形成高电子迁移率半导体器件的方法

形成高电子迁移率半导体器件的方法
【专利摘要】本发明涉及形成高电子迁移率半导体器件的方法。在实施例中，通过包含提供第一半导体材料的基础基板，以及在基础基板上形成SiC或者III-V系材料之一的层的方法，形成半导体器件。在不同实施例中，基础基板可以是硅，多孔硅，或者其上形成有成核位点的多孔硅，或者在(111)面中的硅。
【专利说明】形成高电子迁移率半导体器件的方法

【技术领域】
[0001]本发明一般而言涉及电子器件，更具体而言，涉及半导体及其结构、以及形成半导体器件的方法。

【背景技术】
[0002]以往，半导体产业利用各种方法来形成使用了 III系半导体材料、诸如氮化镓(GaN)作为半导体材料之一的半导体器件。该器件通常地形成在GaN基板上。然而，GaN比较昂贵，结果导致对于半导体器件而言成本高。
[0003]从而，期望的是具有成本低的使用GaN或者其他II1-V系和/或I1-VI系材料、诸如III族氮化物系材料的半导体器件。

【专利附图】

【附图说明】
[0004]图1概要地示出依据本发明的可能对于形成GaN有用的晶体结构的实施例的示例；
[0005]图2概要地示出依据本发明的GaN和硅的晶体结构的实施例的示例；
[0006]图3-图5示出依据本发明的形成GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的方法的实施例的示例的部分中的各个阶段；
[0007]图6示出依据本发明的纳米多孔硅的各种图像；
[0008]图7-图12示出依据本发明形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的实施例的示例的部分中的各个阶段；
[0009]图13-图15示出依据本发明形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的另一个实施例的示例的部分中的各个阶段；
[0010]图16-图19示出依据本发明形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的替代实施例的示例的部分中的各个阶段；
[0011]图20-图21示出依据本发明形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的另一个替代实施例的示例的部分中的各个阶段；
[0012]图22-图24示出依据本发明形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的另一个替代实施例的示例的部分中的各个阶段；
[0013]图25示出依据本发明形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的另一个替代实施例；
[0014]图26-图28示出依据本发明形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的另一个替代实施例的示例的部分中的各个阶段；以及
[0015]图29-图31示出依据本发明形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的另一个替代实施例的示例的部分中的各个阶段。

【具体实施方式】
[0016]为了示出的简洁和清晰，图中的元件不一定是成比例的，而且不同图中的相同参考号码表示相同的元件，除非另有规定。另外，为了说明的简洁起见，省略了周知步骤和元件的说明和细节。本文使用的电流承载电极或者电流承载元件意味着承载电流经由器件的该器件的元件，诸如是MOS晶体管的源极或者漏极、或者双极晶体管的发射极或者集电极、或者二极管的阴极或者阳极；控制电极意味着控制电流经由器件的该器件的元件，诸如是MOS晶体管的栅极、或者双极晶体管的基极。尽管在此处说明的器件作为某些N沟道或者P沟道器件、或者某些N型或者P型掺杂区，但本领域的普通技术人员可以理解，依据本发明互补器件也是可能的。本领域的普通技术人员可以理解，导电类型指的是经由其发生导电、诸如经由空穴或者电子的导电的机制，因此，导电类型不是指掺杂浓度，而是掺杂类型、诸如P型或者N型。本领域的技术人员可以理解的是，本文使用的涉及电路操作的词语“在……期间”、“当……时”和“在……时”不是意味着动作在启动动作的瞬间发生的严格的术语，而是可以有一些小但是合理的延迟、诸如在由最初动作启动的反应之间的各种传播延迟。另外，术语“当……时”意味着某一动作至少发生在启动动作的持续时间的一些部分中。使用的词语“约”或者“大体上”意味着元件的值具有预计为接近规定值或者规定位置的参数。然而，如本领域周知的那样，总是会有阻止该值或者位置恰好如规定那样的小偏差。本领域已公认高达至少10%(对于半导体掺杂浓度而言,高达20%)的偏差是距离如上所述的理想目标的合理的偏差。权利要求或/和附图的具体说明中中的被用于元件名的一部分的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区分类似的元件的，不一定用来说明或者时间上的，或者空间上的排名或者其他任何方式的顺序。应该理解的是，这样使用的术语在适当的境况下是可互换的 ，本文说明的实施例可以是与本文说明或示出不同的其他顺序的操作。为了使附图清楚，器件结构的掺杂区被示出为具有普遍的直线边缘和精确角度的角。然而，本领域的技术人员可以理解，由于掺杂剂的扩散和激活，掺杂区的边缘一般可能不是直线，而且角可能不是精确角。
