一種單片原位形成圖形襯底的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種單片原位形成圖形襯底的方法，所述方法至少包括步驟：提供一襯底，在所述襯底上外延生長(zhǎng)具有張應(yīng)變的結(jié)構(gòu)，并使所述張應(yīng)變以形成裂縫的形式弛豫，所述裂縫相互交錯(cuò)形成襯底圖形。本發(fā)明的單片原位形成襯底圖形的方法不需對(duì)襯底進(jìn)行預(yù)處理，從而防止引入外來雜質(zhì)，降低了工藝難度，且操作工藝簡(jiǎn)單，易控制。另外，在本發(fā)明提供的襯底圖形上生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)和器件與襯底晶格失配并且可以保持極低的晶體缺陷密度。
【專利說明】一種單片原位形成圖形襯底的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電子與光電子材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種單片原位形成圖形襯底的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晶格失配與熱膨脹系數(shù)失配一直是制約半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要因素。高質(zhì)量、大尺寸、低價(jià)格的商用襯底種類只有有限幾種，或者特定情況下襯底材料已被選定(例如II1-V與硅基集成)，在這些襯底之上構(gòu)建電子或光電子器件的時(shí)候?qū)Σ牧系倪x擇只能被局限在與襯底匹配或者極小的可容忍的失配的材料體系中，否則將引起應(yīng)力弛豫并導(dǎo)致很高的晶體缺陷密度，大幅度降低器件性能，這極大的限制了對(duì)器件設(shè)計(jì)的自由度。
[0003]為了打破該限制，生長(zhǎng)一個(gè)緩沖層來改變晶格常數(shù)成為了一種廣泛的做法。然而，雖然科研界經(jīng)過數(shù)十年的努力嘗試各種緩沖層的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，此類方法制作出的襯底模板仍然具有過高的缺陷密度，在此之上制造出的器件，尤其是光電子器件，尚無法與普通商用襯底上的器件進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，更不用說超越其性能。最近，對(duì)襯底進(jìn)行預(yù)先制作圖形的方法表現(xiàn)出了很好的前景。通過制作圖形，襯底表面被分割成相對(duì)獨(dú)立的小單元，當(dāng)在此之上生長(zhǎng)具有晶格或者熱膨脹系數(shù)失配的結(jié)構(gòu)時(shí)，由于幾何尺度很小，一部分應(yīng)變通過彈性形變弛豫，而由于塑性應(yīng)變弛豫導(dǎo)致的晶體缺陷如穿透位錯(cuò)則可以較容易的滑移到圖形的邊緣而消除。從而實(shí)現(xiàn)了雖具有失配但缺陷密度很低的新晶體模板。例如，利用該方法，實(shí)現(xiàn)了在Si襯底上制作高質(zhì)量的 Ge 和 GaAs 模板[C.V.Falub, et.al.Science, 335，1330 (2012)]。然而，該方法需要對(duì)襯底進(jìn)行多步驟預(yù)處理，包括光刻和腐蝕等，會(huì)在本來十分潔凈的商用襯底上引入污染，并且大幅增加了工藝的難度和生產(chǎn)成本。如襯底表面圖形可以單片原位形成，上述問題則可以解決。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種的單片原位形成圖形襯底的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中形成圖形襯底時(shí)容易引入雜質(zhì)造成污染，增加工藝難度和生產(chǎn)成本的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種單片原位形成圖形襯底的方法，所述單片原位形成圖形襯底的方法至少包括步驟:
[0006]提供一襯底，在所述襯底上依次外延生長(zhǎng)第一晶體單元和具有張應(yīng)變的第二晶體單元，并使所述張應(yīng)變以在所述第二晶體單元表面形成裂縫的形式弛豫，所述裂縫相互交錯(cuò)形成襯底圖形；所述第二晶體單元的晶格常數(shù)小于第一晶體單元頂部的面內(nèi)晶格常數(shù)。
[0007]優(yōu)選地，所述襯底為半導(dǎo)體商用襯底。
[0008]優(yōu)選地，所述第一晶體單元為C、S1、Ge、Sn、二元及多元半導(dǎo)體、氧化物中的一種或多種。
[0009]優(yōu)選地，所述第二晶體單元為C、S1、Ge、Sn、二元及多元半導(dǎo)體、氧化物中的一種或多種。
