外延基板、半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種外延基板，其特征在于，其具備：硅基板，其以4×1017cm－3以上且6×1017cm－3以下的濃度含有氧原子，且以5×1018cm－3以上且6×1019cm－3以下的濃度含有硼原子；及，半導(dǎo)體層，其配置于硅基板上，并且由具有與硅基板不同的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成。由此，可提供一種外延基板，所述外延基板可抑制由于硅基板與半導(dǎo)體層之間的應(yīng)力所導(dǎo)致的翹曲的產(chǎn)生。
【專利說明】外延基板、半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種外延基板、半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述外延基板具有形成于娃基板上的外延生長層。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體裝置中，使用一種外延基板，所述外延基板是通過外延生長，在廉價(jià)的硅基板上，形成由氮化物半導(dǎo)體等與硅基板不同的材料所構(gòu)成的半導(dǎo)體層。然而，由于硅基板與半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)差異或熱膨脹系數(shù)差異，導(dǎo)致在半導(dǎo)體層的外延生長時(shí)或降低溫度時(shí)，硅基板與半導(dǎo)體層之間產(chǎn)生較大的應(yīng)力。由于產(chǎn)生如此較大的應(yīng)力，因此，硅基板上將產(chǎn)生塑性變形，翹曲非常大。其結(jié)果為，會(huì)制造出無法用于半導(dǎo)體裝置的外延基板。
[0003]為了避免此問題，提出以下方法:通過向硅基板中添加硼(B)，來提高硅基板的強(qiáng)度，抑制硅基板的翹曲(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特許第4519196號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007][發(fā)明所要解決的課題]
[0008]已知可通過向硅基板中添加硼(B)，來提高硅基板的強(qiáng)度。然而，關(guān)于添加有硼的娃基板，尚未對(duì)娃基板中所含有的氧的適當(dāng)濃度進(jìn)行充分的研究。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種外延基板、半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述外延基板，通過規(guī)定硅基板中所含有的氧原子濃度和硼原子濃度，而可抑制由于硅基板與半導(dǎo)體層之間的應(yīng)力所導(dǎo)致的翹曲的產(chǎn)生。
[0010][解決課題的方法]
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種外延基板，其具備:娃基板,其以4X 1017cm — 3以上且6X1017cm —3以下的濃度含有氧原子，并且以5X1018cm —3以上且6X 1019cm —3以下的濃度含有硼原子；及，半導(dǎo)體層，其配置于硅基板上，并且由具有與硅基板不同的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種半導(dǎo)體裝置，其具備:硅基板，其以4X 117Cm以上且6X1017cm —3以下的濃度含有氧原子，并且以5X 118Cm — 3以上且6 X 119Cm-3以下的濃度含有硼原子；半導(dǎo)體層，其配置于硅基板上，并且由具有與硅基板不同的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成；及，電極，其與半導(dǎo)體層電性連接。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方案，提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包含:準(zhǔn)備硅基板的步驟，所述硅基板以4X1017cm — 3以上且6X1017cm — 3以下的濃度含有氧原子，并且以5X 118Cm-3以上且6X1019cm —3以下的濃度含有硼原子；一邊加熱硅基板一邊通過外延生長法在硅基板上形成半導(dǎo)體層的步驟，所述半導(dǎo)體層是由具有與硅基板不同的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成；及，形成電極的步驟，所述電極與半導(dǎo)體層電性連接。
