内容

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发明进行限制。

附图说明

图1示出根据本发明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示出根据第一实施方案制造半导体晶体衬底的一种示例性方法；

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，描述本发明的实施方案。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