CN214672628U - 一种晶圆结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种晶圆结构，它包括衬底、生长在衬底上的氮化镓基外延结构、基于氮化镓基外延结构制备的具有横向沟道的器件和纵向沟道的器件，横向沟道器件和纵向沟道器件的栅长方向分别平行于氮化镓晶体晶系的两个等效晶向，横向沟道器件的栅长方向垂直纵向沟道器件的栅长方向。它具有如下优点：保持横向与纵向布局器件电学特性的一致性。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种晶圆结构。
背景技术
基于宽禁带半导体氮化镓基材料(GaN、AlGaN、InGaN等)的自发极化与压电极化效应，在AlGaN/GaN异质结沟道内产生高密度与高迁移率的二维电子气(2DEG)，使得GaN基HEMT器件成为高效、高功率密度功率器件的解决方案，它提供更大的击穿电压和功率密度。如图1至3所示，在进行器件制备时，为提升晶圆利用率，需要将GaN基多指栅分立器件2进行横向或纵向布局，与此同时，器件从源极流向漏极的电流方向(俗称器件导电沟道方向，以下同)也会存在横向或纵向分布。此外，对于GaN基材料的单片集成芯片，为了使器件布局更加灵活，紧凑，同一晶圆上，器件沟道也会存在横纵向分布。
目前GaN基材料生长分为同质外延和异质外延，常用作异质外延的衬底有硅，蓝宝石，碳化硅材料等。以硅衬底为例，在衬底1制备时，会使用V型槽11定位硅片
结晶方向。该做法也可使得工艺过程中的定位更加方便，快速。由于GaN基材料为六方晶系，使用的硅衬底为(111)面，在该衬底1上外延生长GaN基材料时，其(0001)面会平行于硅衬底的(111)面，且GaN基材料的
晶向将平行于V型槽径向即硅材料的
方向。
在传统硅生产线中，当制备硅器件时，V型槽11通常朝下放置(6点钟方向，0°位置处)。在GaN生产线中，若仍按照此朝向放置硅基GaN外延片2，在进行器件制备时，就会存在横向和纵向布局的器件的导电沟道所处的晶向不一致且这些晶向不等效的问题。如图4所示，为V型槽11朝下放置时，器件进行横向和纵向布局时，器件导电沟道所在的晶向示意图。对于AlGaN/GaN异质结HEMT器件，器件沟道沿不同且不等效晶向时，导电沟道内电子行为(如电子迁移率等)存在差异；此外，在器件工艺过程中，特别是湿法腐蚀工艺，由于各个面化学键极性及密度不同，会存在各项异性，使得导电沟道沿不同且不等效晶向的器件的腐蚀过程不一致，主要表现为不同且不等效晶向侧壁的湿法腐蚀速率及腐蚀后的形貌不同，进而影响工艺整面性均匀性。以上问题会最终导致沿两种不同且不等效晶向布局的器件电性存在差异。
实用新型内容
本实用新型提供了一种晶圆结构，其克服了背景技术中所述的现有技术的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种晶圆结构，它包括衬底、生长在衬底上的氮化镓基外延结构、基于氮化镓基外延结构制备的具有横向沟道的器件和纵向沟道的器件，所述横向沟道器件和纵向沟道器件的栅长方向分别平行于氮化镓晶体晶系的两个等效晶向，所述横向沟道器件的栅长方向垂直于纵向沟道器件的栅长方向。
一实施例之中：所述器件沟道方向为器件栅长方向，即器件源极至漏极的方向。
一实施例之中：所述器件为多指栅器件。
一实施例之中：所述衬底外缘具有用于定位衬底晶向的定位结构，所述定位结构所在的衬底径向与氮化镓晶体晶系的
晶向平行。
一实施例之中：所述衬底为硅衬底，所述氮化镓基外延结构生长在硅衬底的(111)面上。
一实施例之中：所述定位结构所在的衬底径向平行硅衬底的
晶向。
一实施例之中：所述氮化镓基外延结构为高电子迁移率晶体管所需形成的外延结构。
一实施例之中：所述定位结构为V型槽。
一实施例之中：所述定位结构所在的衬底径向与纵向沟道器件的栅长方向夹角为45°。
一实施例之中：所述定位结构所在的衬底径向与器件的栅长方向夹角为15°,75°,105°,135°,165°,195°,225°,255°,285°,315°,345°中的任意一个。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
将若干氮化镓基外延结构上的横向沟道器件和纵向沟道器件的栅长方向设为分别平行于氮化镓晶体晶系的两个等效晶向，使横向沟道器件和纵向沟道器件的导电沟道上的电学特性能够保持一致性，进而获得电学特性一致性良好的器件。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为背景技术中所述的GaN分立器件在衬底上的排布示意图。
图2为背景技术中所述的横向布局时的器件状态示意图。
图3为背景技术中所述的纵向布局时的器件状态示意图。
图4为背景技术中所述的硅衬底与GaN材料的晶向关系图。
图5为本实施例中所述的定位结构的布置位置示意图。
图6为本实施例中所述的硅衬底与GaN材料的晶向关系图。
图7为本实施例中所述的横向沟道方向、纵向沟道方向与GaN材料的晶向关系图。
图标：1-衬底；11-V型槽；2-器件；21-图2中横向沟道器件的栅长方向；22-图3中纵向沟道器件的栅长方向。
具体实施方式
一种晶圆结构，它包括衬底、生长在衬底上的氮化镓基外延结构、基于氮化镓基外延结构制备的具有横向沟道的器件和纵向沟道的器件。该横向沟道和纵向沟道分别为器件中电流沿横向流动的导电沟道和电流沿纵向流动的导电沟道。本实施例中，该氮化镓基外延结构为高电子迁移率晶体管所需形成的外延结构。
该横向沟道器件和纵向沟道器件的栅长方向21、22分别平行于氮化镓晶体晶系的两个等效晶向，该横向沟道器件的栅长方向21垂直纵向沟道器件的栅长方向22。本实施例中，沟道方向为器件的源极至漏极的，栅长方向，该器件为多指栅器件。
该衬底1外缘具有用于定位衬底晶向的定位结构，该定位结构所在的衬底径向与氮化镓晶体晶系的