[0014][發(fā)明的效果]
[0015]根據(jù)本發(fā)明，提供一種外延基板、半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述外延基板可抑制由于硅基板與半導(dǎo)體層之間的應(yīng)力所導(dǎo)致的翹曲的產(chǎn)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的外延基板的結(jié)構(gòu)的示意剖面圖。
[0017]圖2是表示每種材料的熱膨脹系數(shù)與溫度的關(guān)系的圖表。
[0018]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的外延基板的緩沖層的結(jié)構(gòu)的示意剖面圖；圖3(a)是表示由2層氮化物半導(dǎo)體層多層膜所組成的緩沖層的結(jié)構(gòu)、圖3(b)表示斷續(xù)緩沖層的結(jié)構(gòu)。
[0019]圖4是表示硅基板中所含有的氧原子濃度與硅基板的良率的關(guān)系的表。
[0020]圖5是表示使用本發(fā)明的實(shí)施方式的外延基板而成的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)例的示意剖面圖。
[0021]圖6是表示使用本發(fā)明的實(shí)施方式的外延基板而成的半導(dǎo)體裝置的另一個(gè)結(jié)構(gòu)例的示意剖面圖。
[0022]圖7是表示使用本發(fā)明的實(shí)施方式的外延基板而成的半導(dǎo)體裝置的又一個(gè)結(jié)構(gòu)例的示意剖面圖。
[0023]圖8是表示使用本發(fā)明的實(shí)施方式的外延基板而成的半導(dǎo)體裝置的再一個(gè)結(jié)構(gòu)例的示意剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]進(jìn)而，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。在以下附圖的記載中，對(duì)相同或相似的部分附加相同或相似的符號(hào)。但應(yīng)注意附圖為示意，厚度與平面尺寸的關(guān)系、各部分長度的比率等與實(shí)物不同。因此，具體的尺寸應(yīng)參考以下說明來判斷。又，在附圖彼此之間，當(dāng)然也包含尺寸的關(guān)系或比率互不相同的部分。
[0025]又，以下所示的實(shí)施方式，例示出一種用于使本發(fā)明的技術(shù)思想具體化的裝置或方法，本發(fā)明的技術(shù)思想的構(gòu)成部件的形狀、結(jié)構(gòu)、及配置等并非特定為下述構(gòu)成部件的形狀、結(jié)構(gòu)、及配置等。在權(quán)利要求書中，本發(fā)明的實(shí)施方式可施加各種變更。
[0026]圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施方式的外延基板1，具備:娃基板10，其以4X 1017cm — 3以上且6X 1017cm — 3以下的濃度含有氧(O)原子，并且以5X1018cm —3以上且6X1019cm —3以下的濃度含有硼(B)原子；及，半導(dǎo)體層20，其配置于硅基板10上，并且由具有與硅基板10不同的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成。
[0027]半導(dǎo)體層20是通過外延生長法所形成的外延生長層。具有與硅基板10不同的熱膨脹系數(shù)的材料為:氮化物半導(dǎo)體；砷化鎵(GaAs)或磷化銦(InP)等II1-V族化合物半導(dǎo)體；及，碳化硅(SiC)、金剛石、氧化鋅(ZnO)及硫化鋅(ZnS)等I1-VI族化合物半導(dǎo)體。以下例示說明半導(dǎo)體層20由氮化物半導(dǎo)體所構(gòu)成的情況。
[0028]氮化物半導(dǎo)體層是利用例如金屬有機(jī)氣相沉積(metalorganic chemical vapordeposit1n, M0CVD)法等,形成于娃基板10上。代表性的氮化物半導(dǎo)體表示為AlxInyGa1-x_yN(0<x< l、0<y< l、0<x+y< I)，為氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AIN)、及氮化銦(InN)
坐寸O