[0017]此外，说明可以示出蜂窝式设计(体区域是多个蜂窝式区域)，而不是单体设计(体区域包括以狭长图案、通常以蛇形图案形成的单个区域)。然而，预期的是本说明是适用于蜂窝式实施方式和单基实施方式这两者。
[0018]图1概要地示出可能对于形成GaN有用的晶体结构的实施例的示例。晶体结构可以被称为纤锌矿(Wurtzite)结构。示出的GaN结构的示例包含镓(Ga)原子10和氮原子
11。认为在GaN与Si的晶体结构之间有失配。认为GaN比Si具有更小的晶格常数。例如，在Si(Ill)上与GaN(OOOl)基面之间可能有约17%的晶格失配。还认为在Si与GaN之间有约24%的热膨胀失配。另外，GaN晶格常数(六方基面)小于Si (111)的晶格常数，导致GaN外延应力为拉伸。在Si上形成GaN时，该差异可能导致高缺陷密度。缺陷密度可以在约108至1010cm-2的范围内。晶格失配应力会引起错配位错、和可能约109cm_2的穿透位错密度(threading dislocat1n density)。该应力可能导致GaN膜的开裂、或者娃基板的滑动或者开裂。由下文进一步可知，在一个示例实施例中，形成具有II1-V或者I1-VI材料作为器件的一部分的半导体的方法可以包含在硅基板上形成该材料，这会降低半导体器件的制造成本。由下文可知，至少一个示例方法使用(100)硅来形成II1-V或者I1-VI系材料的层。其他实施例可以使用(111)娃、或者取向偏离(off-orientat1n)娃、或者其他半导体、或者电介质基板。
[0019]该晶格失配应力不应与有益的AlGaN/GaN晶格应变混淆。与能隙间断(AEC)结合的该有益的应力提供压电效应，该压电效应负责二维电子气体(2DEG)和AlGaN/GaN高电子迁移率(HEM)晶体管(HEMT)的超高导电性。
[0020]图2概要地示出硅外延的晶体结构的实施例的示例。该视图示出从(100)面观察的立方晶体结构中的硅(111)面17。(111)面17从(100)表面投影，如图所示。在一个示例实施例中，基板可以被优先蚀刻，暴露特定表面面诸如{111}、{112}、{110}等，并使用期望的面以减小的晶格失配和热膨胀失配来生长异质外延。
[0021]图3-图5示出形成诸如例如GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-V或者I1-VI系半导体器件的、高电子迁移率(HEM)器件的方法的实施例的示例的部分中的各个阶段。半导体器件可以是晶体管或者二极管或者其他HEM器件。
[0022]图3示出包含硅基板44的半导体晶片40的实施例的示例的部分的减小的剖视图，娃基板44形成为在(100)面具有表面。基板44可以是体(bulk)基板、或者可以是形成在体基板上的硅层，例如可以是形成在体硅基板、或者玻璃陶瓷、或者其他体基板上的外延层。在一个实施例中，形成基板44以暴露(111)面的侧壁表面、诸如表面41和42。表面41和42可以通过蚀刻基板(100)面的表面来暴露。本领域的技术人员可以理解,与〈100〉方向相比，(100)表面在〈111〉方向蚀刻得更快，使得〈111〉方向形成诸如由表面41和42所示的侧壁。表面41和42可以类似于图2所示的面17。例如，基板可以被各向异性地蚀刻。
[0023]图4示出基板44和层43的一部分的更大的视图。
[0024]GaN或者SiC或者其他II1-V或者I1-VI系材料的高电子迁移率(HEM)结构或者层43可以形成在基板44的(111)表面上。通常地，层43(及其材料)可以形成为外延层。在一些实施例中，由表面41和42形成的(111)面的峰可以被变平，如虚线46所示。谷可以通过填充或者其他技术变平，如虚线49所示。谷的变平可以由外延或者CVD或者其他技术形成。谷的变平还可以通过在到达锐底角之前结束蚀刻来形成。更平坦的表面便于层43更可靠地形成，诸如例如为层43形成更一致的厚度。峰可以由平面化技术、诸如例如化学机械抛光(CMP)或者其他周知的平面化操作移除。
