用于生長外延晶體的半導體襯底及半導體器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于生長外延晶體的半導體襯底及半導體器件。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術中,無論在任何襯底上進行微晶層的異質外延生長都存在以下兩個問題。
[0003]其一,由于兩種物質的自然性質不同,通常情況下晶格常數(shù)和晶體對稱性也可能是不同的。雖然從化學的視角去看是可能實現(xiàn)的,但在某些情形下仍然會導致晶體的生長與襯底不相匹配。晶格常數(shù)的不同導致晶體生長中的多種缺陷。這些缺陷將破壞器件功能、降低器件性能或對器件的壽命產生不利影響。
[0004]其二,既使通過一些現(xiàn)有技術中普遍采用的手段能夠解決上述的第一個問題,這些普遍采用的手段如:采用特殊的緩沖過渡層和/或生長較厚的外延層,通常通過增加厚度來改善品質。兩種物質的熱膨脹系數(shù)的不同仍然會產生問題。任何一種物質受熱時其尺寸都會變化,當溫度升高或降低相同的攝氏度時,不同物質的尺寸變化不同。熱膨脹系數(shù)(TEC)表示當溫度變化1°C時相應的尺寸變化,它是溫度的函數(shù)而且不是一個常量甚至是非線性相關的。通常情況下,外延層生長時,當溫度高至約1000°C時必須將溫度降低至室溫。在這種情形下,襯底(即供晶體層生長的基層)和晶體層本身以各自的方式發(fā)生尺寸形變。這種現(xiàn)象開始于生長溫度時,這時二者可能都具有一定的初始應力和不同的初始溫度。在降至室溫的過程中,晶體層和襯底的溫度以不同的分布范圍變化。
[0005]兩種物質的熱膨脹系數(shù)甚至在同一溫度時也是不同的。另外襯底具有確定的尺寸,例如粒度為150mm的硅片??赡芡晃镔|其中心和邊緣也具有溫差。這種溫差將產生應力并進一步導致表面翹曲(U形)、表面滑移線甚至裂縫。這意味著即使是單一材質也可能因不同位置的溫差過大時產生應力。眾所周知,正如當某些玻璃接觸到熱水后也會破碎。
[0006]目前我們得知,晶體層生長不僅須克服襯底和晶體層本身的熱膨脹系數(shù)不同所導致的應力,還要克服襯底本身因冷卻不均勻所產生的應力。
【發(fā)明內容】
[0007]針對上述問題,本發(fā)明的目的是提供一種用于生長外延晶體的半導體襯底及半導體器件。
[0008]為解決上述技術問題,本發(fā)明采用的技術方案為:
一種用于生長外延晶體的半導體襯底,包括基層、與所述基層一體成形的應力釋放層,所述應力釋放層包括若干通過激光蝕刻形成于所述基層表面的納米結構的凸起,相鄰的所述凸起之間的距離小于10納米。
[0009]優(yōu)選地,該襯底由S1、Ge、藍寶石、SiC、III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一種或幾種制成。
[0010]一種半導體器件,包括如上所述的半導體襯底和形成于所述應力釋放層上的一或多層外延層。
[0011]優(yōu)選地,所述襯底由S1、Ge、藍寶石、SiC、III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一種或幾種制成。
[0012]優(yōu)選地,所述外延層由S1、Ge、藍寶石、SiC、III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一種或幾種制成。
[0013]優(yōu)選地,所述襯底和外延層均由III族氮氧化物或III族砷化物或III族磷化物制成。
[0014]本發(fā)明采用以上技術方案,相比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點:通過形成于襯底基層表面上的應力釋放層,而應力釋放層包括若干納米結構的凸起,在保證外延層能夠在襯底上生長的同時又降低了外延層和襯底的接觸面積,降低了二者應力不同對外延層晶體生長的不利影響。當應力增大時,應力作用于應力釋放層的某些凸起上而非外延層上,避免由應力造成的外延層損傷。
【具體實施方式】
[0015]下面對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述,以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域的技術人員理解,從而對本發(fā)明的保護范圍作出更為清楚明確的界定。
[0016]為了克服【背景技術】中提及的現(xiàn)有技術中存在的兩個問題,需要使兩種物質一一晶體的外延層和襯底相遠離。兩者的間距約大,互相之間的影響越小。上述解決方案的問題在于,在互相不接觸的情形下在另一物質的表面上生長晶體外延層是不可能實現(xiàn)的,因此互相接觸是不可避免的。所能做的唯一措施是減小接觸面積。外延層的晶體生長需要類似于規(guī)律分布的島狀凸起。問題在于如何選擇凸起的尺寸和凸起間距。凸起尺寸和凸起間距都必須盡可能小,否則不能生長出完整的致密的外延層,而僅在凸起的表面上生長處晶體凸起。若凸起足夠小,則各凸起上生長的晶體凸起在達到期望的厚度之前會結合成一體,從而在應力釋放層上形成一層致密的外延層。
[0017]因此,本發(fā)明的一種用于生長外延晶體的半導體襯底,包括基層、與所述基層一體成形的應力釋放層,所述應力釋放層包括若干通過激光蝕刻形成于所述基層表面的納米結構的凸起,相鄰的所述凸起之間的距離小于10納米的。
