專利名稱：外延片及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造及設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種外延片及其形成方法。
背景技術(shù)：
隨著綠色能源的不斷進(jìn)步，發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)以其壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、體積小、堅(jiān)固耐用、顏色豐富，被廣泛應(yīng)用于顯示屏、背光源、特種照明等領(lǐng)域。LED的核心是LED外延片，其主要結(jié)構(gòu)包括襯底、緩沖層、N型半導(dǎo)體層、有源區(qū)發(fā)光層、電子阻擋層、P型半導(dǎo)體層。作為L(zhǎng)ED外延片核心的有源區(qū)發(fā)光層介于N型半導(dǎo)體層與 P型半導(dǎo)體層之間，使P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層的界面構(gòu)成的PN結(jié)。由于襯底和膜層不同的熱膨脹系數(shù)，以及外延方法的制約，因此致使了在膜層生長(zhǎng)后，會(huì)由于熱失配而在膜層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，例如對(duì)于LED領(lǐng)域的Al2O3 (藍(lán)寶石)襯底來(lái)說(shuō)，在Al2O3或SiC襯底生長(zhǎng)的GaN外延片就會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力。然而藍(lán)寶石和SiC襯底非常昂貴，而且晶圓不易做大，因此導(dǎo)致目前的LED非常昂貴。由于Si材料便宜，工藝成熟，且有大直徑晶圓，因此，目前出現(xiàn)了很多基于Si材料的應(yīng)用，如光電、微波等應(yīng)用需要用到不同的材料，如GaN等。但是，Si和這些III-V族材料存在很大的晶格失配與熱應(yīng)力失配，晶格失配引起位錯(cuò)，熱應(yīng)力失配在較大外延厚度時(shí)會(huì)引起薄膜龜裂(Crack)，導(dǎo)致外延出來(lái)的薄膜質(zhì)量不佳，因此限制了外延薄膜的厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決難以在Si晶圓上形成大尺寸異質(zhì)材料的缺陷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提出一種外延片，包括Si晶圓；形成在所述Si晶圓之上的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間間隔預(yù)定距離，且所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)呈陣列排列；形成在所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部的第一半導(dǎo)體材料薄層，且所述第一半導(dǎo)體材料薄層中的一部分相對(duì)于所述Si晶圓懸空；形成在所述第一半導(dǎo)體材料薄層之上的氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凸起結(jié)構(gòu)和所述第一半導(dǎo)體材料薄層包括
SiyGe1-Y ο在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括形成在所述Si晶圓和所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間的多孔結(jié)構(gòu)層，其中，所述多孔結(jié)構(gòu)層的頂部為平整表面。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述多孔結(jié)構(gòu)層包括SihCx、Si或SiyGei_y。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體材料薄層通過(guò)對(duì)所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成，其中，所述退火溫度為1000-1350度，且在退火時(shí)氣氛中含有氫氣。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在退火時(shí)還通入SiH4、GeH4, SiH2Cl2, SiHCl3中的一種或多種。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述過(guò)渡層和所述氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層為 GaN, InGaN 或 AlGaN。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括形成在所述第一半導(dǎo)體材料薄層和所述氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間的過(guò)渡層。本發(fā)明實(shí)施例另一方面還提出了一種外延片的形成方法，包括以下步驟提供Si 晶圓；在所述Si晶圓之上形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間間隔預(yù)定距離，且所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)呈陣列排列；在所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部形成第一半導(dǎo)體材料薄層，且所述第一半導(dǎo)體材料薄層中的一部分相對(duì)于所述Si晶圓懸空；在所述第一半導(dǎo)體材料薄層之上形成氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凸起結(jié)構(gòu)和所述第一半導(dǎo)體材料薄層包括
