半導體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體裝置及其制造方法，特別是涉及包含一基板的一種半導體
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]近來，有鑒于對在高頻率下操作的開關(guān)控制裝置的需求提高，三五族材料，例如氮化鎵(GaN)，被廣泛地用于研究及發(fā)展。隨著包含兩層三五族材料之間的壓電效應(yīng)，二維電子氣體(two-dimens1n electron gas，簡稱2DEG)因而產(chǎn)生。因此，由包含兩層三五族材料的開關(guān)控制裝置提供的二維電子氣體中具有高電子移動率、高電子濃度以及層間的低片電阻率，且具有包含三五族材料層的開關(guān)控制裝置具有高輸出電流密度信號、低轉(zhuǎn)換損失及高電壓操作等優(yōu)點。
[0003]三五族材料不僅廣泛用于開關(guān)控制裝置，由于其具有高電流密度，也應(yīng)用于其他半導體裝置，例如LED。包含三五族材料的層系外延形成于一基板上，然而，三五族材料與基板之間的晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)不同，造成層中的三五族材料形成錯位、裂縫或非晶化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開一種半導體裝置，包含基板，具有第一區(qū)域及第二區(qū)域、核化結(jié)構(gòu)，位于基板的第二區(qū)域、第一結(jié)晶緩沖層，位于核化結(jié)構(gòu)上方，且與基板晶格不匹配、空隙，位于基板的第一區(qū)域與第一結(jié)晶緩沖層之間、第二結(jié)晶緩沖層，位于第一結(jié)晶緩沖層上方、中間層，位于第一結(jié)晶緩沖層及第二結(jié)晶緩沖層之間、及半導體疊層，位于第二結(jié)晶緩沖層上方。
【附圖說明】
[0005]圖1A為本發(fā)明一實施例的一半導體裝置；
[0006]圖1B為本發(fā)明一實施例的一半導體結(jié)構(gòu)中的一基板與一核化結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0007]圖2A?圖2F為本發(fā)明一實施例的一半導體裝置100的制造過程；
[0008]圖3為本發(fā)明一實施例的一半導體裝置；
[0009]圖4A?圖4B為本發(fā)明一實施例的中間層的成分圖；
[0010]圖5為本發(fā)明一實施例的一半導體裝置的示意圖。
[0011]符號說明
[0012]100半導體裝置
[0013]12半導體疊層
[0014]18第二結(jié)晶緩沖層、緩沖層
[0015]10 中間層
[0016]2 基板
[0017]3 表面
[0018]4第一區(qū)域
[0019]40圖案化結(jié)構(gòu)
[0020]41 空隙
[0021]42圖案化結(jié)構(gòu)
[0022]6第二區(qū)域
[0023]60核化結(jié)構(gòu)
[0024]8第一結(jié)晶緩沖層
[0025]80 凹部
[0026]802 部分
[0027]804 部分
[0028]806 部分
[0029]82線性差排
[0030]84頂點部
[0031]1000 第一區(qū)塊
[0032]1002 第二區(qū)塊
[0033]20、22、24 電極
[0034]200半導體裝置
[0035]101 第一部分
[0036]102 第二部分
[0037]103第三部分
[0038]104第四部分
[0039]105第五部分
[0040]XI第一組成比例
[0041]X2第二組成比例
[0042]X3第三組成比例
[0043]X4第四組成比例
[0044]X5第五組成比例
[0045]300半導體裝置
【具體實施方式】
[0046]本發(fā)明的實施例的附圖以及說明書是為了說明本發(fā)明的原理。說明書中不同段落或附圖出現(xiàn)同樣的名稱或同樣的編號應(yīng)有相等或同等的意義，這些名稱及編號已在說明書或附圖任一處被定義。說明書中的物件厚度或形狀可以擴大或縮小。值得注意的是附圖中沒有出現(xiàn)或描述的元件依照本領(lǐng)域者的通常知識可以被包含于本發(fā)明。
[0047]圖1A為本發(fā)明一實施例的一半導體裝置100的剖視圖。半導體裝置包含一基板2，其表面3分成一第一區(qū)域及一第二區(qū)域、數(shù)個圖案化結(jié)構(gòu)40、一核化結(jié)構(gòu)60、一第一結(jié)晶緩沖層8、一中間層10、一第二結(jié)晶緩沖層18及一半導體疊層12。半導體疊層12位于第二結(jié)晶緩沖層18上且包含一活性層，當半導體裝置100為一發(fā)光裝置時，活性層用以發(fā)光；當半導體裝置100為一功率元件時，活性層為供電流傳輸?shù)囊煌ǖ?。中間層10位于第一結(jié)晶緩沖層8上，并未接觸到數(shù)個圖案化結(jié)構(gòu)40。中間層10包含具有非固定濃度的一元素，其濃度依中間層10內(nèi)部一位置與表面3的距離而改變。第二結(jié)晶緩沖層18位于中間層10上，第一結(jié)晶緩沖層8及第二結(jié)晶緩沖層18為結(jié)晶型緩沖層，第一結(jié)晶緩沖層8及第二緩沖層包含一同樣元素。