[0029]圖2表示比較每種材料的熱膨脹系數(shù)的圖表。圖2表示關(guān)于各半導(dǎo)體材料的溫度與線性熱膨脹系數(shù)α的關(guān)系。在1000Κ以上，各材料的熱膨脹系數(shù)的關(guān)系為Si < GaN<Α1Ν，晶格常數(shù)的關(guān)系為AlN(a軸)< GaN(a軸)< Si ((111)面)。由于硅、AlN及GaN的晶格常數(shù)或熱膨脹系數(shù)等存在差異，因此，在使硅基板10的溫度為例如1000K以上的高溫，在硅基板10上將氮化物半導(dǎo)體以晶格匹配的方式積層后，降低硅基板10的溫度，或?qū)雽?dǎo)體層20熱處理，此時(shí)，硅基板10或半導(dǎo)體層20上將產(chǎn)生應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂縫或基板翹曲。
[0030]在圖1所示的一例中，半導(dǎo)體層20是由緩沖層21與功能層22的積層體所構(gòu)成。功能層22可根據(jù)使用外延基板I所制造的半導(dǎo)體裝置，而采用各種構(gòu)成。關(guān)于功能層22的詳細(xì)，將于后文中詳述。
[0031]由于硅基板10與半導(dǎo)體層20的熱膨脹系數(shù)不同，因此，外延基板I上將產(chǎn)生較大的應(yīng)變能。緩沖層21配置于硅基板10與功能層22之間，抑制由于功能層22中的應(yīng)變所引起的裂縫的產(chǎn)生或結(jié)晶品質(zhì)的下降或基板的翹曲等。
[0032]緩沖層21 —般可采用積層有復(fù)數(shù)種氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)，所述氮化物半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)互不相同。例如，使用積層有一對(duì)組成比互不相同的AlGaN層而成的多層膜等，來作為緩沖層21。具體而言，如圖3(a)所示，可使用由第I氮化物半導(dǎo)體層211與第2氮化物半導(dǎo)體層212交替積層而成的多層膜等。例如，第I氮化物半導(dǎo)體層211為膜厚5nm左右的氮化鋁(AlN)層，第2氮化物半導(dǎo)體層212為膜厚20nm左右的氮化鎵(GaN)層。
[0033]或者，緩沖層21可采用由氮化物半導(dǎo)體所構(gòu)成的復(fù)數(shù)個(gè)多層膜、與在該多層膜間配置有較厚的氮化物半導(dǎo)體層的“斷續(xù)緩沖結(jié)構(gòu)”。例如圖3(b)所示，斷續(xù)緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層21，具有多層膜210、和鄰接所述多層膜210積層而成的第3氮化物半導(dǎo)體層213，其中多層膜210是將由彼此組成不同的第I氮化物半導(dǎo)體層211與第2氮化物半導(dǎo)體層212所組成的一對(duì)，積層復(fù)數(shù)層而成。將多層膜210與第3氮化物半導(dǎo)體層213的積層體作為I個(gè)單元，并利用將該單元積層復(fù)數(shù)層，來構(gòu)成斷續(xù)緩沖結(jié)構(gòu)。
[0034]作為斷續(xù)緩沖結(jié)構(gòu)的具體例，在將AlN層與GaN層的交替積層而成的對(duì)，重疊10對(duì)左右而成的多層膜210上，配置GaN層作為第3氮化物半導(dǎo)體層213，構(gòu)成I單元份的積層體。通過周期性地重復(fù)該積層體結(jié)構(gòu)，可形成斷續(xù)緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層21。例如，構(gòu)成多層膜210的AlN膜與GaN膜的膜厚為5nm左右，第3氮化物半導(dǎo)體層213為膜厚200nm左右的GaN層。通過采用斷續(xù)緩沖結(jié)構(gòu)，相較于單純積層有由一對(duì)AlGaN層等所組成的多層膜210的結(jié)構(gòu)，可使緩沖層21的膜厚更厚。由此，可提高外延基板I的縱向(膜厚方向)的耐壓。
[0035]以下，說明實(shí)施方式的娃基板10的特性。于娃基板10中，摻雜有一定濃度的硼原子。通過使硅基板10中含有硼原子，可利用硼使硅基板10中的位錯(cuò)停止而獲得位錯(cuò)鎖定效果(固定效果)。
[0036]根據(jù)本發(fā)明人的驗(yàn)證，可確認(rèn)以下事項(xiàng):當(dāng)硅基板10中所含有的硼原子的濃度低于5X 1018cm — 3時(shí)，由硼所達(dá)成的位錯(cuò)鎖定效果較小。另一方面，若提高所含有的硼原子的濃度，則硅基板10變成過硬，制造過程中產(chǎn)生不良情況。具體而言，發(fā)現(xiàn)以下事項(xiàng):當(dāng)硅基板10的硼原子濃度大于6X 119CnT3時(shí)，難以將硅錠(硅晶棒)切片來制造適當(dāng)厚度的硅基板10、或研磨硅基板10。
