本發(fā)明涉及外延晶片、半導(dǎo)體元件、外延晶片的制造方法、以及半導(dǎo)體元件的制造方法。

背景技術(shù)：

氮化物半導(dǎo)體層，通常形成于便宜的硅基板上、藍(lán)寶石基板上。然而，這些基板的晶格常數(shù)與氮化物半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)差異大，另外，熱膨脹系數(shù)也相異。因此，在基板上，通過外延生長所形成的氮化物半導(dǎo)體層中會(huì)發(fā)生大的應(yīng)變能。其結(jié)果，在氮化物半導(dǎo)體層中容易發(fā)生龜裂和造成結(jié)晶品質(zhì)降低。

為了解決上述問題，提出了一種方法，在硅基板與由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的有源層(activelayer)之間，配置由積層氮化物半導(dǎo)體層而成的緩沖層(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

圖6表示專利文獻(xiàn)1的半導(dǎo)體晶片，其具有緩沖層。

在圖6的半導(dǎo)體晶片1中，緩沖層3設(shè)置于硅基板2與有源層4(由電子傳輸層4a與電子供給層4b構(gòu)成)之間，緩沖層3具有：第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5；第二單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8，設(shè)置于第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5上且由gan(氮化鎵)構(gòu)成；以及，第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5’，設(shè)置于第二單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8上。

進(jìn)一步，第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5和第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5’具有多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)是由子多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域6與第一單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域7重復(fù)積層而成，所述第一單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域7是由gan構(gòu)成且比第二單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8更薄。

另外，子多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域6具有多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)是由aln(氮化鋁)構(gòu)成的第一層與由gan構(gòu)成的第二層重復(fù)積層而成。

在專利文獻(xiàn)1中，公開了下述技術(shù)內(nèi)容：利用以第一比例包含鋁的氮化物半導(dǎo)體來形成第一層，并將第二層、第一單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域7及第二單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8的鋁的比例設(shè)為比第一比例更小，即，通過將緩沖層3的上部(第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5’及第二單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域8)的鋁組成設(shè)為較小，從而降低半導(dǎo)體晶片的翹曲。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2008-205117號(hào)公報(bào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

如上所述，為了改善已形成于硅基板上、藍(lán)寶石基板上的氮化物半導(dǎo)體層的特性，一直以來，進(jìn)行設(shè)置緩沖層，以及對(duì)緩沖層的構(gòu)成進(jìn)行優(yōu)化。

然而，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，在以往的緩沖層構(gòu)成中，在晶片翹曲、內(nèi)部龜裂發(fā)生的方面尚有改善的余地。

本發(fā)明是有鑒于上述問題點(diǎn)而完成的，其目的在于提供一種外延晶片，其能夠降低晶片的翹曲并抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

解決課題的技術(shù)方案

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種外延晶片，其特征在于，具有：硅系基板；第一緩沖層，配置于該硅系基板上，具有第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域與第一插入層，前述第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域由alxga1-xn層與alyga1-yn層交互配置而成，前述第一插入層由比前述alyga1-yn層更厚的alzga1-zn層構(gòu)成，x>y、x>z，并且，前述第一緩沖層由前述第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域與前述第一插入層交互配置而成；第二緩沖層，配置于前述第一緩沖層上，具有第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域與第二插入層，前述第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域由alαga1-αn層與alβga1-βn層交互配置而成，前述第二插入層由比前述alβga1-βn層更厚的alγga1-γn層所構(gòu)成，α>β、α>γ，并且，前述第二緩沖層由前述第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域與前述第二插入層交互配置而成；以及，通道層，配置于前述第二緩沖層上，比前述第二插入層更厚；并且，前述第二緩沖層的平均鋁(al)組成比前述第一緩沖層的平均al組成更高。