[0025]图5示出在基板44上形成HEM器件45的下个阶段。2DEG沟道52可以形成在至少层43的一部分的GaN或者SiC或者其他II1-N或者I1-V或者I1-VI系材料的至少一部分中。在实施例中，源极电极47和漏极电极48可以形成在层43的、在(111)面的交替面(诸如例如表面41和42上)的部分上。在一个实施例中，电极47和48可以形成在覆(overlie)在表面41和42的谷上的层43的谷中。例如，导体材料可以被用于形成电极47和48。实施例可以包含在层43的部分上形成另一个材料，以为器件45形成2DEG沟道52 (以一般方式由虚线示出)。实施例可以包含在层43上形成沟道形成材料50。例如，氮化铝镓(AlGaN)的层可以形成在层43的与电极47和/或48相邻的部分。材料50可以是辅助形成2DEG的任何材料，诸如例如AlGaN、InGaN、或者其他II1-V或者I1-VI 二元、三元、或者四元合金复合半导体、或者诸如结晶Ga2O3的材料和类似材料。在一个实施例中，材料50可以形成在覆在表面41和42的表面的峰、或者变平顶部部分、和/或相邻部分的层43的表面的部分上。材料50可以在用于电极47和48的材料之前或者之后形成。对于HEM晶体管的实施例而言，栅极电极51可以形成在材料50的一部分上或者覆在其上。实施例可以包含形成材料51作为导体材料。可选的栅极绝缘体53可以形成在材料50与栅极电极(诸如材料51的一部分)之间。绝缘体53可以是Hf02、Si02、Al2O3、或者其他周知的绝缘体材料。该方法便于增加基板的每单位面积的用于HEM半导体器件的总表面积，因而降低成本。
[0026]图6示出各种类型的多孔硅和/或纳米多孔硅的各种图像。例如,硅基板可以包含在表面上具有孔或者纳米孔(诸如例如图6所示的孔)的表面。孔可以具有开口，该开口具有从约小于2纳米(2nm)的直径至约1000纳米(100nm)的直径、或者各种尺寸。形成HEM器件的方法的另一个实施例可以包含使用具有多孔硅和/或纳米多孔硅表面的硅基板。多孔表面的孔可以由各种方法形成，该方法包含用酸或者其他蚀刻材料来蚀刻表面、或者通过表面的激光烧蚀。实施例可以包含使用掩模来保护基板的表面的部分，并仅在基板的表面的暴露部分形成孔。
[0027]图7-图12示出形成包含GaN或者SiC或者其他II1-N系或者II1-V系或者I1-VI系半导体材料的HEM器件的方法的实施例的示例的部分中的各个阶段。本方法的实施例可以包含形成结晶区域、或者散布有绝缘体和/或氧化物的结晶区域，以便于GaN和/或SiC或者其他II1-N系或者II1-V系或者I1-VI系半导体材料在硅上的生长。
[0028]图7示出2个硅基板55和57的实施例的一部分的示例的减小的剖视图，2个硅基板55和57可以形成为在基板55和57的表面的至少一部分上具有孔，因而，分别形成多孔表面区域或者多孔表面56和58。每个基板55和57可以是体基板、或者可以是形成在体基板上的硅层。例如，可以是在体硅基板或者玻璃或者陶瓷或者其他体基板上形成的外延层。如图6的说明解释的那样，并且如表面56和58的不同的相关孔示出的那样，孔的深度和开口的直径可以变化。孔可以形成在基板55和/或57的(111)或者(100)面或者其他面上，以形成基板55和/或57的表面的多孔表面或者多孔区域76。
[0029]参考图8,绝缘体层62形成在基板55或者57之一的表面上，以形成基板61。在实施例中，层62可以是二氧化硅层，通过氧化基板55和/或57的多孔表面而形成。在其他实施例中，还可以使用其他绝缘体、诸如例如Si3N4或者AlN,以替代或者添加至二氧化硅。
[0030]图9示出在方法的示例中另一个步骤的示例下的基板61。基板61的表面可以诸如通过化学机械抛光(CMP)或者其他平面化技术而基本上被平面化，以暴露成核位点。例如，成核位点可以包含:包含散布有半导体区域63的绝缘体区域64的基板61的表面。绝缘体区域64的宽度由之前形成的表面56或者58中的孔的尺寸形成。由散布的硅和绝缘体区域(诸如例如区域63和64)形成的成核位点，在基板61的表面上形成成核区域65。
[0031]参考图10，HEM层67的HEM结构可以形成在基板61的表面上，诸如形成在成核区域65上。层67的材料可以是GaN或者SiC或者其他II1-N系或者II1-V系或者I1-VI系半导体材料或者诸如例如图25说明中说明的多个层。在实施例中，层67的材料可以诸如通过使用MBE或者MOCVD或者类似技术的沉积过程，来形成为外延层。认为区域64的绝缘体材料不具有固定的晶格结构，这可以便于区域65吸收晶格应变的至少一部分，因而减小施加至层67的晶格应力、诸如例如层67与基板61之间的应力。例如，减小至少在基板61的表面附近的晶格应力。如图9中以一般方式示出的那样，区域64的绝缘体材料、诸如例如二氧化硅，散布在硅区域63之间。绝缘体的存在允许晶格失配容纳。层67可以被用于在基板61上形成HEM半导体器件或者多个HEM器件。例如，HEM器件元件可以形成在层67上，诸如例如对于器件45(图5)说明的元件。
