半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體襯底制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體襯底制造方法，所述半導(dǎo)體襯底包括第一半導(dǎo)體層以及位于所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層以及各自按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后在垂直方向上均具有不同的解離面。本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底具有特殊的晶格結(jié)構(gòu)和力學(xué)結(jié)構(gòu)，將半導(dǎo)體襯底設(shè)為復(fù)合型襯底結(jié)構(gòu)，同樣襯底厚度的條件下，可以減少半導(dǎo)體外延層施加的應(yīng)力對半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生的損害，從而減半導(dǎo)體襯底破碎的幾率；同時可以減小工藝難度，增強半導(dǎo)體器件的可靠性。
【專利說明】半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體襯底制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體襯底制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以氮化鎵為代表的III族氮化物越來越受到人們的重視，因為III族氮化物可以廣泛用作半導(dǎo)體照明的發(fā)光二極管(LED)和高功率電子器件。由于本征襯底的缺乏，氮化鎵器件普遍制備在異質(zhì)襯底上，比如藍(lán)寶石、碳化硅和硅。硅襯底由于其廣泛的應(yīng)用性，它的尺寸和質(zhì)量都是在上述幾種襯底材料當(dāng)中最好的。目前互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的主流技術(shù)就是基于12寸的硅基板，而且硅的價格也是其他幾種材料不能比擬的。所以，在大尺寸硅襯底上制備氮化鎵材料，是降低氮化鎵基器件成本的最佳辦法。
[0003]但是，由于氮化鎵和硅之間存在巨大的晶格失配和熱失配，在制備和冷卻的過程中會引入大量的應(yīng)力。這個應(yīng)力會造成外延片的翹曲和外延膜的龜裂，另外對硅襯底本身也有很大的傷害。由于硅襯底中殘余的應(yīng)力，在工藝過程中硅上的氮化鎵外延片會發(fā)生破碎，造成巨大的損失。為了避免這種情況，通常的辦法是采用厚的硅基板，但是工藝線對襯底的厚度都存在一個上限。當(dāng)硅襯底的厚度超過一定臨界值之后，工藝設(shè)備無法處理，比如光刻機(jī)無法聚焦對準(zhǔn)，工藝無法實現(xiàn)。
[0004]因此，針對上述技術(shù)問題及改進(jìn)方法，有必要提供一種半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體襯底制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一個復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的概念。通常來說，由于對稱性的原因，氮化鎵外延片最好都是在Si (111)襯底上制備，使得制備的外延膜具有較好的晶體質(zhì)量、電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。氮化鎵的晶格結(jié)構(gòu)具有六角對稱的特點，在應(yīng)力釋放的時候也遵循同樣的關(guān)系。而Si (111)的解離面也有三角對稱的特點，硅襯底在因受到應(yīng)力而損傷的時候則是三角對稱。由于對稱的匹配關(guān)系，在Si(Ill)上制備的氮化鎵晶體質(zhì)量最好，但是相應(yīng)的，在受到應(yīng)力的時候也是最容易破碎的。為了避免這種情況，本發(fā)明提出了利用硅非對稱復(fù)合襯底來制備氮化鎵外延層。
[0006]硅半導(dǎo)體內(nèi)的應(yīng)力是隨著同一晶向的硅的厚度增加而不斷累積的，而當(dāng)同一晶向的硅的表面處與另一晶向的硅相接觸時，應(yīng)力會減少而不會累積。本發(fā)明通過引入兩層或多層不同晶向的Si (111)，使相互接觸的Si(Ill)半導(dǎo)體層的解離面不重合，從而降低應(yīng)力通過硅襯底的損傷，防止硅襯底龜裂引起的氮化鎵半導(dǎo)體層的破裂，達(dá)到提高氮化鎵半導(dǎo)體層堅固性和可靠性的目的。
[0007]上述復(fù)合襯底也可以通過將兩種不同晶向的硅半導(dǎo)體層結(jié)合形成，如將Si(Ill)半導(dǎo)體層和Si (100)半導(dǎo)體層結(jié)合形成復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)。通過控制硅片鍵合時的角度，可以使得Si (111)半導(dǎo)體層和Si(IOO)半導(dǎo)體層的解離面不重合，所以氮化鎵外延層產(chǎn)生的缺陷傳遞到其中一個硅半導(dǎo)體層上時將會大大減少，從而避免延續(xù)到另一種硅半導(dǎo)體層，減少了氮化鎵外延層的應(yīng)力導(dǎo)致的襯底破碎的幾率，增強了襯底的堅固性和可靠性。
[0008]上述復(fù)合型襯底的制造可以用晶片鍵合的方法完成，例如可以把兩片較薄襯底按照不同的晶向錯開一定角度進(jìn)行鍵合生成復(fù)合襯底。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下:
[0010]一種半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一半導(dǎo)體層以及位于所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后、以及所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后在垂直方向上均具有不同的解離面。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的材料相同或不同。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層具有相同的晶格結(jié)構(gòu)，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層在垂直方向上具有相同的晶向、在水平方向上的晶向不重合。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)不同，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層在水平方向的晶向不重合。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一半導(dǎo)體層的材料形態(tài)包括晶態(tài)、非晶態(tài)和無定形態(tài)的一種或多種的組合。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述無定形材料還包括非半導(dǎo)體材料，所述非半導(dǎo)體材料包括氮化鋁、多晶碳化硅、陶瓷和石英。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一半導(dǎo)體層為無定形材料時，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的鍵合方向不受限制。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二半導(dǎo)體層為晶體層。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層依次交替形成三層
或三層以上的層疊結(jié)構(gòu)。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述層疊結(jié)構(gòu)包括位于第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層之間的介質(zhì)層。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層在垂直方向上具有相同的晶向、在水平方向上晶向不重合。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)不同，且在水平方向上晶向不重合。
[0022]相應(yīng)地，一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底以及位于所述半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體外延層，所述半導(dǎo)體襯底包括第一半導(dǎo)體層以及位于所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后、以及所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后在垂直方向上均具有不同的解離面。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述半導(dǎo)體外延層包括硅、砷化鎵、氮化鎵、鋁鎵氮、銦鎵氮、鋁鎵銦氮中的一種或多種的組合。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述半導(dǎo)體器件包括發(fā)光二極管、激光二極管、高電子遷移率晶體管、場效應(yīng)晶體管、肖特基二極管、PIN 二極管和太陽能電池。
[0025]相應(yīng)地，一種半導(dǎo)體襯底的制造方法，所述方法包括:
[0026]S1、提供第一半導(dǎo)體層；
[0027]S2、在所述第一半導(dǎo)體層上制備第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后、以及所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后在垂直方向上均具有不同的解離面。
[0028]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2后還包括:
[0029]在所述第二半導(dǎo)體層上制備半導(dǎo)體外延層。
[0030]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層的制備方法包括直拉法、區(qū)熔法、物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積中的一種或多種的組合。
[0031]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2中在所述第一半導(dǎo)體層上制備第二半導(dǎo)體層的方法包括晶片鍵合。
[0032]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述半導(dǎo)體外延層的制備方法包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積、分子束外延和氫化物氣相外延中的一種或多種的組合。
[0033]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2后還包括:
[0034]在所述第二半導(dǎo)體層上依次交替制備第一半導(dǎo)體層、或第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，形成三層或三層以上的層疊結(jié)構(gòu)。
[0035]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述方法還包括:
[0036]在第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層之間生長介質(zhì)層。
[0037]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，介質(zhì)層通過沉積、熱氧化或者氮化的方法制成，沉積的方法包括CVD、PECVD, LPCVD, RTCVD, MOCVD, MBE、ALD中的一種或多種的組合。
[0038]本發(fā)明提供的半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體襯底制造方法使得半導(dǎo)體襯底具有特殊的晶格結(jié)構(gòu)和力學(xué)結(jié)構(gòu)，將半導(dǎo)體襯底設(shè)為復(fù)合型襯底結(jié)構(gòu)，同樣襯底厚度的條件下，可以減少半導(dǎo)體外延層施加的應(yīng)力對硅襯底產(chǎn)生的損害，從而減少硅襯底破碎的幾率；同時可以減小工藝難度，增強半導(dǎo)體器件的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1為本發(fā)明中涉及到的硅各個晶向的示意圖；
[0041]圖2為本發(fā)明第一實施方式中上層Si(Ill)的〈-211〉方向和下層Si(Ill)的〈1-10〉方向平行的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖；
[0042]圖3為本發(fā)明第二實施方式中上層的Si(Ill)的〈-211〉方向和下層Si(Ill)的〈-101〉方向平行的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖；[0043]圖4(a)為本發(fā)明第三實施方式中上層的Si (111)的〈_211>方向和下層Si (111)的〈-211〉方向存在一個偏角的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖，圖4(b)和圖4(c)分別為上層Si(Ill)和下層Si (111)的俯視圖；
[0044]圖5 (a)為本發(fā)明第四實施方式中上層的Si (111)的〈_211>方向和下層Si (100)的〈-110〉方向存在一個偏角的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖，圖5(b)和圖5(c)分別為上層Si(Ill)和下層Si (100)的俯視圖；
[0045]圖6為本發(fā)明第五實施方式中具有Si (111)層和Si (100)層交替復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖；
[0046]圖7為本發(fā)明第六實施方式中具有Si (110)層和Si (100)層交替復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖；
[0047]圖8為本發(fā)明第七實施方式中具有Si (111)層和Si (110)層交替復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0048]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0049]此外，在不同的實施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡單清楚地敘述本發(fā)明，不代表所討論的不同實施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。
[0050]圖1所示為本發(fā)明中涉及到的硅各個晶向的示意圖，以下結(jié)合圖1針對不同的實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0051]圖2為本發(fā)明第一實施方式中半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)示意圖，即上層Si(Ill)的〈-211〉方向和下層Si (111)的〈1-10〉方向平行的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖。本實施方式中，半導(dǎo)體襯底I包括:第一半導(dǎo)體層11 ;位于第一半導(dǎo)體層11上的第二半導(dǎo)體層12，第二半導(dǎo)體層12可以用來制備半導(dǎo)體外延層2。其中，第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12在垂直方向上具有不同的解離面。
[0052]優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層11可以是半導(dǎo)體材料、無定形材料和晶體中的一種或多種的組合，第一半導(dǎo)體層11選用的半導(dǎo)體材料包括S1、GaN, AIN、SiC, GaAs, InP、金剛石中的一種或多種，無定形材料包括氮化鋁、陶瓷和石英等，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層11為無定形材料時，第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12的鍵合方向不受限制。
[0053]第一半導(dǎo)體層12可以是晶體層,第一半導(dǎo)體層12選用的半導(dǎo)體材料包括S1、GaN、AIN、SiC、GaAs, InP、金剛石中的一種或多種，第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12的材料可以相同或不同，但是采用不同的晶向。如第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層具有相同的晶格結(jié)構(gòu)，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層在垂直方向上具有相同的晶向、在水平方向上的晶向不重合；或者第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)不同，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層在水平方向的晶向不重合。