如果是如此構(gòu)成的外延晶片，則通過將緩沖層上部的平均al組成設(shè)為比緩沖層下部(比緩沖層上部位于更下側(cè)的區(qū)域)的平均al組成更高，能夠使晶片的翹曲降低，從而能夠降低外周龜裂并抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂，由此，在制作成半導(dǎo)體元件時(shí)，能夠使其耐電壓性等電特性、可靠性成為良好。

此時(shí)，優(yōu)選前述第二插入層比前述第一插入層更薄。

通過此種構(gòu)成，能夠有效地提高緩沖層上部的平均al組成，從而能夠有效地使晶片的翹曲降低，并能夠有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

此時(shí)，優(yōu)選前述第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alαga1-αn層與前述alβga1-βn層的重復(fù)數(shù)量，比前述第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alxga1-xn層與前述alyga1-yn層的重復(fù)數(shù)量更多。

通過此種構(gòu)成，能夠進(jìn)一步提高緩沖層上部的平均al組成，從而能夠更有效地使晶片的翹曲降低，并能夠更有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

此時(shí)，優(yōu)選前述第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alβga1-βn層，比前述第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alyga1-yn層更薄。

通過此種構(gòu)成，能夠進(jìn)一步提高緩沖層上部的平均al組成，從而能夠更有效地使晶片的翹曲降低，并能夠更有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

此時(shí)，優(yōu)選前述第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alαga1-αn層，比前述第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alxga1-xn層更厚。

通過此種構(gòu)成，也能夠進(jìn)一步提高緩沖層上部的平均al組成，從而能夠更有效地使晶片的翹曲降低，并能夠更有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

此時(shí)，優(yōu)選在前述第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alαga1-αn層與前述第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alxga1-xn層中，x<α。

通過此種構(gòu)成，也能夠進(jìn)一步提高緩沖層上部的平均al組成，從而能夠更有效地使晶片的翹曲降低，并能夠更有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

此時(shí)，優(yōu)選在前述第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alβga1-βn層與前述第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的前述alyga1-yn層中，y<β。

通過此種構(gòu)成，也能夠進(jìn)一步提高緩沖層上部的平均al組成，從而能夠更有效地使晶片的翹曲降低，并能夠更有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

另外，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件，其特征在于，具有：上述的外延晶片；障壁層，配置于前述外延晶片上且由氮化鎵系半導(dǎo)體構(gòu)成；以及，第一電極、第二電極及控制電極，前述第一電極、前述第二電極及前述控制電極配置于前述障壁層上。

如果是如此構(gòu)成的半導(dǎo)體元件，則能夠提高緩沖層上部的平均al組成，并能夠通過使晶片的翹曲降低來抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂，由此，能夠制成一種耐電壓性等電特性、可靠性良好的半導(dǎo)體元件。

進(jìn)一步，本發(fā)明提供一種外延晶片的制造方法，其特征在于，包括：準(zhǔn)備硅系基板的工序；在該硅系基板上，通過外延生長來形成第一緩沖層的工序，前述第一緩沖層具有第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域與第一插入層，前述第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域由alxga1-xn層與alyga1-yn層交互配置而成，前述第一插入層是由比前述alyga1-yn層更厚的alzga1-zn層構(gòu)成，x>y、x>z，并且，前述第一緩沖層由前述第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域與前述第一插入層交互配置而成；在前述第一緩沖層上，通過外延生長來形成第二緩沖層的工序，前述第二緩沖層具有第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域與第二插入層，前述第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域由alαga1-αn層與alβga1-βn層交互配置而成，前述第二插入層由比前述alβga1-βn層更厚的alγga1-γn層所構(gòu)成，α>β、α>γ，并且，前述第二緩沖層由前述第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域與前述第二插入層交互配置而成；以及，在前述第二緩沖層上，通過外延生長來形成通道層的工序，該通道層比前述第二插入層更厚；并且，將前述第二緩沖層的平均al組成設(shè)為比前述第一緩沖層的平均al組成更高。

