[发明专利]一种半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

近年来，随着半导体技术的发展，把不同种类的异质材料集成到一个衬底上越来越引起关注，功率半导体器件，光电器件，高速逻辑器件等不同的应用往往需要不同的半导体材料，如功率半导体器件从击穿电压角度考虑需要大禁带宽度的SiC，GaN材料，光电器件则需要直接禁带半导体的GaAs，GaN等材料，高速逻辑器件则需要用到SiGe等半导体材料，为了能在一个芯片上实现更复杂的功能就需要在同一个衬底上得到高质量的异质半导体材料，而这些材料在很多性质方面与衬底材料有着很大的差别，如晶格结构与晶格常数的差别会造成很高的位错密度，严重影响制备出的器件的性能；热膨胀系数的差别会导致衬底上外延的异质材料膜在生长过程或冷却过程中龟裂，甚至导致整个晶圆碎裂。因此就迫切需要开发一种能在不同衬底上异质外延其他半导体材料的技术。例如在半导体产业普遍使用的Si衬底上异质外延高质量的III-V族和SiC材料，就可以实现高速逻辑电镀路和光电器件以及功率器件的全集成，大大拓宽其应用范围，降低其成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种半导体结构的形成方法，该方法具有生长的薄膜质量好、易于实现的优点。

本发明提出的一种半导体结构的形成方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成第一单晶半导体层；刻蚀所述第一单晶半导体层以形成多个开口；从所述多个开口对所述第一单晶半导体层刻蚀以形成多个孔或槽，所述多个孔或槽延伸到所述衬底的顶部表面或内部；通过所述多个孔或槽对所述衬底进行腐蚀处理以使所述衬底的顶部形成多个支撑结构；以及淀积单晶半导体材料，以在所述第一单晶半导体层之上形成第二单晶半导体层。

根据本发明实施例的半导体结构形成方法具有衬底可采用低成本材料(比如硅片)、可释放热失配形成的应力，薄膜质量高、工艺简单易于实现等优点。在该实施例中，通过微小尺寸的支撑结构可以有效地释放由于热失配所引起的应力，从而利于制备大尺寸的单晶半导体材料，例如可以获得厚度很厚(数十微米以上)、直径大(基片尺寸可达8-12英寸甚至18英寸)的第二单晶半导体层。更为重要的是，在本发明的实施例中，支撑结构是在形成第一单晶半导体层之后形成的，避免了直接在微小结构上外延异质材料的诸多不利因素，因此能够保证支撑结构与第一单晶半导体层之间良好的界面，同时保证第一单晶半导体层的生长质量，在高质量的第一单晶半导体层的基础上，可以外延出高质量的第二单晶半导体层。

在本发明的一个实施例中，所述衬底具有图形化表面。

在本发明的一个实施例中，所述衬底为Si、SiGe、SiC、GaAs、Ge、GaN、GaP、InP、Ga₂O₃、Al₂O₃、AlN、ZnO、LiGaO₂、LiAlO₂中的一种。

在本发明的一个实施例中，对所述衬底进行腐蚀处理包括电化学腐蚀处理、湿法腐蚀处理或干法刻蚀处理中的一种或多种。

在本发明的一个实施例中，对所述衬底进行所述电化学腐蚀处理，是通过对所述衬底注入不同类型和/或不同浓度的掺杂元素来实现电化学腐蚀过程中的选择性腐蚀，刻蚀掉所述衬底顶部多余部分，仅留下所述支撑结构。

在本发明的一个实施例中，所述衬底还包括多个刻蚀阻挡结构，所述多个刻蚀阻挡结构通过对所述衬底注入不同类型和/或不同浓度的掺杂元素来实现。

在本发明的一个实施例中，当所述衬底为Si时，还包括：在所述衬底顶部表面形成所述支撑结构后，通入含氧或含氮的气体以使所述支撑结构发生反应变质并形成隔离层。在本发明的优选实施例中，这种隔离层为氧化硅或氮化硅，一方面可以使得单晶的Si变为非晶的氮化硅，而非晶的氮化硅则更利于释放热失配应力，另一方面可以用于在器件制作(比如LED器件)后期将硅片衬底与第一单晶半导体层剥离。

在本发明的一个实施例中，所述单晶半导体为IV族半导体Ge、SiGe、SiC或III-V族半导体GaN、InGaN、AlN、GaAs、GaP、AlGaInP或II-VI族半导体ZnO、Ga₂O₃、ZnS、ZnSe、PbSe、CdS、CdTe中的一种或多种组合。

在本发明的一个实施例中，所述第一单晶半导体层为多层复合结构。