專利名稱：半導體基板、半導體基板的制造方法及電子裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體基板、半導體基板的制造方法及電子裝置。本發(fā)明特別涉 及使用廉價的硅基板，在絕緣膜上形成結晶性優(yōu)良的化合物半導體結晶薄膜的半導體基 板、半導體基板的制造方法及電子裝置。
背景技術：
在使用了 GaAs系等的化合物半導體結晶的電子裝置中，利用異質結開發(fā)各種高 功能電子裝置。在高功能電子裝置中，由于電子裝置中所含的化合物半導體結晶的結晶性 的優(yōu)劣會影響電子裝置的性能，因而需要優(yōu)質的化合物半導體結晶。在以制造使用GaAs系 的化合物半導體結晶的電子裝置為目的的薄膜結晶生長中，由于異質界面的晶格匹配等的 要求，選擇GaAs或與GaAs的晶格常數極為接近的Ge等作為基板。因此，在專利文獻1中，記載有一種具有生長在失配基板或高位錯缺陷密度基板 上的外延區(qū)域的限定區(qū)域的半導體裝置。[專利文獻1]日本特開平4-233720號公報

發(fā)明內容
當制造GaAs系的電子裝置時，考慮到晶格匹配，而選擇如前所述GaAs基板或Ge 基板等的可與GaAs晶格匹配的基板。然而，GaAs基板或Ge基板等的與GaAs晶格匹配的 基板的價格昂貴，導致裝置的成本上升。此外，這些基板的散熱特性不充分，要實現充分的 散熱設計，會受到抑制裝置的形成密度、或在可進行散熱管理的范圍內使用裝置等的限制。 因此，尋求一種可使用價廉且散熱特性優(yōu)良的Si基板來制造的、并且具有優(yōu)質的GaAs系結 晶薄膜的半導體基板。例如，有以橫向外延過生長(lateral epitaxial overgrowth)法形 成的Ge來覆蓋的Si基板上的低位錯密度GaAs外延生長層的報道。(B. Y. Tsaur et.al. [Low-dislocation-density GaAs epilayers grown on Ge-coated Si substrates by means of lateral epitaxial overgrowth], App1. Phys. Lett. 41(4)347-349,15 August 1982)。然而，使用Si基板仍尚無法得到具有GaAs等化合物半導體的結晶薄膜且充分優(yōu) 質的半導體基板。正在尋求可提供高性能的電子裝置、且結晶性良好的半導體基板。

發(fā)明內容
為了解決上述課題，本發(fā)明人等經反復深入研究后，最終完成了本發(fā)明。S卩，在本 發(fā)明的第一方案中，提供一種半導體基板，其具有硅基板；形成在所述硅基板上，并具有 抵達所述硅基板且縱橫比為V 3/3以上的開口部的絕緣膜；形成于所述開口部，且形成為 比所述絕緣膜的表面更凸出的晶種化合物半導體結晶；以及以晶種化合物半導體結晶的特 定面為晶種面，于所述絕緣膜上進行橫向生長而成的橫向生長化合物半導體層。另外，當 面方位為(100)的硅基板的情況下，縱橫比可為1以上，當面方位為(111)的硅基板的情況下，縱橫比可為V 2(=約1.414)以上。當面方位為(110)的硅基板的情況下，縱橫比可為 V 3/3 (=約 0. 577)以上。在此，所謂開口部的縱橫比，系指開口部的深度除以開口部的寬度而得的值。例 如按照『電子信息通信學會編，[電子信息通信手冊(電子情報通信〃 > K寸”)第一 分冊]751頁，1988年，歐姆公司發(fā)行』，記載縱橫比為(蝕刻深度/圖案寬度)，在本說明書 中也以同樣意義使用縱橫比的用語。另外，開口部的深度系指于硅基板上層疊薄膜時的層 疊方向上的深度，開口部的寬度系指垂直于層疊方向的方向上的寬度。當開口部的寬度有 多個時，計算開口部的縱橫比時，使用最小寬度。例如當從開口部的層疊方向來看，形狀為 長方形時，計算縱橫比時是使用長方形的短邊的長度。另外，從開口部的層疊方向來看，形狀可為任何形狀，可例示如正方形、長方形、 條紋狀、圓形、橢圓形。當為圓形或橢圓形時，開口部的寬度分別為直徑、短徑。并且開口部 的層疊方向的剖面形狀也可為任何形狀，可例示如矩形、梯形等。當剖面形狀為梯形時，開 口部的寬度為最短長度的開口部底面或開口部入口的寬度。當從開口部的層疊方向來看，形狀為長方形或正方形，且層疊方向的剖面形狀為 矩形時，可認為開口部內部的立體形狀為長方體。然而，開口部內部的立體形狀可為任何的 形狀，當計算任何的開口部立體形狀的縱橫比時，可將開口部內部的立體形狀設定成近似 于長方體后再計算縱橫比。在第一方案中，所述開口部的與所述硅基板的表面平行的方向上的最大寬度尺寸 可為5μπι以下。所述晶種化合物半導體結晶可具有在所述開口部比所述絕緣膜的表面更 凸出地形成的第一晶種化合物半導體、以及與以所述第一晶種化合物半導體的特定面為核 而在所述絕緣膜上進行橫向生長而成的第二晶種化合物半導體，且所述晶種面可為所述第 二晶種化合物半導體的特定面。所述橫向生長化合物半導體層或所述晶種化合物半導體結 晶可具有包含缺陷的缺陷區(qū)域，所述缺陷區(qū)域可通過以規(guī)定間隔形成于所述晶種面或所述 絕緣膜的缺陷中心來控制其配置。