如果使用此種外延晶片的制造方法，則能夠提高緩沖層上部的平均al組成，使晶片的翹曲降低，從而能夠降低外周龜裂并抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂，由此，能夠制造一種外延晶片，在制作成半導(dǎo)體元件時(shí)，耐電壓性等電特性、可靠性會(huì)成為良好。

此時(shí)，優(yōu)選的是，將前述第二插入層設(shè)為比前述第一插入層更薄，將前述第二緩沖層的平均al組成設(shè)為比前述第一緩沖層的平均al組成更高。

如果使用此種外延晶片的制造方法，則能夠有效地提高緩沖層上部的平均al組成。

另外，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，包括：在根據(jù)上述方法制造的外延晶片上，通過外延生長來形成障壁層的工序，該障壁層由氮化鎵系半導(dǎo)體構(gòu)成；以及，在前述障壁層上形成第一電極、第二電極及控制電極的工序。

如果使用此種半導(dǎo)體元件的制造方法，則能夠提高緩沖層上部的平均al組成，并能夠通過使晶片的翹曲降低來抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂，由此，能夠制造一種半導(dǎo)體元件，其耐電壓性等電特性、可靠性良好。

發(fā)明效果

如上所述，如果依據(jù)本發(fā)明的外延晶片，則能夠提高緩沖層上部的平均al組成，并能夠通過使晶片的翹曲降低來抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂，由此，在制作成半導(dǎo)體元件時(shí)，能夠使其耐電壓性等電特性、可靠性成為良好。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的外延晶片的實(shí)施方式的一個(gè)示例的概略剖面圖。

圖2是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的實(shí)施方式的一個(gè)示例的概略剖面圖。

圖3是表示本發(fā)明的外延晶片的制造方法的實(shí)施方式的一個(gè)示例的工序剖面圖。

圖4是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法的實(shí)施方式的一個(gè)示例的工序剖面圖。

圖5是表示晶片翹曲量的定義的圖。

圖6是以往的具有緩沖層的半導(dǎo)體晶片的概略剖面圖。

圖7是表示圖6的結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部龜裂的一個(gè)示例的概略剖面圖。

圖8是表示圖6的結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部龜裂的諾馬斯基影像(微分干涉顯微鏡影像)的一個(gè)示例的圖。

具體實(shí)施方式

以下，針對(duì)本發(fā)明，作為實(shí)施方式的一個(gè)示例，一邊參照附圖一邊詳細(xì)說明，但本發(fā)明并非限定于此實(shí)施方式。

如前所述，為了改善已形成于硅基板上、藍(lán)寶石基板上的氮化物半導(dǎo)體層的特性，一直以來，進(jìn)行設(shè)置緩沖層，以及對(duì)緩沖層的構(gòu)成進(jìn)行優(yōu)化，但在以往的緩沖層中，在晶片翹曲、內(nèi)部龜裂發(fā)生的方面尚有改善的余地。

因此，本發(fā)明人等針對(duì)能夠降低晶片的翹曲并抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂的外延晶片反復(fù)進(jìn)行深入的研究。

其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過設(shè)為一種構(gòu)成，使位于緩沖層上部的第二緩沖層的平均al組成比位于緩沖層下部的第一緩沖層的平均al組成更高，能夠提高緩沖層上部的平均al組成，由此，能夠降低晶片的翹曲并抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂，從而完成了本發(fā)明。

此處，內(nèi)部龜裂是指由于膜應(yīng)力的影響而在外延生長中有龜裂發(fā)生的現(xiàn)象，圖7表示圖6的結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部龜裂的一個(gè)示例。圖7是表示圖6的第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域5的子多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域6(第一層61與第二層62交互積層而成的區(qū)域)中發(fā)生了內(nèi)部龜裂9的圖。另外，圖8表示圖6的結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部龜裂的諾馬斯基影像(nomarski，微分干涉顯微鏡影像)。由于如此地發(fā)生內(nèi)部龜裂所產(chǎn)生的內(nèi)部龜裂的內(nèi)側(cè)部分，會(huì)在后面進(jìn)行的外延生長時(shí)被埋入，因此，外延生長后的外延層的表面會(huì)成為平坦。然而，在圖7的情況下，由于在內(nèi)部龜裂9內(nèi)，第一單層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域7的物質(zhì)會(huì)被埋入，因此，會(huì)對(duì)耐電壓性等電特性、可靠性等造成不良的影響。

