集成的硅和iii-n半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]—種集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件可以具有諸如形成于硅中的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的電子組件，以及諸如氮化鎵場效應(yīng)晶體管(GaN FET)的其他電子組件或者諸如形成于II1-N半導(dǎo)體材料中的光電探測器、發(fā)光二極管(LED)或激光器的光電子組件，其中所述硅和II1-N半導(dǎo)體材料被設(shè)置在共同襯底上。在制造硅和II1-N半導(dǎo)體材料中的組件之前，可能期望將硅和II1-N半導(dǎo)體材料集成在共同襯底上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—種集成的娃和II1-N半導(dǎo)體器件可以通過在具有第一取向的第一娃襯底上生*m-N半導(dǎo)體材料來形成。具有不同的第二取向的第二硅襯底被離子注入分離核素(species)以在第二硅襯底的頂表面處的硅器件膜與在第二硅襯底的底部處的載體晶片之間形成釋放層。硅器件膜附接到II1-N半導(dǎo)體材料，同時(shí)硅器件膜通過釋放層連接到載體晶片。載體晶片隨后被從硅器件膜去除。然后，硅器件膜被鍵合到II1-N半導(dǎo)體材料。第一多個(gè)組件被形成在硅器件膜之中和/或之上。硅器件膜的一部分被去除以暴露II1-N半導(dǎo)體材料。第二多個(gè)組件在暴露的區(qū)域中形成在II1-N半導(dǎo)體材料之中和/或之上。
[0004]在可替代的工藝中，在附接步驟之前，可以在硅器件膜上和/或II1-N半導(dǎo)體材料上形成介電夾層，使得該介電夾層被設(shè)置在該集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件中的硅器件膜與II1-N半導(dǎo)體材料之間。
【附圖說明】
[0005]圖1A-圖1H以連續(xù)的制造階段描繪了一種集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件的形成。
[0006]圖2A-圖2F以連續(xù)的制造階段描繪了另一種集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件的形成。
[0007]圖3A-圖3D是在連續(xù)的制造階段中的又一種集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]以下申請(qǐng)描述了相關(guān)的主題并且通過引用合并于此:申請(qǐng)?zhí)朥S 13/886，378 ;US2014/0042452 Al;申請(qǐng)?zhí)朥S 13/886，429 (同時(shí)提交的對(duì)應(yīng)的PCT申請(qǐng)T1-71209W0);串請(qǐng)?zhí)朥S 13/886，688 (同時(shí)提交的對(duì)應(yīng)的PCT申請(qǐng)T1-72417W0);申請(qǐng)?zhí)朥S 13/886，709 ;以及申請(qǐng)?zhí)朥S 13/886，744 (同時(shí)提交的對(duì)應(yīng)的PCT申請(qǐng)T1-72605TO)。
[0009]II1-N半導(dǎo)體材料是這樣一種材料，其中III族(硼族)元素(硼、鋁、鎵、銦)提供了半導(dǎo)體材料中的一部分原子，而氮原子提供了其余部分的原子。II1-N半導(dǎo)體材料的示例是氮化鎵、氮化硼鎵、氮化鋁鎵、氮化銦和氮化銦鋁鎵?？梢杂每勺兿聵?biāo)來書寫II1-N材料以指示可能的化學(xué)計(jì)量范圍。例如，氮化鋁鎵可以被寫成AlxGa1 XN，并且氮化銦鋁鎵可以被寫成InxAlyGa1 x yN。GaN FET是包括II1-N半導(dǎo)體材料的場效應(yīng)晶體管的示例。
[0010]圖1A-圖1H以連續(xù)的制造階段描繪了一種集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件的形成。
[0011]圖1A示出具有第一晶體取向(例如111取向)的硅單晶第一襯底100。在第一襯底100的頂表面上形成II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102。第一晶體取向可以被選擇為有利于II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102的生長。例如，II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102可以包括形成于第一襯底100的頂表面上的100-300納米氮化鋁的不匹配隔離層以及I至7微米AlxGa1 XN的分級(jí)層的緩沖層，該II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102在不匹配隔離層處是富鋁的并且在緩沖層的頂表面處是富鎵的。在該示例的一些版本中，II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102還可以包括形成于緩沖層上的300至2000納米的半絕緣氮化鎵的電隔離層以及形成于該電隔離層上的25至1000納米的氮化鎵的低缺陷層。
[0012]在該示例的進(jìn)一步版本中，II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102還可以包括形成于低缺陷層上的屏障層。例如，該屏障層可以是8至30納米的AlxGa1…或InxAlyGa1 x yN。例如，屏障層中的III族元素的成分可以是24%至28%的氮化鋁和72%至76%的氮化鎵。在低缺陷層上形成屏障層會(huì)在屏障層正下方的低缺陷層中產(chǎn)生具有例如I X 112Cm 2至2 X 1013cm 2的電子密度的二維電子氣。II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102還可以包括可形成于屏障層上的2至5納米的氮化鎵的可選的蓋層。
[0013]在圖1B中，在二維電子氣形成于II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102中的當(dāng)前示例的版本中，隔離區(qū)104被形成在為隨后的硅膜所限定的區(qū)域中。隔離區(qū)104的形成可以包括W111-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102去除材料，使得在隔離區(qū)104中二維電子氣被破壞，如圖1B所描述?？商娲?，隔離區(qū)104的形成可以包括離子注入摻雜劑，使得在隔離區(qū)104中二維電子氣被破壞。