[0037]因此，通過使硅基板10以原子濃度為5X1018cm —3以上且6X 1019cm —3以下的范圍來含有硼原子，可使硅基板10中的由硼原子所達(dá)成的位錯(cuò)鎖定效果有效地發(fā)揮作用，且工藝工序不會(huì)產(chǎn)生障礙。也即，利用由硼原子所達(dá)成的位錯(cuò)鎖定效果，可提高硅基板10的翹曲控制性。
[0038]又，為了防止半導(dǎo)體層20生長時(shí)的硅基板10的塑性變形，硅基板10是如下述般地采用使氧析出核的生成延遲進(jìn)行或難以進(jìn)行的結(jié)晶方法。
[0039]通常，在制造硅基板的材料即硅錠時(shí)，硅錠內(nèi)引入氧原子，生成氧析出核。而且，當(dāng)在硅基板上形成半導(dǎo)體層時(shí)等的情況，溫度升高的硅基板內(nèi)將形成S12的氧化物(析出物)。一般而目，娃基板10中所含有的氧原子濃度越聞，越容易鎖定位錯(cuò)，并提聞娃基板10的強(qiáng)度。然而，若因先前所述的半導(dǎo)體層20與硅基板10的熱膨脹系數(shù)不同而使氧化物周圍產(chǎn)生應(yīng)力，或因氧化物而產(chǎn)生沖壓(punch out)位錯(cuò),則較小的外部應(yīng)力便會(huì)使娃基板上產(chǎn)生結(jié)晶軸的偏移(滑動(dòng))或缺陷，硅基板上產(chǎn)生翹曲。因此，在本發(fā)明的實(shí)施方式的硅基板10上，通過使氧析出核的生成延遲進(jìn)行、或不產(chǎn)生，可抑制該氧化物的形成。其結(jié)果為，可減小硅基板10的翹曲。
[0040]具體而言，以使氧原子的濃度為4X 1017cm — 3以上且6X 1017cm — 3以下的方式，來決定以上述濃度范圍含有硼原子的硅基板10的結(jié)晶方法。
[0041]圖4中表示硼原子濃度為5?8X 118CnT3的硅基板中所含有的氧原子濃度與硅基板的良率的關(guān)系。在圖4中，“翹曲量”為硅基板(硅晶片(wafer))主面的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的差值，“良率”為硅基板的翹曲量在可用于半導(dǎo)體裝置的容許范圍內(nèi)的比率。良率是對(duì)于直徑為6英寸的硅基板，將負(fù)側(cè)(在圖4中向下凸)的翹曲量為ΙΟΟμπι以上的情況判定為不良。
[0042]如圖4所示，在氧原子濃度為4?6Χ 1017cm — 3的硅基板中，良率為100%。與此相對(duì)，氧原子濃度為6Χ 1017cm — 3以上的硅基板的良率為50%以下。因此，硅基板10中所含有的氧原子濃度，優(yōu)選為6 X 117Cm^3以下。
[0043]另一方面，當(dāng)利用柴氏拉晶(Czochralski, CZ)法來制造娃基板10的材料即娃錠(硅晶棒)時(shí)，若硅基板10中所含有的氧原子濃度低于4X1017cm — 3，則生產(chǎn)率下降。其原因在于，在通常所使用的硅錠的制造裝置中，可精度良好地控制硅錠的氧原子濃度的該氧原子濃度的下限為4X 1017cm — 3左右。因此，硅基板10中所含有的氧原子濃度，優(yōu)選為4X 117Cm^ 3 以上。
[0044]如上所述，通過使硅基板10所含有的氧原子濃度在4X 1017cm — 3以上且6X 1017cm —3以下的范圍內(nèi)，可抑制硅基板10中氧析出核生成的進(jìn)行。由此，當(dāng)通過外延生長形成半導(dǎo)體層20并降低硅基板10的溫度時(shí)，可抑制硅基板10的翹曲。再者，當(dāng)由氮化物半導(dǎo)體所構(gòu)成的半導(dǎo)體層20的膜厚為6 μ m以上時(shí)，尤其期望可抑制硅基板10的塑性變形，優(yōu)選為使用本發(fā)明。
[0045]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的外延基板1，通過將硅基板10中所含有的氧原子濃度和硼原子濃度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，可抑制由于硅基板10與半導(dǎo)體層20之間的應(yīng)力所導(dǎo)致的翹曲。其結(jié)果為，在硅基板10上積層有與硅基板10的熱膨脹系數(shù)不同的半導(dǎo)體層20而成的結(jié)構(gòu)的外延基板I中，可抑制由于硅基板10的塑性變形所導(dǎo)致的半導(dǎo)體層20上的裂縫的產(chǎn)生。
[0046]以下，說明外延基板I的制造方法。再者，以下所述的外延基板I的制造方法為一個(gè)實(shí)例，當(dāng)然可利用包含此變化例在內(nèi)的除此以外的各種制造方法來實(shí)現(xiàn)。
