[发明专利]电路结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体电路工艺(semiconductor circuit manufacturingprocesses)，且尤其涉及形成三-五族化合物半导体薄膜(III-V compoundsemiconductor films)。

背景技术

近年来，三-五族化合物半导体(例如氮化镓(GaN)及其相关合金)基于在电子及光电元件方面的应用前景，已获热烈研究。利用三-五族化合物半导体的潜在光电元件的特定例子包括蓝光发光二极管(blue light emittingdiodes)、激光二极管(laser diodes)、及紫外线光电探测器(ultra-violetphotodetectors)。许多三-五族化合物半导体的高能隙(large band gap)及高电子饱和速度(high electron saturation velocity)还使这些半导体成为应用在高温及高速的功率电子产品的候选材料。

三-五族化合物半导体氮化镓的外延成长薄膜广泛地用于发光二极管的制作。遗憾地，氮化镓外延薄膜必需在非氮化镓的基底上成长，这是因为氮在一般用以成长块材晶体的温度下的平衡压力很高，使得氮化镓块材晶体(bulk crystal)极端地难以获得。由于缺乏氮化镓基底的适合块材晶体成长方法，氮化镓一般于不同的基底上外延沉积，基底例如是硅、碳化硅(SiC)、及蓝宝石(sapphire，Al₂O₃)基底。然而，在不同的基底上成长氮化镓是困难的，因这些基底具有不同于氮化镓的晶格常数(lattice constants)及热膨胀系数(thermal expansion coefficients)。假如于硅晶底上成长氮化镓的困难得以克服，以硅基底成长氮化镓将引人注目，因硅基底具有低成本、大直径尺寸、高结晶及表面品质(high crystal and surface quality)、导电度可控制(controllableelectrical conductivity)、及高导热度(high thermal conductivity)等优点。硅基底的使用还可使氮化镓系的光电元件(GaN based optoelectronic devices)与硅系的电子元件(silicon-based electronic devices)之间的整合更为容易。

此外，由于缺乏用以成长氮化镓薄膜的基底，氮化镓薄膜的尺寸因而受限。因于不同基底上成长氮化镓薄膜所造成的大应力可能使薄膜弯曲(bow)。此弯曲可导致许多不利的效应。第一，大量的缺陷(如插排，dislocations)将可能于氮化镓结晶薄膜中产生。第二，最终形成的氮化镓薄膜的厚度将较不均匀，会造成形成于氮化镓薄膜上的光电元件所发出的光线的波长偏移。第三，裂缝(cracks)可能于高应力的氮化镓薄膜中产生。

为了减低氮化镓薄膜中的应力及插排的数目，外延横向成长法(epitaxiallateral overgrowth technique，ELOG)已被用来于不同基底上形成氮化镓薄膜。图1及图2显示公知的外延横向成长法工艺。如图1所示，提供基底10。于基底10上形成底层(under-layer)12，其包括氮化半导体(即三-五族化合物半导体，且其中第五族的元素为氮)，例如氮化镓。接着，于底层12上形成介电掩模14(dielectric mask)。接着，外延成长三-五族化合物半导体层16，其中外延成长包括垂直成长分量(vertical growth component)及横向成长分量(lateral overgrowth component)，其最终造成连续的三-五族化合物半导体层16。在图2中，形成额外的掩模层18，并接着成长三-五族化合物半导体层19。再者，此成长包括垂直成长及横向成长，使得三-五族化合物半导体层19最终成为连续层(continuous layer)。

显示于图1及图2的三-五族化合物半导体薄膜的形成方法遭遇一些妨碍。第一，在基底10包括硅的情形中，基底中的硅可能与底层12中的氮发生反应而形成氮化硅。所不欲形成的氮化硅于硅基底10与底层12之间的界面处形成一非晶披覆(amorphous overcoat)。非晶披覆不利地影响随后所成长的三-五族化合物半导体薄膜的薄膜品质。此外，氮化硅具有高电阻率，因而妨碍垂直光电元件(vertical optoelectronic devices)的形成，其中两连至光电元件的接点形成于基底10的相反侧上。因此，业界急需可克服上述缺点的三-五族化合物半导体薄膜的形成方法。