半导体模板及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一半导体模板，其包含：一基板、一缓冲层及一磊晶层。缓冲层位于基板的一表面，且缓冲层包括一第一次缓冲层及一第二次缓冲层，两者依序相叠。缓冲层具有不规则的裂痕，使缓冲层具有不连续之上表面。裂痕的深度大于或等于第二次缓冲层的厚度，且小于或等于第一次缓冲层及第二次缓冲层厚度的总合。磊晶层位于缓冲层之上，并为一连续层。
【专利说明】
半导体模板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种半导体模板及其制造方法，特别是在缓冲层具有裂痕的半导体模板及其制造方法。
【【背景技术】】
[0002]近来，在硅基板上成长氮化镓磊晶层已是非常流行的技术。由于硅基板及氮化镓(GaN)磊晶层之间热膨胀系数的差异，在冷却过程中产生的拉伸应力容易导致氮化镓磊晶层表面产生裂痕。此一现象在较大尺寸的晶圆尤其严重，因此控制氮化镓磊晶层的应力以避免裂痕的产生非常重要。
[0003]当成长氮化镓磊晶层于氮化铝(AlN)层，氮化镓磊晶层会无裂痕地成长，此乃是由于氮化镓磊晶层及氮化铝层的晶格常数的差异产生的压缩应力所致。此压缩应力会平衡冷却过程中产生的拉伸应力。除了裂痕的问题，当直接成长氮化镓磊晶层于硅基板，在氮化镓磊晶层及硅基板之间的氮化铝层可有效地防止“回恪”的发生。氮化铝缓冲层结合其他材料所形成的结构非常复杂，例如:多层结构、超晶格层、插入层、渐变层、及过渡层，因而导致制造成本的增加。
[0004]于是，开发出在硅基板上成长高品质氮化镓磊晶层的方法，已成为当前的目标。【
【发明内容】
】
[0005]本发明目的的一是提出一种半导体模板及其制造方法，借由简单结构控制成长过程产生的拉伸应力长出品质良好的磊晶层，并有效降低成本。
[0006]本发明的目的的一是在提供一半导体模板，其包含:一基板、一缓冲层及一氮化镓磊晶层。缓冲层位于基板的一表面，且缓冲层包括:一第一次缓冲层，及一第二次缓冲层，两者依序相叠。缓冲层具有不规则的裂痕，使缓冲层具有不连续之上表面。裂痕的深度大于或等于第二次缓冲层的厚度，且小于或等于第一次缓冲层及第二次缓冲层厚度的总合。氮化镓磊晶层为一位于缓冲层之上的连续层。
[0007]本发明的目的的一是在提供一半导体模板制造方法，其包含:提供一基板;形成一第一次缓冲层于基板上;形成一第二次缓冲层于第一次缓冲层上，其中第一次缓冲层及第二次缓冲层共同形成一缓冲层;在缓冲层形成不规则的裂痕，使缓冲层之上表面为不连续，其中裂痕的深度大于或等于第二次缓冲层的厚度，且小于或等于第一次缓冲层及第二次缓冲层厚度的总合;及形成一连续的氮化镓磊晶层于缓冲层之上。
[0008]本发明的实施例将配合所附图示详细描述于下，以使本发明的目的、技术内容、特征及功效更易于了解。
【【附图说明】】
[0009]图1是根据本发明一实施例的半导体模板的示意图，其中，
(a)部分是第二次缓冲层之上视图；(b)部分是半导体模板的剖面图。 图2是根据本发明一实施例的半导体模板制造方法的流程图。
【符号说明】
[0010]10基板
20缓冲层 201裂痕
21第一次缓冲层
22第二次缓冲层 30嘉晶层 S11，S13，S15，S17步骤
【【具体实施方式】】
[0011]本发明主要提供一种半导体模板结构及其制造方法，借由简单结构控制成长过程产生的拉伸应力长出品质良好的磊晶层，并有效降低成本。以下将详述本案的各实施例，并配合附图作为例示。除了该多个详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本案的范围内，并以之后的专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节;然而，本发明可能在省略部分或全部该多个特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。附图中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，附图仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，不相关的细节未完全绘出，以求附图的简洁。
[0012]请参照图1。根据一实施例，本发明的半导体模板包含:一基板10;—缓冲层20，位于基板10的一表面;及一磊晶层30，位于缓冲层20之上。