所述橫向生長化合物半導體層可具有包含缺陷的缺陷區(qū)域，所述缺陷區(qū)域可通過 以規(guī)定間隔形成所述開口部來控制其配置。于所述絕緣膜形成多個所述開口部，以分別形 成于所述多個開口部的晶種化合物半導體結晶的特定面為晶種面所長晶的所述橫向生長 化合物半導體層是可在所述絕緣膜上互相間隔地形成的。所述橫向生長化合物半導體層可 含有2-6族化合物半導體或3-5族化合物半導體。本發(fā)明的第二方案中，提供一種半導體基板，具有硅基板；絕緣膜，是形成于所 述硅基板上的絕緣膜，并具有縱橫比為V 3/3以上的開口部；晶種化合物半導體結晶，其形 成于所述開口部；以及化合物半導體層，是形成于所述絕緣膜上的化合物半導體層，且與所 述晶種化合物半導體結晶晶格匹配或準晶格匹配。本發(fā)明的第3方案中，提供一種半導體基板，包含硅基板絕緣膜，是形成于所述 硅基板上的絕緣膜，并具有抵達所述硅基板且縱橫比為V 3/3以上的開口 ；化合物半導體 結晶，是形成于所述開口的化合物半導體結晶，且形成為比所述絕緣膜的表面更凸出；以及 橫向生長化合物半導體，是以所述化合物半導體結晶為晶種，在所述絕緣膜上進行橫向生 長而成。此時，所述化合物半導體結晶可包括在所述開口比所述絕緣膜的表面更凸出地形 成的第一晶種化合物半導體、以及以所述第一晶種化合物半導體作為核而于所述絕緣膜上進行橫向生長而成的第二晶種化合物半導體。本發(fā)明的第4方案中，提供一種半導體基板，包含硅基板；絕緣膜，是形成于所述 硅基板上的絕緣膜，并具有縱橫比為V 3/3以上的開口 ；化合物半導體結晶，形成于所述開 口 ；以及化合物半導體層，是形成于所述絕緣膜上的化合物半導體層，且與所述化合物半導 體結晶晶格匹配或準晶格匹配。本發(fā)明的第5方案中，提供一種半導體基板，包含絕緣膜，設置于硅基板上，并具 有揪橫比為V 3/3以上的開口 ；第一化合物半導體，形成于所述開口 ；以及第二化合物半導 體，其以所述第一化合物半導體為核，而至少在所述絕緣膜上進行生長而成。第1方案至第5方案中，當于開口部形成晶種化合物半導體結晶時，也可暫時在 550°C以下，較佳為在500°C以下的低溫下形成化合物半導體緩沖層后，提高溫度而形成晶 種化合物半導體結晶。同時，也可將開口部的底部或化合物半導體緩沖層的表面，以含有P 的氣體，例如以PH3處理后形成晶種化合物半導體結晶。本發(fā)明的第6方案中，提供一種半導體基板的制造方法，具有在硅基板形成絕緣 膜的步驟；在所述絕緣膜形成抵達所述硅基板且縱橫比為V 3/3以上的開口部的步驟；在 所述開口部比所述絕緣膜的表面更凸出地形成晶種化合物半導體結晶的步驟；以及以所述 晶種化合物半導體結晶的特定面為晶種面，于所述絕緣膜上使橫向生長化合物半導體層橫 向生長的步驟。第6方案中，形成所述晶種化合物半導體結晶的步驟可具有在所述開口部比所 述絕緣膜的表面更凸出地形成第一晶種化合物半導體的步驟以及以所述第一晶種化合物 半導體的特定面為核，于所述絕緣膜上使第二晶種化合物半導體進行橫向生長，再形成所 述第二晶種化合物半導體的特定面作為所述晶種面的步驟。還可具有在所述晶種化合物 半導體結晶或所述第二晶種化合物半導體的晶種面或是所述絕緣膜，形成規(guī)定間隔的缺陷 中心的步驟。本發(fā)明的第7方案中，提供一種半導體基板的制造方法，包括在硅基板形成絕緣 膜的步驟在所述絕緣膜形成縱橫比為V 3/3以上且抵達所述硅基板的開口的步驟；在所 述開口比所述絕緣膜的表面更凸出地形成化合物半導體結晶的步驟以及以所述化合物半 導體結晶為晶種，于所述絕緣膜上使橫向生長化合物半導體進行橫向生長的步驟。本發(fā)明的第8方案中，提供一種半導體基板的制造方法，包括在硅基板設置具有 縱橫比為V 3/3以上的開口的絕緣膜的步驟；在所述開口形成第一化合物半導體的步驟； 以及以所述第一化合物半導體為核，而至少于所述絕緣膜上形成第二化合物半導體的步 馬聚ο本發(fā)明的第9方案中，提供一種電子裝置，具有硅基板絕緣膜，是形成于所述硅 基板上的絕緣膜，并具有抵達所述硅基板且縱橫比為V 3/3以上的開口部；晶種化合物半 導體結晶，是形成于所述開口部的化合物半導體結晶，且形成為比所述絕緣膜的表面更凸 出；橫向生長化合物半導體層，其以所述晶種化合物半導體結晶的特定面為晶種面，在所述 絕緣膜上進行橫向生長而成以及有源元件，在所述橫向生長化合物半導體層的無缺陷區(qū) 域上具有活性區(qū)域。第9方案中，所述有源元件可具有第一輸入輸出電極及第二輸入輸出電極，所述 第一輸入輸出電極可覆蓋所述橫向生長化合物半導體層的生長面。所述有源元件具有第一輸入輸出電極及第二輸入輸出電極，包含所述開口的區(qū)域上的所述橫向生長化合物半導體 層可通過蝕刻而去除，所述第二輸入輸出電極可覆蓋經由所述蝕刻而露出的所述橫向生長 化合物半導體層的側面。所述第二輸入輸出電極可通過形成在經所述蝕刻而露出的所述絕 緣膜的開口的所述晶種化合物半導體結晶而連接于所述硅基板。所述有源元件具有用于控 制輸入輸出間的電流或電壓的控制電極，所述控制電極可相互對置地形成于所述絕緣膜與 所述橫向生長化合物半導體層之間、及所述橫向生長化合物半導體層的所述絕緣膜的相反 側。