[0010]優(yōu)選地，所述第一晶體單元為單層或多層結(jié)構(gòu)，所述第一晶體單元的應(yīng)變完全或接近完全弛豫，其頂部的面內(nèi)晶格常數(shù)不同于襯底的晶格常數(shù)。
[0011]優(yōu)選地，所述第二晶體單元為單層或多層結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選地，所述第二晶體單元生長(zhǎng)至一定厚度，其張應(yīng)變以裂縫的形式弛豫。
[0013]優(yōu)選地,所述厚度大于50nm。
[0014]優(yōu)選地，所述第二晶體單元在生長(zhǎng)結(jié)束后的降溫過程中形成裂縫實(shí)現(xiàn)張應(yīng)變的弛豫。
[0015]優(yōu)選地，在所述第二晶體單元表面形成裂縫之后，還包括在所述第二晶體單元表面依次生長(zhǎng)模板單元和器件單元的步驟；所述模板單元和器件單元具有低的晶體缺陷密度。
[0016]優(yōu)選地，所述晶體缺陷密度小于I X 106/cm2。
[0017]優(yōu)選地，米用分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延技術(shù)、液相外延或熱壁外延形成所述第一晶體單元和第二晶體單元。
[0018]本發(fā)明還提供另一種單片原位形成圖形襯底的方法，所述單片原位形成圖形襯底的方法至少包括步驟:
[0019]提供一襯底，在所述襯底上外延生長(zhǎng)具有張應(yīng)變的晶體單元，并使所述張應(yīng)變以在所述晶體單元表面形成裂縫的形式弛豫，所述裂縫相互交錯(cuò)形成襯底圖形；所述晶體單元的晶格常數(shù)小于所述襯底的晶格常數(shù)。
[0020]優(yōu)選地，所述晶體單元為C、S1、Ge、Sn、二元及多元半導(dǎo)體、氧化物中的一種或多種。
[0021]優(yōu)選地，所述晶體單元為單層或多層結(jié)構(gòu)。
[0022]優(yōu)選地，所述晶體單元生長(zhǎng)至一定厚度，其張應(yīng)變以裂縫的形式弛豫。
[0023]優(yōu)選地,所述厚度大于50nm。
[0024]優(yōu)選地，所述晶體單元在生長(zhǎng)結(jié)束后的降溫過程中產(chǎn)生張應(yīng)變，所述張應(yīng)變以形成裂縫的方式弛豫。
[0025]優(yōu)選地，在所述晶體單元表面形成裂縫之后，還包括在所述晶體單元表面依次生長(zhǎng)模板單元和器件單元的步驟。
[0026]如上所述，本發(fā)明的單片原位形成圖形襯底的方法，具有以下有益效果:本發(fā)明的單片原位形成襯底圖形的方法不需對(duì)襯底進(jìn)行預(yù)處理，從而防止引入外來雜質(zhì)，降低了工藝難度，且操作工藝簡(jiǎn)單，易控制。在本發(fā)明提供的襯底圖形上生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)和器件與襯底晶格失配并且可以保持極低的晶體缺陷密度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1a為本發(fā)明的單片原位形成圖形襯底的方法的實(shí)施例一展示的圖形襯底結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0028]圖1b為本發(fā)明的單片原位形成圖形襯底的方法的實(shí)施例一展示的圖形襯底結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0029]圖2為本發(fā)明單片原位形成圖形襯底的方法的實(shí)施例一中圖形襯底上生長(zhǎng)模板結(jié)構(gòu)和器件結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明單片原位形成圖形襯底的方法的實(shí)施例一中圖形襯底上僅生長(zhǎng)器件結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0031]圖4為本發(fā)明單片原位形成圖形襯底的方法的實(shí)施例二中在Si襯底上構(gòu)建圖形并后續(xù)生長(zhǎng)GaAs模板單元的示意圖。
[0032]圖5為本發(fā)明單片原位形成圖形襯底的方法的實(shí)施例三中在GaAs襯底上構(gòu)建圖形的示意圖。
[0033]圖6為本發(fā)明單片原位形成圖形襯底的方法的實(shí)施例四中展示的圖形襯底結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖7為本發(fā)明單片原位形成圖形襯底的方法的實(shí)施例五中在InP襯底上構(gòu)建圖形的示意圖。
[0035]圖8為本發(fā)明單片原位形成圖形襯底的方法的實(shí)施例六中在Si襯底上利用Ge與Si熱膨脹系數(shù)不同構(gòu)建圖形的示意圖。