針對(duì)此種抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂的機(jī)制，說明如下。

在gan層(或al組成少的algan層)i與aln層(或al組成多的algan層)ⅱ交互積層而成的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)閮?nèi)部龜裂是aln層(或al組成多的algan層)ⅱ因受到gan層(或al組成少的algan層)i拉伸而破裂所產(chǎn)生，因此，要抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂，則必須降低被施加于aln層(或al組成多的algan層)ⅱ上的拉伸應(yīng)力。因?yàn)樵趃an層(或al組成少的algan層)i與aln層(或al組成多的algan層)ⅱ交互積層而成的緩沖結(jié)構(gòu)中，隨著遠(yuǎn)離硅基板，gan層(或al組成少的algan層)i會(huì)漸漸地晶格弛豫(latticerelaxation)，因此，推定通過特別是在緩沖結(jié)構(gòu)上部提高平均al組成，則由于與以往相比增強(qiáng)了對(duì)于緩沖結(jié)構(gòu)上部的gan層(或al組成少的algan層)i的應(yīng)變，并減弱了對(duì)于aln層(或al組成多的algan層)ⅱ的應(yīng)變，故會(huì)得到抑制內(nèi)部龜裂的效果。

另外，針對(duì)降低晶片的翹曲的機(jī)制，說明如下。

由于緩沖層上部的平均al組成變高，對(duì)形成于其上的gan層(即，通道層)也會(huì)施予強(qiáng)的壓縮應(yīng)力。推定據(jù)此而使得在外延生長中向負(fù)向側(cè)的變形(即，負(fù)向側(cè)的晶片翹曲)會(huì)變強(qiáng)，而在外延生長結(jié)束后回到室溫時(shí)的晶片翹曲(正向側(cè)的晶片翹曲)會(huì)變小。并且，由于晶片的翹曲變小，也會(huì)抑制在晶片外周所發(fā)生的龜裂(以下，稱為外周龜裂)。

首先，一邊參照?qǐng)D1，一邊說明本發(fā)明的外延晶片的實(shí)施方式的一個(gè)示例。

圖1(a)所示的本發(fā)明的外延晶片10具有硅系基板12、設(shè)置于硅系基板12上的緩沖層25、以及設(shè)置于緩沖層25上的通道層26。

此處，硅系基板12是由例如si(硅)或sic(碳化硅)構(gòu)成的基板。

緩沖層25具有第一緩沖層15與設(shè)置于第一緩沖層15上的第二緩沖層16。

如圖1(b)所示，第一緩沖層15是由第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19與第一插入層20交互積層而成。第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19由alxga1-xn層17與alyga1-yn層(x>y)18交互積層而成，第一插入層20由alzga1-zn層(x>z)構(gòu)成，且比alyga1-yn層(x>y)18更厚。

此處，alxga1-xn層17能夠設(shè)為aln層(即，x＝1)或algan層，alyga1-yn層18能夠設(shè)為gan層(即，y＝0)，第一插入層20能夠設(shè)為gan層(即，z＝0)。

如圖1(c)所示，第二緩沖層16由第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23與第二插入層24交互積層而成。第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23由alαga1-αn層21與alβga1-βn層(α>β)22交互積層而成，第二插入層24由alγga1-γn層(α>γ)構(gòu)成，且比alβga1-βn層22更厚。進(jìn)一步，第二插入層24成為比第一插入層20更薄的構(gòu)成。

此處，alαga1-αn層21能夠設(shè)為aln層(即，α＝1)或algan層，alβga1-βn層22能夠設(shè)為gan層(即，β＝0)，第二插入層24能夠設(shè)為gan層(即，γ＝0)。

