本发明提供了一种制造用于在其上构建iii-v族器件的衬底晶圆的方法和一种用于在其上制造iii-v族器件的衬底晶圆。
背景技术：
1、如高电子迁移率晶体管(hemt)的iii-v族器件因其在大功率应用和高频率应用中的卓越性能而闻名。针对该主题的大量的专利和非专利文献都是可用的。
2、例如，us2016 0 240 646a1公开了可以在衬底晶圆上构建的数个hemt器件的结构和制造方法。
3、根据us2014 0 117 502a1，可以在半导体衬底晶圆中设置吸除区域。
4、人们已经寻求了许多方法来减轻器件结构内的漏电流，而钝化层的设置是针对该问题的一种手段。
5、例如，wo 2015 123 534a1公开了在iii-v族器件的缓冲区域中设置埋入的植入层，以便抑制在正交于衬底的方向上的漏电流。
6、本发明的发明人发现，衬底晶圆需要被改进，尤其是以便防止悬空键提高干扰iii-v族器件的正常功能的缺陷态密度和电荷密度。
技术实现思路
1、本发明针对一种制造用于在其上构建iii-v族器件的衬底晶圆的方法，该方法包括：
2、提供硅单晶晶圆；
3、在硅单晶晶圆的顶部表面下方形成吸除区域；
4、形成表示衬底晶圆的顶部部分的富氮钝化层。
5、通过提供形成富氮钝化层的至少一个富氮区域，悬空键被饱和或中和。富氮钝化层不形成沉积在硅单晶晶圆上的单独的氮化硅层，并且没有单独的层的负面副作用。此外，杂质被在硅单晶晶圆的顶部表面下方设置的吸除区域捕获。
6、富氮钝化层可以通过在硅单晶晶圆的顶部区域中扩散氮或植入氮离子来形成。硅单晶晶圆可以在含氮的气氛(或气体环境)中经受退火步骤，以便将氮扩散到硅单晶晶圆的顶部区域。退火步骤可作为闪光灯退火(flash lamp anneal)进行。含氮气氛可以包含氮气或氨气(nh3)或它们的混合物。退火温度可以在不小于300℃且不大于1350℃的范围内。替代性地，氮离子可以被植入硅单晶晶圆的顶部表面下的区域，并可选地经受后续热处理。后续热处理的温度可以在不小于300℃且不大于1350℃的范围内。另一替代性方案包括将在等离子体中生成的氮自由基引入硅单晶晶圆的表面。硅单晶晶圆的表面上附加存在的氮的浓度优选地不小于1.0×1011atoms/cm2(原子数/平方厘米)，但小于用以在硅单晶晶圆的表面上形成化学计量的氮化硅层的数量。因此，在表面上具有悬空键的硅原子的密度被降低至优选地小于1×1011atoms/cm2，更优选地小于1×1010atoms/cm2，并且最优选地小于1×109atoms/cm2。
7、除此以外或作为替代性方案，富氮钝化层可以通过沉积接触硅单晶晶圆的顶部表面的aln(氮化铝)成核层并在沉积期间暂时性地添加附加的氮来形成。因此，相比于在aln成核层的顶部区域和底部区域之间的区域，aln成核层中的氮浓度在aln成核层的顶部区域和底部区域中更高。为此，在aln成核层的沉积期间，可以暂时性地提高含氮前体气体的分压。aln成核层的沉积可以通过mocvd(金属有机物化学气相沉积)、分子离子束外延(mbe)的方式进行。作为前体化合物，三甲基铝和氨可被用于mocvd。氢气或氮气是合适的载体气体。对于mocvd，aln层的生长温度优选地不小于700℃且不大于1250℃，而对于mbe，aln层的生长温度优选地不小于400℃且不大于900℃。aln成核层具有优选地不小于10nm且优选地不大于500nm、更优选地不大于200nm的厚度。aln成核层的顶部区域中的富氮钝化层不厚于10nm且最优选地不大于5nm。
8、为了使aln成核层富氮，在aln成核层的底部区域和顶部区域的沉积期间应用附加的氮前体气体。在aln成核层的沉积期间，可以暂时性地提高含氮前体气体的分压。aln成核层的底部区域和顶部区域中存在的氮的浓度至少比在顶部区域和底部区域之间的区域中的al浓度高1％，且最多高50％。