[0032]图11示出在硅上、诸如例如在基板61上，形成HEM层的替代方法的步骤下的基板61。碳化硅(SiC)层69可以形成在基板61的表面上、诸如形成在成核区域65上。层67可以形成在层69上。层69的材料的晶格结构更接近层67的晶格结构，这会减小施加至层67的晶格应力。
[0033]图12示出在硅上、诸如例如在基板61，上形成HEM器件的另一个替代方法的步骤下的基板61。氮化铝(AlN)层73可以形成在基板61的表面上、诸如形成在成核区域65上。SiC层69可以形成在层73上，而且层67可以形成在层69上。或者，可以省略层69，而且层67可以形成在层73上。
[0034]在硅基板上形成HEM材料、诸如例如GaN或者SiC或者其他III或者I1-V或者I1-VI系材料会降低成本。使用多孔硅基板会减少缺陷和应力，因而降低成本。
[0035]图13-图15示出形成诸如GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的另一个方法的实施例的示例的部分中的各个阶段。
[0036]图13示出多孔硅(Si)基板70、诸如例如类似于如图7的说明中解释的基板55或者57之一并包含多孔区域76的基板。HEM层或者层67可以形成在多孔表面76上。GaN或者SiC或者其他III或者I1-V或者I1-VI系材料可以形成在多孔硅上，该多孔硅由于晶格容纳而具有低晶格应力和高品质。例如，认为孔可以吸收一些应变，这会减小施加至层67的晶格应力。由下文进一步可知，可以通过该方法的接下来的步骤，更进一步减小应变。
[0037]参考图14，可以定义GaN器件层。例如，可以生成一般由虚线示出的脆性(friable)区域或者层77，以辅助从基板70移除层67的至少一部分。区域77可以形成在基板70的表面附近、诸如在体层或者外延层的表面上，或者可以形成在层67中与基板70的界面附近。层77可以通过分布在GaN层的层67中的近表面区域中的窄带中的高浓度的轻元素(诸如氢或者氦)以扩散或者离子注入来形成。或者，脆性区域77可以形成在基板70的表面附近的基板70中。区域77可以由各种方法形成，包含化学或者机械方法。区域77接下来将被用于从基板70移除层67的至少一部分，诸如移除大体上平行于基板70的表面、或者沿着层67的长轴延伸的层67的一部分。
[0038]适当的中间基板或者载体材料或者载体基板79可以键合到层67的相反表面、诸如例如键合到GaN或者SiC层。在一个示例实施例中，基板79包含硅的高掺杂N型层(N+)。N+硅可以是高掺杂的硅晶片，或者可以是高掺杂区或者外延层、诸如在体硅或者玻璃或者陶瓷基板上的外延层。在其他实施例中，基板79可以掺杂为P型、或者可以不掺杂。基板79还可以是SiC、GaAs、Al203、Ge、或者一些其他半导体材料。由于基板79被键合至层67，晶格应力被最小化，允许使用未掺杂的或者不同地掺杂的基板。
[0039]参考图15，热冲击或者其他应力被施加至键合的晶片对，使得脆性层77开裂、或者从原始材料体将键合的材料的至少一部分分离并摆脱。例如层67可以沿着大体上平行于基板70的表面的长轴分开。这留下了层67的一部分、诸如例如GaN或者SiC层的一部分，附接至基板79。在一个实施例中，层77分开，以从基板70分离至少一部分层67，使得层67的一部分形成键合至基板79上的层80，层67的另一个部分保持附接至基板70。具有最多缺陷的层67的该部分、诸如例如GaN或者SiC层的该部分归属于基础基板(诸如归属于基板70)，并且并非在基板79 (诸如例如中间基板)上的结果层80 (诸如例如GaN或者SiC层)的一部分。在基板70的一些硅可以保持附接至层80的情况下，由于蚀刻选择性，任何残留的硅可以容易从层80被移除。另外，层80，诸如例如GaN或者SiC层，可以再次迁移，例如如图22-23的说明所示，以具有被暴露用来进一步外延沉积，并将层加厚用于以低缺陷密度制造器件的最有效的生长表面。层80可以被用于在硅基板79上形成HEM半导体器件，如上文解释的那样。
[0040]另外，基板70可以被重复使用来生长另外的GaN、SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体材料。该方法的一个示例在图22-31的说明中说明。
[0041]由于多孔硅的晶格容纳，该方法导致高品质的GaN或者SiC层或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体层。层67的分离还会辅助移除层67中的缺陷，并改善所得的GaN、SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体材料的品质。该方法还提供更精确的厚度控制。由于形成在硅基板上，所得的GaN或者SiC其他II1-N或者II1-V或者