晶向平行。该定位结构可以为一V型槽11。该定位结构所在的衬底径向与纵向沟道器件的栅长方向夹角为15°,45°,75°,105°,135°,165°,195°,225°,255°,285°,315°,345°中的任意一个。
该衬底1为硅衬底，氮化镓基外延结构生长在硅衬底的(111)面上。该定位结构所在的衬底径向平行硅衬底的
晶向。
该晶圆结构制作包括如下步骤：
(1)选取边缘存在定位结构(如V型槽11)，且定位结构所在径向平行于氮化镓材料
方向的衬底材料，衬底材料可以为硅，蓝宝石，碳化硅或者氮化镓等；
(2)基于该衬底1外延生长氮化镓基外延结构，例如氮化镓基外延结构可以包括缓冲层、沟道层、势垒层、P型氮化物层(包含P型氮化物层则为增强型器件，不包含则为耗尽型器件)；
(3)在氮化物生产线上进行第一道光刻时，将衬底1的定位结构放置于图5中B～M的任一处，如C位置处，即与6点钟方向偏右45°的径向位置，光刻板上十字对准标记为水平或者垂直方向，然后进行曝光，显影；
(4)利用ICP(反应耦合等离子体)或者RIE(反应离子刻蚀)刻蚀形成第一道对准标记，该对准标记为横向沟道和纵向沟道所在位置及所在方向；
(5)进行后续工艺，后续工艺过程中的衬底定位结构均按照相同朝向放置即可。
以上制作步骤中，如图6和图7，若将衬底1的定位结构放置于C位置处，即沿6点钟方向(0°位置处)偏右45°的径向位置，则横向和纵向布局的器件的横向沟道和纵向沟道的沟道方向21、22与氮化镓晶系的
晶向夹角相等，二者处于
等效晶向位置处，沟道内2DEG(二维电子气)行为一致，图形化过程中暴露出的面上的原子排布及悬挂键密度一致，因而器件电学特性也不会受到工艺过程的影响，进而获得电学特性一致性良好的器件。除6点钟方向(0°位置处)偏右45°的位置以外，该衬底1的定位结构还可放置于衬底15°,75°,105°,135°,165°,195°,225°,255°,285°,315°,345°的等效径向位置处，将定位结构放置于该些等效位置处时的器件横向沟道和纵向沟道始终位于氮化镓晶体晶系的两等效晶向处，且横向沟道和纵向沟道的方向分别平行于这两等效晶向。
以上该，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种晶圆结构，其特征在于：包括衬底、生长在衬底上的氮化镓基外延结构、基于氮化镓基外延结构制备的具有横向沟道的器件和纵向沟道的器件，所述横向沟道器件和纵向沟道器件的栅长方向分别平行于氮化镓晶体晶系的两个等效晶向，所述横向沟道器件的栅长方向垂直纵向沟道器件的栅长方向。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆结构，其特征在于：所述器件沟道方向为器件栅长方向，即器件源极至漏极的方向。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆结构，其特征在于：所述器件为多指栅器件。
4.根据权利要求1所述的一种晶圆结构，其特征在于：所述衬底外缘具有用于定位衬底晶向的定位结构，所述定位结构所在的衬底径向与氮化镓晶体晶系的
晶向平行。
5.根据权利要求4所述的一种晶圆结构，其特征在于：所述衬底为硅衬底，所述氮化镓基外延结构生长在硅衬底的(111)面上。
6.根据权利要求5所述的一种晶圆结构，其特征在于：所述定位结构所在的衬底径向平行硅衬底的
晶向。
7.根据权利要求1所述的一种晶圆结构，其特征在于：所述氮化镓基外延结构为高电子迁移率晶体管所需形成的外延结构。
8.根据权利要求4所述的一种晶圆结构，其特征在于：所述定位结构为V型槽。
9.根据权利要求4所述的一种晶圆结构，其特征在于：所述定位结构所在的衬底径向与纵向沟道器件的栅长方向夹角为45°。
10.根据权利要求4所述的一种晶圆结构，其特征在于：所述定位结构所在的衬底径向与器件的栅长方向夹角为15°,75°,105°,135°，165°,195°,225 °,255°,285°,315°,345°中的任意一个。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202023060772.4U CN214672628U (zh) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | 一种晶圆结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023060772.4U CN214672628U (zh) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | 一种晶圆结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN214672628U true CN214672628U (zh) | 2021-11-09 |
Family
ID=78500881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202023060772.4U Active CN214672628U (zh) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | 一种晶圆结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN214672628U (zh) |
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2020
- 2020-12-17 CN CN202023060772.4U patent/CN214672628U/zh active Active
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