所述有源元件可相互連接在一起。本發(fā)明的第10方案中，提供一種電子裝置，包含硅基板；絕緣膜，是形成于所述 硅基板上的絕緣膜，并具有抵達硅基板且縱橫比為V 3/3以上的開口 ；化合物半導體結晶， 是形成于所述開口的化合物半導體結晶，且形成為比絕緣膜的表面更凸出；橫向生長化合 物半導體，其以化合物半導體結晶為晶種，所述絕緣膜上進行橫向生長而成；以及有源元 件，在所述橫向生長化合物半導體上具有活性區(qū)域。本發(fā)明的第11方式中，提供一種電子裝置，包含絕緣膜，是設置于硅基板上，并 具有縱橫比為V 3/3以上的開口 ；第一化合物半導體，形成于所述開口 ；以及第二化合物半 導體，其以所述第一化合物半導體為核，而至少于所述絕緣膜上進行生長而成；以及有源元 件，其在所述第二化合物半導體上具有活性區(qū)域。


圖1表示本實施方式的電子裝置100的平面例。圖2表示圖1中的A-A線剖面。圖3表示圖1中的B-B線剖面。圖4表示在制造過程中的電子裝置100的剖面例。圖5表示在制造過程中的電子裝置100的剖面例。圖6表示在制造過程中的電子裝置100的剖面例。圖7表示在制造過程中的電子裝置100的剖面例。圖8表示其他實施方式的電子裝置200的平面例。圖9表示其他實施方式的電子裝置300的平面例。圖10表示其他實施方式的電子裝置400的剖面例。圖11表示其他實施方式的電子裝置500的剖面例。圖12表示其他實施方式的電子裝置600的剖面例。圖13表示其他實施方式的電子裝置700的剖面例。符號說明100電子裝置，102硅基板，104絕緣膜，105開口部，108第一晶種化合物半導體， 110第二晶種化合物半導體，112橫向生長化合物半導體層，114柵絕緣膜，116柵電極，118 源/漏電極，120缺陷區(qū)域，130缺陷區(qū)域，200電子裝置，300電子裝置，400電子裝置，402 化合物半導體緩沖層，500電子裝置，502源/漏電極，600電子裝置，602源/漏電極，700電 子裝置，702下部柵極絕緣膜，704下部柵電極
具體實施例方式以下，通過發(fā)明的實施方式說明本發(fā)明，但以下的實施方案并非限定于權利要求 范圍涉及的本發(fā)明。此外，在實施方式中所說明的所有特征的組合并不全都為發(fā)明的解決 方式所必須的。圖1是表示本實施方式的電子裝置100的平面例。圖2表示圖1中的A-A線剖面。 圖3表示圖1中的B-B線剖面。本實施方式的電子裝置100具有硅基板102、絕緣膜104、 第一晶種化合物半導體108、第二晶種化合物半導體110、橫向生長化合物半導體層112、柵 極絕緣膜114、柵電極116、源/漏電極118。在以下的說明中，作為電子裝置100，例示包含 多個MOSFET (金屬氧化物半導體場效晶體管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor))的裝置。硅基板102例如可為市售的硅晶片，在硅基板102上形成作為有源元件的MOSFET 等。在本實施方式中，由于使用硅基板102作為基板，故性價比優(yōu)良。此外，由于使用硅基 板102，而容易進行電子裝置100的散熱管理。絕緣膜104形成在硅基板102上。在絕緣膜104上具有抵達所述硅基板102且縱 橫比為V 3/3以上的開口部105。另外，“開口部”有時也稱為“開口”，開口部105可為開 口的一例。形成于絕緣膜104的開口部105的與硅基板102的表面平行的方向上的最大尺 寸可為5 μ m以下，較佳為2 μ m以下。絕緣膜104具有作為阻礙外延生長的阻擋層的功能。 換言之，可選擇性地使外延生長膜堆積于露出硅的開口部105，且可使外延生長膜不在絕緣 膜104上生長。作為絕緣膜104可例示如氧化硅膜或氮化硅膜。另外，在開口部105的底部露出 的硅基板102的表面，可用含有P的氣體例如用PH3 (三氫化磷)進行處理。此時，可提高 形成于開口部105的膜的結晶性。絕緣膜104可在硅基板102上互相間隔地形成多個。換言之，可于硅基板102形 成多個絕緣膜104。這樣，使硅基板102在多個絕緣膜104之間露出，而該硅基板102的露 出部會具有作為原料吸附部的功能。原料吸附部是進行外延生長時使被膜生長前體吸附的 區(qū)域，可使外延生長的成膜速度穩(wěn)定化。當將絕緣膜104互相間隔地形成時，間隔距離是以 20 μ m以上500 μ m以下為佳。根據本發(fā)明人等的實驗，以該間隔配置絕緣膜104，即可得到 穩(wěn)定的外延生長速度。另外，開口部105可在多個絕緣膜104的每個中形成1個以上。多 個絕緣膜104可等間隔地配置于硅基板102上。第一晶種化合物半導體108是在開口部105中比絕緣膜104的表面更凸出地形成 的。換言之，第一晶種化合物半導體108是形成于開口部105，并在其上部形成在絕緣膜104 的表面的更上方。或者，比絕緣膜104的表面更凸出地形成。在比絕緣膜104的表面更凸 出的部分形成作為晶種面的特定面。