[0036]元件標(biāo)號(hào)說明
[0037]I 襯底
[0038]2第一晶體單元
[0039]3第二晶體單元
[0040]4 裂縫
[0041]5模板單元
[0042]6器件單元
[0043]7晶體單元
【具體實(shí)施方式】
[0044]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0045]請(qǐng)參閱附圖。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0046]實(shí)施例一
[0047]本發(fā)明提供一種單片原位形成圖形襯底的方法，所述方法至少包括:所述襯底I上依次外延生長(zhǎng)第一晶體單元2和具有張應(yīng)變的第二晶體單元3，并使所述張應(yīng)變以在所述第二晶體單元3表面形成裂縫4的形式弛豫，所述裂縫4相互交錯(cuò)形成襯底圖形；所述第二晶體單元3的晶格常數(shù)小于第一晶體單元2頂部的面內(nèi)晶格常數(shù)。獲得的圖形襯底結(jié)構(gòu)如圖1a和Ib所示。
[0048]所述襯底I可以是具有任意晶面取向的半導(dǎo)體商用襯底。
[0049]所述第一晶體單元2選自具有任意晶面取向的C、S1、Ge、Sn、二元及多元半導(dǎo)體、氧化物中的一種或多種。
[0050]所述第二晶體單元3也可以選自具有任意晶面取向的C、S1、Ge、Sn、二元及多元半導(dǎo)體、氧化物中的一種或多種。
[0051]下面具體介紹本發(fā)明的單片原位形成圖形襯底的方法的主要步驟:
[0052]I)在提供的襯底I上生長(zhǎng)第一晶體單元2，所述第一晶體單元2可以為單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)。所述第一晶體單元2需應(yīng)變弛豫，其弛豫后的頂部面內(nèi)晶格常數(shù)要與所述襯底I的晶格常數(shù)不同。作為示例，弛豫后第一晶體單元2頂部面內(nèi)晶格常數(shù)大于所述襯底I的晶格常數(shù)。
[0053]生長(zhǎng)所述第一晶體單元2的工藝可以是分子束外延(MBE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延技術(shù)(M0CVD)、液相外延(LPE)或熱壁外延(HWE)等，還可以是經(jīng)過外延生長(zhǎng)工藝修改的沉積形式，如液滴外延、遷移增強(qiáng)外延、單原子層外延等，在此不限。
[0054]2)在所述第一晶體單元2表面生長(zhǎng)第二晶體單元3。所述第二晶體單元3可以為單層或者多層結(jié)構(gòu)。第二晶體單元3具有比第一晶格單元2頂部的面內(nèi)晶格常數(shù)小的晶格常數(shù)，從而具有張應(yīng)變。
[0055]生長(zhǎng)所述第二晶體單元3的工藝可以是分子束外延(MBE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延技術(shù)(M0VPE)、液相外延(LPE)或熱壁外延(HWE)等，還可以是經(jīng)過外延生長(zhǎng)工藝修改的沉積形式，如液滴外延、遷移增強(qiáng)外延、單原子層外延等，在此不限。
[0056]3)當(dāng)所述第二晶體單元3生長(zhǎng)至一定厚度之后，所述第二晶體單元3中積累的張應(yīng)變開始弛豫，并以生成裂縫4的方式弛豫。生成的所述裂縫4相互交錯(cuò)形成圖形，至此，在所述半導(dǎo)體商用襯底I上完成單片原位構(gòu)建圖形。
[0057]當(dāng)然，所述第二晶體單元3除了可以在生長(zhǎng)過程產(chǎn)生裂縫4以完成弛豫，還可以通過生長(zhǎng)結(jié)束后的降溫過程中所述第二晶體單元3與第一晶體單元2間不同熱膨脹系數(shù)來產(chǎn)生裂縫4而發(fā)生弛豫，這要求第二晶體單元3熱膨脹系數(shù)大于第一晶體單元2熱膨脹系數(shù)。所生成的裂縫4也是相互交錯(cuò)形成圖形，完成在商用襯底I上單片原位構(gòu)建圖形。
[0058]需要說明的是，在第二晶體單元3之上可繼續(xù)生長(zhǎng)模板單元5。所述模板單元5的晶格常數(shù)與襯底I不同。所述模板單元5的應(yīng)變部分以彈性形變的方式弛豫，或者通過塑性形變來應(yīng)變弛豫，由此產(chǎn)生的穿透位錯(cuò)滑移到圖形邊緣而被消除。之后在所述模板單元5之上可繼續(xù)生長(zhǎng)器件單元6，如圖2所示。所述器件單元6的晶格常數(shù)與模板單元5匹配，從而避免進(jìn)一步產(chǎn)生應(yīng)變弛豫，降低器件的晶體缺陷密度。
[0059]還需要說明的是，在所述器件單元6的晶格常數(shù)與所述第二晶體單元3形成圖形后的頂部面內(nèi)晶格常數(shù)匹配的情況下，所述模板單元5可省略，即直接在所述第二晶體單元3上生長(zhǎng)器件單元6,如圖3所示。