[0013]缓冲层20包括:一第一次缓冲层21，及一第二次缓冲层22，两者依序相叠。且如图1所示，图1的缓冲层20是双层构造，即一层第一次缓冲层21及一层第二次缓冲层22，但其仅是例示性质，本发明并不受限于此，如果需要，缓冲层可包括更多层。
[0014]承上，缓冲层20具有不规则的多个裂痕201，使缓冲层20具有不连续之上表面。“不规则裂痕”表示裂痕是由热应力自然产生而不使用任何的人工处理，例如腐蚀、或切割等。裂痕201的形态是随机任意而没有任何规则的，如图1所示。由于缓冲层20是在半导体模板10的内部，因此在图1的(a)部，裂痕201是用虚线描绘。
[0015]再者，裂痕201的深度大于或等于第二次缓冲层22的厚度，且小于或等于第一次缓冲层21及第二次缓冲层22厚度的总合，如图1(b)部所示。也就是说，不规则裂痕可部分或完全穿透第一次缓冲层21及第二次缓冲层22的一，或同时穿透第一次缓冲层21及第二次缓冲层22两者，而使缓冲层20之上表面为不连续。如果裂痕并未延伸到磊晶层30或基板10，则可具有$父尚品质的制程。
[0016]在之后的制程中，裂痕201会在缓冲层20内形成许多空隙，而使裂痕201的相对内侧壁分开。裂痕201在缓冲层20所产生的空隙可吸收冷却过程中产生的应力，且可避免磊晶层30表面产生裂痕。
[0017]此外，于一实施例中，第一次缓冲层21及第二次缓冲层22的热膨胀系数不同于基板10的热膨胀系数，且第一次缓冲层21的热膨胀系数亦不同于第二次缓冲层22的热膨胀系数。由于镓会与硅基板作用而产生回熔腐蚀效应，所以第一次缓冲层21不可含镓。例如，第一次缓冲层21含氮化铝(AlN)，而第二次缓冲层22含氮化铝镓(AlGaN)或氮化镓(GaN)。
[0018]而嘉晶层30是一个连续层，也就是说，嘉晶层30没有裂痕。嘉晶层30含有氣化物，而一较佳实施例中，磊晶层30含氮化镓。
[0019]接着，请参照图2。以下将详细介绍制造上述半导体模板的方法。
[0020]如图2所示，根据一实施例，本发明的半导体模板制造方法包含:步骤Sll、步骤S13、步骤S15、及步骤S17，然而本发明并不受限于此。在步骤Sll，提供一基板，此基板可包含硅基板。在步骤S13，形成一缓冲层在基板上，此一形成缓冲层的步骤包括:形成一第一次缓冲层于基板上，及形成一第二次缓冲层于第一次缓冲层上，然而本发明并不受限于此，缓冲层亦可包括二个以上的次缓冲层。
[0021]于一实施例中，此形成缓冲层的步骤可在摄氏900—1200度进行，较佳者为摄氏1000 —1100度，更佳者为摄氏1050度，然而本发明并不受限于此。
[0022]需注意的是:第一次缓冲层及第二次缓冲层的热膨胀系数不同于基板的热膨胀系数，且第一次缓冲层的热膨胀系数亦不同于第二次缓冲层的热膨胀系数。例如，第一次缓冲层含氮化铝(AlN)，而第二次缓冲层含氮化铝镓(AlGaN)或氮化镓(GaN)。
[0023]接着进行步骤S15，在缓冲层形成不规则的裂痕，使缓冲层之上表面为不连续。在缓冲层形成裂痕的步骤是借由冷却方式或机械力而实现。机械力包括由热膨胀系数的差异而产生的拉伸应力。在本发明的一实施例中，在缓冲层形成裂痕是借由在摄氏400 — 700度，较佳为摄氏500 — 600度，进行冷却处理。
[0024]既然第一次缓冲层及第二次缓冲层的热膨胀系数不同于基板的热膨胀系数，缓冲层就容易在加热及冷却过程中产生裂痕，其中裂痕的深度大于或等于第二次缓冲层的厚度，且小于或等于第一次缓冲层及第二次缓冲层厚度的总合。
[0025]最后进行步骤S17，将一氮化镓磊晶层成长于缓冲层。在本发明一实施例，氮化镓嘉晶层是以侧向嘉晶成长(Epitaxial Lateral Overgrowth，EL0G))的技术成长在图案化的缓冲层上，并填满裂痕。此一成长氮化镓磊晶层的步骤可在摄氏900 —1200度进行，较佳温度为摄氏1000 —1100度，于一更佳实施例中温度为摄氏1050度，然而本发明并不受限于此。经过加热过程后，半导体模板被冷却到常温，于是本发明的半导体模板就制造完成。
[0026]根据如上所述的半导体模板制造方法，裂痕是由热应力自然产生在缓冲层，而形成图案化的缓冲层。图案化的缓冲层，即具有裂痕的缓冲层，可在冷却过程中，分散及吸收成长于其上的氮化镓磊晶层的应力。借此，氮化镓磊晶层可避免在其表面产生裂痕，而成连续层。借此，本发明的半导体模板制造方法可提供成长在硅基板上高品质的氮化镓磊晶层。
[0027]综合上述，已知的硅基板成长氮化镓磊晶层技术，常用氮化铝(AlN)结合其他材料形成各种缓冲结构。然而，该多个含氮化铝的缓冲层结构非常复杂，因而导致制造成本的增加。本发明一实施例的半导体模板及其制造方法具有多项优点，例如:使用简单的结构控制成长过程产生的拉伸应力，及价格低廉，因而能而大幅度地改进已知技术缺点。