第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19的alxga1-xn層17和alyga1-yn層18、與第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23的alαga1-αn層21和alβga1-βn層22，能夠設(shè)為例如表1所示的組合。

表1

通道層26比第二插入層24更厚，且是由下述層所構(gòu)成：gan層、algan層、ingan層、或是在厚的gan層上具備ingan層而成的復(fù)合層等。并且，在硅系基板12與緩沖層25之間，亦可設(shè)置aln初始層13(參照?qǐng)D1(a))。

如此，通過將第二緩沖層16的平均al組成設(shè)為比第一緩沖層15的平均al組成更高的構(gòu)成，能夠提高緩沖層25上部的平均al組成，通過使晶片的翹曲降低，能夠降低外周龜裂并抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。由此，在制作成半導(dǎo)體元件時(shí)，能夠使其耐電壓性等電特性、可靠性成為良好。

在圖1的外延晶片10中，第二插入層24優(yōu)選比第一插入層20更薄。

通過此種構(gòu)成，能夠有效地使緩沖層25上部的平均al組成比緩沖層25下部的平均al組成更高，所述緩沖層25下部比緩沖層25上部位于更下側(cè)，從而能夠有效地降低晶片的翹曲，并能夠有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

在圖1的外延晶片10中，第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23的alαga1-αn層21與alβga1-βn層22的重復(fù)數(shù)量，優(yōu)選是比第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19的alxga1-xn層17與alyga1-yn層18的重復(fù)數(shù)量更多。

通過此種構(gòu)成，能夠更有效地使緩沖層25上部的平均al組成比緩沖層25下部的平均al組成更高，所述緩沖層25下部比緩沖層25上部位于更下側(cè)，從而能夠更有效地降低晶片的翹曲，并能夠更有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

在圖1的外延晶片10中，第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23的alβga1-βn層22，優(yōu)選比第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19的alyga1-yn層18更薄。

通過此種構(gòu)成，能夠更有效地使緩沖層25上部的平均al組成比緩沖層25下部的平均al組成更高，所述緩沖層25下部比緩沖層25上部位于更下側(cè)，從而能夠更有效地降低晶片的翹曲，并能夠更有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

進(jìn)一步，在圖1的外延晶片10中，第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23的alαga1-αn層21，優(yōu)選比第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19的alxga1-xn層17更厚。

另外，當(dāng)比較第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23的alαga1-αn層21與第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19的alxga1-xn層17時(shí)，優(yōu)選x<α。例如，可將alαga1-αn層21設(shè)為al0.8ga0.2n層，并將alxga1-xn層17設(shè)為al0.6ga0.4n層。

進(jìn)一步，當(dāng)比較第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23的alβga1-βn層22與第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19的alyga1-yn層18時(shí)，優(yōu)選y<β。例如，可將alβga1-βn層22設(shè)為al0.3ga0.7n層，并將alyga1-yn層18設(shè)為al0.1ga0.9n層。

通過此種構(gòu)成，也能夠更有效地使緩沖層25上部的平均al組成比緩沖層25下部的平均al組成更高，所述緩沖層25下部比緩沖層25上部位于更下側(cè)，從而能夠更有效地降低晶片的翹曲，并能夠更有效地抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。

上述提高緩沖層25上部的平均al組成的方法，其可將多種方法同時(shí)進(jìn)行，由此，能夠進(jìn)一步提高上部的平均al組成。

接著，一邊參照?qǐng)D2，一邊說明本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的實(shí)施方式的一個(gè)示例。

圖2(a)所示的本發(fā)明的半導(dǎo)體元件11，是在上述已利用圖1說明的外延晶片10上，設(shè)置由氮化鎵系半導(dǎo)體(例如algan)構(gòu)成的障壁層27，并在障壁層27上設(shè)置第一電極(源極電極)30、第二電極(漏極電極)31及控制電極32而成。半導(dǎo)體元件11例如是高電子遷移率晶體管(hemt)。

