DE102017103879A1 - Halbleiterkomponente mit Aluminiumsiliziumnitridschichten - Google Patents

Halbleiterkomponente mit Aluminiumsiliziumnitridschichten Download PDF

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Abstract

Es werden hier verschiedene Ausführungsformen einer Halbleiterkomponente mit einer oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten offenbart. Die Halbleiterkomponente enthält ein Substrat, einen Gruppe-III-V-Zwischenkörper, der sich über dem Substrat befindet, eine Gruppe-III-V-Pufferschicht, die sich über dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper befindet, und ein Gruppe-III-V-Bauelement, das über der Gruppe-III-V-Pufferschicht hergestellt ist. Der Gruppe-III-V-Zwischenkörper enthält die eine oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gruppe-III-V-Halbleiter, wie etwa Galliumnitrid(GaN)- und andere III-Nitrid-Materialien, haben für die Herstellung optoelektronischer Bauelemente, wie etwa Leuchtdioden (LEDs), Laser und Ultraviolet(UV)-Photodetektoren, zunehmend an Wichtigkeit gewonnen. Außerdem sind Gruppe-III-V-Halbleiter zur Verwendung bei der Herstellung von Leistungsschaltbauelementen erwünscht, wie etwa beispielsweise III-Nitrid- oder andere Gruppe III-V-Heterostruktur-Feldeffekttransistoren (HFETs) und Schottky-Dioden.
  • Aufgrund der typischerweise geringen Größe und der hohen Kosten nativer Gruppe-III-V-Wafer werden üblicherweise nicht-native Substrate einschließlich Saphir-, Siliziumcarbid(SiC)- und Siliziumsubstrate verwendet, um die Gruppe-III-V-Filme aufzuwachsen, die die aktiven Gruppe-III-V-Bauelementschichten bereitstellen. Unter diesen nicht-nativen Substraten ist Silizium vorteilhaft, wegen seiner großen Wafergröße, den geringen Kosten und der leichten Verarbeitung. Die Verwendung von Siliziumsubstraten für die Herstellung von Gruppe-III-V-Bauelementen stellt jedoch erhebliche Herausforderungen dar. Beispielsweise können eine Gitterfehlanpassung und Unterschiede bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Gruppe-III-V-Halbleitern und Silizium unerwünschterweise zu hochdichten Kristallversetzungen und signifikanter Waferdurchbiegung führen, die durch die Gruppe-III-V-Filmbeanspruchung induziert werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Halbleiterkomponente mit Aluminiumsiliziumnitridschichten.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst eine Halbleiterkomponente ein Substrat, einen Gruppe-III-V-Zwischenkörper, der sich über dem Substrat befindet, eine Gruppe-III-V-Pufferschicht, die sich über dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper befindet, und ein Gruppe-III-V-Bauelement, das über der Gruppe-III-V-Pufferschicht hergestellt ist. Der Gruppe-III-V-Zwischenkörper umfasst mindestens eine Aluminiumsiliziumnitridschicht.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst eine Halbleiterkomponente ein Substrat, einen Gruppe-III-V-Zwischenkörper mit einer Aluminiumsiliziumnitridschicht, der sich über dem Substrat befindet; wobei der Gruppe-III-V-Zwischenkörper eine Keimschicht, die sich über der Aluminiumsiliziumnitridschicht befindet, eine Gruppe-III-V-Pufferschicht, die sich über dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper befindet, und ein Gruppe-III-V-Bauelement, das über der Gruppe-III-V-Pufferschicht hergestellt ist, enthält.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst eine Halbleiterkomponente ein Substrat, einen Gruppe-III-V-Zwischenkörper mit einer Keimschicht, der sich über dem Substrat befindet; wobei der Gruppe-III-V-Zwischenkörper eine untere Aluminiumsiliziumnitridschicht enthält, die sich über der Keimschicht befindet; wobei der Gruppe-III-V-Zwischenkörper Übergangsschichten und eine obere Aluminiumsiliziumnitridschicht, die sich über der unteren Alumi niumsiliziumnitridschicht befindet, eine Gruppe III-V-Pufferschicht, die sich über dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper befindet, und ein Gruppe-III-V-Bauelement, das über der Gruppe-III-V-Pufferschicht hergestellt ist, enthält.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterkomponente mit einer oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • 2A zeigt eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Struktur entsprechend eines anfänglichen Herstellungsstadiums gemäß einer Ausführungsform des Flussdiagramms von 1.
  • 2B zeigt eine Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur von 2A bei einem nachfolgenden Herstellungsstadium gemäß einer Ausführungsform des Flussdiagramms von 1.
  • 2C zeigt eine Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur von 2B bei einem nachfolgenden Herstellungsstadium gemäß einer Ausführungsform des Flussdiagramms von 1.