SiyGe1-Y ο在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括對(duì)所述Si襯底進(jìn)行陽(yáng)極氧化以在所述Si襯底表面形成多孔結(jié)構(gòu)層；并對(duì)形成所述多孔結(jié)構(gòu)層的Si襯底進(jìn)行退火以在所述多孔結(jié)構(gòu)層頂面形成平整表面。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述多孔結(jié)構(gòu)層包括Si^C；、Si或SiyGei_y。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體材料薄層通過(guò)對(duì)所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成，其中，所述退火溫度為800-1350度，且在退火時(shí)氣氛中含有氫氣。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在退火時(shí)還通入SiH4、GeH4, SiH2Cl2, SiHCl3中的一種或多種。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述所述氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層為GaN、InGaN 或 AlGaN。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述在Si晶圓之上形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在所述Si晶圓之上形成第一半導(dǎo)體材料層；向所述第一半導(dǎo)體材料層之中注入Si或Ge離子以在所述第一半導(dǎo)體材料層之中形成離子注入層；和對(duì)所述第一半導(dǎo)體材料層進(jìn)行選擇性刻蝕以形成所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述刻蝕為各向異性的濕法刻蝕。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括在所述第一半導(dǎo)體材料薄層和所述氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間形成過(guò)渡層。本發(fā)明實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)1、通過(guò)多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)可以有效釋放Si晶圓和氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間的熱失配應(yīng)力，從而有利于形成大尺寸的外延片。2、由于退火形成的第一半導(dǎo)體材料薄層非常薄，與氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間易形成良好的晶格匹配，兩者之間有良好的界面態(tài)，從而保證了氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層的生長(zhǎng)質(zhì)量，因此在本發(fā)明實(shí)施例中可以僅需要很薄的過(guò)渡層，甚至不需要過(guò)渡層。由于減小了過(guò)渡層的厚度，并且第一半導(dǎo)體材料薄層也非常薄，因此非常有利于器件的散熱，并有助于器件制造成本的降低。
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本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為本發(fā)明實(shí)施例的外延片中Si晶圓和多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的外延片中Si晶圓和多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的外延片的剖視圖；圖4為本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的外延片的剖視圖；和圖5為本發(fā)明實(shí)施例的外延片的形成方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之 “上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的外延片中Si晶圓和多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的俯視圖。如圖 2所示，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的外延片中Si晶圓和多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖3所示，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的外延片的剖視圖。該外延片可用于形成LED或大功率器件。該外延片包括Si晶圓1100，形成在Si晶圓1100之上的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200，多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200之間間隔預(yù)定距離，且多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200呈陣列排列，如圖1所示。需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例之中凸起結(jié)構(gòu)1200可為垂直結(jié)構(gòu)，而在圖2和圖3的實(shí)施例中，凸起結(jié)構(gòu)1200 從凸起結(jié)構(gòu)1200的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200頂部之間的間隙小于兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200中部之間的間隙，從而可以通過(guò)退火或外延形成半導(dǎo)體薄層1300。如果對(duì)于兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200頂部之間間隙小于中部之間間隙的情況來(lái)說(shuō)，上述預(yù)定距離是兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200之間的最近距離，即兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200頂部之間的距離。本發(fā)明適于小尺寸器件，特別適于解決小尺寸器件的漏電問(wèn)題。其中，如圖2所示，每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的頂部尺寸最大以使所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的距離最小。換句話說(shuō)，每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的側(cè)面為菱形或圓弧形以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的距離最小，從而方便后續(xù)退火或外延形成第一半導(dǎo)體材料薄層1300。