通道層26與障壁層27構(gòu)成有源層29。

第一電極30和第二電極31，配置成使電流由第一電極30經(jīng)由已形成在通道層26內(nèi)的二維電子氣(twodimensionalelectrongas)28而流動(dòng)至第二電極31。能夠通過施加于控制電極32的電位來控制在第一電極30與第二電極31之間流動(dòng)的電流。

如果是如此構(gòu)成的半導(dǎo)體元件，則通過使緩沖層25上部的平均al組成比緩沖層25下部的平均al組成更高，所述緩沖層25下部比緩沖層25上部位于更下側(cè)，從而使晶片的翹曲降低，因此，能夠降低外周龜裂并抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂，使用此晶片所制作的元件，能夠使其成為一種耐電壓性等電特性、可靠性良好的半導(dǎo)體元件。

接著，一邊參照?qǐng)D3，一邊說明本發(fā)明的外延晶片的制造方法的實(shí)施方式的一個(gè)示例。

首先，準(zhǔn)備硅系基板12(參照?qǐng)D3(a))。

具體來說，作為硅系基板12，準(zhǔn)備硅基板或sic基板。硅基板或sic基板，通常被用作為氮化物半導(dǎo)體層的生長基板。

隨后，在硅系基板12上，通過外延生長來形成第一緩沖層15(參照?qǐng)D3(b))。

具體來說，在硅系基板12上，根據(jù)movpe法(金屬有機(jī)物氣相外延法)來形成第一緩沖層15，其構(gòu)成緩沖層25。如圖1(b)所示，第一緩沖層15是第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19與第一插入層20交互積層而成的。第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19是由alxga1-xn層17與alyga1-yn層(x>y)18交互積層而成的，第一插入層20由alzga1-zn層(x>z)構(gòu)成，且比alyga1-yn層(x>y)18更厚。

此處，alxga1-xn層17能夠設(shè)為aln層(即，x＝1)，alyga1-yn(x>y)層18能夠設(shè)為gan層(即，y＝0)，第一插入層20能夠設(shè)為gan層(即，z＝0)。

并且，在形成第一緩沖層15前，也可形成aln初始層13。

隨后，在第一緩沖層15上，通過外延生長來形成第二緩沖層16(參照?qǐng)D3(c))。

具體來說，在第一緩沖層15上，根據(jù)movpe法來形成第二緩沖層16，其構(gòu)成緩沖層25。如圖1(c)所示，第二緩沖層16是第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23與第二插入層24交互積層而成的。第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23是由alαga1-αn層21與alβga1-βn層(α>β)22交互積層而成的，第二插入層24由alγga1-γn層(α>γ)構(gòu)成，且比alβga1-βn層22更厚。在第二緩沖層16的形成中，以使第二緩沖層16的平均al組成變成比第一緩沖層15的平均al組成更高的方式來形成。

此處，alαga1-αn層21能夠設(shè)為aln層(即，α＝1)，alβga1-βn層22能夠設(shè)為gan層(即，β＝0)，第二插入層24能夠設(shè)為gan層(即，γ＝0)。

接著，在第二緩沖層16上，通過外延生長來形成通道層26(參照?qǐng)D3(d))。

具體來說，在第二緩沖層16上，根據(jù)movpe法來形成通道層26，其比第二插入層24更厚。通道層26的膜厚例如是1000～4000nm。

如此，能夠制造圖1的外延晶片10。

通過如此地將第二緩沖層16的平均al組成設(shè)為比第一緩沖層15的平均al組成更高，能夠提高緩沖層25上部的平均al組成，通過使晶片的翹曲降低，能夠降低外周龜裂并抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。由此，能夠制造一種外延晶片，所述外延晶片在制作成半導(dǎo)體元件時(shí)，能夠使其耐電壓性等電特性、可靠性成為良好。

在上述外延晶片的制造方法中，優(yōu)選的是，將第二插入層24設(shè)為比第一插入層20更薄，將第二緩沖層16的平均al組成設(shè)為比第一緩沖層15的平均al組成更高。