  • 2D zeigt eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Halbleiterkomponente mit einer oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten gemäß einer Ausführungsform.
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Halbleiterkomponente mit einer oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung enthält spezifische Informationen bezüglich Implementierungen oder Ausführungsformen in der vorliegenden Offenbarung. Der Fachmann erkennt, dass die vorliegende Offenbarung auf eine andere Weise implementiert werden kann als die hier spezifisch erörterte. Die Zeichnungen in der vorliegenden Anmeldung und ihre begleitende detaillierte Beschreibung betreffen lediglich beispielhafte Implementierungen oder Ausführungsformen. Sofern nicht etwas Anderes angegeben ist, können gleiche oder entsprechende Elemente in den Figuren durch gleiche oder entsprechende Referenzzahlen angegeben werden. Zudem sind die Zeichnungen und Veranschaulichungen in der vorliegenden Anmeldung im Allgemeinen nicht maßstabsgetreu und sollen tatsächlichen relativen Abmessungen nicht entsprechen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich „III-Nitrid“ oder „III-N“ auf einen Verbundhalbleiter, der Stickstoff und mindestens ein Gruppe-III-Element enthält wie etwa Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Bor (B), und einschließlich unter anderem beliebige ihrer Legierungen wie etwa Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N), wobei 0 < x < 1, Indiumgalliumnitrid (InyGa(l-y)N), Aluminiumindiumgalliumnitrid (AlxInyGa(l-x-y)N), Galliumarsenidphosphidnitrid (GaAsaPbN(1-a-b)), Aluminiumindiumgalliumarsenidphosphidnitrid (AlxInyGa(l-x-y)AsaPbN(l-a-b)), als Beispiel. III-N bezieht sich auch allgemein auf eine beliebi ge Polarität einschließlich unter anderem Ga-polare, N-polare, halbpolare oder nichtpolare Kristallorientierungen. Ein III-N-Material kann auch entweder die Wurtzit-, Zinkblende- oder gemischte Polytypen enthalten und kann auch einkristalline, monokristalline, polykristalline oder amorphe Strukturen enthalten. Galliumnitrid oder GaN, wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen III-N-Verbundhalbleiter, wobei das Gruppe-III-Element oder die Gruppe-III-Elemente etwas oder eine wesentliche Menge an Gallium enthalten, aber auch andere Gruppe-III-Elemente zusätzlich zu Gallium enthalten können. Ein III-N oder ein GaN-Transistor kann sich auch auf einen Hochspannungs-Enhancement-Mode-Verbundtransistor beziehen, der durch Verbinden des III-N- oder des GaN-Transistors in Kascode mit einem Niederspannungs-Gruppe-IV-Transistor ausgebildet wird.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich „Gruppe-III-V“ oder „III-V“ auf einen Verbundhalbleiter, der mindestens ein Gruppe-III-Element wie etwa Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Bor (B) und mindestens ein Gruppe-V-Element wie etwa Stickstoff (N), Phosphor (P) und Arsen (As) wie etwa Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N) und Galliumarsenid (GaAs) enthält, als Beispiel.
  • Außerdem bezieht sich, wie hierin verwendet, der Ausdruck „Gruppe-IV“ auf einen Halbleiter, der mindestens ein Gruppe-IV-Element wie etwa Silizium (Si), Germanium (Ge) und Kohlenstoff (C) enthält und auch Verbundhalbleiter wie etwa Siliziumgermanium (SiGe) und Siliziumcarbid (SiC) enthalten kann, als Beispiel. Gruppe IV bezieht sich auch auf Halbleitermaterialien, die mehr als eine Schicht aus Grup pe-IV-Elementen oder eine Dotierung von Gruppe-IV-Elementen enthalten können, um verspannte Gruppe-IV-Materialien herzustellen, und kann auch Gruppe-IV-basierte Verbundsubstrate wie etwa einkristallines oder polykristallines SiC auf Silizium, Silizium auf Isolator (SOI), SIMOX(Separation by Implantation of Oxygen)-Prozesssubstrate und Silizium-auf-Saphir (SOS) enthalten, als Beispiel.
  • Es wird angemerkt, dass, wie hierin verwendet, die Ausdrücke „Niederspannung“ oder „LV“ unter Bezugnahme auf einen Transistor oder Schalter einen Transistor oder Schalter mit einem Spannungsbereich von bis zu etwa fünfzig Volt (50 V) beschreiben. Es wird weiter angemerkt, dass die Verwendung des Ausdrucks „Mittelspannung“ oder „MV“ sich auf einen Spannungsbereich von etwa fünfzig Volt bis etwa zweihundert Volt (etwa 50 V bis 200 V) bezieht. Zudem bezieht sich der Ausdruck „Hochspannung“ oder „HV“, wie hierin verwendet, auf einen Spannungsbereich von etwa zweihundert bis etwa zwölfhundert Volt (etwa 200 V bis 1200 V) oder darüber.
