[发明专利]半导体晶片以及制造该半导体晶片的方法

说明书

本发明涉及一种半导体晶片以及一种用于制造该半导体晶片的方法，所述半导体 晶片包含具有上表面的单晶硅衬底和覆盖所述上表面的堆叠层。特别地，本发明涉及一种 包含单晶硅衬底的多层半导体晶片，在所述单晶硅衬底上沉积有III族氮化物异质外延层。

所述多层半导体晶片可用作生产电子器件和光电子器件的原料，该电子器件和光 电子器件例如是高功率器件、如HEMT(高电子迁移率场效晶体管)的高频器件、以及如LED (发光二极管)的发光器件和如UV检测器的光检测器器件。

在硅和III族氮化物例如AlN、AlGaN、GaN和AlInGaN之间存在大量晶格失配，且在 热膨胀系数(CTE)方面也存在大量失配。晶格失配和CTE失配引起薄膜应力且导致严重问 题，例如由位错的形成所造成的不良晶体质量、以及由多层半导体晶片的弯曲或者甚至是 III族氮化物层或整个多层半导体晶片的断裂所造成的变形。CTE失配在多层半导体晶片冷 却后产生显著的拉伸应力。

为了减少薄膜应力已经做了各种尝试。根据US2009/0008647A1，可通过使用例如 分级的AlGaN缓冲层、AlN中间层、AlN/GaN或AlGaN/GaN基的超晶格、或者原位氮化硅掩模步 骤来生长无裂纹的层。尽管例如AlGaN缓冲层的存在可提供一些压缩应力来抵消在从沉积 温度进行冷却后由CTE失配引起的拉伸应力，但这种抵消应力不足以进行完全补偿。因此， 从沉积温度进行冷却后的多层半导体晶片的变形仍然是一个问题。

因此，请求保护的本发明的一个目的是对此问题提供合适的解决方案。

请求保护的本发明涉及一种半导体晶片，其包含具有上表面的单晶硅衬底和覆盖 该上表面的堆叠层，所述堆叠层包含：

覆盖所述单晶硅衬底的上表面的A1N成核层，其中该单晶硅衬底的上表面的晶格 取向相对于{111}-平面是取向偏离的(off-oriented)，该上表面的法线相对于＜111＞-方 向，朝向＜11-2＞-方向倾斜的角度θ不小于0.3°且不大于6°，该倾斜的方位角公差是± 0.1°；以及

覆盖所述A1N成核层且包含一个或多个Al_xGa_1-xN层的AlGaN缓冲层，其中0＜x＜1。

此外，请求保护的本发明涉及一种生产半导体晶片的方法，所述半导体晶片包含 具有上表面的单晶硅衬底和覆盖该上表面的堆叠层，所述方法包括：

提供具有上表面的单晶硅衬底，该单晶硅衬底的上表面的晶格取向相对于{111}- 平面是取向偏离的，该上表面的法线相对于＜111＞-方向，朝向＜11-2＞-方向倾斜的角度 θ不小于0.3°且不大于6°，该倾斜的方位角公差是±0.1°；

在所述单晶硅衬底的上表面上沉积A1N成核层，所述A1N成核层覆盖该单晶硅衬底 的上表面；

沉积AlGaN缓冲层，所述AlGaN缓冲层覆盖所述A1N成核层，并且包括一个或多个 Al_xGa_1-xN层，其中0＜x＜1。

“一层覆盖另一层”在本文中的意思是一层直接覆盖另一层或者是在该层和另一 层之间存在一个或多个中间层。

“AlGaN缓冲层”是指具有组成Al_xGa_1-xN的一层或多层，其中0＜x＜1。所述组成可 以是恒定的或分级的。分级的组成可以是阶梯式的或是连续分级的。参与形成AlGaN缓冲层 的各个Al_xGa_1-xN层可以具有相同或不同的组成。AlGaN缓冲层可以包括另外的层，尤其是一 个或多个另外的A1N层、一个或多个GaN层以及A1N层和GaN层的组合。AlGaN缓冲层的上表面 是III族极性氮化物表面。

优选的是，所述堆叠层包含一个或多个器件形成层，例如适于加工成电子器件或 者光电子器件的层。所述一个或多个器件形成层覆盖AlGaN缓冲层并且具有二元、三元或四 元III族氮化物的组成，所述III族氮化物包括元素Al、Ga和In中的至少一个元素。