[0060]實(shí)施例二
[0061]以下以Si襯底上利用Si/Ge/Si的結(jié)構(gòu)構(gòu)建圖形為例說明該發(fā)明單片原位形成圖形的結(jié)構(gòu)和步驟。這些結(jié)構(gòu)和制備步驟可以直接推廣到其他類型的材料體系。以下提到的生長(zhǎng)方法包含但不限于分子束外延(MBE)和金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(M0CVD)，具體結(jié)構(gòu)和制備步驟如下，如圖4所示:
[0062](I)在Si襯底I上生長(zhǎng)第一晶體單元2Ge層，厚度在I μ m以上從而使應(yīng)變充分弛豫；[0063](2)在第一晶體單元2Ge層之上生長(zhǎng)50~IOOnm的第二晶體單元3Si層；
[0064](3)此第二晶體單元3Si層與下面的第一晶體單元2Ge層存在約4%張應(yīng)變，應(yīng)變以裂縫4的方式弛豫，裂縫4相互交錯(cuò)形成圖形，至此，單片原位圖形構(gòu)建完畢；
[0065](4)在此圖形之上繼續(xù)生長(zhǎng)Si，形成Si的臺(tái)狀或柱狀結(jié)構(gòu)；
[0066](5)在Si臺(tái)狀或柱狀結(jié)構(gòu)之上生長(zhǎng)GaAs層，臺(tái)柱狀Si與GaAs層共同作為模板單元5，該GaAs層相對(duì)下方Si的晶格失配將部分通過彈性形變弛豫，而由塑性形變馳豫導(dǎo)致的穿透位錯(cuò)將滑移到邊緣而被消除，從而具有極低的晶體缺陷密度，所述晶體缺陷密度約為小于lXlOVcm2。以此GaAs層作為模板單元5可繼續(xù)生長(zhǎng)與GaAs晶格匹配的器件結(jié)構(gòu)。
[0067]實(shí)施例三
[0068]以下以GaAs襯底上利用GaAs/InGaAs/GaAs的結(jié)構(gòu)構(gòu)建圖形為例說明該發(fā)明單片原位形成圖形的結(jié)構(gòu)和步驟。這些結(jié)構(gòu)和制備步驟可以直接推廣到其他類型的材料體系。以下提到的生長(zhǎng)方法包含但不限于分子束外延(MBE)和金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(M0CVD)，具體結(jié)構(gòu)和制備步驟如下，如圖5所示:
[0069](I)在GaAs襯底I上生長(zhǎng)500nm線性漸變的InxGa^xAs Cx=O~0.3)緩沖層從而得到比GaAs大的晶格常數(shù)和平整的表面；
[0070](2)在InGaAs緩沖層上生長(zhǎng)100~200nm InQ.2GaQ.8As。該層與其下緩沖層共同構(gòu)成第一晶體單元2 ；
[0071](3)在 Inci 2Gatl 8As 層上生長(zhǎng) 200nm GaAs 第二晶體層 3 ；
[0072](4)此GaAs層與下面的Ina2Gaa8As層存在約1.4%張應(yīng)變，應(yīng)變以裂縫4的方式弛豫，裂縫4相互交錯(cuò)形成圖形，至此，單片原位圖形構(gòu)建完畢；
[0073](5)在此圖形之上繼續(xù)生長(zhǎng)與GaAs襯底I存在晶格失配的結(jié)構(gòu)和器件而保持極低的晶體缺陷密度，所述晶體缺陷密度小于5 X 105/cm2。
[0074]實(shí)施例四
[0075]本發(fā)明提供一種單片原位形成圖形襯底的方法，所述方法至少包括:提供一襯底1，在所述襯底I上外延生長(zhǎng)具有張應(yīng)變的晶體單元7，并使所述張應(yīng)變以在所述晶體單元7表面形成裂縫4的形式弛豫，所述裂縫4相互交錯(cuò)形成襯底圖形；所述晶體單元7的晶格常數(shù)小于所述襯底I的晶格常數(shù)。獲得的圖形襯底結(jié)構(gòu)如圖6所示。
[0076]所述襯底I可以是具有任意晶面取向的半導(dǎo)體商用襯底。
[0077]所述晶體單元7選自具有任意晶面取向的C、S1、Ge、Sn、二元及多元半導(dǎo)體、氧化物中的一種或多種。
[0078]下面具體介紹本發(fā)明的單片原位形成圖形襯底的方法的主要步驟:
[0079]I)在提供的襯底I上生長(zhǎng)晶體單元7，所述晶體單元7可以為單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)。所述晶體單元具有比襯底I小的晶格常數(shù)。
[0080]生長(zhǎng)所述晶體單元7的工藝可以是分子束外延(MBE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延技術(shù)(M0CVD)、液相外延(LPE)或熱壁外延(HWE)等，還可以是經(jīng)過外延生長(zhǎng)工藝修改的沉積形式，如液滴外延、遷移增強(qiáng)外延、單原子層外延等，在此不限。