[0048]請參照圖1B，第一區(qū)域4被排列為一第一圖案，且第二區(qū)域6具有與第一圖案互補的一第二圖案。第二區(qū)域6為連續(xù)且第一區(qū)域4被第二區(qū)域6分隔成數(shù)區(qū)塊。第一區(qū)域4中的各區(qū)塊其面積可以相同或至少一區(qū)塊的面積與其他區(qū)塊的面積不同。本實施例中，第一區(qū)域4中的區(qū)塊形狀為矩形或正方形；在另一個實施例中，第一區(qū)域4中的區(qū)塊的形狀為圓形或三角形。核化結(jié)構(gòu)60形成于第二區(qū)域6上且為連續(xù)，同時數(shù)個圖案化結(jié)構(gòu)40形成于第一區(qū)域4且互相分離。形成于第一區(qū)域4的圖案化結(jié)構(gòu)40包含一部分在基板2內(nèi)及一部分在基板2上，數(shù)個圖案化結(jié)構(gòu)40鄰接于核化結(jié)構(gòu)60，且被核化結(jié)構(gòu)60所包圍。在本實施例中，由剖視觀看核化結(jié)構(gòu)60具有數(shù)個區(qū)塊，任一區(qū)塊形狀為一三角形包含一傾斜側(cè)壁，傾斜側(cè)壁鄰接于圖案化結(jié)構(gòu)40。在另一個實施例中，核化結(jié)構(gòu)60具有一弧面?zhèn)缺凇５谝唤Y(jié)晶緩沖層8形成于核化結(jié)構(gòu)60上，且覆蓋于圖案化結(jié)構(gòu)40中鄰近于核化結(jié)構(gòu)60的部分。第一結(jié)晶緩沖層8還包含一平坦表面，實質(zhì)上位于第一區(qū)域4上方且覆蓋核化結(jié)構(gòu)60。第一結(jié)晶緩沖層8被設(shè)定為連續(xù)且覆蓋第一區(qū)域4及第二區(qū)域6。
[0049]圖2A?圖2E為本發(fā)明一實施例的一制造半導體裝置100的方法，在本實施例中，基板2為單晶結(jié)構(gòu)并且包含區(qū)分為第一區(qū)域4及第二區(qū)域6的一表面3。數(shù)個圖案化結(jié)構(gòu)40形成于表面3的第一區(qū)域4，可以通過一表面處理形成，例如離子注入。離子被注入于基板2的第一區(qū)域4并且改變基板2的第一區(qū)域4的晶格常數(shù)，離子可以為氮、氧、碳、氬、硼或磷等。換言之，第一區(qū)域4包含一不純物，且此不純物并不存在于第二區(qū)域6，由于離子注入基板2時會破壞晶格結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的原子間的連結(jié)便被破壞。因此，基板2的第一區(qū)域4的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被離子注入的表面處理破壞，故圖案化結(jié)構(gòu)40以多晶結(jié)構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)形成。請參照圖2A，圖案化結(jié)構(gòu)40被包埋在基板2中，且圖案化結(jié)構(gòu)40的晶格常數(shù)與基板2其余部分的晶格常數(shù)不同。在本實施例中，基板2的材質(zhì)為硅，圖案化結(jié)構(gòu)40通過碳離子的注入而形成，核化結(jié)構(gòu)60包含氮化鋁。
[0050]請參照圖2B，核化結(jié)構(gòu)60形成于表面3上且位于兩個圖案化結(jié)構(gòu)40之間。如上所述，基板2與圖案化結(jié)構(gòu)40的晶格常數(shù)與晶格方向不同。由于核化結(jié)構(gòu)60與圖案化結(jié)構(gòu)40之間的晶格常數(shù)不匹配，核化結(jié)構(gòu)60傾向于外延成長在表面3的第二區(qū)域6上方。換言之，圖案化結(jié)構(gòu)40的表面并不適合于外延成長制作工藝，且當形成核化結(jié)構(gòu)60時，圖案化結(jié)構(gòu)40如同掩模一般。核化結(jié)構(gòu)60由剖視角度觀察包含數(shù)個區(qū)塊，其中，各個區(qū)塊有傾斜側(cè)壁直接連接于圖案化結(jié)構(gòu)40并形成三角形。各個核化結(jié)構(gòu)60的區(qū)域包含一頂部及較頂部寬的一底部，此外，核化結(jié)構(gòu)60的底部可以為平坦表面，且核化結(jié)構(gòu)60的頂部可為一頂點或一平坦表面，頂部具有小于底部的面積，且傾斜側(cè)壁實質(zhì)上為平坦表面或者可以為粗糙表面。在另一實施例中，核化結(jié)構(gòu)60的剖面視圖為具有平坦表面的圓錐狀，在另一個實施例中，部分的圖案化結(jié)構(gòu)40凸出基板2，并位于表面3上(如圖2B與圖2B’所示的圖案化結(jié)構(gòu)42)。此外，表面3上的一部分的圖案化結(jié)構(gòu)40具有小于核化結(jié)構(gòu)60