发明名称 磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法及该基板构造
摘要 一金属层直接形成在基板本体上之氮化物基化合物半导体基底层之上。该金属层包含至少一金属,其在热处理之帮助下对构成基底层之原子产生原子作用力,以促进从基底层移除组成原子,藉以形成贯穿金属层的细孔,同时在氮化物基化合物半导体基底层之中形成许多空隙。在最初瞬间磊晶生长中进行氮化物基化合物半导体结晶的磊晶生长,其填入该空隙,并在接着的主要磊晶生长中生长在多孔性金属层之上。
申请公布号 TW544753 申请公布日期 2003.08.01
申请号 TW091110831 申请日期 2002.05.20
申请人 电气股份有限公司;日立电线股份有限公司 发明人 碓井 彰;柴田 真佐知;大岛 一
分类号 H01L21/02 主分类号 H01L21/02
代理机构 代理人 周良谋 新竹市东大路一段一一八号十楼
主权项 1.一种磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,包含:直接在一氮化物基化合物半导体基底层上形成一金属层,其包含由在热能之帮助下、促进该氮化物基化合物半导体基底层之组成原子之移除之金属所构成之群组所选出的至少一金属;在供应热能之下形成贯穿该金属层的细孔、与在该氮化物基化合物半导体基底层中形成空隙;与磊晶生长一氮化物基化合物半导体结晶,其在一最初制程中填入该空隙,并接着在一主要制程中生长于该金属层之上,以形成一磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶层在该金属层之上。2.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中为该金属层所选出的该至少一金属的一氮化物的自由能低于该氮化物基化合物半导体基底层的自由能。3.如申请专利范围第2项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该至少一选出的金属包含Ti、含Ti合金、Fe、Ni、Zr、Hf、W、与Pt。4.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该空隙具有一平均深度为不小于10奈米。5.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该空隙系以10%至90%之范围中的多孔率所形成。6.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该金属层具有一厚度为不大于500奈米。7.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该热能系藉由一热处理、在不小于700℃的温度下供应。8.如申请专利范围第7项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该热处理系在氢气的存在下进行。9.如申请专利范围第8项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该热处理系在包含氢气与氮气之一混合气体的存在下进行。10.如申请专利范围第7项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中对于该氮化物基半导体结晶的该热处理与该磊晶生长制程系在一相同的反应容室中连续进行,而不曝露至一开放环境。11.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该细孔系一致地分布在该金属层之上,且该空隙亦系一致地分布在该氮化物基化合物半导体基底层之上。12.如申请专利范围第11项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该细孔系以0.1微米之量级的一平均细孔直径、与以0.1微米之量级的邻接两该细孔之间的一平均距离,而形成在该金属层之中。13.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该空隙之间的该氮化物基化合物半导体结晶的差排密度低于在该金属层上之该氮化物基化合物半导体基底层的差排密度。14.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶包含一表面区,其具有一差排密度为1E8cm-2。15.如申请专利范围第14项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一500微米的长度量级,具有一表面平坦度介于0.2微米。16.如申请专利范围第14项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中,该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一(0002)-绕射摆动曲线之半最大値处的一全宽度、与在一(10-10)-绕射摆动曲线之半最大値处的另一全宽度二者分别为最高0.1度。17.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区具有一C平面。18.如申请专利范围第17项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该氮化物基化合物半导体基底层具有一通常方位为[0001]的表面,且该金属层具有一构造通常方位为[0001]的六角形结晶。19.如申请专利范围第17项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该氮化物基化合物半导体基底层具有一通常方位为[0001]的表面,且该金属层具有一通常方位为[111]的立方结晶构造。20.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:形成该氮化物基化合物半导体基底层在一结晶载持基板之上。21.如申请专利范围第20项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:移除该结晶载持基板、该氮化物基化合物半导体基底层、与该金属层,以形成该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的一单层基板构造。22.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:形成一电介质遮罩图案在一结晶载持基板之上;与磊晶生长该氮化物基化合物半导体基底层在该电介质遮罩图案之上。23.如申请专利范围第22项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:移除该结晶载持基板、该电介质遮罩图案、该氮化物基化合物半导体基底层、与该金属层,以形成该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的一单层基板构造。24.