[发明专利]半导体结构及其制备方法

说明书

一种半导体结构，包括：衬底(1)；位于所述衬底(1)之上的成核层(3)；位于所述成核层(3)与所述衬底(1)之间的金属氮化物薄膜(2)；通过在衬底(1)与成核层(3)之间沉积金属氮化物薄膜(2)，抑制了衬底(1)材料中原子的扩散，使成核层(3)的厚度显著降低，降低半导体结构的总热阻。

技术领域

本发明涉及半导体电子技术领域，特别是涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术

半导体领域中，在一些衬底上制备薄膜层时，例如Si衬底上制备Ⅲ族氮化物(例如GaN)时，由于Ⅲ族氮化物在Si衬底表面浸润性差、晶格失配等问题，很难获得高质量的Ⅲ族氮化物外延层。目前通常采用的方法为在Si衬底上优先沉积一层成核层(例如AlN)，然后再生长Ⅲ族氮化物，以得到高质量的晶体结构。

发明内容

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于成核层的材料(例如AlN)本身晶体生长质量较差，因此会极大降低该成核层材料的导热系数，进而增加整个器件的热阻。而为了减少器件的热阻，最简单的方法就是减薄成核层的厚度，即在导热系数无法增加的情况下，通过降低成核层的厚度来减少总的热阻。但是，由于衬底中会存在某些原子的扩散(例如Si衬底中Si原子的扩散，蓝宝石衬底中O原子的扩散)，在没有一定厚度的成核层起到抑制扩散作用的情况下，就会有大量衬底中的原子扩散至成核层上制备的半导体外延层中，从而造成外延层漏电，降低器件的击穿电压。

有鉴于此，本发明的一实施例提供了一种半导体结构，包括：

衬底；

位于所述衬底之上的成核层；

位于所述成核层与所述衬底之间的金属氮化物薄膜，所述金属氮化物薄膜包括Fe、Mg、Cu、Zn、Mn、Mo中的一种或多种的氮化物及其组合。

在一实施例中，所述金属氮化物薄膜的厚度可至少为0.1个原子层。

在一实施例中，成核层的厚度可不大于100nm。

在一实施例中，成核层为AlN，或者是AlN与Fe,Mg,Cu,Zn,Mn,Mo中的一种或多种元素形成的合金。

在一实施例中，所述半导体结构还可包括位于成核层之上的外延层。

在一实施例中，外延层可为Ⅲ族氮化物。

在一实施例中，衬底可为含Si原子的单质，或者，为含Si或O原子的化合物。

除此之外，本发明还提供了一种半导体结构的制备方法，包括如下步骤：提供衬底；在衬底上沉积金属氮化物薄膜，其中所述金属氮化物薄膜包括Fe、Mg、Cu、Zn、Mn、Mo中的一种或多种的氮化物及其组合；在金属氮化物薄膜上沉积成核层。

在一实施例中，所述金属氮化物薄膜由金属和氨气反应生成。

在一实施例中，所述金属氮化物薄膜的厚度可至少为0.1个原子层。

在一实施例中，成核层的厚度可不大于100nm。

在一实施例中，成核层为AlN，或者是AlN与Fe,Mg,Cu,Zn,Mn,Mo中的一种或多种元素形成的合金。

在一实施例中，所述制备方法还可包括：在成核层上生长外延层。

在一实施例中，外延层可为Ⅲ族氮化物。

在一实施例中，所述衬底可为含Si原子的单质，或者，为含Si或O原子的化合物。

本发明的有益效果在于：本发明的半导体结构中设有金属氮化物薄膜，其具有较高的致密度，能够有效抑制衬底材料中原子的扩散，显著降低成核层的厚度，以减少半导体结构的总热阻，更有效解决外延层漏电的问题，通过沉积该金属氮化物薄膜能够制备得到具有优异性能的超薄半导体结构。