[0047]利用外加磁場柴氏拉晶(Magneticfield applied Czochralski, MCZ)法等,來制造硅錠。此時(shí)，向容置多晶硅的石英坩堝中，裝入規(guī)定量的硼。硼的量可調(diào)整為使所制造的硅錠中所含有的硼原子濃度為5X 1018cm — 3以上且6X1019cm —3以下。
[0048]又，通過使例如規(guī)定量的氧原子自石英坩堝的表面混入，將硅錠中所含有的氧原子濃度調(diào)整為4XlO17cnT3以上且6X1017cm —3以下。
[0049]通過將所制造的硅錠切片，可獲得所需厚度的硅基板10。
[0050]再者，通過測定硅基板10的電阻率，可確認(rèn)硼原子濃度。使用例如歐文曲線(Irvin Curve)，由電阻率換算硼原子濃度，保證硅基板10的特性?；颍枚坞x子質(zhì)譜法(secondary 1n mass spectrometry, SIMS)或化學(xué)分析,來確認(rèn)硼原子濃度。娃基板10的氧原子濃度，可利用例如紅外線吸收法或溶氣分析法(gas fus1n analysis,GFA法)等來測定。
[0051]根據(jù)以上步驟，可準(zhǔn)備一硅基板10，其以4X 1017cm — 3以上且6X 1017cm —3以下的濃度含有氧原子，進(jìn)一步以5X 1018cm — 3以上且6X1019cm —3以下的濃度含有硼原子。
[0052]其次，通過金屬有機(jī)氣相沉積法(metalorganic chemical vapor deposit1n,M0CVD)等，在硅基板10上，使由具有與硅基板10不同的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成的半導(dǎo)體層20外延生長。具體而言，在成膜裝置內(nèi)容納硅基板10，向成膜裝置內(nèi)供給規(guī)定的原料氣體，形成半導(dǎo)體層20。作為適合作為緩沖層21的結(jié)構(gòu)，是將AlN層與GaN層交替積層而成的結(jié)構(gòu)。在加熱至900°C以上例如在1350°C的硅基板10上，將緩沖層21和功能層22依次積層，形成半導(dǎo)體層20。
[0053]例如，在使AlN層生長的工序中，將Al原料的三甲基招(trimethyl aluminum,TMA)氣體與氮原料的氨(NH3)氣供給至成膜裝置中。又，在使AlGaN層生長的工序中，除TMA氣體和氨氣以夕卜,再將Ga原料的三甲基鎵(trimethyl gallium, TMG)氣體供給至成膜裝置中。在使GaN層生長的工序中，將TMG氣體與氨氣供給至成膜裝置中。根據(jù)以上步驟，完成圖1所示的外延基板I。
[0054]即便將硅基板10加熱至例如900°C以上，以使半導(dǎo)體層20外延生長，通過將硅基板10中所含有的氧原子濃度和硼原子濃度控制在上述規(guī)定范圍內(nèi)，也可在外延基板I形成后，抑制由于硅基板10與半導(dǎo)體層20之間的應(yīng)力所導(dǎo)致的翹曲的產(chǎn)生。因此，可防止制造出因翹曲較大而無法用于半導(dǎo)體裝置的制造的外延基板I。
[0055]采用規(guī)定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜來作為功能層22，進(jìn)一步在半導(dǎo)體層20上配置電極等，并將與功能層22電性連接的電極配置在外延基板I上，由此，可制造一種實(shí)現(xiàn)各種功能的半導(dǎo)體裝置。
[0056]圖5中表示使用外延基板I來制造高電子遷移率晶體管(high electronmobility transistor,HEMT)的一個(gè)實(shí)例。也即，圖5所示的半導(dǎo)體裝置具有功能層22,所述功能層22為將載子輸運(yùn)層221、和與載子輸運(yùn)層221形成異質(zhì)接合的載子供給層222積層而成的結(jié)構(gòu)。由帶隙能量(band gap energy)互不相同的氮化物半導(dǎo)體所組成的載子輸運(yùn)層221與載子供給層222之間的界面上形成有異質(zhì)接合面，且在異質(zhì)接合面附近的載子輸運(yùn)層221上形成有作為電流路徑(通道)的二維載氣層223。為形成良好的二維載氣層223且提高耐壓，由氮化物半導(dǎo)體所組成的半導(dǎo)體層20的膜厚優(yōu)選為6 μ m以上，形成有通道的載子輸運(yùn)層221的膜厚優(yōu)選為3 μ m以上。
[0057]載子輸運(yùn)層221，是通過金屬有機(jī)氣相沉積法等，形成例如未添加雜質(zhì)的非摻雜GaN。此處非摻雜指未故意添加雜質(zhì)。
[0058]載子輸運(yùn)層221上所配置的載子供給層222是由氮化物半導(dǎo)體所構(gòu)成，所述氮化物半導(dǎo)體，頻帶隙大于載子輸運(yùn)層221，且晶格常數(shù)小于載子輸運(yùn)層221。作為載子供給層222，可采用非摻雜的AlxGai_xN。
