半导体组件及其制造方法与流程

本发明涉及一种半导体组件，尤其涉及一种能运用于发光二极管、雷射二极管、功率半导体、高电子迁移率晶体管的半导体组件及其制造方法。

背景技术：

1、氮化铝镓(algan)为氮化铝与氮化镓的合金，其具有直接且连续可调的宽带隙(3.4ev至6.2ev)、热稳定与化学稳定性。algan可用于制造紫外光/蓝色光发光二极管，而紫外光波长可低至250nm(远紫外光)。此外，algan也可用于紫外光发光二极管(light-emitting diode，led)、光检测器与高电子移动率晶体管(high-electron-mobilitytransistor，hemt)。因此，algan于半导体产业具有极大的应用前景。

2、目前在实务面上algan缺乏同质连接(homojunction)基板，故影响其所制成的电子组件效率。目前业界使用蓝宝石来作为algan成长的基板，但由于蓝宝石天生的缺陷，如：异常坚硬、不导电、低导热、高成本等，因此局限住蓝宝石基板于氮化铝镓所制成的电子组件的发展。相对于蓝宝石，硅基板具有大尺寸、低价格、优异导电等特性，为较能实现algan所制成的电子组件性能的基板。虽然硅基板具有以上种种优点，但相对于蓝宝石，硅与氮化铝镓间存在着较大的晶格不匹配与热不匹配等缺点，且ga容易和si产生回熔蚀刻(meltback etch)的现象，因此并无法直接于硅基板上生长algan。然而，采用两步生长法可解决此问题，所谓“两步生长法”为利用非晶性氮化铝(amorphousaln)为缓冲层于硅基板与algan之间。algan由于不论和硅或是蓝宝石基板均会受到强应力作用，使得外延材料algan极易龟裂，若以amorphous aln取代过去使用的gan作为缓冲层，除了可以缓冲algan于基板上所受到强应力而可解决algan龟裂情况外，同时也可以避免上述回熔蚀刻的问题。

3、除了缺乏同质连接基板外，algan所制成的电子组件的极化电场也为影响组件效率的另一因素。生长在[0001]晶面上的氮化物内部存在着极高的压电极化与自发极化电场，对于过去发光二极管或雷射二极管组件结构而言，该内建电场产生量子局限史塔克效应(quantum-confined stark effect)会进而影响其有效载流子的注入效率，进而降低组件发光强度；另一方面，对于高功率组件使用上，如高电子迁移率晶体管结构等，由于本身存在内建电场特性，使得在断电时仍是导通的常开型(normally-on)组件，会面临出现误动作的风险，因此新世代高功率电子组件在设计上必须要符合常关型(normally-off)的特性。因此，非极性氮化物为解决上述组件如发光二极管、雷射二极管及高电子迁移率晶体管的问题的方案之一。目前成长非极性如a-plane gan薄膜的方式一般是需要特殊晶向的sapphire、lialo2、及sic等基板，而由于lialo2常温状态下质量不稳定，sic成本又较高，因此在选择成长nonpolar a-plane gan目前主流仍以使用r-plane sapphire为主。

4、然而，由于sapphire在生长及切割上仍具有一定的技术困难度及良率问题，特别是要取得具有r-plane sapphire的材料又更加困难，且成本也较高。有鉴于此，目前市场仍需要一种容易取得且成本较低的基板，以解决现今使用r-plane sapphire材料的问题。

技术实现思路

1、由于algan这类型半导体具有极强的极化内建电场，此特性不利于发光及电子控制等应用，因此透过利用非极性晶向缓冲层来控制algan样品生长的晶体结构为非极性的方式，并运用在led、光侦测器及hemt组件上，将可有效改善上述问题。

2、为解决上述的问题，本发明主要目的在于提供一种半导体组件，包含：基板；非极性晶向缓冲层，形成于该基板上；以及第一氮化物层，形成于该非极性晶向缓冲层上。

3、如上所述的半导体组件，更包含第一掩模图形化层，形成于该第一氮化物层上；第二氮化物层，形成于该第一掩模图形化层以及该第一氮化物层上；第二掩模图形化层，形成于第二氮化物层上，其中该第二掩模图形化层与该第一掩模图形化层呈上下交错排列；以及第三氮化物层，形成于该第二掩模图形化层以及该第二氮化物层上。

