[发明专利]用于生长外延晶体的半导体衬底及半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及用于生长外延晶体的半导体衬底及半导体器件。

背景技术

现有技术中，无论在任何衬底上进行微晶层的异质外延生长都存在以下两个问题。

其一，由于两种物质的自然性质不同，通常情况下晶格常数和晶体对称性也可能是不同的。虽然从化学的视角去看是可能实现的，但在某些情形下仍然会导致晶体的生长与衬底不相匹配。晶格常数的不同导致晶体生长中的多种缺陷。这些缺陷将破坏器件功能、降低器件性能或对器件的寿命产生不利影响。

其二，既使通过一些现有技术中普遍采用的手段能够解决上述的第一个问题，这些普遍采用的手段如：采用特殊的缓冲过渡层和/或生长较厚的外延层，通常通过增加厚度来改善品质。两种物质的热膨胀系数的不同仍然会产生问题。任何一种物质受热时其尺寸都会变化，当温度升高或降低相同的摄氏度时，不同物质的尺寸变化不同。热膨胀系数（TEC）表示当温度变化1℃时相应的尺寸变化，它是温度的函数而且不是一个常量甚至是非线性相关的。通常情况下，外延层生长时，当温度高至约1000℃时必须将温度降低至室温。在这种情形下，衬底（即供晶体层生长的基层）和晶体层本身以各自的方式发生尺寸形变。这种现象开始于生长温度时，这时二者可能都具有一定的初始应力和不同的初始温度。在降至室温的过程中，晶体层和衬底的温度以不同的分布范围变化。

两种物质的热膨胀系数甚至在同一温度时也是不同的。另外衬底具有确定的尺寸，例如粒度为150mm的硅片。可能同一物质其中心和边缘也具有温差。这种温差将产生应力并进一步导致表面翘曲（U形）、表面滑移线甚至裂缝。这意味着即使是单一材质也可能因不同位置的温差过大时产生应力。众所周知，正如当某些玻璃接触到热水后也会破碎。

目前我们得知，晶体层生长不仅须克服衬底和晶体层本身的热膨胀系数不同所导致的应力，还要克服衬底本身因冷却不均匀所产生的应力。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于生长外延晶体的半导体衬底及半导体器件。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于生长外延晶体的半导体衬底，包括基层、与所述基层一体成形的应力释放层，所述应力释放层包括若干通过激光蚀刻形成于所述基层表面的纳米结构的凸起，相邻的所述凸起之间的距离小于10纳米。

优选地，该衬底由Si、Ge、蓝宝石、SiC、III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一种或几种制成。

一种半导体器件，包括如上所述的半导体衬底和形成于所述应力释放层上的一或多层外延层。

优选地，所述衬底由Si、Ge、蓝宝石、SiC、III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一种或几种制成。

优选地，所述外延层由Si、Ge、蓝宝石、SiC、III族氮氧化物、III族砷化物、III族磷化物中一种或几种制成。

优选地，所述衬底和外延层均由III族氮氧化物或III族砷化物或III族磷化物制成。

本发明采用以上技术方案，相比现有技术具有如下优点：通过形成于衬底基层表面上的应力释放层，而应力释放层包括若干纳米结构的凸起，在保证外延层能够在衬底上生长的同时又降低了外延层和衬底的接触面积，降低了二者应力不同对外延层晶体生长的不利影响。当应力增大时，应力作用于应力释放层的某些凸起上而非外延层上，避免由应力造成的外延层损伤。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。

为了克服背景技术中提及的现有技术中存在的两个问题，需要使两种物质——晶体的外延层和衬底相远离。两者的间距约大，互相之间的影响越小。上述解决方案的问题在于，在互相不接触的情形下在另一物质的表面上生长晶体外延层是不可能实现的，因此互相接触是不可避免的。所能做的唯一措施是减小接触面积。外延层的晶体生长需要类似于规律分布的岛状凸起。问题在于如何选择凸起的尺寸和凸起间距。凸起尺寸和凸起间距都必须尽可能小，否则不能生长出完整的致密的外延层，而仅在凸起的表面上生长处晶体凸起。若凸起足够小，则各凸起上生长的晶体凸起在达到期望的厚度之前会结合成一体，从而在应力释放层上形成一层致密的外延层。