因使第一晶種化合物半導體108選擇性地在開口于絕 緣膜104且縱橫比為V 3/3以上的開口部105生長，所以可提高第一晶種化合物半導體108 的結晶性。換言之，若在縱橫比為V 3/3以上的開口部105處選擇性地生長，并使其生長至某 特定程度的厚度時，則會使第一晶種化合物半導體108的結晶缺陷在開口部105的壁面停 止。這樣，開口部105內部的第一晶種化合物半導體108，在其上部變得具備優(yōu)良的結晶性。 因為在開口部105的上面的第一晶種化合物半導體108可成為第二晶種化合物半導體110的晶核，所以可提高第二晶種化合物半導體110的結晶性。另外，開口部105的縱橫比可為V 3/3以上。特別是，當硅基板102的面方位為(100) 時，縱橫比是以1以上為佳，當硅基板102的面方位為(111)時，縱橫比是以V 2(=約1.414) 以上為佳。當硅基板102的面方位為(110)時，縱橫比優(yōu)選是V 3/3(=約0.577)以上。第二晶種化合物半導體110以第一晶種化合物半導體108的特定面為核，在絕緣 膜104上進行橫向生長。第二晶種化合物半導體110可為與第一晶種化合物半導體108的 特定面晶格匹配或準晶格匹配的4族、3-5族或2-6族的化合物半導體，可例示如GaAs、 InGaAs, SiC0第二晶種化合物半導體110的特定面提供可成為橫向生長化合物半導體層 112的晶核的晶種面。因與上述同樣地使第二晶種化合物半導體110的結晶性提高，所以第 二晶種化合物半導體110可提供結晶性優(yōu)良的晶種面。所謂準晶格匹配，是指由于互相鄰接的2個半導體層的各自的晶格常數之差小， 故雖然并非完全的晶格匹配，但是由于是在因晶格不匹配所造成的缺陷的產生在不顯著的 范圍內大致晶格匹配，而層疊互相鄰接的2個半導體層的狀態(tài)。例如Ge層與GaAs層的層 疊狀態(tài)稱為準晶格匹配。另外，第一晶種化合物半導體108及第二晶種化合物半導體110可確定形成為一 體的晶種化合物半導體結晶。換言之，第一晶種化合物半導體108及第二晶種化合物半導 體110為在開口部105形成的化合物半導體結晶，并是形成為比絕緣膜104的表面更凸出 的晶種化合物半導體結晶。晶種化合物半導體結晶的晶種面，可為第二晶種化合物半導體 110的特定面。橫向生長化合物半導體層112以第二晶種化合物半導體110或晶種化合物半導 體結晶的特定面為晶種面，在絕緣膜104上進行橫向生長。橫向生長化合物半導體層112， 因以結晶性優(yōu)良的第二晶種化合物半導體110或晶種化合物半導體結晶的特定面為晶種 面進行結晶生長，所以形成為結晶性優(yōu)良的半導體層。因此，橫向生長化合物半導體層112 具有不含缺陷的無缺陷區(qū)域。橫向生長化合物半導體層112可含有2-6族化合物半導體或 3-5族化合物半導體。橫向生長化合物半導體層112可例示如GaAs層。在此，所謂無缺陷 區(qū)域，系指不包括在進行晶格常數或熱膨脹系數等物性值不同的結晶層疊時產生的刃型位 錯(edge dislocation)、螺旋位錯等位錯的區(qū)域。除了完全不含此等缺陷的情形以外，也包 括具有比缺陷區(qū)域更低缺陷密度的區(qū)域的情況。當使用在主面具有(100)面的硅基板102，在硅基板102的(100)面上，使化合物 半導體橫向生長時，硅基板的<011>方向比硅基板102的<0-11>方向更容易生長化合物半 導體。當在硅基板102的<0-11>方向使化合物半導體生長時，在經橫向生長的化合物半導 體的端面顯現化合物半導體的(Ill)B面。由于此(Ill)B面是穩(wěn)定的，故容易形成平坦的 面。因此，可在化合物半導體的(Ill)B面上形成柵極絕緣膜、源電極、柵電極及漏電極，而 形成電子裝置。另一方面，當在硅基板102的<011>方向橫向生長化合物半導體時，在橫向生長的 化合物半導體的端面，朝相反方向顯現化合物半導體的(Ill)B面。此時，由于可擴大上側 的(100)面，因此可在(100)面上形成電子裝置。此外，也可在硅基板102的<010>方向及 <001>方向，在高的胂分壓條件下，使化合物半導體進行橫向生長。當在這些方向進行生長 時，在橫向生長的化合物半導體的端面容易顯現化合物半導體的(110)面或(101)面。在化合物半導體的這些(110)面或(101)面上也可形成柵極絕緣膜、源電極、柵電極及漏電極， 而形成電子裝置。以上所說明的硅基板102、絕緣膜104、第一晶種化合物半導體108、第二晶種化合 物半導體110、及橫向生長化合物半導體層112也可把握半導體基板所具備的各構件。此 外，若改變表現以呈現半導體基板，則可得到一種半導體基板，其具備硅基板102 ；形成于 硅基板102上的具有縱橫比為V 3/3以上的開口部105的絕緣膜104 ；形成于開口部105 的晶種化合物半導體結晶；以及形成于絕緣膜104上，且與晶種化合物半導體結晶晶格匹 配或準晶格匹配的化合物半導體層。晶種化合物半導體結晶可包括第一晶種化合物半導體 108及第二晶種化合物半導體110，化合物半導體層可為橫向生長化合物半導體層112。橫向生長化合物半導體層112，可形成在橫向生長化合物半導體層112的無缺陷 區(qū)域上具有活性區(qū)域的有源元件。