I1-VI系层具有高品质和更低成本。另外，晶片键合的加工成本比一次性使用GaN或者SiC基板的成本小。
[0042]图16-图19示出形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他II1-N系或者II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的替代实施例的示例的部分中的各个阶段的部分。
[0043]图16示出碳化硅(SiC)基板84的一部分的实施例的示例的减小的剖视图。层67可以形成在基板84的表面上。认为因为基板84与层67的材料之间的更接近的晶格匹配，层67具有减少了的缺陷。由下文进一步可知，层67的一部分可以被移除并被用于形成品质改善且成本降低的HEM器件。在替代实施例中，可选的AlN层85可以在形成层67之前，形成在基板84的表面上，例如诸如在图29-31的说明中说明的那样，而且层67可以形成在层85上。
[0044]参考图17，根据方法的另一个步骤，脆性区域77形成在层67中或者其表面附近的基板84中。除了 SiC外，基板84还可以是S1、GaAs、Al203、Ge、或者一些其他半导体材料。
[0045]参考图18，层67的部分、例如III系材料或者GaN或者SiC或者例如其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体材料的一部分，沿着或者在脆性区域77附近被移除。分开脆性区域77可以将层67分离为两部分，具有作为层88保持附接至基板84的第一部分88、以及从基板84分离的第二部分87。
[0046]参考图19，层67的部分87，例如移除的层，可以键合至或者附接至中间基板90，并形成层87。基板90可以类似于如上文说明的基板79(图14)。基板90还可以是SiC、GaAs, Al2O3, Ge、或者一些其他半导体材料。层87可以使用周知的晶片键合技术附接至基板90。层87可以被用于形成HEM半导体器件,例如可以被用于形成具有类似于器件45 (图5)的元件的晶体管或者二极管。
[0047]图20-图21示出形成包含GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的另一个替代实施例的示例的部分中的各个阶段。
[0048]参考图20，GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系层可以形成在SiC基础基板上。在一个实施例中，层67可以形成在基板84上。脆性区域77可以形成在层67或者基板84中，如上文解释的那样。例如，脆性区域77可以形成为如上文解释的那样，诸如例如在形成于SiC基板的III系材料中形成。硅中间基板90可以键合到III系层上。在一个实施例中，基板90可以键合到层67上。
[0049]参考图21，层67的一部分可以从基板84被移除，并保持键合至基板90。例如III系材料或者例如GaN的一部分沿着或者在脆性区域77附近被移除。区域77可以沿着长轴、诸如例如大致沿着基板84的表面的面被分开，从而分开层67。层67的部87可以从基板84分离，并保持键合至基板90。在一个实施例中，层67，例如III系材料，约沿着脆性区域或者在其附近分开，留下层67或者III系材料的部分在硅中间基板上。在实施例中，中间基板90优选的是硅(111)，但也可以是其他半导体，而且具有选定的极性或者晶体取向和/或掺杂水平。
[0050]HEM半导体器件然后可以在层87中形成，如上文说明的那样。在实施例中，半导体器件可以形成在GaN或者其他III系层中。
[0051]图22-图25示出形成GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体器件的方法的另一个替代实施例的示例的部分中的各个阶段。
[0052]图22在使用基板90从层67移除层87之后的阶段开始，诸如在图18_19或者图20-21的说明中解释的那样。实施例在使用Si中间基板从SiC基础基板移除III系材料层(诸如例如GaN)之后开始，诸如在图19或者图21的说明中解释的那样。层87可以通过晶片键合使用周知的晶片键合技术附接至基板90，或者可以使用范德华力进行键合。脆性区域77形成在层87中。
[0053]参考图23，在实施例中，另一个中间基板94附接至层87。在实施例中，基板94是类似于基板79或者90的，而且被键合至层87。实施例可以包含另一个中间基板、诸如Si中间基板，被键合至III系层的表面。
[0054]参考图24，脆性层77被分开，从而以大体上沿着约在基板90的表面的面中的长轴将层87分开，留下层87的一部分附接至基板94作为HEM层95。另一个实施例可以包含移除第一中间基板，在第二中间基板上留下III系层。HEM半导体器件可以形成在层95上、诸如例如III系层上。