  • Wie oben festgestellt, sind Gruppe-III-V-Halbleiter wie etwa Galliumnitrid(GaN)- und andere III-Nitrid-Materialien für die Herstellung von optoelektronischen und Leistungsschaltbauelementen wichtig und erwünscht. Wie weiter oben festgestellt, werden aufgrund der mit herkömmlichen nativen III-Nitrid- oder anderen Gruppe-III-V-Substraten assoziierten Nachteile Siliziumsubstrate oftmals als nichtnative Substrate für Gruppe-III-V-Bauelemente verwendet. Es ist jedoch angemerkt worden, dass die Verwendung von Siliziumsubstraten für die Herstellung von Gruppe-III-V-Bauelementen erhebliche Herausforderungen darstellt. Bei spielsweise können eine Gitterfehlanpassung und Unterschiede bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Gruppe-III-V-Halbleitern und Silizium unerwünschterweise zu hochdichten Kristallversetzungen und signifikanter Waferdurchbiegung führen, die durch Gruppe-III-V-Filmbeanspruchung induziert werden.
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Halbleiterkomponente mit einem Gruppe-III-V-Zwischenkörper mit einer oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Halbleiterkomponente. Die Verwendung von einer oder mehreren Aluminiumsiliziumschichten ermöglicht vorteilhafterweise das Aufwachsen von darüber liegenden Gruppe-III-V-Schichten oder -Filmen mit einer wesentlich verbesserten Kristallqualität. Das heißt, die darüber liegenden Gruppe-III-V-Schichten oder -Filme besitzen im Vergleich zu Gruppe-III-V-Schichten oder -Filmen in herkömmlichen Halbleiterkomponenten, bei denen die gegenwärtig offenbarte Aluminiumsiliziumnitridschicht oder die Aluminiumsiliziumnitridschichten weggelassen ist sind, reduzierte Kristallversetzungen. Infolgedessen kann eine durch Gruppe-III-V-Filmbeanspruchung induzierte Waferdurchbiegung vorteilhafterweise in einer Halbleiterkomponente mit einem Gruppe-III-V-Zwischenkörper einschließlich einer oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten reduziert sein, wie hierin offenbart. Die Halbleiterkomponente kann eine Gruppe-III-Nitrid-basierte Halbleiterkomponente sein, beispielsweise eine Galliumnitrid-basierte Halbleiterkomponente wie etwa ein Galliumnitrid-basierter HEMT (High Electron Mobility Transistor).
  • Unter Bezugnahme auf 1 zeigt 1 das Flussdiagramm 100, das ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterkomponente mit einer oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten darstellt. Es wird angemerkt, dass gewisse Details und Merkmale im Flussdiagramm 100 weggelassen worden sind, die für einen Durchschrittsfachmann offensichtlich sind, um die Erörterung der erfindungsgemäßen Merkmale in der vorliegenden Anmeldung nicht zu verdunkeln.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 2A zeigt 2A eine Querschnittsansicht des Substrats 202. Insbesondere ist das Substrat 202 so gewählt, dass es sich zur Verwendung als ein Stützsubstrat für ein Gruppe-III-V-Bauelement eignet. Weitergehend zu 2B und 2C zeigen die Strukturen 204 und 206 das Ergebnis des Ausbildens eines Gruppe-III-V-Zwischenkörpers bzw. eines Gruppe-III-V-Zwischenbody (Handlung 104) bzw. des Ausbildens einer Gruppe-III-V-Pufferschicht (Handlung 106) über dem Substrat 202. Zudem zeigt 2D eine Querschnittsansicht einer Halbleiterkomponente mit einer Aluminiumsiliziumnitridschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, während 3 eine derartige Ansicht einer Halbleiterkomponente mit mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
  • Es wird angemerkt, dass die in den 2A, 2B, 2C, 2D, und 3 (im Folgenden „Figuren 2A–2D und 3“) gezeigten Strukturen als spezifische Ausführungsformen der vorliegenden erfindungsgemäßen Prinzipien vorgelegt werden und mit einer derartigen Spezifizität für die Zwecke konzeptioneller Klarheit gezeigt werden. Es versteht sich auch, dass bestimmte Details wie etwa die zum Ausbilden der in Figuren 2A–2D und 3 gezeigten Strukturen verwendeten Materialien und die zum Herstellen der verschiedenen darge stellten Merkmale verwendeten Techniken lediglich als Beispiele vorgelegt werden und nicht als Beschränkungen ausgelegt werden sollten.