有源元件可例示如具備柵極絕緣膜114、柵電極116、 源/漏電極118的MOSFET。MOSFET也可以為MISFET(金屬絕緣體半導體場效晶體管 (metal-Insulator-semiconductor field-effect transistor))。柵極絕緣膜114是使柵電極116與橫向生長化合物半導體層112電性絕緣。柵極 絕緣膜114可例示如氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜等。柵電極116可為控制電極的一例。柵電極116系控制源電極及漏電極所例示的輸 入輸出電極間的電流或電壓。柵電極116可例示如鋁、銅、金、銀、鉬、鎢、其他金屬；或經高 濃度摻雜的硅等半導體。源/漏電極118可為輸入輸出電極的一例。源/漏電極118分別連接源電極區(qū)域 及漏電極區(qū)域。源/漏電極118可例示如鋁、銅、金、銀、鉬、鎢、其他金屬；或經高濃度摻雜 的硅等半導體。另外，在圖中，省略了在源/漏電極118的下部形成源電極及漏電極的各區(qū)域。此 外，在柵電極116的下部且形成源電極及漏電極區(qū)域之間的通道區(qū)域的通道層，可為橫向 生長化合物半導體層112本身，也可為形成于橫向生長化合物半導體層112上的層。在橫 向生長化合物半導體層112與通道層之間可形成緩沖層。通道層或緩沖層可例示如GaAs 層、InGaAs 層、AlGaAs 層、GaN 層、InGaP 層、ZnSe 層等。在圖1中，電子裝置100具有6個MOSFET。6個MOSFET中，3個MOSFET由柵電極 116及源/漏電極118的布線相互連接。此外，以多個形成在硅基板102上的絕緣膜104的 開口部105中的第一晶種化合物半導體108為核，進行結晶生長而得的橫向生長化合物半 導體層112，在絕緣膜104上互相間隔地形成。由于互相間隔地形成橫向生長化合物半導體層112，所以在與鄰接的橫向生長化 合物半導體層112之間不會形成界面，而消除了起因于該界面的結晶缺陷的問題的考慮。 另一方面，形成于橫向生長化合物半導體層112上的有源元件，只要在其活性層中實現優(yōu) 良的結晶性即可，不會產生因間隔地形成橫向生長化合物半導體層112所造成的不良。當 想要增加各有源元件中的驅動電流時，只要如同本實施方式所示將各有源元件相互地例如 并聯(lián)即可。另外，在圖1至圖3所例示的電子裝置中，以夾住開口部105的方式形成有2個 MOSFETdfi 2個MOSFET之間，也可以通過將化合物半導體層蝕刻等去除或由注入離子等而 活化，而以元件間互相分離的方式形成。圖4至圖7表示在制造過程中的電子裝置100的剖面例。如圖4所示，在硅基板102形成絕緣膜104，在絕緣膜104形成抵達硅基板102且縱橫比為V 3/3以上的開口部 105。絕緣膜104可依例如CVD (Chemical Vapor D印osition，化學氣相沉積)法或濺鍍法 而形成，絕緣膜104的開口部105可用光刻法形成。如圖5所示，在絕緣膜104的開口部105比絕緣膜104的表面更凸出地形成第一 晶種化合物半導體108。換言之，第一晶種化合物半導體108比絕緣膜104的表面更凸出 地形成。當形成第一晶種化合物半導體108 (例如GaAs)時，可利用例如MOCVD法或MBE法 的外延生長方法。此時，原料氣體可使用TM-Ga(三甲基鎵)、AsH3(三氫化砷)、其他氣體。 生長溫度可例示如600°C至650°C。接著，以第一晶種化合物半導體108的特定面為晶種面，在絕緣膜104上橫向生 長第二晶種化合物半導體110。此步驟的剖面與圖3相同。當形成第二晶種化合物半導體 110 (例如GaAs)時，可利用使用例如MOCVD法或MBE法的外延生長方法。此時，原料氣體可 使用TM-Ga (三甲基鎵)、AsH3 (三氫化砷)、其他氣體。生長溫度可例示如600°C至650°C。如圖6所示，以第二晶種化合物半導體110的特定面為晶種面，在絕緣膜104上 使橫向生長化合物半導體層112進行橫向生長。當形成橫向生長化合物半導體層112(例 如GaAs)時，可利用使用例如MOCVD法或MBE法的外延生長方法。此時，原料氣體可使用 TM-Ga (三甲基鎵)、AsH3(三氫化砷)、其他氣體。當形成在例如(001)面的基板上時，為了促進橫向生長，以選擇低溫生長的條件 為佳，具體而言可以是700°C以下的溫度條件，更佳以650°C以下的溫度條件進行生長。為 了在例如<110>方向進行橫向生長，以高的AsH3分壓條件(例如0. IKPa以上的AsH3分壓) 進行生長為佳。這樣，可使<110>方向的生長速率提高至比<_110>方向的生長速率更大。如圖7所示，在橫向生長化合物半導體層112上，依序形成作為柵極絕緣膜114 的絕緣膜及作為柵電極116的導電膜，并將該所形成的導電膜及絕緣膜依例如光刻法 (photolithography)進行圖案化。這樣，形成柵極絕緣膜114與柵電極116。之后，形成作 為源/漏電極118的導電膜，并將該所形成的導電膜例如依光刻法進行圖案化，這樣可制造 圖2所示的電子裝置100。