[0059]載子供給層222，是通過金屬有機(jī)氣相沉積法等，形成于載子輸運(yùn)層221上。由于載子供給層222與載子輸運(yùn)層221的晶格常數(shù)不同，因此，晶格應(yīng)變導(dǎo)致產(chǎn)生壓電極化(piezoelectric polarizat1n)。因該壓電極化與載子供給層222的結(jié)晶所具有的自發(fā)極化(spontaneous polarizat1n),異質(zhì)接合附近的載子輸運(yùn)層221中將產(chǎn)生高密度的載子，形成二維載氣層223。
[0060]如圖5所示,于功能層22上,配置有源極(source)電極31、漏極(drain)電極32與柵極(gate)電極33。源極電極31和漏極電極32，是由可與功能層22低電阻接觸(歐姆接觸)的金屬所形成。源極電極31和漏極電極32可采用例如鋁(Al)、鈦(Ti)等?；蛞訲i與Al的積層體的形式，來形成源極電極31和漏極電極32。配置于源極電極31與漏極電極32之間的柵極電極33，可采用例如鎳金(NiAu)等。
[0061]在上述中，示出使用外延基板I的半導(dǎo)體裝置為高電子遷移率晶體管(HEMT)的一個(gè)實(shí)例，但也可使用外延基板I，來形成金屬絕緣體半導(dǎo)體場效晶體管(metal-1nsulator-semiconductor field effect transistor,MISFET)或縱型的場效晶體管(FET)等其它結(jié)構(gòu)的晶體管。
[0062]又，為了使用外延基板I來實(shí)現(xiàn)肖特基勢魚二極管(schottky-barrier d1de,SBD)，可采用圖6所示的結(jié)構(gòu)。即，與HEMT的情況同樣地，利用例如由GaN膜所構(gòu)成的載子輸運(yùn)層221與由AlGaN膜所構(gòu)成的載子供給層222，來構(gòu)成功能層22。而且，在功能層22上，將陽極電極41與陰極電極42彼此相隔離地配置。陽極電極41與功能層22之間形成有肖特基接合，陰極電極42與功能層22之間形成有歐姆接合。在圖6所示的SBD中，經(jīng)由二維載氣層223，在陽極電極41與陰極電極42之間流經(jīng)電流。
[0063]又,也可使用外延基板I,來制造發(fā)光二極管(light emitting d1de, LED)等發(fā)光裝置。圖7所示的發(fā)光裝置，是將積層有η型包覆層225、有源層226及ρ型包覆層227的雙異質(zhì)接合結(jié)構(gòu)的功能層22配置在緩沖層21上的一例。
[0064]η型包覆層225，為摻雜有例如η型雜質(zhì)的GaN膜等。如圖7所示，η型包覆層225上連接有η側(cè)電極51，電子自發(fā)光裝置外部的負(fù)電源供給至η側(cè)電極51。由此，自η型包覆層225向有源層226供給電子。
[0065]ρ型包覆層227，為摻雜有例如ρ型雜質(zhì)的AlGaN膜。ρ型包覆層227上連接有P側(cè)電極52，正電孔(空穴)自發(fā)光裝置外部的正電源供給至ρ側(cè)電極52。由此，正電孔自P型包覆層227供給至有源層226。
[0066]有源層226，為例如非摻雜的InGaN膜、或摻雜有P型或η型導(dǎo)電型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體薄膜。由η型包覆層225所供給的電子與由ρ型包覆層227所供給的正電孔在有源層226再次結(jié)合，并產(chǎn)生光。再者，作為有源層226，也可采用多量子阱(multiple quantumwell,MQff)結(jié)構(gòu)，也就是由障壁層與帶隙小于該障壁層的阱層交替配置而成。該MQW結(jié)構(gòu)，為例如由 AlxlGa1-xl —ylInylN(0.5<xl 彡 1、0 彡 yl < UO < xl+yl ^ I)構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層、與由 Alx2Ga1-x2 —y2Iny2N(0.01 < x2 < 0.5,0 ^ y2 < 1、0 < x2+y2 ( I)所構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層的積層結(jié)構(gòu)。
[0067]再者，在將摻雜有硼的ρ型硅基板10作為電流路徑的一部分使用的半導(dǎo)體裝置的情況下，本發(fā)明的實(shí)施方式的外延基板I尤其有效。也就是說，通過在需摻雜硼以便帶有導(dǎo)電性的硅基板10中，適當(dāng)設(shè)定氧原子濃度，可抑制硅基板10的翹曲。由此，也可降低硅基板10的電阻。