[0081]2)當(dāng)所述晶體單元7生長(zhǎng)至一定厚度之后，所述晶體單元7中積累的張應(yīng)變開始弛豫，并以生成裂縫4的方式弛豫。生成的所述裂縫4相互交錯(cuò)形成圖形，至此，在所述半導(dǎo)體商用襯底I上完成單片原位構(gòu)建圖形。
[0082]當(dāng)然，所述晶體單元7除了可以在生長(zhǎng)過程產(chǎn)生裂縫4以完成弛豫，還可以通過生長(zhǎng)結(jié)束后的降溫過程中所述晶體單元7與襯底間不同熱膨脹系數(shù)來產(chǎn)生裂縫4而發(fā)生弛豫，這要求晶體單元7的熱膨脹系數(shù)大于襯底I的熱膨脹系數(shù)。所生成的裂縫4也是相互交錯(cuò)形成圖形，完成在商用襯底I上單片原位構(gòu)建圖形。
[0083]需要說明的是，在晶體單元7之上可繼續(xù)生長(zhǎng)模板單元。所述模板單元的晶格常數(shù)與襯底I不同。所述模板單元的應(yīng)變部分以彈性形變的方式弛豫，或者通過塑性形變來應(yīng)變弛豫，由此產(chǎn)生的穿透位錯(cuò)滑移到圖形邊緣而被消除。之后在所述模板單元之上可繼續(xù)生長(zhǎng)器件單元。所述器件單元的晶格常數(shù)與模板單元匹配，從而避免進(jìn)一步產(chǎn)生應(yīng)變弛豫和由此導(dǎo)致的晶體缺陷。
[0084]還需要說明的是，在所述器件單元的晶格常數(shù)與所述晶體單元7形成圖形后的頂部面內(nèi)晶格常數(shù)匹配的情況下，所述模板單元可省略，即直接在所述晶體單元7上生長(zhǎng)器件單元。
實(shí)施例五
[0085]以下以InP襯底上利用GaAs層構(gòu)建圖形為例說明該發(fā)明單片原位形成圖形的結(jié)構(gòu)和步驟。這些結(jié)構(gòu)和制備步驟可以直接推廣到其他類型的材料體系。以下提到的生長(zhǎng)方法包含但不限于分子束外延(MBE)和金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(M0CVD)，具體結(jié)構(gòu)和制備步驟如下，如圖7所示:
[0086](I)在InP襯底I上生長(zhǎng)50?IOOnm GaAs晶體單元7 ；
[0087](2)此GaAs層與InP襯底存在約3.7%張應(yīng)變，應(yīng)變以裂縫4的方式弛豫，裂縫4相互交錯(cuò)形成圖形，至此，單片原位圖形構(gòu)建完畢；
[0088](3)在此圖形之上繼續(xù)生長(zhǎng)與InP襯底存在晶格失配的結(jié)構(gòu)和器件而保持極低的晶體缺陷密度，所述晶體缺陷密度小于5 X 105/cm2。
[0089]實(shí)施例六
[0090]以下以Si襯底上利用Ge層構(gòu)建圖形為例說明該發(fā)明單片原位形成圖形的結(jié)構(gòu)和步驟。這些結(jié)構(gòu)和制備步驟可以直接推廣到其他類型的材料體系。以下提到的生長(zhǎng)方法包含但不限于分子束外延(MBE)和金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(M0CVD)，具體結(jié)構(gòu)和制備步驟如下，如圖8所示:
[0091](I)在高于500°C的溫度下，在Si襯底I上生長(zhǎng)IOOOnm Ge晶體單元7，Ge中應(yīng)變充分弛豫；
[0092](2)快速降溫至室溫；
[0093](3)由于Ge層的熱膨脹系數(shù)是Si襯底的2.23倍，Ge層晶格常數(shù)迅速收縮產(chǎn)生張應(yīng)變，該張應(yīng)變以裂縫4的方式弛豫，裂縫4相互交錯(cuò)形成圖形，至此，單片原位圖形構(gòu)建完畢；
[0094](4)在此圖形之上繼續(xù)生長(zhǎng)與Ge襯底存在晶格失配的結(jié)構(gòu)和器件而保持極低的晶體缺陷密度，所述晶體缺陷密度小于5 X 105/cm2。
[0095]綜上所述，本發(fā)明提供一種單片原位形成圖形襯底的方法，所述方法至少包括步驟:提供一襯底，在所述襯底上外延生長(zhǎng)具有張應(yīng)變的結(jié)構(gòu)，并使所述張應(yīng)變以形成裂縫的形式弛豫，所述裂縫相互交錯(cuò)形成襯底圖形。本發(fā)明的單片原位形成襯底圖形的方法不需對(duì)襯底進(jìn)行預(yù)處理，從而防止引入外來雜質(zhì)，降低了工藝難度，且操作工藝簡(jiǎn)單，易控制。在本發(fā)明提供的襯底圖形上生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)和器件與襯底晶格失配并且可以保持極低的晶體缺陷密度。