  • Unter Bezugnahme auf 2A in Verbindung mit 1 beginnt das Flussdiagramm 100 mit dem Bereitstellen des Substrats 202 (Handlung 102). Wie oben erwähnt, kann das Substrat 202 ein für die Verwendung als ein Substrat für die Herstellung eines Gruppe-III-V-Bauelements geeignetes Material enthalten. Zu Beispielen von Gruppe-III-V-Bauelementen, für die das Substrat 202 genutzt werden kann, zählen Gruppe-III-V-Heterostruktur-Feldeffekttransistoren (HFETs) wie etwa Gruppe-III-V-Transistor höher Elektronenbeweglichkeit (HEMTs) (High Electron Mobility Transistors) und optoelektronische Bauelemente.
  • Das Substrat 202 kann aus einem Gruppe-IV-Material wie etwa Silizium (Si) ausgebildet werden oder kann ein Siliziumcarbid(SiC)- oder Saphirsubstrat sein. Wenngleich das Substrat 202 in 2A als ein im Wesentlichen unitäres Substrat gezeigt ist, kann zudem bei anderen Ausführungsformen das Substrat 202 ein Verbundsubstrat sein, wie etwa ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat, ein SIMOX(Separation by Implantation of Oxygen)-Prozesssubstrat, ein Silizium-auf-Saphir(SOS)-Substrat oder ein einkristallines oder polykristallines SiC-auf-Silizium-Substrat, als Beispiel.
  • Weitergehend zu 2B unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 geht das Flussdiagramm 100 weiter mit dem Ausbilden des Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 mit einer Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 über dem Substrat 202 (Handlung 104). Wie in 2B gezeigt, enthält der Gruppe-III-V-
  • Zwischenkörper 220 zusätzlich zu der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 weiterhin eine Keimschicht 226 bzw. Nukleierungsschicht 226, die sich über der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 befindet, und Übergangsschichten 228, die sich über der Keimschicht 226 befinden.
  • Wie durch die Struktur 204 gezeigt, besitzt die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 eine untere Oberfläche 212 und eine Dicke 224 und ist so ausgebildet, dass sie die Bodenschicht des Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 ist. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 direkt auf dem Substrat 202 ausgebildet werden, so dass die untere Oberfläche 212 der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 an das Substrat 202 angrenzt. Die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 kann so ausgebildet werden, dass sie eine Aluminiumkonzentration von bis zu etwa fünfundzwanzig Prozent (25%) besitzt, als Beispiel. Zudem ist die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 typischerweise positiv geladen.
  • Die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik auf oder über dem Substrat 202 ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 unter Verwendung von metallorganischer chemischer Dampfabscheidung (MOCVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder Hydriddampfphasenepitaxie (HVPE) ausgebildet werden, um nur einige wenige geeignete Techniken zu nennen. Bei einer Ausführungsform kann beispielsweise die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen etwa sechshundertundfünfzig und etwa eintausendundfünfzig Grad Celsius (650–1050°C) ausgebildet werden. Die Dicke 224 der Alumi niumsiliziumnitridschicht 222 kann beispielsweise in einem Bereich von weniger als etwa einem Nanometer bis etwa vierzig Nanometer (<1,0–40 nm) ausgebildet werden. Gemäß der durch die Struktur 204 gezeigten Ausführungsform befindet sich die Keimschicht 226 über der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222. Die Keimschicht 226 kann beispielsweise aus Aluminiumnitrid (AlN) ausgebildet werden. Die Keimschicht 226 kann direkt auf oder über der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 unter Verwendung einer beliebigen von MOCVD, MBE oder HVPE ausgebildet werden. Es wird angemerkt, dass, wenngleich das Flussdiagramm 100 den Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 mit der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 als über dem Substrat 202 ausgebildet beschreibt, bei einigen Ausführungsformen die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 ex situ ausgebildet werden kann. Bei jenen Ausführungsformen beispielsweise kann sich die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 vor der Ausbildung der Keimschicht 226 und der Übergangsschichten 228 des Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 über dem Substrat 202 befinden.
  • Wie in 2B gezeigt, kann bei Ausführungsformen, bei denen das Substrat 202 ein nicht-natives Substrat für die Herstellung eines Gruppe-III-V-Bauelements ist, der Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 Übergangsschichten 228 enthalten, die sich zwischen dem Substrat 202 und einem danach hergestellten Gruppe-III-V-Bauelement befinden. Als ein spezifisches Beispiel können, wenn das Substrat 202 ein Siliziumsubstrat ist, die Übergangsschichten 228 mehrere unterscheidbare Gruppe-III-V-Schichten enthalten, die dazu beitragen, den Gitterübergang von dem Substrat 202 zu den aktiven Schichten des darüber liegenden Gruppe-III-V-Bauelements zu übertragen (aktive Schichten in 2B nicht gezeigt).