如申请专利范围第1项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:形成一电介质遮罩图案,在该金属层上之该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶之上;与更磊晶生长一氮化物基化合物半导体结晶顶层,在该电介质遮罩图案之上。25.如申请专利范围第24项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:移除该结晶载持基板、该氮化物基化合物半导体基底层、该金属层、该电介质遮罩图案、与该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶,以形成该氮化物基化合物半导体结晶顶层的一单层基板构造。26.一种磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,包含:在供应一热能之下,在一氮化物基化合物半导体基底层中形成空隙,与形成贯穿直接于该氮化物基化合物半导体基底层上的一金属层的细孔,其中该金属层包含由在热能之帮助下、促进该氮化物基化合物半导体基底层之组成原子之移除之金属所构成之群组所选出的至少一金属;与磊晶生长一氮化物基化合物半导体结晶,在一最初制程中其填入该空隙,并接着在一主要制程中其生长在该金属层之上,以形成一磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶层在该金属层之上。27.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中为该金属层所选出的该至少一金属的一氮化物的自由能低于该氮化物基化合物半导体基底层的自由能。28.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该空隙具有一平均深度为不小于10奈米。29.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该空隙系以10%至90%之范围中的多孔率所形成。30.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该金属层具有一厚度为不大于500奈米。31.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该热能系藉由一热处理、在不小于700℃的温度下供应。32.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该空隙之间的该氮化物基化合物半导体结晶的差排密度低于在该金属层上之该氮化物基化合物半导体基底层的差排密度。33.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶包含一表面区,其具有一差排密度为1E8cm-2。34.如申请专利范围第33项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一500微米的长度量级,具有一表面平坦度介于0.2微米。35.如申请专利范围第33项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,其中,该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一(0002)-绕射摆动曲线之半最大値处的一全宽度、与在一(10-10)-绕射摆动曲线之半最大値处的另一全宽度二者分别为最高0.1度。36.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:形成该氮化物基化合物半导体基底层在一结晶载持基板之上。37.如申请专利范围第36项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:移除该结晶载持基板、该氮化物基化合物半导体基底层、与该金属层,以形成该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的一单层基板构造。38.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:形成一电介质遮罩图案在一结晶载持基板之上;与磊晶生长该氮化物基化合物半导体基底层在该电介质遮罩图案之上。39.如申请专利范围第38项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:移除该结晶载持基板、该电介质遮罩图案、该氮化物基化合物半导体基底层、与该金属层,以形成该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的一单层基板构造。40.如申请专利范围第26项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:形成一电介质遮罩图案,在该金属层上之该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶之上;与更磊晶生长一氮化物基化合物半导体结晶顶层,在该电介质遮罩图案之上。41.如申请专利范围第40项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造之制造方法,更包含:移除该结晶载持基板、该氮化物基化合物半导体基底层、该金属层、该电介质遮罩图案、与该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶,以形成该氮化物基化合物半导体结晶顶层的一单层基板构造。42.一种氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,包含:在供应一能量之下,在一氮化物基化合物半导体基底层中形成空隙,与形成贯穿一金属层的细孔,其中在该氮化物基化合物半导体基底层与该金属层之间存在一直接接触,其中该金属层包含由在该能量之帮助下、促进该氮化物基化合物半导体基底层之组成原子之移除之金属所构成之群组所选出的至少一金属;与进行一氮化物基化合物半导体结晶之一磊晶生长,在一最初制程中其填入该空隙,并接着在一主要制程中其生长在该金属层之上。43.如申请专利范围第42项之氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,其中为该金属层所选出的该至少一金属的一氮化物的自由能低于该氮化物基化合物半导体基底层的自由能。44.如申请专利范围第42项之氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,其中该空隙具有一平均深度为不小于10奈米。45.如申请专利范围第42项之氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,其中该空隙系以10%至90%之范围中的多孔率所形成。46.如申请专利范围第42项之氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,其中该金属层具有一厚度为不大于500奈米。