根據上述的電子裝置100，由于將第一晶種化合物半導體108形成于絕緣膜104的 縱橫比為V 3/3以上的開口部105，故可提高第一晶種化合物半導體108的結晶性。因第 一晶種化合物半導體108的結晶性提高，而可提高以第一晶種化合物半導體108的特定面 作為晶種面的第二晶種化合物半導體110的結晶性。因此，可提高以第二晶種化合物半導 體110的特定面作為晶種面的橫向生長化合物半導體層112的結晶性。因此，提高形成于 橫向生長化合物半導體層112上的電子裝置的活性層的結晶性，而可提高形成于價廉的基 板即硅基板102上的電子裝置的性能。此外，在上述的電子裝置100中，在絕緣膜104上形成橫向生長化合物半導體層 112。換言之，電子裝置100由與SOI (Silicon on Insulator，絕緣層上硅結構)同樣的結 構形成。因此，可降低電子裝置100的雜散容量(stray capacitance)，而提高運轉速率。 進一步，可減少流至硅基板102的漏電電流。圖8表示其他實施方式的電子裝置200的平面例。另外，在圖8中，省略了柵電極 及源/漏電極。電子裝置200中的橫向生長化合物半導體層112具有包含缺陷的缺陷區(qū)域 120。缺陷區(qū)域120是以形成第一晶種化合物半導體108的開口部105作為起點開始產生，并通過以規(guī)定間隔形成開口部105而控制其配置。在此，規(guī)定間隔是根據電子裝置200的 目的而適當設計的間隔，包括例如將多個開口部105以等間隔地形成、依據規(guī)則性形成、 周期性地形成等方式。圖9是表示其他實施方式的電子裝置300的平面例。另外，在圖9中，省略柵電極 及源/漏電極。電子裝置300中的橫向生長化合物半導體層112，除了具有電子裝置200中 的缺陷區(qū)域120以外，還具有包含缺陷的缺陷區(qū)域130。缺陷區(qū)域130是由以規(guī)定間隔形成 于第二晶種化合物半導體110的晶種面或絕緣膜104的缺陷中心來控制其配置的。缺陷中心可以在晶種面或絕緣膜104形成例如物理性的損傷等的方式生成。物理 性的損傷可由例如機械性的刮擦、摩擦、注入離子等而形成。在此，規(guī)定間隔是依電子裝置 300的目的而適當設計的間隔，例如包括將多個缺陷中心以等間隔地形成、依據規(guī)則性形 成、周期性地形成等的方式。上述的缺陷區(qū)域120及缺陷區(qū)域130是包括多個刻意地形成于橫向生長化合物半 導體層112的區(qū)域，例如在橫向生長化合物半導體層112的結晶生長步驟中形成。因形成 缺陷區(qū)域120，而可使橫向生長化合物半導體層112的缺陷集中在缺陷區(qū)域120或缺陷區(qū)域 130，因此可降低非缺陷區(qū)域120及非缺陷區(qū)域130的橫向生長化合物半導體層112的其他 區(qū)域的壓力等，而提高結晶性?？稍诜侨毕輩^(qū)域120及非缺陷區(qū)域130的無缺陷區(qū)域形成 電子裝置。另外，無缺陷區(qū)域的用語中，除了完全不含缺陷的情況以外，其余也包括具有比 缺陷區(qū)域120更低的缺陷密度的區(qū)域的情況。圖10表示其他實施方式的電子裝置400的剖面例。圖10的剖面例相當于圖1中 的A-A線剖面。除了電子裝置400在開口部105具有化合物半導體緩沖層402以外，其余 可與電子裝置100的情況相同?；衔锇雽w緩沖層402例如可為在550°C以下，較佳為 500 °C以下的溫度下所形成的GaAs層。通過形成化合物半導體緩沖層402，而可以提高第一晶種化合物半導體108的結 晶性。此外，也可在將開口部105的底面或化合物半導體緩沖層402的表面，以含有P的氣 體例如以PH3處理后，形成晶種化合物半導體結晶。這樣，可進一步提高第一晶種化合物半 導體108的結晶性。圖11是表示其他實施方式的電子裝置500的剖面例。圖11的剖面例相當于圖1 中的A-A線剖面。除了電子裝置500中的源/漏電極502的配置不同以外，其余可與電子 裝置100的情形相同。在電子裝置500中，可為有源元件的一例的M0SFET具有源/漏電極118及源/漏 電極502。源/漏電極502可為第一輸入輸出電極的一例，源/漏電極118可為第二輸入輸 出電極的一例。作為第一輸入輸出電極的一例的源/漏電極502覆蓋橫向生長化合物半導 體層112的生長面。換言之，源/漏電極502也形成于橫向生長化合物半導體層112的側 通過在橫向生長化合物半導體層112的側面也形成源/漏電極502，而可在橫向生 長化合物半導體層112或形成于其上的活性層(載流子移動層)中的載流子移動方向配置 輸入輸出電極。這樣，使載流子容易移動，而可提高電子裝置500的性能。