[0096]所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0097]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于，所述單片原位形成圖形襯底的方法至少包括步驟: 提供一襯底，在所述襯底上依次外延生長(zhǎng)第一晶體單元和具有張應(yīng)變的第二晶體單元，并使所述張應(yīng)變以在所述第二晶體單元表面形成裂縫的形式弛豫，所述裂縫相互交錯(cuò)形成襯底圖形；所述第二晶體單元的晶格常數(shù)小于第一晶體單元頂部的面內(nèi)晶格常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述襯底為半導(dǎo)體商用襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述第一晶體單元為C、S1、Ge、Sn、二元及多元半導(dǎo)體、氧化物中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述第二晶體單元為C、S1、Ge、Sn、二元及多元半導(dǎo)體、氧化物中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述第一晶體單元為單層或多層結(jié)構(gòu)，所述第一晶體單元的應(yīng)變完全或接近完全弛豫，其頂部的面內(nèi)晶格常數(shù)不同于襯底的晶格常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述第二晶體單元為單層或多層結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述第二晶體單元生長(zhǎng)至一定厚度，其張應(yīng)變以裂縫的形式弛豫。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述厚度大于50nmo
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述第二晶體單元在生長(zhǎng)結(jié)束后的降溫過程中產(chǎn)生張應(yīng)變，所述張應(yīng)變以形成裂縫的方式弛豫。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:在所述第二晶體單元表面形成裂縫之后，還包括在所述第二晶體單元表面依次生長(zhǎng)模板單元和器件單元的步驟；所述模板單元和器件單元具有低的晶體缺陷密度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述晶體缺陷密度小于I X IOfVcm2。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:采用分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延技術(shù)、液相外延或熱壁外延形成所述第一晶體單兀和第二晶體單元。
13.一種單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于，所述單片原位形成圖形襯底的方法至少包括步驟: 提供一襯底，在所述襯底上外延生長(zhǎng)具有張應(yīng)變的晶體單元，并使所述張應(yīng)變以在所述晶體單元表面形成裂縫的形式弛豫，所述裂縫相互交錯(cuò)形成襯底圖形；所述晶體單元的晶格常數(shù)小于所述襯底的晶格常數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述晶體單元為C、S1、Ge、Sn、二元及多元半導(dǎo)體、氧化物中的一種或多種。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述晶體單元為單層或多層結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述晶體單元生長(zhǎng)至一定厚度，其張應(yīng)變以裂縫的形式弛豫。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述厚度大于 50nmo
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:所述晶體單元在生長(zhǎng)結(jié)束后的降溫過程中產(chǎn)生張應(yīng)變，所述張應(yīng)變以形成裂縫的方式弛豫。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的單片原位形成圖形襯底的方法，其特征在于:在所述晶體單元表面形成裂縫之后，還包括在所述晶體單元表面依次生長(zhǎng)模板單元和器件單元的步驟。
【文檔編號(hào)】H01L33/20GK103618036SQ201310629211
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】宋禹忻, 王庶民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所