47.如申请专利范围第42项之氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,其中该热能系藉由一热处理、在不小于700℃的温度下供应。48.如申请专利范围第42项之氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,其中该空隙之间的该氮化物基化合物半导体结晶的差排密度低于在该金属层上之该氮化物基化合物半导体基底层的差排密度。49.如申请专利范围第42项之氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶包含一表面区,其具有一差排密度为1E8cm-2。50.如申请专利范围第49项之氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一500微米的长度量级,具有一表面平坦度介于0.2微米。51.如申请专利范围第49项之氮化物基化合物半导体结晶之磊晶生长方法,其中,该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一(0002)-绕射摆动曲线之半最大値处的一全宽度、与在一(10-10)一绕射摆动曲线之半最大値处的另一全宽度二者分别为最高0.1度。52.一种磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,包含:一氮化物基化合物半导体基底层,其具有空隙;一金属层,于该氮化物基化合物半导体基底层之上,该金属层包含由金属,其一氮化物具有一自由能低于该氮化物基化合物半导体基底层的一自由能,所构成之群组所选出的至少一金属;与磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶层,在该金属层之上与在该细孔与该空隙之中,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶层之差排密度低于该氮化物基化合物半导体基底层之差排密度。53.如申请专利范围第52项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,其中该空隙具有一平均深度为不小于10奈米。54.如申请专利范围第52项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,其中该空隙系以10%至90%之范围中的多孔率所形成。55.如申请专利范围第52项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶包含一表面区,其具有一差排密度为1E8cm-2。56.如申请专利范围第55项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一500微米的长度量级,具有一表面平坦度介于0.2微米。57.如申请专利范围第55项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,其中,该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一(0002)-绕射摆动曲线之半最大値处的一全宽度、与在一(10-10)-绕射摆动曲线之半最大値处的另一全宽度二者分别为最高0.1度。58.如申请专利范围第52项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区具有一C平面。59.如申请专利范围第58项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,其中该氮化物基化合物半导体基底层具有一通常方位为[0001]的表面,且该金属层具有一构造通常方位为[0001]的六角形结晶。60.如申请专利范围第58项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,其中该氮化物基化合物半导体基底层具有一通常方位为[0001]的表面,且该金属层具有一通常方位为[111]的立方结晶构造。61.如申请专利范围第52项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,更包含:一结晶载持基板,在该氮化物基化合物半导体基底层之下。62.如申请专利范围第61项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,更包含:一电介质遮罩图案,在一结晶载持基板之上与在该氮化物基化合物半导体基底层之下。63.如申请专利范围第61项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,更包含:一电介质遮罩图案,在该金属层上之该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶之上;与一氮化物基化合物半导体结晶顶层,在该电介质遮罩图案之上。64.如申请专利范围第52项之磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶基板构造,其中该氮化物基化合物半导体为包含镓与氮的一氮化镓基化合物半导体。65.一种单层基板构造,包含一磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶包含一表面区,其具有一差排密度为1E8cm-2。66.如申请专利范围第65项之单层基板构造,其中该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一500微米的长度量级,具有一表面平坦度介于0.2微米。67.如申请专利范围第65项之单层基板构造,其中,该磊晶生长氮化物基化合物半导体结晶的该表面区,在一(0002)-绕射摆动曲线之半最大値处的一全宽度、与在一(10-10)-绕射摆动曲线之半最大値处的另一全宽度二者分别为最高0.1度。图式简单说明:图1为依照本发明较佳实施例之磊晶生长GaN基板构造的局部横剖面视图。图2A至2D系依照本发明较佳实施例之磊晶生长GaN基板构造的新形成方法之连续步骤中之基板构造的局部横剖面视图。图3为显示依照本发明较佳实施例之磊晶生长GaN基板构造之新形成方法中之一步骤中,以X射线绕射测量沈积有钛金属层、未热处理之基板之结果的图。图4为显示依照本发明较佳实施例之磊晶生长GaN基板构造之新形成方法中之另一步骤中,以X射线绕射测量沈积有钛金属层、有热处理之基板之结果的图。图5为显示依照本发明较佳实施例中、热处理并沈积在GaN基底层上之沈积钛金属层之表面的SEM照片拷贝。图6为显示依照本发明较佳实施例中、具有热处理之沈积钛金属层的基板构造之局部的SEM照片拷贝。图7A至7H系依照本发明较佳实施例之磊晶生长GaN基板构造的新形成方法的连续步骤中、基板构造的局部横剖面视图。图8A至8I系依照本发明较佳实施例之磊晶生长GaN基板构造的新形成方法的连续步骤中、基板构造的局部横剖面视图。
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