[0018]該襯底由S1、Ge、藍寶石、SiC, III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一種或幾種制成。
[0019]本發(fā)明的一種半導體器件,包括如上所述的半導體襯底和形成于所述應力釋放層上的一或多層外延層。
[0020]所述襯底由S1、Ge、藍寶石、SiC, III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一種或幾種制成。
[0021]所述外延層由S1、Ge、iS5、SiC、III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一種或幾種制成。
[0022]優(yōu)選地,所述襯底和外延層均由III族氮氧化物或III族砷化物或III族磷化物制成,這樣外延層的制備過程將會更為簡單。
[0023]若凸起的上表面足夠小,則因晶格常數(shù)不同導致的應力不會太高而且當外延層的厚度生長到若干納米或微米后,外延層生長幾乎不受這種應力的影響。這樣就克服了現(xiàn)有技術中存在的第一個問題。
[0024]由于應力主要集中于應力釋放層的凸起上而非外延層上,這就克服了現(xiàn)有技術中存在的第二問題。萬一某區(qū)域的應力太高,相應區(qū)域內的凸起破損以釋放應力,而外延層仍然是完整的。這種結構可通過改變凸起的高度來調整,凸起越高,凸起越易碎,越能夠防止外延層受損。
[0025]在高的生長溫度下,應力釋放層的所有凸起都為破損,這些凸起為外延層的生長提供了充足的基礎。在降溫過程中,凸起不再是必須的,凸起破損以保持外延層免于受損。此外,外延層生長完成后,外延層可較為容易地從襯底上分離。
[0026]半導體器件的結構更為簡單,不需復雜的成核和緩沖層、用于應力降低和改善質量的中間層。半導體器件更薄而且仍然具有所預期的外延層質量,這也降低了所需的晶體生長時間、提高了生產效率。
[0027]在同一個反應腔中的不同半導體襯底上生長的不同結構的外延層可疊加,而不會產生任何化學或熱力學問題。
[0028]本發(fā)明的半導體襯底上的凸起為在整塊硅片等基材的上表面通過光刻技術或其它成本相對較低的方法加工而成的。
[0029]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點,是一種優(yōu)選的實施例,其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施,并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明的精神實質所作的等效變化或修飾,都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于生長外延晶體的半導體襯底,其特征在于:包括基層、與所述基層一體成形的應力釋放層,所述應力釋放層包括若干通過激光蝕刻形成于所述基層表面的納米結構的凸起,相鄰的所述凸起之間的距離小于10納米。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體襯底,其特征在于:該襯底由S1、Ge、藍寶石、SiC、III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一種或幾種制成。
3.一種半導體器件,其特征在于:包括如權利要求1所述的半導體襯底和形成于所述應力釋放層上的一或多層外延層。
4.根據(jù)權利要求3所述的半導體器件,其特征在于:所述襯底由S1、Ge、藍寶石、SiC,III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一種或幾種制成。
5.根據(jù)權利要求3所述的半導體器件,其特征在于:所述外延層由S1、Ge、藍寶石、SiC、III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一種或幾種制成。
6.根據(jù)權利要求3所述的半導體器件,其特征在于:所述襯底和外延層均由III族氮氧化物或III族砷化物或III族磷化物制成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于生長外延晶體的半導體襯底及半導體器件,所述半導體襯底包括基層、與所述基層一體成形的應力釋放層,所述應力釋放層包括若干通過激光蝕刻形成于所述基層表面的納米結構的凸起,相鄰的所述凸起之間的距離小于10納米。所述半導體器件,包括如上所述的半導體襯底和形成于所述應力釋放層上的一或多層外延層。本發(fā)明的目的是提供一種用于生長外延晶體的半導體襯底及半導體器件,其可降低了應力對外延層晶體生長的不利影響。
【IPC分類】H01L21-02
【公開號】CN104681411
【申請?zhí)枴緾N201510045666
【發(fā)明人】阿列克謝·伊瓦諾夫, 朱廷剛, 伊迪亞·喬德瑞, 苗操, 王科, 王東盛, 張葶葶, 魏鴻源
【申請人】江蘇能華微電子科技發(fā)展有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月29日