  • Bei Ausführungsformen, bei denen das Gruppe-III-V-Bauelement ein auf Galliumnitrid (GaN) oder einem anderen III-Nitrid-Halbleiter basiertes Bauelement ist, als Beispiel, können die Übergangsschichten 228 eine Reihe von Aluminiumgalliumnitridschichten (AlGaN oder (AlxGa(1-x)N) mit einem zunehmend reduzierten Aluminiumgehalt relativ zu ihrem Galliumgehalt enthalten, bis ein geeigneter Übergang zu darüber liegenden Puffer- und/oder aktiven Schichten erzielt wird. Zudem können bei einigen Ausführungsformen Übergangsschichten 228 von der Zusammensetzung her abgestufte Schichten mit anderen AlGaN- oder anderen III-Nitrid- oder Gruppe-III-V-Legierungszusammensetzungen an der jeweiligen oberen und unteren Oberfläche jeder Schicht sein. Übergangsschichten 228 können unter Verwendung einer beliebigen von MOCVD, MBE oder HVPE über der Keimschicht 226 ausgebildet sein, als Beispiel. Bei anderen Ausführungsformen werden anstelle von oder zusätzlich zu von der Zusammensetzung her abgestuften Schichten Supergitterstrukturen für Übergangsschichten verwendet.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 2C bei weiterer Bezugnahme auf 1 geht das Flussdiagramm 100 weiter mit dem Ausbilden der Gruppe-III-V-Pufferschicht 230 über dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 (Handlung 106). Wie durch die Struktur 206 gezeigt, kann die Pufferschicht 230 so ausgebildet werden, dass sie sich direkt auf oder über dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 befindet. Bei Ausführungsformen, bei denen das danach hergestellte darüber liegende Gruppe-III-V-Bauelement ein GaN-basiertes Bauelement ist, als Beispiel, kann die Gruppe-III-V-Pufferschicht 230 als eine eigenleitende GaN-Schicht implementiert werden. Wie die verschiedenen Schichten des Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 kann die Gruppe-III-V-Pufferschicht 230 unter Verwendung einer beliebigen von MOCVD, MBE oder HVPE ausgebildet werden.
  • Unter Fortsetzung bei 2D bei weiterer Bezugnahme auf 1 geht das Flussdiagramm 100 weiter mit dem Herstellen des Gruppe-III-V-Bauelements 240 über der Gruppe-III-V-Pufferschicht 230 (Handlung 108). Dadurch zeigt 2D eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Halbleiterkomponente 208, die den Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 mit der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 enthält.
  • Es wird angemerkt, dass, obwohl das Gruppe-III-V-Bauelement 240 in 2D als ein HEMT dargestellt ist, diese Darstellung lediglich beispielhaft ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Halbleiterkomponente 208 mit der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 geeignet angepasst werden, um einen anderen Typ von Gruppe-III-V-Bauelement entsprechend dem Gruppe-III-V-Bauelement 240 bereitzustellen. Beispielsweise kann bei anderen Ausführungsformen das Gruppe-III-V-Bauelement 240 die Form eines anderen Typs von Gruppe-III-V-Leistungsschaltbauelement annehmen, wie etwa einen beliebigen Typ von HFET oder einer Schottky-Diode. Alternativ kann bei einigen Ausführungsformen das Gruppe-III-V-Bauelement 240 die Form eines optoelektronischen Bauelements wie etwa einer Leuchtdiode (LED), eines Lasers oder eines Ultraviolet(UV)-Photodetektors annehmen, als Beispiel.
  • Dennoch wird lediglich zu Beispielzwecken das Gruppe-III-V-Bauelement 240 als ein III-Nitrid-HEMT (im Folgenden „HEMT 240“) mit aktiven Schichten in der Form einer Galli umnitrid(GaN)-Kanalschicht 242 und einer darüber liegenden Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Barrierenschicht 246, einer Drainelektrode 252, einer Sourceelektrode 254 und eines Gate 256 beschrieben. Wie in 2D gezeigt, enthält der HEMT 240 in seinem Ein-Zustand zweidimensionales Elektronengas (2DEG) 244, das einen widerstandsarmen Leitungskanal zwischen der Drainelektrode 252 und der Sourceelektrode 254 bereitstellt. Wie weiter in 2D gezeigt wird, wird das 2DEG 244 an oder nahe der Grenzfläche der aktiven Schichten des HEMT 240 generiert, d.h. der GaN-Kanalschicht 242 und der AlGaN-Barrierenschicht 246 mit einem größeren Bandabstand als dem der GaN-Kanalschicht 242.
  • Die aktive GaN-Kanalschicht 242 und die AlGaN-Barrierenschicht 244 des HEMT 240 können über der Gruppe-III-V-Pufferschicht 230 ausgebildet werden, die eine eigenleitende GaN-Pufferschicht sein kann, als Beispiel, unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl bekannter Aufwachstechniken. Beispielweise können die GaN-Kanalschicht 242 und die AlGaN-Barrierenschicht 244 unter Verwendung von MOCVD, MBE oder HVPE ausgebildet werden, um einige wenige geeignete Techniken zu nennen.