如果使用此種外延晶片的制造方法，則能夠更有效地使緩沖層25上部的平均al組成比緩沖層25下部的平均al組成更高，所述緩沖層25下部比緩沖層25上部位于更下側(cè)。

接著，一邊參照?qǐng)D4，一邊說明本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法的實(shí)施方式的一個(gè)示例。

首先，在通過用圖3說明的制造方法制作的外延晶片10(參照?qǐng)D3(d))上，通過外延生長來形成由氮化鎵系半導(dǎo)體構(gòu)成的障壁層27(參照?qǐng)D4(a))。

具體來說，在通道層26上，根據(jù)movpe法來形成由algan構(gòu)成的障壁層27。障壁層27的膜厚例如是10～50nm。

接著，在障壁層27上形成第一電極(源極電極)30、第二電極(漏極電極)31及控制電極32(參照?qǐng)D4(b))。

第一電極(源極電極)30和第二電極(漏極電極)31，能夠利用例如ti/al(鈦/鋁)積層膜來形成，控制電極32能夠利用下層膜與上層膜的積層膜來形成，所述下層膜例如由sio(氧化硅)、sin(氮化硅)等金屬氧化物構(gòu)成，所述上層膜例如由ni(鎳)、au(金)、mo(鉬)、pt(鉑)等金屬構(gòu)成。

如此，能夠制造圖2的半導(dǎo)體元件11。

如果使用此種半導(dǎo)體元件的制造方法，則能夠使緩沖層25上部的平均al組成比位于緩沖層25上部更下側(cè)的平均al組成更高，使晶片的翹曲降低，從而能夠降低外周龜裂并抑制發(fā)生內(nèi)部龜裂。由此，能夠制造一種半導(dǎo)體元件，其耐電壓性等電特性、可靠性良好。

[實(shí)施例]

以下，示出實(shí)施例及比較例來更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并非限于這些例子。

(實(shí)施例)

通過用圖3說明的制造方法來制作圖1的外延晶片10。但是，將alxga1-xn層17設(shè)為aln層，將alyga1-yn(x>y)層18設(shè)為gan層，將第一插入層20設(shè)為gan層。另外，將alαga1-αn層21設(shè)為aln層，將alβga1-βn層22設(shè)為gan層，將第二插入層24設(shè)為gan層。另外，第一多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域19、第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23，其重復(fù)數(shù)量設(shè)為8對(duì)，第二多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域23與第二插入層24的重復(fù)數(shù)量設(shè)為3對(duì)。

進(jìn)一步，將第一插入層(gan層)20設(shè)為200nm，并將第二插入層(gan層)24設(shè)為160nm。

針對(duì)所制作的外延晶片10，調(diào)查晶片的翹曲量、外周龜裂的長度、內(nèi)部龜裂的有無。并且，針對(duì)晶片的翹曲量，基于圖5所示的定義來測(cè)定。將結(jié)果表示于表2。

表2

(比較例)

與實(shí)施例同樣地制作外延晶片10。但是，將第二插入層(gan層)24的膜厚設(shè)為200nm。

針對(duì)所制作的外延晶片10，與實(shí)施例同樣地調(diào)查晶片的翹曲量、外周龜裂的長度、內(nèi)部龜裂的有無。將結(jié)果表示于表2。

由表2可知，相較于比較例，在實(shí)施例中，晶片的翹曲量降低，外周龜裂的長度降低，內(nèi)部龜裂的發(fā)生受到抑制。

另外，本發(fā)明不受限于上述實(shí)施方式。上述實(shí)施方式是例示，只要具有與本發(fā)明的權(quán)利要求書中記載的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)成，并發(fā)揮同樣的作用效果的技術(shù)方案，都包含在本發(fā)明的權(quán)利范圍內(nèi)。

例如，在上述實(shí)施方式中，在緩沖層25與通道層26之間，也可設(shè)置耐電壓層等厚的gan層。