[发明专利]半导体缓冲结构、半导体器件和制造半导体器件的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年8月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0087350以及2013年7月25日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2013-0084249的优先权，其公开内容被全文合并在此以作参考。

技术领域

本发明构思涉及半导体缓冲结构、包括半导体缓冲结构的半导体器件以及利用半导体缓冲结构制造半导体器件的方法。

背景技术

许多基于氮化物的半导体器件使用蓝宝石衬底。但是蓝宝石衬底较为昂贵，且太硬以至于难以制造芯片，并且电导率较低。此外，由于其在例如外延生长期间的高温下的翘曲以及由于其低热导率，致使可能不容易制造大尺寸的蓝宝石衬底。为了防止前述问题，开发了利用硅（Si）衬底来代替蓝宝石衬底的基于氮化物的半导体器件。由于Si衬底的热导率高于蓝宝石衬底，因此Si衬底在用于生长氮化物薄膜的高温下不会有很大的翘曲，从而使得有可能在Si衬底上生长较大的薄膜。

但是当在Si衬底上生长氮化物薄膜时，由于Si衬底与氮化物薄膜之间的晶格常数失配可能会导致位错密度增大，并且由于Si衬底与氮化物薄膜之间的热膨胀系数失配所生成的拉应力可能会导致出现裂缝。因而研究了许多类型的缓冲结构，以便在Si衬底上生长具有高结晶度并且没有裂缝的氮化物薄膜。

发明内容

本发明构思提供一种用于减少基于氮化物的半导体薄膜中的裂缝的半导体缓冲结构，一种包括半导体缓冲结构的半导体器件，以及一种利用半导体缓冲结构制造半导体器件的方法。

根据本发明构思的一个方面，提供一种制造半导体器件的方法，其包括步骤：制备硅衬底；在硅衬底上形成缓冲层；在缓冲层上形成氮化物半导体层，其中缓冲层包括：第一层，其包括Al_xIn_yGa_1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1），并且第一层的晶格常数LP1小于硅衬底的晶格常数LP0；形成在第一层上的第二层，其包括Al_xIn_yGa_1-x-yN（0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1），并且第二层的晶格常数LP2大于LP1并小于LP0；以及形成在第二层上的第三层，其包括Al_xIn_yGa_1-x-yN（0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1），并且第三层的晶格常数LP3小于LP2。

第三层的晶格常数LP3可以等于或大于LP1。

第三层的晶格常数LP3可以大于LP1。

第三层的厚度可以被形成为使得发生晶格弛豫。

第二层可以具有沿着厚度方向增大的晶格常数分布，并且第三层的晶格常数可以小于第二层的晶格常数平均值。

第二层的晶格常数分布可以连续增大。

缓冲层还可以包括形成在第三层上的第四层，其包括Al_xIn_yGa_1-x-yN（0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1），并且第四层的晶格常数分布沿着厚度方向增大。第四层可以具有与第二层相同的晶格常数。

缓冲层还可以包括形成在第三层上的第四层，其包括Al_xIn_yGa_1-x-yN（0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1），并且第四层的晶格常数LP4大于LP2。

缓冲层还可以包括在第三层上由包括Al_xIn_yGa_1-x-yN（0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1）的材料形成的多层，其中所述多层当中的每一层的晶格常数都可以大于LP3，并且所述多层可以按照晶格常数的升序进行层叠。

硅衬底可以掺杂有掺杂剂，并且掺杂剂可以包括B、Al、Mg、Ca、Zn、Cd、Hg和Ga中的至少一种。

可以将掺杂剂的掺杂浓度确定为使得硅衬底具有大约1Ωcm或更小的电阻率。

硅衬底可以包括：主体部分；围绕主体部分的边缘部分；以及以随机结晶表面方向形成在边缘部分上的裂缝防止部分。

裂缝防止部分可以包括形成在边缘部分的顶表面上的不均匀部分。

裂缝防止部分可以包括形成在边缘部分的顶表面上的电介质膜。

裂缝防止部分可以通过在边缘部分的顶表面上执行离子注入来形成。

缓冲层可以对氮化物半导体层施加压应力。