  • Gemäß dem in 2D gezeigten Ausführungsbeispiel erhöht die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 vorteilhafterweise eine Kristallgitteranpassung zwischen der aktiven GaN-Kanalschicht 242 des HEMT 240 und der Gruppe-III-V-Pufferschicht 230 in der Halbleiterkomponente 208. Zudem verbessert die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 die Gruppe-III-V-Kristallgesamtqualität in der Halbleiterkomponente 208 wesentlich im Vergleich zu Halbleiterkomponenten, bei denen die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 weggelassen ist. Beispielsweise resultiert die Anwesenheit der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 darin, dass die epitaxialen Gruppe-III-V-Schichten der Halbleiterkomponente 208, z.B. GaN-Kanalschicht 242 und AlGaN-Barrierenschicht 244, niedrigere Ätzteilungszählwerte bei Messung durch Atomkraftmikroskopie (AFM), niedrigere Versetzungsdichten bei Messung durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und beispielsweise eine Reduktion um fünfzig Prozent (50%) (oder eine Reduktion um mehr als 50%) in der Röntgendiffraktions-Halbwertsbreite (XRD FWHM) im Vergleich zu epitaxialen Gruppe-III-V-Schichten in herkömmlichen Halbleiterkomponenten, bei denen die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 weggelassen ist, haben.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 3 zeigt 3 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Halbleiterkomponente 308 mit einem Gruppe-III-V-Zwischenkörper 320 mit mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten 322a und 322b. Es wird angemerkt, dass die Merkmale in 3, durch Bezugszahlen entsprechend jenen in 2A–2D gezeigten, jeweils jenen zuvor beschriebenen Merkmalen entsprechen.
  • Somit entsprechen das Substrat 302 und die Gruppe-III-Pufferschicht 330 jeweils dem Substrat 202 in 2A–2D und der Gruppe-III-V-Pufferschicht 230 in 2C und 2D und können sich beliebige der Charakteristika bzw. Eigenschaften teilen, die jenen entsprechenden Merkmalen in der vorliegenden Anmeldung zugewiesen sind. Außerdem entspricht in 3 das Gruppe-III-V-Bauelement 340 dem HEMT 240 in 2D, und sie können sich beliebige der Charakteristika teilen, die jenen entsprechenden Merkmalen in der vorliegenden Anwendung zugeschrieben sind. Somit entsprechen die Kanalschicht 342, die Barrierenschicht 346, das 2DEG 344, die Drainelektrode 352, die Sourceelektrode 354 und das Gate 356 in 3 jeweils der GaN-Kanalschicht 242, der AlGaN-Barrierenschicht 246, dem 2DEG 244, der Drainelektrode 252, der Sourceelektrode 254 und dem Gate 256 in 2D.
  • Es wird angemerkt, dass, obwohl das Gruppe-III-V-Bauelement 340 als dem HEMT 240 entsprechend gezeigt und beschrieben ist, bei anderen Ausführungsformen die Halbleiterkomponente 308 geeignet angepasst sein kann, um einen anderen Typ von Gruppe-III-V-Bauelement entsprechend dem Gruppe-III-V-Bauelement 340 bereitzustellen. Beispielsweise kann bei anderen Ausführungsformen das Gruppe-III-V-Bauelement 340 die Form eines anderen Typs von Gruppe-III-V-Leistungsschaltbauelement wie etwa einen beliebigen Typ von HFET oder eine Schottky-Diode annehmen. Alternativ kann bei einigen Ausführungsformen das Gruppe-III-V-Bauelement 340 die Form eines optoelektronischen Bauelements wie etwa einer LED, eines Lasers oder eines UV-Photodetektors annehmen, als Beispiel.
  • Die Keimschicht 326 und die Übergangsschichten 328 des Gruppe-III-V-Zwischenkörper 350 in 3 entsprechen jeweils der Keimschicht 226 und den Übergangsschichten 228 in den 2B, 2C und 2D und können sich beliebige der Charakteristika teilen, die jenen entsprechenden Merkmalen in der vorliegenden Anmeldung zugewiesen sind. Zudem entspricht jede der unteren Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a mit einer Dicke 324a und der oberen Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b mit einer Dicke 324b im Allgemeinen der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 mit einer Dicke 224 in den 2B, 2C und 2D, und sie können sich beliebi ge der Charakteristika teilen, die jenem entsprechenden Merkmal in der vorliegenden Anmeldung zugewiesen sind.
  • Somit kann wie die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 jede der unteren Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a und der oberen Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b so ausgebildet werden, dass sie eine Aluminiumkonzentration von bis zu etwa 25% aufweisen, als Beispiel. Außerdem ist wie bei der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 jede der unteren Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a und der oberen Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b typischerweise positiv geladen. Zudem und ebenfalls wie die Aluminiumsiliziumnitridschicht 222 kann jede der unteren Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a und der oberen Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 650–1050°C auf eine jeweilige Dicke 324a/324b von bis zu etwa 40 nm unter Verwendung einer beliebigen von MOCVD, MBE oder HVPE ausgebildet werden, als Beispiel.