[0014]在圖1C中，在從隔離區(qū)104中的II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102去除材料的當(dāng)前示例的版本中，介電材料被形成于隔離區(qū)104中并且隨后被平面化以與II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102的頂表面基本共面，如圖1C所描述。例如，介電材料可以是使用四乙基原硅酸酯通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝形成的二氧化硅，四乙基原硅酸酯也被稱為四乙氧基甲硅烷或TEOS。
[0015]在圖1D中，提供具有第二晶體取向的第二硅襯底106，第二晶體取向不同于第一襯底100的第一取向。例如，第二晶體取向可以是(100)。裂解的核素(諸如氫)被以足夠的劑量和能量離子注入到第二硅襯底106內(nèi)以形成分離層108，該分離層108被設(shè)置在硅器件膜110與第二硅襯底106的載體部分112之間。第二晶體取向可以被選擇以提高隨后在硅器件膜110中形成的組件的性能。例如，硅器件膜110可以是2至5微米厚。裂解的核素可以是針對(duì)2微米厚的硅器件膜110以225KeV的能量至針對(duì)5微米厚的硅器件膜110以450KeV的能量以5X 116Cm 2至2X10 17cm 2的劑量注入的氫。在形成分離層108之后，硅器件膜110可以在過氧化氫和氫氧化氨的混合水溶液中進(jìn)行清洗。
[0016]在圖1E中，實(shí)行鍵合操作，其中硅器件膜110至少部分地附接到II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102。例如，該鍵合操作可以包括在0.8兆帕至I兆帕的壓力和400°C至420°C下將硅器件膜110和II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102壓在一起。在該鍵合操作期間，第二硅襯底106的載體部分112通過分離層108保持附接到硅器件膜110。
[0017]在圖1F中，實(shí)行分離過程，其在分離層108處將載體部分112和硅器件膜110分開，留下硅器件膜110鍵合到II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102。該分離過程可以包括將載體部分112加熱到450°C以上。在該分離過程中，硅器件膜110與II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102之間的鍵合可以變得更強(qiáng)。第一襯底100保持附接到II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102。
[0018]在圖1G中，在II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102中用于隨后形成組件的區(qū)域中去除硅器件膜110的一部分，留下硅器件膜110中的多個(gè)區(qū)在適當(dāng)?shù)奈恢靡杂糜陔S后在硅器件膜110中形成組件。例如，通過形成暴露出要被移除的那部分硅器件膜110的光刻膠蝕刻掩模，并且在暴露的區(qū)域執(zhí)行硅蝕刻工藝以去除硅，可以去除該部分硅器件膜110。用于去除硅器件膜110的一部分的其他工藝也在當(dāng)前示例的范圍內(nèi)。在當(dāng)前實(shí)施例的一些版本中，在去除硅器件膜110的該部分之后，可以在II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102上形成II1-N材料的額外層。
[0019]在圖1H中，在硅器件膜110之中和/或之上形成第一多個(gè)組件114。例如，第一多個(gè)組件114可以包括圖1H中所描述的MOS晶體管。其他組件諸如雙極結(jié)型晶體管、二極管和電阻器也在當(dāng)前示例的范圍內(nèi)。在II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102之中和/或之上形成第二多個(gè)組件116。例如，第二多個(gè)組件116可以包括圖1H中所描述的GaN FET0其他組件諸如光電探測器、LED或激光器也在當(dāng)前示例的范圍內(nèi)。集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件118包括硅器件膜110中的第一多個(gè)組件114和II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102中的第二多個(gè)組件116兩者的實(shí)例。在圖1H中以虛線示出集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件118的輪廓?？梢允褂脛澗€、切割或其他分割工藝將集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件118分開。使用參考圖1A到圖1H所描述的工藝形成集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件118與其他工藝相比可以有利地提供較低的制造成本和復(fù)雜度，在其他工藝中II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102被轉(zhuǎn)移到與II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊102初始形成于其上的襯底不同的襯底。
[0020]圖2A-2F以連續(xù)的制造階段描繪了另一個(gè)集成的硅和II1-N半導(dǎo)體器件的形成。在圖2A中，提供具有第一晶體取向(例如111取向)的硅單晶第一襯底200。在第一襯底200的頂表面上形成II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊202，如參考圖1A所描述。隔離區(qū)104可以形成于為隨后的硅膜所限定的區(qū)域中，如參考圖1B和圖1C所描述。介電材料的第一層間膜220可以被形成在II1-N半導(dǎo)體材料的層堆疊202上方，并且就本發(fā)明而言是在隔離區(qū)104上方。例如，第一層間膜220可以是通過旋涂甲基倍半硅氧烷(MSQ)且隨后烘烤出溶劑并使介電材料退火來形成的10至100納米的基于二氧化娃的介電材料。其他介電材料和用于第一層間膜220的其他形成工藝也在當(dāng)前示例的范圍內(nèi)。
[0021]在圖2B中，提供具有第二晶體取向(例如，100)的第二硅襯