[0028]上述实施例仅是用以阐释本发明的技术观念及特征，以让习于此项技术者能了解及实施本发明。然而，该多个实施例并非用以限制本发明的范围。亦即，任何依本发明的精神所为的修改或变化均包含于本发明的范围内。
【主权项】
1.一种半导体模板，其特征在于，包含: 一基板； 一缓冲层，位于该基板的一表面，其包含:一第一次缓冲层，及一第二次缓冲层依序相叠，其中该缓冲层具有不规则的多个裂痕，使该缓冲层之上表面为不连续;该多个裂痕的深度大于或等于该第二次缓冲层的厚度，且小于或等于该第一次缓冲层及该第二次缓冲层厚度的总合;及 一磊晶层，位于该缓冲层之上，且为连续层。2.如权利要求1所述的半导体模板，其特征在于，该多个裂痕的相对内侧壁是为分开。3.如权利要求1所述的半导体模板，其特征在于，该第一次缓冲层及该第二次缓冲层的热膨胀系数不同于该基板的热膨胀系数。4.如权利要求1所述的半导体模板，其特征在于，该第一次缓冲层的热膨胀系数不同于该第二次缓冲层的热膨胀系数。5.如权利要求1所述的半导体模板，其特征在于，该第一次缓冲层包含氮化铝。6.如权利要求1所述的半导体模板，其特征在于，该第二次缓冲层包含氮化铝镓或氮化镓。7.如权利要求1所述的半导体模板，其特征在于，该磊晶层包含氮化物。8.如权利要求1所述的半导体模板，其特征在于，该磊晶层包含氮化镓。9.如权利要求1所述的半导体模板，其特征在于，该基板为一硅基板。10.一种半导体模板制造方法，其特征在于，其包含: 提供一基板； 形成一第一次缓冲层于该基板上； 形成一第二次缓冲层于该第一次缓冲层上，其中该第一次缓冲层及该第二次缓冲层共同形成一缓冲层； 在该缓冲层形成不规则的多个裂痕，使该缓冲层之上表面为不连续，其特征在于，该多个裂痕的深度大于或等于该第二次缓冲层的厚度，且小于或等于该第一次缓冲层及该第二次缓冲层厚度的总合;及 形成一连续的磊晶层于该缓冲层之上。11.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，该多个裂痕的相对内侧壁是为分开。12.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，在该缓冲层形成该多个裂痕的是借由一机械力而实现，而该机械力是由该缓冲层热膨胀系数的差异而产生。13.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，形成该第一次缓冲层及该第二次缓冲层是在摄氏900 —1200度进行。14.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，在该缓冲层形成该多个裂痕是在摄氏400 — 700度进行。15.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，该第一次缓冲层及该第二次缓冲层的热膨胀系数不同于该基板的热膨胀系数。16.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，该第一次缓冲层的热膨胀系数不同于该第二次缓冲层的热膨胀系数。17.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，形成该磊晶层是在摄氏900一1200度进行。18.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，该第一次缓冲层包含氮化招O19.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，该第二次缓冲层包含氮化铝镓或氮化镓。20.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，该磊晶层包含氮化物。21.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，该磊晶层包含氮化镓。22.如权利要求10所述的半导体模板制造方法，其特征在于，该基板为一硅基板。
【文档编号】H01L21/02GK105914128SQ201610075773
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月3日
【发明人】林伯融, 吴致升, 小林隆, 锺步青
【申请人】汉民科技股份有限公司