  • Im Gegensatz zu dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper 220 in den 2B, 2C und 2D jedoch enthält der Gruppe-III-V-Zwischenkörper 350 mehrere Aluminiumsiliziumnitridschichten, d.h. die untere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a und die obere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b. Zudem befindet sich gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform die Keimschicht 326 über dem Substrat 302, während sich die untere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a über der Keimschicht 326 befindet.
  • Wie durch die Struktur 308 gezeigt, befinden sich die Übergangsschichten 328 und die obere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b über der Keimschicht 326 und der unteren Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a. Wie wei ter durch die Struktur 308 gezeigt, besitzt die obere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b eine obere Oberfläche 314 und ist auch so ausgebildet, dass sie die Deckschicht des Gruppe-III-V-Zwischenkörper 350 ist. Infolgedessen kann bei einer Ausführungsform die Gruppe-III-V-Pufferschicht 330 direkt auf der oberen Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b ausgebildet werden, so dass die obere Oberfläche 314 der oberen Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b an die Gruppe-III-V Pufferschicht 330 angrenzt.
  • Es wird angemerkt, dass das Positionieren der Aluminiumsiliziumnitridschicht 222, der unteren Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a und der oberen Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b, in den vorliegenden Figuren dargestellt, lediglich beispielhaft ist. Bei anderen Ausführungsformen können sich beispielsweise eine oder mehrere Aluminiumsiliziumnitridschichten als Zwischenschichten unter den Übergangsschichten 228/328 befinden.
  • Gemäß dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel vergrößern die untere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a und die obere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b vorteilhafterweise eine Kristallgitteranpassung zwischen der Kanalschicht 342 des Gruppe-III-V-Bauelements und der Gruppe-III-V-Pufferschicht 330 in der Halbleiterkomponente 308. Zudem verbessern die untere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a und die obere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b die Gruppe-III-V-Kristallgesamtqualität in der Halbleiterkomponente 308 wesentlich im Vergleich zu Halbleiterkomponenten, bei denen die Aluminiumsiliziumnitridschichten weggelassen sind. Beispielsweise resultieren die untere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322a und die obere Aluminiumsiliziumnitridschicht 322b darin, dass die epitaxialen Grup pe-III-V-Schichten der Halbleiterkomponente 308, z.B. Kanalschicht 342 und Barrierenschicht 346, niedrigere Ätzteilungszählwerte bei Messung durch AFM, niedrigere Versetzungsdichten bei Messung durch TEM und eine Reduktion bei der XRD FWHM um bis zu 50% im Vergleich zu epitaxialen Gruppe-III-V-Schichten in herkömmlichen Halbleiterkomponenten, bei denen Aluminiumsiliziumnitridschichten weggelassen sind, haben.
  • Somit offenbart die vorliegende Anmeldung eine Halbleiterkomponente mit einem Gruppe-III-V-Zwischenkörper mit einer oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten, die vorteilhafterweise das Aufwachsen von Gruppe-III-V-Schichten oder -Filmen mit einer wesentlich verbesserten Kristallqualität ermöglichen. Das heißt, die danach aufgewachsenen darüber liegenden Gruppe-III-V-Schichten oder -Filme besitzen reduzierte Kristallversetzungen im Vergleich zu Gruppe-III-V-Schichten oder -Filmen in herkömmlichen Halbleiterkomponenten, bei denen die vorliegend offenbarte(n) eine oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten weggelassen sind. Infolgedessen kann eine durch Gruppe-III-V-Filmbeanspruchung induzierte Waferdurchbiegung vorteilhafterweise in einer Halbleiterkomponente mit einem Gruppe-III-V-Zwischenkörper mit einer oder mehreren Aluminiumsiliziumnitridschichten reduziert werden, wie hierin offenbart.
  • Aus der obigen Beschreibung ist offensichtlich, dass verschiedene Techniken zum Implementieren der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Konzepte verwendet werden können, ohne von dem Schutzbereich jener Konzepte abzuweichen. Während die Konzepte unter spezifischer Bezugnahme auf gewisse Ausführungsformen beschrieben worden sind, würde zudem ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass hinsichtlich Form und Detail Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich jener Konzepte abzuweichen. Als solches sind die beschriebenen Ausführungsformen in jeglicher Hinsicht als veranschaulichend und nicht als restriktiv anzusehen. Es versteht sich auch, dass die vorliegende Anmeldung nicht auf die hierin beschriebenen bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern viele Umordnungen, Modifikationen und Substitutionen möglich sind, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Halbleiterkomponente, umfassend: ein Substrat; ein Gruppe-III-V-Zwischenkörper, der sich über dem Substrat befindet; eine Gruppe-III-V-Pufferschicht, die sich über dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper befindet; ein Gruppe-III-V-Bauelement, das über der Gruppe-III-V-Pufferschicht hergestellt ist; wobei der Gruppe-III-V-Zwischenkörper mindestens eine Aluminiumsiliziumnitridschicht umfasst.