需要說(shuō)明的是，由于本發(fā)明實(shí)施例中第一半導(dǎo)體材料薄層1300相對(duì)于 Si晶圓懸空，因此可以起到絕緣的作用，同時(shí)第一半導(dǎo)體材料薄層1300(例如Ge或SiGe)很薄，通常小于20nm，在后續(xù)的氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層外延過(guò)程中，通過(guò)該薄層適當(dāng)?shù)木Ц窕?，可以與氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間形成良好的晶格匹配，而該薄層下部微小的凸起和懸空結(jié)構(gòu)可以釋放晶格畸變帶來(lái)的應(yīng)力，因此第一半導(dǎo)體材料薄層和氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層可以不需要過(guò)渡層(如AlN)等。當(dāng)然在本發(fā)明的其他實(shí)施例中， 也可以采用過(guò)渡層，但過(guò)渡層的厚度可以很薄，從而利于散熱并降低制造成本。該外延片還包括形成在多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200頂部的第一半導(dǎo)體材料薄層1300，且第一半導(dǎo)體材料薄層1300與Si晶圓1100之間間隔預(yù)定高度，從而形成懸空結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明實(shí)施例中所述的預(yù)定高度需要根據(jù)刻蝕的最大深度確定，但只要第一半導(dǎo)體材料薄層 1300與Si晶圓1100之間不接觸即可。凸起結(jié)構(gòu)1200可為多種形狀，例如柱狀、長(zhǎng)條形等，在本發(fā)明的實(shí)施例中，只要兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200之間間隔的預(yù)定距離足夠小以至于通過(guò)退火能夠形成第一半導(dǎo)體材料薄層1300即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體材料薄層 1300通常都很薄，一般約為IOnm以下。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，凸起結(jié)構(gòu)1200和第一半導(dǎo)體材料薄層1300為SiyGei_y。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)高溫氫氣氛退火能使表面原子發(fā)生遷移，退火溫度一般約在 1000-1350度，同時(shí)在本發(fā)明實(shí)施例中退火時(shí)還需要?dú)夥罩泻袣錃庖曰罨纬傻牡谝话雽?dǎo)體材料薄層1300的表面。優(yōu)選地，在高溫氫氣氛退火時(shí)還通入SiH4、GeH4、SiH2Cl2、SiHCl3 中的一種或多種，通過(guò)氣體分解在表面沉積少量的Si和/或Ge原子，以使獲得的第一半導(dǎo)體材料薄層1300的表面更加平整，從而獲得更好的效果。在退火之后，兩個(gè)相鄰的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200的頂部會(huì)相互接觸從而形成第一半導(dǎo)體材料薄層1300。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)于某些特定晶向的第一半導(dǎo)體材料薄層1300來(lái)說(shuō)，其在頂部的側(cè)向生長(zhǎng)速度不低于縱向生長(zhǎng)速度，從而可以使得外延的材料很快將兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200 之間頂部的間隙先封閉，從而使得第一半導(dǎo)體薄層1300與Si晶圓1100之間不會(huì)直接接觸。在本發(fā)明實(shí)施例中，該外延片還需要在第一半導(dǎo)體材料薄層1300之上的過(guò)渡層 4000和氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層2000。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)渡層4000例如為A1N，氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層2000例如為GaN、InGaN, AlGaN等，以形成LED或大功率器件，如圖3所示。由于本發(fā)明實(shí)施例中的第一半導(dǎo)體材料薄層1300非常薄，與氮化物系化合物半導(dǎo)體材料之間易形成良好的晶格匹配，同時(shí)多個(gè)微小的凸起和懸空結(jié)構(gòu)可以有效釋放Si晶圓和氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間的熱失配應(yīng)力，因此保證了氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層在Si基體上的高質(zhì)量異質(zhì)生長(zhǎng)。如圖4所示，為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的外延片的剖視圖。在該實(shí)施例中，該外延片還包括形成在Si晶圓1100和多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200之間的多孔結(jié)構(gòu)層3000，，且多孔結(jié)構(gòu)層 3000頂面形成有平整表面，從而便于在形成LED器件之后，在多孔結(jié)構(gòu)層3000處將Si晶圓剝離。通常該多孔結(jié)構(gòu)層3000具有較大的孔隙率。如圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例的外延片的形成方法流程圖，包括以下步驟步驟S501，提供Si晶圓。步驟S502，在Si晶圓之上形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，其中，多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間間隔預(yù)定距離，且多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)呈陣列排列。其中，如圖2和3所示，凸起結(jié)構(gòu)從凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙，從而可以通過(guò)退火或外延形成半導(dǎo)體薄層。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，凸起結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)， 其中，所述多層結(jié)構(gòu)中的最頂層為SihCx、SiyGei_y?？