[0055]一个优点是该实施例能够使用层95的面、例如诸如III系的前面(诸如GaN中的Ga面)层作为正面，用于另外的GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系层、诸如例如另外的外延层、诸如AlGaN(例如参见图25)的高生长速率。
[0056]图25示出形成包含GaN或者SiC或者其他111系器件或者其他II I_N或者II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的另一个替代实施例。在实施例中，III系层可以包含一起形成的多个层。任何层67或者87或者95可以包含多个层。例如，AlN层97可以形成在基板94或者其他上文解释的基板上、诸如例如基础基板上。GaN层98可以形成在AlN层97上。AlGaN层99可以形成在GaN层98上，并且/或GaN层100或者其他III系材料可以形成在AlGaN层99上。
[0057]在一个示例实施例中，GaN可以为约0.1至10 μ m厚，作为独立层或者作为总多层结构的部分。AlN层97可以为约I纳米至1000纳米厚(Inm至100nm)。GaN层98可以为约0.1至10微米厚(0.1至10 μ m)。AlGaN层99可以为约2至100纳米厚(2至10nm)，GaN层100可以为约10至1000纳米厚(10至100nm)。
[0058]图26-图28示出形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他III系器件或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM半导体器件的方法的另一个替代实施例的示例的部分中的各个步骤。在一个实施例中，基板可以重新使用于多个序列的形成器件。
[0059]图26示出在将层67分开并在晶片84上留下层67的一部分作为层88 (例如在图18-19的说明中说明的那样)之后附近的点的步骤。基板84可以被重新使用来形成其他HEM器件。实施例可以包含从基板84移除层88的残留部分，进而重新使用基板84。例如，该方法可以包含从SiC基础基板移除III系材料层(诸如例如GaN)，例如使用诸如在图18的说明和图19的开始中解释的用硅中间基板来移除GaN层。SiC基础基板可以被重新使用来形成另一个III系层。
[0060]如图26-27中示出的那样，层88可以从基板84移除。例如，层88可以诸如通过湿法蚀刻、或者干法蚀刻、或者CMP或者其他抛光操作来移除。实施例可以包含诸如可以通过湿法蚀刻、或者干法蚀刻、或者CMP或者其他抛光操作，从基础SiC基板的表面移除任何残留的GaN。
[0061]图28示出基板84可以接下来被重新使用来形成另一个HEM半导体器件。例如，另一个层67可以形成在基板84，作为操作的部分，以形成下一半导体器件。实施例可以包含SiC基础晶片、诸如例如基板84，可以被重新使用来形成其他III系材料层的另一个GaN层。
[0062]图29-图31示出形成包含GaN或者SiC半导体器件或者其他III系器件或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体器件的HEM器件的方法的另一个替代实施例的示例的部分中的各个阶段。该方法包含替代方法来重新使用基板、诸如例如基板84。
[0063]参考图29，AlN层73可以形成在基板84的表面上。基板84然后可以被用于使用上文说明的技术来形成HEM器件，包含如图16-25的说明中说明的那样。在形成HEM器件之后，操作通常地至少留下附接至AlN层73的层88的残留物或者一部分。
[0064]参考图30，蚀刻过程可以被用于移除残留在层73上的层88的一部分或者残留物。层73通常起到该操作的蚀刻终止的作用，使得层73被蚀刻操作最低限地影响。因此，层73用作选择性蚀刻终止。在实施例中，该方法包含使用选择性蚀刻，在AlN层73终止的步骤。
[0065]参考图31，接下来，基板84和层73可以被再用来形成另一个HEM器件。在实施例中，SiC基板84可以与AlN层73 —起使用，用于形成另外的GaN外延层。
[0066]由上述说明可知，实施例可以包含在晶格匹配的SiC上的高品质GaN、或者GaN可以形成。实施例可以包含通过在硅基板上形成HEM器件，从而以低成本形成高品质SiC半导体器件或者其他III系器件或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系半导体器件。在实施例中，通过在体或者外延层的表面上，以分布在GaN层的近表面区域中的窄带中的高浓度的轻元素(诸如氢或者氦)的扩散或者离子注入来生成脆性层。这允许通过各种方法进行层分离，减小缺陷材料的量。由于蚀刻选择性，从SiC移除残留GaN可以容易完成。对于重复器件重新使用相同的高成本SiC或者GaN基板提供了显著的成本的降低。该方法导致在低成本硅基板上的高品质的GaN/SiC，因而能实现高性价比。晶片键合的额外的加工成本比在SiC基板上使用一次性GaN小。在使用GaAs、AlN、蓝宝石、或任何昂贵的基板时，可以米用相同的概念。