  2. Halbleiterkomponente nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Aluminiumsiliziumnitridschicht eine Bodenschicht des Gruppe-III-V-Zwischenkörper ist.
  3. Halbleiterkomponente nach Anspruch 1, wobei die Gruppe-III-V-Pufferschicht sich direkt auf der mindestens einen Aluminiumsiliziumnitridschicht befindet.
  4. Halbleiterkomponente nach Anspruch 1, wobei der Gruppe-III-V-Zwischenkörper eine Keimschicht umfasst, die sich über dem Substrat befindet, wobei sich die mindestens eine Aluminiumsiliziumnitridschicht über der Keimschicht befindet.
  5. Halbleiterkomponente nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Aluminiumsiliziumnitridschicht eine Deckschicht des Gruppe-III-V-Zwischenkörper ist.
  6. Halbleiterkomponente nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Aluminiumsiliziumnitridschicht eine Deckschicht des Gruppe-III-V-Zwischenkörper ist.
  7. Halbleiterkomponente nach Anspruch 1, wobei der Gruppe-III-V-Zwischenkörper eine Keimschicht umfasst, die sich über der mindestens einen Aluminiumsiliziumnitridschicht befindet.
  8. Halbleiterkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Aluminiumsiliziumnitridschicht eine Aluminiumkonzentration von bis zu etwa fünfundzwanzig Prozent (25%) besitzt.
  9. Halbleiterkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gruppe-III-V-Bauelement einen Gruppe-III-V-Heterostruktur-Feldeffekttransistor (HFET) umfasst.
  10. Halbleiterkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gruppe-III-V-Bauelement ein optoelektronisches Gruppe-III-V-Bauelement umfasst.
  11. Halbleiterkomponente, umfassend: ein Substrat; einen Gruppe-III-V-Zwischenkörper mit einer Aluminiumsiliziumnitridschichtm, der sich über dem Substrat befindet; wobei der Gruppe-III-V-Zwischenkörper eine Keimschicht enthält, die sich über der Aluminiumsiliziumnitridschicht befindet; eine Gruppe-III-V-Pufferschicht, die sich über dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper befindet; ein Gruppe-III-V-Bauelement, das über der Gruppe-III-V-Pufferschicht hergestellt ist.
  12. Halbleiterkomponente nach Anspruch 11, wobei die Aluminiumsiliziumnitridschicht eine Bodenschicht des Gruppe-III-V-Zwischenkörper ist.
  13. Halbleiterkomponente nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Aluminiumsiliziumnitridschicht eine Aluminiumkonzentration von bis zu etwa fünfundzwanzig Prozent (25%) besitzt.
  14. Halbleiterkomponente nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Gruppe-III-V-Bauelement einen Gruppe-III-V-Heterostruktur-Feldeffekttransistor (HFET) umfasst.
  15. Halbleiterkomponente nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Gruppe-III-V-Bauelement ein optoelektronisches Gruppe-III-V-Bauelement umfasst.
  16. Halbleiterkomponente, umfassend: ein Substrat; einen Gruppe-III-V-Zwischenkörper mit einer Keimschicht, der sich über dem Substrat befindet; wobei sich der Gruppe-III-V-Zwischenkörper mit einer unteren Aluminiumsiliziumnitridschicht über der Keimschicht befindet; wobei sich der Gruppe-III-V-Zwischenkörper mit Übergangsschichten und einer oberen Aluminiumsiliziumnitridschicht über der unteren Aluminiumsiliziumnitridschicht befindet; eine Gruppe III-V-Pufferschicht, die sich über dem Gruppe-III-V-Zwischenkörper befindet; ein Gruppe-III-V-Bauelement, das über der Gruppe-III-V-Pufferschicht hergestellt ist.
  17. Halbleiterkomponente nach Anspruch 16, wobei die obere Aluminiumsiliziumnitridschicht eine Deckschicht des Gruppe-III-V-Zwischenkörper ist.
  18. Halbleiterkomponente nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei jede der unteren Aluminiumsiliziumnitridschicht und der oberen Aluminiumsiliziumnitridschicht eine Aluminiumkonzentration von bis zu etwa fünfundzwanzig Prozent (25%) besitzt.
  19. Halbleiterkomponente nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Gruppe-III-V-Bauelement einen Gruppe-III-V-Heterostruktur-Feldeffekttransistor (HFET) umfasst.
  20. Halbleiterkomponente nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Gruppe-III-V-Bauelement ein optoelektronisches Gruppe-III-V-Bauelement umfasst.
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