赏ㄟ^(guò)刻蝕形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，例如先在Si晶圓上外延一層或多層用于形成凸起結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體材料層，例如Si、SihCx、 SiyGei_y、Ge等。當(dāng)然在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以將晶圓片表層作為第一半導(dǎo)體材料層，即直接在晶圓片的表面進(jìn)行刻蝕以形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)。接著對(duì)其進(jìn)行刻蝕以形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，先向第一半導(dǎo)體材料層之中注入Si或Ge離子以在第一半導(dǎo)體材料層之中形成離子注入層，接著采用干法刻蝕對(duì)第一半導(dǎo)體材料層進(jìn)行選擇性刻蝕以形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，由于離子注入層中損傷嚴(yán)重，晶體結(jié)構(gòu)被打亂，其刻蝕速度大于第一半導(dǎo)體材料層其他部分的刻蝕速度，從而可以形成圖2所示的結(jié)構(gòu)。更為優(yōu)選地，首先在Si晶圓之上形成第一半導(dǎo)體材料層，接著向第一半導(dǎo)體材料層之中注入Si或Ge離子以在第一半導(dǎo)體材料層之中形成離子注入層，然后采用具有各向異性的濕法刻蝕對(duì)第一半導(dǎo)體材料層進(jìn)行選擇性刻蝕以形成所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)。步驟S503，在多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部形成第一半導(dǎo)體材料薄層，且第一半導(dǎo)體材料薄層與Si晶圓之間間隔預(yù)定高度以使所述第一半導(dǎo)體材料薄層中的一部分相對(duì)于Si晶圓懸空。其中，第一半導(dǎo)體材料薄層包括SiyGe1I等。在本發(fā)明實(shí)施例中，可對(duì)Si晶圓及多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成所述第一半導(dǎo)體材料薄層。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)退火能使表面材料發(fā)生遷移，退火溫度一般約在1000-1350度，同時(shí)在本發(fā)明實(shí)施例中退火時(shí)還需要?dú)夥罩泻袣錃庖曰罨纬傻牡谝话雽?dǎo)體材料薄層的表面。優(yōu)選地，在退火時(shí)還通入SiH4、GeH4, SiH2Cl2, SiHCl3中的一種或多種以使獲得的第一半導(dǎo)體材料薄層的表面更加平整，從而獲得更好的效果。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，還可通過(guò)外延的方式形成第一半導(dǎo)體材料薄層。包括表面為(100)晶向的Si、SihCx、SiyGei_y、Ge晶片，由于外延材料在頂部的側(cè)向生長(zhǎng)速度不低于縱向生長(zhǎng)速度，從而可以使得外延的材料很快將兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間頂部的間隙封閉，從而第一半導(dǎo)體材料薄層與晶圓片之間不會(huì)直接接觸，從而依然能夠保持第一半導(dǎo)體材料薄層的一部份相對(duì)于晶圓片懸空。 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如果退火之后第一半導(dǎo)體材料薄層的厚度比較厚的話，則還需要對(duì)該第一半導(dǎo)體材料薄層進(jìn)行刻蝕或減薄處理。步驟S504，在第一半導(dǎo)體材料薄層之上形成過(guò)渡層和氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)渡層例如為A1N，氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層例如為 hfeiNJaN、AlGaN 等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括對(duì)Si襯底進(jìn)行陽(yáng)極氧化以在所述Si襯底表面形成多孔結(jié)構(gòu)層，并對(duì)形成多孔結(jié)構(gòu)層的Si襯底進(jìn)行退火以在所述多孔結(jié)構(gòu)層頂面形成平整表面，以在形成LED之后通過(guò)所述多孔結(jié)構(gòu)層對(duì)所述Si晶圓進(jìn)行剝離。本發(fā)明實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)1、通過(guò)多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)可以有效釋放Si晶圓和氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間的熱失配應(yīng)力，從而有利于形成大尺寸的外延片。2、由于退火形成的第一半導(dǎo)體材料薄層與氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間易形成良好的晶格匹配，因此兩者之間有非常好的界面態(tài)，從而保證了氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層的生長(zhǎng)質(zhì)量，因此在本發(fā)明實(shí)施例中可以僅需要很薄的過(guò)渡層，甚至不需要過(guò)渡層。由于減小了過(guò)渡層的厚度，并且第一半導(dǎo)體材料薄層也非常薄，因此非常有利于器件的散熱，并有助于器件制造成本的降低。 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種外延片，其特征在于，包括 Si晶圓；形成在所述Si晶圓之上的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間間隔預(yù)定距離，且所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)呈陣列排列；形成在所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部的第一半導(dǎo)體材料薄層，且所述第一半導(dǎo)體材料薄層中的一部分相對(duì)于所述Si晶圓懸空；和形成在所述第一半導(dǎo)體材料薄層之上的氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層。