4、如上所述的半导体组件，其中该非极性晶向缓冲层为非极性氮化铝缓冲层、以氮化铝成分为主的非极性3元系或4元系的氮化铝基化合物缓冲层、非极性氧化锌缓冲层或以氧化锌成分为主的非极性3元系或4元系的氧化锌基化合物缓冲层。

5、如上所述的半导体组件，其中该基板包含硅基板、硅蓝宝石基板、碳化硅基板、石英基板或耐高温基板，而该耐高温基板是能够承受1000℃以上的高温制程的基板。

6、如上所述的半导体组件，其中该第一氮化物层、该第二氮化物层以及该第三氮化物层为第三族氮化物，且该第三族氮化物的材料选自gan及algan所组成族群之一或其组合。

7、如上所述的半导体组件，其中该第一掩模图形化层以及该第二掩模图形化层的材料选自二氧化硅(sio2)、氮化硅(si3n4)或氮氧化硅(sioxny)组成族群之一或其组合。

8、本发明的另一目的是提供一种半导体组件的制造方法，其方法包括以下步骤：提供基板；形成非极性晶向缓冲层于该基板上；以及形成第一氮化物层于该非极性晶向缓冲层上。

9、如上所述的半导体组件的制造方法，更包括：形成第一掩模图形化层于该第一氮化物层上，使得该第一氮化物层的一部份区域受该第一掩模图形化层遮蔽，该第一氮化物层的另一部份区域未受该第一掩模图形化层遮蔽；以该第一掩模图形化层作为光罩，对该第一氮化物层未受遮蔽的另一部份区域进行蚀刻，以形成至少一蚀刻沟槽并露出该非极性晶向缓冲层；形成第二氮化物层于该非极性晶向缓冲层及该第一掩模图形化层上，其中该第二氮化物层是自该非极性晶向缓冲层上生长，使得该第二氮化物层填充该蚀刻沟槽，并且于该第一掩模图形化层上形成该第二氮化物层；形成第二掩模图形化层于该第二氮化物层上，使得该第二氮化物层的一部份区域受该第二掩模图形化层遮蔽，该第二氮化物层的另一部份区域未受该第二掩模图形化层遮蔽，其中该第二掩模图形化层是对应于该蚀刻沟槽设置，使得受该第二掩模图形化层遮蔽的该第二氮化物层的一部份区域对应于该蚀刻沟槽设置；以及形成第三氮化物层于该第二氮化物层及该第二掩模图形化层上，其中该第三氮化物层是自该第二氮化物层上生长，使得该第三氮化物层填充未被该第二掩模图形化层遮蔽的区域，并且于该第二掩模图形化层上形成该第三氮化物层。

10、如上所述的半导体组件的制造方法，其中该非极性晶向缓冲层为非极性氮化铝缓冲层、以氮化铝成分为主的非极性3元系或4元系的氮化铝基化合物缓冲层、非极性氧化锌缓冲层或以氧化锌成分为主的非极性3元系或4元系的氧化锌基化合物缓冲层。

11、如上所述的半导体组件的制造方法，其中该基板包含硅基板、硅蓝宝石基板、碳化硅基板、石英基板或耐高温基板，而该耐高温基板是能够承受1000°c以上的高温制程的基板。

12、借此，本发明所提供的半导体组件，其是利用可在任何基板上成长出非极性晶向缓冲层的磊晶技术。由于此种磊晶作法不受限习知的nonpolar a-plane gan需要成长于特殊材料的基板晶面，如r-plane sapphire，因此将可有效降低制造成本。透过本发明的磊晶成长方式可以在si、sapphire、sic等任何材料基板上，先成长出非极性晶向的缓冲层，如非极性aln缓冲层；接着，再运用这层缓冲层再成长出非极性单晶薄膜，如a-plane gan单晶薄膜。所以，利用本发明技术可优化磊晶质量，使任何基板上形成非极性晶向缓冲层，如此所形成的半导体组件能有效应用于发光二极管、雷射二极管及高电子迁移率晶体管等组件上。