圖12表示其他實施方式的電子裝置600的剖面例。圖12的剖面例相當于圖1中 的A-A線剖面。除了電子裝置600中的源/漏電極602的配置不同以外，其余可與電子裝置500的情形相同。在電子裝置600中，可為有源元件的一例的M0SFET，具有源/漏電極 602及源/漏電極502。源/漏電極602可為第二輸入輸出電極的一例。在電子裝置600中，開口部105的橫向生長化合物半導體層112經蝕刻而去除。而 且，源/漏電極602覆蓋經蝕刻而露出的橫向生長化合物半導體層112的側面。這樣，使電 子裝置600中的載流子容易移動，而可進一步提高電子裝置600的性能。此外，源/漏電極602，借助經蝕刻而露出的開口部105的第一晶種化合物半導體 108而連接于硅基板102。這樣，可將M0SFET的一方的輸入輸出端子維持于基板電位，例如 可發(fā)揮降低噪聲等的效果。圖13表示其他實施方式的電子裝置700的剖面例。圖13的剖面例相當于圖1中 的A-A線剖面。除了電子裝置700具備下部柵極絕緣膜702及下部柵電極704以外，其余 可與電子裝置100的情形相同。在電子裝置700中，可為有源元件的一例的M0SFET，具有控 制輸入輸出間的電流或電壓的柵電極116及下部柵電極704。柵電極116及下部柵電極704可為控制電極的一例。下部柵電極704，配置在絕緣 膜104與橫向生長化合物半導體層112之間，柵電極116配置在橫向生長化合物半導體層 112的絕緣膜104的相反側。柵電極116及下部柵電極704相互對置地形成。在電子裝置700中，因如上述地配置柵電極116及下部柵電極704，因而可簡便地 實現雙柵極結構。由雙柵極結構，即可提高柵極的控制性，進而提高電子裝置700的開關性 能等。在以上的說明中例示 MOSraT (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)作為電子裝置的一例。然而，電子裝置不限于M0SFET，除了 M0SFET以外， 也可例示如HEMT(High Electron Mobility Transistor，高電子遷移率晶體管)、準晶 HEMT (pseudomorphic-HEMT)。進而，電子裝置 100 可例示如MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor，金屬半導體場效晶體管)等。以上，使用實施方式說明本發(fā)明，但本發(fā)明的技術性范圍不受上述實施方式中所 記載的范圍所限定。本領域技術人員明白，可對上述實施的方案實施多種多樣的變更或改 良。并且根據本發(fā)明的技術范圍的記載可明確，實施上述變更和改良后的方案也包含在本 發(fā)明的請求保護范圍內。
權利要求
一種半導體基板，具有硅基板；絕緣膜，是形成在所述硅基板上的絕緣膜，并具有抵達所述硅基板且縱橫比為√3/3以上的開口部；晶種化合物半導體結晶，是形成在所述開口部的化合物半導體結晶，且形成為比所述絕緣膜的表面更凸出；以及橫向生長化合物半導體層，以所述晶種化合物半導體結晶的特定面為晶種面，在所述絕緣膜上進行橫向生長而成。
2.如權利要求1所述的半導體基板，其中，所述開口部的、與所述硅基板的表面平行的方向上的最大寬度尺寸是5μπι以下。
3.如權利要求1或2所述的半導體基板，其中，所述晶種化合物半導體結晶具有在所述開口部比所述絕緣膜的表面更凸出地形成的 第一晶種化合物半導體、以及以所述第一晶種化合物半導體的特定面為核而在所述絕緣膜 上進行橫向生長而成的第二晶種化合物半導體；且所述晶種面是所述第二晶種化合物半導體的特定面。
4.如權利要求1至3項中任一項所述的半導體基板，其中，所述橫向生長化合物半導體層或所述晶種化合物半導體結晶具有包含缺陷的缺陷區(qū)域，所述缺陷區(qū)域由以規(guī)定間隔形成于所述晶種面或所述絕緣膜的缺陷中心來控制其配置。
5.如權利要求1至3項中任一項所述的半導體基板，其中， 所述橫向生長化合物半導體層具有包含缺陷的缺陷區(qū)域， 所述缺陷區(qū)域通過以規(guī)定間隔形成所述開口部來控制其配置。
6.如權利要求1至5項中任一項所述的半導體基板，其中，在所述絕緣膜形成多個所述開口部，以分別形成于所述多個開口部的晶種化合物半導 體結晶的特定面為晶種面結晶生長而得的所述橫向生長化合物半導體層，在所述絕緣膜上 互相間隔地形成。
7.如權利要求1項至第6項中任一項所述的半導體基板，其中，所述橫向生長化合物半導體層，含有2-6族化合物半導體或3-5族化合物半導體。
8.一種半導體基板，具有 硅基板；絕緣膜，是形成于所述硅基板上的絕緣膜，并具有縱橫比為V 3/3以上的開口部； 晶種化合物半導體結晶，其形成于所述開口部；以及化合物半導體層，是形成于所述絕緣膜上的化合物半導體層，并與所述晶種化合物半 導體結晶晶格匹配或準晶格匹配。
9.一種半導體基板，包含 硅基板；絕緣膜，是形成于所述硅基板上的絕緣膜，并具有抵達所述硅基板且縱橫比為V 3/3 以上的開口；化合物半導體結晶，是形成于所述開口的化合物半導體結晶，形成為比所述絕緣膜的 表面更凸出；以及橫向生長化合物半導體，以所述化合物半導體結晶為晶種，在所述絕緣膜上進行橫向 生長而成。
10.如權利要求9項所述的半導體基板，其中，所述化合物半導體結晶包括在所述開口比所述絕緣膜的表面更凸出地形成的第一晶 種化合物半導體，以及以所述第一晶種化合物半導體為核而在所述絕緣膜上進行橫向生長而成的第二晶種 化合物半導體。