2.如權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙。
3.如權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)和所述第一半導(dǎo)體材料薄層包括SiyGei_y。
4.如權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，還包括形成在所述Si晶圓和所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間的多孔結(jié)構(gòu)層，其中，所述多孔結(jié)構(gòu)層的頂部為平整表面。
5.如權(quán)利要求4所述的外延片，其特征在于，所述多孔結(jié)構(gòu)層包括SihCx、Si或SiyGe1-Y ο
6.如權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體材料薄層通過(guò)對(duì)所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成，其中，所述退火溫度為1000-1350度，且在退火時(shí)氣氛中含有氫氣。
7.如權(quán)利要求6所述的外延片，其特征在于，在退火時(shí)還通入SiH4、GeH4,SiH2Cl2, SiHCl3中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述所述氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層為 feiN、InGaN 或 AlGaN。
9.如權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，還包括形成在所述第一半導(dǎo)體材料薄層和所述氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間的過(guò)渡層。
10.一種外延片的形成方法，其特征在于，包括以下步驟 提供Si晶圓；在所述Si晶圓之上形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間間隔預(yù)定距離，且所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)呈陣列排列；在所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部形成第一半導(dǎo)體材料薄層，且所述第一半導(dǎo)體材料薄層中的一部分相對(duì)于所述Si晶圓懸空；和在所述第一半導(dǎo)體材料薄層之上形成氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層。
11.如權(quán)利要求10所述的外延片的形成方法，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙。
12.如權(quán)利要求10所述的外延片的形成方法，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)和所述第一半導(dǎo)體材料薄層包括SiyGe1Y
13.如權(quán)利要求10所述的外延片的形成方法，其特征在于，還包括 對(duì)所述Si襯底進(jìn)行陽(yáng)極氧化以在所述Si襯底表面形成多孔結(jié)構(gòu)層；對(duì)形成所述多孔結(jié)構(gòu)層的Si襯底進(jìn)行退火以在所述多孔結(jié)構(gòu)層頂面形成平整表面。
14.如權(quán)利要求13所述的外延片的形成方法，其特征在于，所述多孔結(jié)構(gòu)層包括 Si^xCx> Si 或 SiyGe1Y
15.如權(quán)利要求10所述的外延片的形成方法，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體材料薄層通過(guò)對(duì)所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成，其中，所述退火溫度為800-1350度，且在退火時(shí)氣氛中含有氫氣。
16.如權(quán)利要求15所述的外延片的形成方法，其特征在于，在退火時(shí)還通入SiH4、GeH4、 SiH2Cl2^SiHCl3中的一種或多種。
17.如權(quán)利要求10所述的外延片的形成方法，其特征在于，所述所述氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層為GaN、InGaN或AlGaN。
18.如權(quán)利要求10所述的外延片的形成方法，其特征在于，所述在Si晶圓之上形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在所述Si晶圓之上形成第一半導(dǎo)體材料層；向所述第一半導(dǎo)體材料層之中注入Si或Ge離子以在所述第一半導(dǎo)體材料層之中形成離子注入層；和對(duì)所述第一半導(dǎo)體材料層進(jìn)行選擇性刻蝕以形成所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求18所述的外延片的形成方法，其特征在于，所述刻蝕為各向異性的濕法刻蝕。
20.如權(quán)利要求10所述的外延片的形成方法，其特征在于，還包括在所述第一半導(dǎo)體材料薄層和所述氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間形成過(guò)渡層。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種外延片，包括Si晶圓；形成在所述Si晶圓之上的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間間隔預(yù)定距離，且所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)呈陣列排列；形成在所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部的第一半導(dǎo)體材料薄層，且所述第一半導(dǎo)體材料薄層中的一部分相對(duì)于所述Si晶圓懸空；和形成在所述第一半導(dǎo)體材料薄層之上的過(guò)渡層和氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層。通過(guò)多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)可以有效釋放Si晶圓和氮化物系化合物半導(dǎo)體材料層之間的熱失配應(yīng)力，從而有利于形成大尺寸的外延片。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102263178SQ201110149740
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者李園, 趙東晶 申請(qǐng)人:王楚雯, 趙東晶