[发明专利]外延衬底的制造方法

说明书

本发明披露了一种形成包括氮化物半导体层的外延衬底的方法。该方法包括以下步骤：(a)在衬底上生长成核层，以及(b)在成核层上生长氮化物半导体层。步骤(a)中分别在衬底的源气体流的上游侧和下游侧设置第一生长温度和第二生长温度，其中上游侧的第一温度比下游侧的第二温度低至少5℃且至多10℃，第二温度高于1100℃。本发明的方法降低了泄漏电流在衬底内的分散。

技术领域

本发明涉及一种外延衬底的制造方法。

背景技术

外延衬底可以通过在衬底上生长半导体层来制造。例如，金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术可以在衬底上生长成核层，然后在成核层上生长氮化物半导体层。通过形成源极、漏极和栅极，可以由外延衬底形成场效应晶体管(FET)型半导体器件。当成核层形成表面凹坑(pit)时，生长于成核层上的氮化物半导体层的表面上会留下凹坑，这些凹坑反映了成核层上的表面凹坑。氮化物半导体层上的表面凹坑增加了泄漏电流。因此，凹坑密度较小的成核层表面可以降低氮化物半导体层的表面上的表面凹坑密度，从而改善半导体器件的性能。日本专利申请公开No.JP-2011-023677已经报道了一种通过将生长温度升高到高于1100℃从而减少成核层上的表面凹坑的技术。然而，随着成核层的生长温度变高，泄漏电流在衬底内的分散增加。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种形成包括氮化物半导体层的外延衬底的方法。该方法包括以下步骤：(a)使用III族元素和氮(N)的源气体，利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在衬底上生长成核层，所述成核层包含氮化物半导体材料，该氮化物半导体材料含有作为所述III族元素的铝(Al)、以及氮(N)；以及(b)利用MOCVD技术在所述成核层上生长氮化物半导体层。本发明的方法的特征在于，在所述成核层的生长步骤中，在所述衬底的相对于所述源气体流的上游侧设置第一生长温度，在所述衬底的相对于所述源气体流的下游侧设置第二生长温度，所述第一生长温度低于所述第二生长温度，并且所述第二生长温度高于1100℃。

附图说明

现在将仅参照附图通过举例的方式来描述本发明，在附图中：

图1示出了半导体器件的横截面，该半导体器件包括半导体堆叠体100、源极、漏极和栅极，从而形成了一种场效应晶体管(FET)；

图2A是金属有机化学气相沉积(MOCVD)装置的基座的平面图，其中图2A省略了从其中喷出下述原料气体的喷淋头，图2B示出了沿着图2A中所示的线IIb-IIb截取得到的基座和衬底的截面；

图3A和3B示出了各个工序中的外延衬底的横截面；

图4示出了表面凹坑密度与成核层的生长温度的关系；

图5示出了成核层的生长温度分别为1095℃、1100℃和1105℃时，衬底内泄漏电流的行为；

图6示出了成核层生长期间基座的温度分布；

图7示出了当衬底的生长温度对应于图6中所示的生长温度时，衬底内的泄漏电流的分布；

图8示出了根据本发明第二实施方案的另一个半导体器件的横截面；

图9A和图9B示出了形成图8所示的半导体器件的外延衬底时的各个步骤中的横截面；

图10A和图10B示出了根据本发明实施方案的第一成核层和第二成核层的生长期间的温度变化。

具体实施方式

接下来，将参考附图来描述根据本发明的实施方案。在附图的描述中，彼此相同或相似的数字或符号将表示彼此相同或相似的元件，而不进行重复解释。