11.一種半導體基板，包含 硅基板；絕緣膜，是形成在所述硅基板上的絕緣膜，并具有縱橫比為V 3/3以上的開口 ； 化合物半導體結晶，形成于所述開口 ；以及化合物半導體層，是形成于所述絕緣膜上的化合物半導體層，并與所述化合物半導體 結晶晶格匹配或準晶格匹配。
12.—種半導體基板，包含絕緣膜，設置于硅基板上，并具有縱橫比為V 3/3以上的開口 ； 第一化合物半導體，形成于所述開口 ；以及第二化合物半導體，以所述第一化合物半導體為核，而至少在所述絕緣膜上進行生長 而成。
13.一種半導體基板的制造方法，具有 在硅基板形成絕緣膜的步驟；在所述絕緣膜上形成抵達所述硅基板，且縱橫比為V 3/3以上的開口部的步驟； 在所述開口部形成比所述絕緣膜的表面更凸出的晶種化合物半導體結晶的步驟；以及 以所述晶種化合物半導體結晶的特定面為晶種面，在所述絕緣膜上，使橫向生長化合 物半導體層橫向生長的步驟。
14.如權利要求13項所述的半導體基板的制造方法，其中， 形成所述晶種化合物半導體結晶的步驟具有在所述開口部形成比所述絕緣膜的表面更凸出的第一晶種化合物半導體的步驟；以及 以所述第一晶種化合物半導體的特定面為核而在所述絕緣膜上使第二晶種化合物半 導體橫向生長，形成所述第二晶種化合物半導體的特定面作為所述晶種面的步驟。
15.如權利要求14項所述的半導體基板的制造方法，其中，還具有在所述晶種化合物半導體結晶或所述第二晶種化合物半導體的晶種面或是所 述絕緣膜，形成具有規(guī)定間隔的缺陷中心的步驟。
16.一種半導體基板的制造方法，包括 在硅基板形成絕緣膜的步驟；在所述絕緣膜形成縱橫比為V 3/3以上的抵達所述硅基板的開口的步驟； 在所述開口形成比所述絕緣膜的表面更凸出的化合物半導體結晶的步驟；以及 以所述化合物半導體結晶為晶種，在所述絕緣膜上使橫向生長化合物半導體橫向生長的步驟。
17.一種半導體基板的制造方法，包括在硅基板設置具有縱橫比為V 3/3以上的開口的絕緣膜的步驟； 在所述開口形成第一化合物半導體的步驟；以及以所述第一化合物半導體為核，至少在所述絕緣膜上形成第二化合物半導體的步驟。
18.一種電子裝置，具有 硅基板；絕緣膜，是形成在所述硅基板上的絕緣膜，具有抵達所述硅基板且縱橫比為V 3/3以 上的開口部；晶種化合物半導體結晶，是形成在所述開口部的化合物半導體結晶，且形成為比所述 絕緣膜的表面更凸出；橫向生長化合物半導體層，以所述晶種化合物半導體結晶的特定面為晶種面，在所述 絕緣膜上進行橫向生長而成；以及有源元件，其在所述橫向生長化合物半導體層的無缺陷區(qū)域上具有活性區(qū)域。
19.如權利要求18項所述的電子裝置，其中，所述有源元件具有第一輸入輸出電極及第二輸入輸出電極， 所述第一輸入輸出電極，覆蓋所述橫向生長化合物半導體層的生長面。
20.如權利要求18或19項所述的電子裝置，其中，所述有源元件具有第一輸入輸出電極及第二輸入輸出電極，包含所述開口的區(qū)域上的所述橫向生長化合物半導體層，通過蝕刻而去除，所述第二輸入輸出電極，覆蓋經所述蝕刻而露出的所述橫向生長化合物半導體層的側面。
21.如權利要求20項所述的電子裝置，其中，所述第二輸入輸出電極，通過形成在經所述蝕刻而露出的所述絕緣膜的開口的所述晶 種化合物半導體結晶而連接于所述硅基板。
22.如權利要求18項至21項中任一項所述的電子裝置，其中， 所述有源元件具有用于控制輸入輸出間的電流或電壓的控制電極，所述控制電極，相互對置地形成在所述絕緣膜與所述橫向生長化合物半導體層之間、 及所述橫向生長化合物半導體層的所述絕緣膜的相反側。
23.如權利要求18項至22項中任一項所述的電子裝置，其中， 所述有源元件相互連接。
24.—種電子裝置，包含 硅基板；絕緣膜，是形成在所述硅基板上的絕緣膜，并具有抵達所述硅基板且縱橫比為V 3/3 以上的開口；化合物半導體結晶，是形成在所述開口的化合物半導體結晶，且形成為比所述絕緣膜 的表面更凸出；橫向生長化合物半導體，其以所述化合物半導體結晶為晶種，在所述絕緣膜上進行橫 向生長而成；以及有源元件，其在所述橫向生長化合物半導體上具有活性區(qū)域。
25. 一種電子裝置，包含絕緣膜，設置在硅基板上，并具有縱橫比為V 3/3以上的開口 ； 第一化合物半導體，形成在所述開口 ；第二化合物半導體，其以所述第一化合物半導體為核，至少在所述絕緣膜上進行生長 而成；以及有源元件，在所述第二化合物半導體上具有活性區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體基板，其提高化合物半導體裝置的轉換速度。并具有硅基板；形成在所述硅基板上，并具有抵達所述硅基板且縱橫比為/3以上的開口部的絕緣膜；形成于所述開口部，且形成為比所述絕緣膜的表面更凸出的晶種化合物半導體結晶以及以所述晶種化合物半導體結晶的特定面為晶種面，于所述絕緣膜上進行橫向生長而成的橫向生長化合物半導體層。
文檔編號H01L21/205GK101946307SQ20098010555
公開日2011年1月12日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權日2008年3月1日
發(fā)明者秦雅彥, 高田朋幸 申請人:住友化學株式會社