[0067]由所有上述内容可知，本领域的技术人员可以理解，该形成半导体器件的方法可以包括:
[0068]提供包含娃的第一半导体材料的基础基板、诸如例如娃基板或者碳化娃基板；以及
[0069]在所述基础基板上形成GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系材料之一的层。
[0070]该方法的实施例可以包含提供多孔硅基板，并在所述多孔硅基板的多孔表面上形成成核位点。
[0071]该方法的另一个实施例可以包含在所述多孔表面上形成绝缘体，并将所述绝缘体平面化。
[0072]在实施例中，该方法可以包含将所述绝缘体形成为氧化硅、二氧化硅、氮化硅、或者氮化招之一。
[0073]本领域的技术人员进一步理解，一种HEM器件可以包括:硅基础基板，在(111)面具有表面；以及
[0074]GaN或者其他I1-V或者I1-VI材料的层，在所述硅基础基板的表面上，其中，所述层在所述硅基础基板的所述(111)面上形成有(0001)面。
[0075]另一个实施例可以包含所述HEM器件在所述层的至少一部分上包含沟道材料。
[0076]在实施例中，所述沟道材料可以包含AlGaN的层。
[0077]实施例可以包含所述HEM器件包含覆在所述沟道材料上的栅极材料。
[0078]本领域的技术人员还可以理解，形成HEM器件的方法的一个实施例可以包括:提供包含硅的第一半导体材料(例如硅基板或者碳化硅基板)的基础基板、诸如例如基板70或者84等之一；
[0079]覆在所述基础基板上形成GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系材料之一的层；
[0080]在所述层与下层材料的界面附近形成脆性区域；
[0081]从所述基础基板分离所述层的一部分；
[0082]将所述层的一部分附接至中间基板；以及
[0083]在所述层的一部分中形成所述HEM器件。
[0084]该方法的实施例可以包含沿着实质上平行于所述基础基板的所述表面的所述层的长轴，将所述层分为两部分。
[0085]本领域的技术人员还可以理解，形成HEM器件的方法可以包括:提供包含硅的第一半导体材料(例如硅基板或者碳化硅基板)或者其他包含硅的材料的基础基板、诸如例如基板70或者84等之一；
[0086]覆在所述基础基板上形成GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系材料之一的层；
[0087]在所述层与下层材料的界面附近形成脆性区域；
[0088]将中间基板附接至所述层，诸如例如基板90 ；
[0089]从所述基础基板分离所述层的一部分；以及
[0090]在所述层的一部分中形成所述HEM器件。
[0091]本领域的技术人员可以进一步理解，形成HEM器件的方法可以包括:提供包含硅的第一半导体材料的基础基板，例如娃基板或者碳化娃基板；以及
[0092]在所述基础基板上形成GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系材料之一的层。
[0093]该方法的另一个实施例可以包含提供所述基础基板包含提供多孔娃基础基板。
[0094]该方法的实施例可以包含在所述层中形成脆性区域。
[0095]在实施例中，该方法可以包含将中间基板键合至所述层。
[0096]实施例可以包含从所述基础基板分离所述中间基板和所述层的至少一部分。
[0097]另一个实施例可以包含从所述基础基板分离所述层的至少一部分。
[0098]在实施例中，该方法可以包含将所述层的一部分键合至中间基板。
[0099]实施例可以包含清洗所述基础基板，并在所述基础基板上形成另一个层，其中，所述另一个层是GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系材料之一。
[0100]一个实施例可以包含形成包含所述层的所述HEM器件。
[0101]在实施例中，该方法可以包含:提供在所述基础基板的表面上具有孔的多孔娃基础基板；在所述孔上以及所述孔内形成绝缘体；以及将所述表面平面化，以在所述基础基板的所述表面上形成硅成核位点。
[0102]实施例可以包含形成包含多个III系层的层。
[0103]另一个实施例可以包含形成AlN层，并在所述AlN层上形成GaN层。
[0104]实施例可以包含提供在(111)面中具有表面的娃基础基板。