[0068]例如圖8所示，可使用外延基板1，制造一種將硅基板10作為電流路徑的一部分使用的發(fā)光裝置。在圖8所示的發(fā)光裝置中，在摻雜有硼的硅基板10的一個(gè)主面上配置有半導(dǎo)體層20，在另一個(gè)主面上配置有η側(cè)電極51。正電孔(空穴)自半導(dǎo)體層20的ρ型包覆層227上所配置的ρ側(cè)電極52，供給至ρ型包覆層227。電子自硅基板10上所配置的η側(cè)電極51，經(jīng)由硅基板10和緩沖層21，供給至η型包覆層225。
[0069]如上所述，通過使用外延基板1，可制造一種半導(dǎo)體裝置，其具有裂縫的產(chǎn)生得以被抑制的半導(dǎo)體層20，且實(shí)現(xiàn)各種功能。
[0070](其它實(shí)施方式)
[0071]如上所述，本發(fā)明是利用實(shí)施方式來加以記載，但應(yīng)理解為，構(gòu)成此部分所公開的論述和附圖并非用以限定本發(fā)明。根據(jù)此公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知悉各種代替實(shí)施方式、實(shí)施例及運(yùn)用技術(shù)。
[0072]例如，上述已示出半導(dǎo)體層20是由緩沖層21與功能層22的積層體所組成的一個(gè)實(shí)例，但半導(dǎo)體層20也可為并不具有緩沖層21的結(jié)構(gòu)。又，也可于功能層20上設(shè)置公知的頂蓋層(cap layer)或分隔層(spacer layer)等。
[0073]如此，本發(fā)明當(dāng)然包含此處未記載的各種實(shí)施方式等。因此，根據(jù)上述說明，本發(fā)明的技術(shù)范圍僅受權(quán)利要求書中的發(fā)明特定事項(xiàng)所規(guī)定。
【權(quán)利要求】
1.一種外延基板，其特征在于，其具備: 硅基板，該硅基板以4X 1017cm — 3以上且6X 1017cm — 3以下的濃度含有氧原子，并且以5 X 118Cm-3以上且6 X 1019cm — 3以下的濃度含有硼原子；及， 半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層配置于前述硅基板上，并且由具有與前述硅基板不同的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的外延基板，其中，前述半導(dǎo)體層是由氮化物半導(dǎo)體薄膜的積層體所構(gòu)成。
3.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，其具備: 硅基板，該硅基板以4 X 117Cm — 3以上且6 X 117Cm — 3以下的濃度含有氧原子，并且以5X 118Cm-3以上且6X1019cm —3以下的濃度含有硼原子； 半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層配置于前述硅基板上，并且由具有與前述硅基板不同的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成；及， 電極，該電極與前述半導(dǎo)體層電性連接。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中，前述半導(dǎo)體層是由氮化物半導(dǎo)體薄膜的積層體所構(gòu)成。
5.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，其包含: 準(zhǔn)備硅基板的步驟，所述硅基板以4X 117cnT3以上且6X 117cnT3以下的濃度含有氧原子，并且以5X1018cm —3以上且6X1019cm —3以下的濃度含有硼原子； 一邊加熱前述硅基板一邊通過外延生長法在前述硅基板上形成半導(dǎo)體層的步驟，所述半導(dǎo)體層是由具有與前述硅基板不同的熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成；及， 以與前述半導(dǎo)體層電性連接的方式來形成電極的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，形成氮化物半導(dǎo)體薄膜的積層體，來作為前述半導(dǎo)體層。
7.如權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，在前述形成半導(dǎo)體層的步驟中，將前述硅基板加熱至900°C以上。
【文檔編號(hào)】H01L21/20GK104303268SQ201380024651
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】鹿內(nèi)洋志, 后藤博一, 佐藤憲, 篠宮勝, 土屋慶太郎, 萩本和徳 申請人:三墾電氣株式會(huì)社, 信越半導(dǎo)體股份有限公司