9、此外，在硅单晶晶圆的顶部表面下方形成吸除区域(gettering region)。吸除区域可以在富氮钝化层形成之前形成。可以通过向硅单晶晶圆中植入氢离子并对硅单晶晶圆退火(或进行退火处理)以形成埋入空隙的层(或埋入空隙层)来形成吸除区域。通过从其背面(或后侧)将氢离子植入衬底晶圆并对衬底晶圆退火可以在富氮钝化层的形成之后形成吸除区域。
10、替代性地，在氮离子被植入硅单晶晶圆的顶部区域中以通过向硅单晶晶圆中植入氮离子来形成富氮钝化层时，吸除区域可以作为射程末端损伤(eor)形成。
11、此外，本发明还针对一种用于构建iii-v族器件的衬底晶圆，该衬底晶圆包括：
12、硅单晶晶圆；
13、硅单晶晶圆的顶部表面下方的吸除区域；以及
14、富氮钝化层。
15、富氮钝化层可以是接触硅单晶晶圆的顶部表面的aln成核层的一部分，或者可以形成硅单晶晶圆的顶部部分。
16、相比于在aln成核层的顶部区域和底部区域之间的区域，aln成核层中的氮浓度在aln成核层的顶部区域和底部区域中更高。
17、吸除区域可以由射程末端损伤(end-of-range damage)或埋入空隙的层构成。
18、硅单晶晶圆可以是从根据cz法通过从包含在坩埚中的熔体拉出籽晶或根据fz法而生长出来的硅单晶切割下来的晶圆。硅单晶晶圆具有至少150mm、优选地至少200mm并且最优选地300mm的直径。硅单晶晶圆的晶格取向优选地可以是(100)或(111)或(110)。
19、本发明的描述将参照附图继续进行。
1.一种制造用于在其上构建iii-v族器件的衬底晶圆的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述富氮钝化层通过在所述硅单晶晶圆的顶部区域中扩散氮或植入氮离子形成。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述富氮钝化层通过在包含氮化气体的气氛中对所述硅单晶晶圆进行热处理形成。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，在氮离子被植入所述硅单晶晶圆的所述顶部区域中时，所述吸除区域作为射程末端损伤形成。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过向所述硅单晶晶圆中植入氢离子并对所述硅单晶晶圆退火以在所述硅单晶圆的顶部表面下方形成埋入空隙的层来形成所述吸除区域。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过沉积接触所述硅单晶晶圆的顶部表面的aln成核层形成所述富氮钝化层，相比于在所述aln成核层的顶部区域和底部区域之间的中间区域，所述aln成核层中的氮浓度在所述aln成核层的所述顶部区域和所述底部区域中更高。
7.根据权利要求5所述的方法，所述方法包括：
8.一种用于构建iii-v族器件的衬底晶圆，所述衬底晶圆包括：
9.根据权利要求8所述的衬底晶圆，其中，所述富氮钝化层形成所述衬底晶圆的顶部部分。
10.根据权利要求8所述的衬底晶圆，其中，所述富氮钝化层是接触所述硅单晶晶圆的顶部表面的aln成核层的一部分。
11.根据权利要求10所述的衬底晶圆，其中，相比于在所述aln成核层的顶部区域和底部区域之间的区域，所述aln成核层中的氮浓度在所述aln成核层的所述顶部区域和所述底部区域中更高。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的衬底晶圆，其中，所述吸除区域由埋入空隙的层构成。
13.根据权利要求8至11中的任一项所述的衬底晶圆，其中，所述吸除区域由射程末端损伤构成。