[0105]该方法还可以包含在所述硅基础基板的所述表面上形成GaN的层，其中，所述GaN在所述硅基础基板的(111)面上形成有(0001)面。
[0106]实施例可以包含提供是硅或者碳化硅之一的基板。
[0107]另个实施例可以包含:提供是SiC、GaAs、Al2O3、或者Ge之一的基板；在所述基础基板上形成层；在所述层中形成脆性区域，并分离所述脆性区域，以从所述基础基板分离所述层的至少一部分。
[0108]实施例可以包含从所述基础基板移除所述层的残留物，并在所述基础基板上形成另一个层，其中，所述另一个层是在所述基础基板上的GaN或者SiC或者其他II1-N或者
II1-V或者I1-VI系材料之一。
[0109]尽管用特定优选的实施例和示例实施例说明了说明的主题，上述附图和其说明描述的仅仅是典型的和示例性的主题的实施例，并且因此不应被认为限制其范围，明显的是本领域的技术人员可以想到很多替代和变化。
[0110]如权利要求在此以后所反映的那样，创新方面可以在于少于单个上述公开的实施例中的所有特征。因此，在此以后表述的权利要求特此明确地被并入该【具体实施方式】中，每个权利要求其自身作为发明的单独的实施例。此外，本领域的技术人员可以理解的是，尽管本文说明的一些实施例包含一些特征，但是不包括在其他实施例中包括的其他特征，不同实施例的特征的组合也要位于本发明的范围内，而且形成不同实施例。
【权利要求】
1.一种形成高电子迁移率HEM器件的方法，包括: 提供包含硅的第一半导体材料的基础基板； 覆在所述基础基板上形成GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系材料之一的层； 在所述层与下层材料的界面附近形成脆性区域； 从所述基础基板分离所述层的一部分； 将所述层的所述一部分附接至中间基板；以及 在所述层的所述一部分中形成所述HEM器件。
2.如权利要求1所述的方法，其中，分离所述层的所述一部分包含将所述层沿着大体上平行于所述基础基板的所述表面的所述层的长轴，分为两部分。
3.如权利要求1所述的方法，还包含在分离所述层的所述一部分之前，将所述中间基板附接至所述层的所述一部分。
4.一种形成半导体器件的方法，包括: 提供包含硅的第一半导体材料的基础基板；以及 在所述基础基板上形成GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系材料之一的层。
5.如权利要求4所述的方法，其中，提供所述基础基板包含提供多孔硅基础基板。
6.如权利要求5所述的方法，还包含在所述层中形成脆性区域。
7.如权利要求6所述的方法，还包含将中间基板键合至所述层。
8.如权利要求7所述的方法，还包含从所述基础基板分离所述中间基板和所述层的至少一部分。
9.如权利要求6所述的方法，还包含从所述基础基板分离所述层的至少一部分。
10.如权利要求9所述的方法，还包含将所述层的所述一部分键合至中间基板。
11.如权利要求10所述的方法，还包含清洗所述基础基板，并在所述基础基板上形成另一个层，其中，所述另一个层是GaN或者SiC或者其他II1-N或者II1-V或者I1-VI系材料之一。
12.如权利要求4所述的方法，还包含形成包含所述层的所述HEM器件。
13.如权利要求4所述的方法，其中，提供基础基板包括提供在所述基础基板的表面上具有孔的多孔娃基础基板； 在所述孔上以及所述孔内形成绝缘体；以及 将所述表面平面化，以在所述基础基板的所述表面上形成硅成核位点。
14.如权利要求4所述的方法，其中，形成所述层包含形成包含多个III系层的层。
15.如权利要求4所述的方法，其中，形成所述层包含形成AlN层，并在所述AlN层上形成GaN层。
16.如权利要求4所述的方法，其中，提供所述基础基板包含:提供在(111)面具有表面的娃基础基板；以及 在所述硅基础基板的所述表面上形成GaN的层，其中，GaN在所述硅基础基板的(111)面上形成有(0001)面。
17.一种高电子迁移率HEM器件，包括:硅基础基板，在(111)面具有表面；以及 GaN或者其他I1-V或者I1-VI材料的层，在所述硅基础基板的所述表面上，其中，所述层在所述硅基础基板的所述(111)面上形成有(0001)面。
18.如权利要求17所述的HEM器件，还包含在所述层的至少一部分上的沟道材料。
19.如权利要求18所述的HEM器件，其中，所述沟道材料包含AlGaN。
20.如权利要求18所 述的HEM器件，还包含覆在所述沟道材料上的栅极材料。
【文档编号】H01L29/739GK104051236SQ201410095340
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】A·萨利赫, 小J·M·帕西 申请人:半导体元件工业有限责任公司