[0054]本實施方式中，第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12具有相同的晶格結(jié)構(gòu)Si(Ill),在垂直方向上具有相同的晶向，但是在水平方向上的晶體對稱性不同。
[0055]上述半導(dǎo)體外延層2可以包括硅、砷化鎵、氮化鎵、鋁鎵氮、銦鎵氮、鋁鎵銦氮中的一種或多種的組合。半導(dǎo)體外延層為氮化物時，可以用于制作多種器件結(jié)構(gòu)，包括發(fā)光二極管(LED)、激光二極管、高電子遷移率晶體管(HEMT)、場效應(yīng)晶體管(FET)、肖特基二極管、PIN 二極管和太陽能電池等。
[0056]本實施方式中，同時提供了上述半導(dǎo)體襯底I的制造方法，包括以下步驟:
[0057]S1、提供第一半導(dǎo)體層11 ；
[0058]S2、在所述第一半導(dǎo)體層11上制備第二半導(dǎo)體層12，第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12在垂直方向上具有不同的解離面。
[0059]進(jìn)一步地，步驟S2后還包括:在第二半導(dǎo)體層12上制備半導(dǎo)體外延層2。
[0060]本實施方式中還可以在第二半導(dǎo)體層12上依次交替制備第一半導(dǎo)體層、或第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，形成三層或三層以上的層疊結(jié)構(gòu)。
[0061]本實施方式中第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12都包括Si (111)半導(dǎo)體層，其中，第二半導(dǎo)體層12即上層Si(Ill)半導(dǎo)體層的〈-211〉方向和第一半導(dǎo)體層11即下層Si (111)半導(dǎo)體層的〈1-10〉方向相互平行。當(dāng)然在其他實施方式中第二半導(dǎo)體層12的〈-211〉方向和第一半導(dǎo)體層11的〈1-10〉方向之間可以設(shè)有夾角，如夾角可以是10°、20°或30°等；第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12可以交替層疊形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，這樣使得上層Si (111)半導(dǎo)體層和下層Si (111)半導(dǎo)體層的解離面相互錯開，與單一硅半導(dǎo)體層相比，這種方法可以在上層Si(Ill)半導(dǎo)體層和下層Si(Ill)半導(dǎo)體層界面處減小應(yīng)力的累積，可以避免由于硅半導(dǎo)體層局部的應(yīng)力累積到整個硅半導(dǎo)體層，導(dǎo)致整個硅襯底發(fā)生龜裂。
[0062]圖3為本發(fā)明第二實施方式中半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)示意圖，即上層的Si (111)的〈-211〉方向和下層Si (111)的〈-101〉方向平行的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖。本實施方式中，半導(dǎo)體襯底I包括:第一半導(dǎo)體層11 ;位于第一半導(dǎo)體層11上的第二半導(dǎo)體層12，第二半導(dǎo)體層12可以用來制備半導(dǎo)體外延層2。
[0063]第一半導(dǎo)體層11包括下層Si(Ill)半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體層12包括上層的Si(Ill)半導(dǎo)體層，且上層Si (111)半導(dǎo)體層的〈-211〉方向和下層Si (111)層的〈-101〉方向相互平行。優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12可以交替層疊形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。這樣可以保證上層Si (111)半導(dǎo)體層和下層Si (111)半導(dǎo)體層具有的解離面不在同一個方向上，從而避免了應(yīng)力的累積導(dǎo)致的硅襯底的龜裂，可以大大提高硅襯底的可靠性。
[0064]圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)為本發(fā)明第三實施方式中半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)示意圖，即上層的Si (111)的〈-211〉方向和下層Si (111)的〈-211〉方向存在一個偏角的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖。其中，圖4 (a)為該結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，圖4(b)和圖4(c)分別為上層Si (111)和下層Si (111)的俯視圖。本實施方式中，半導(dǎo)體襯底I包括:第一半導(dǎo)體層11 ;位于第一半導(dǎo)體層11上的第二半導(dǎo)體層12，第二半導(dǎo)體層12可以用來制備半導(dǎo)體外延層2。
[0065]第一半導(dǎo)體層11包括下層Si(Ill)半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體層12包括上層的Si(Ill)半導(dǎo)體層，且上層Si (111)半導(dǎo)體層的〈-211〉方向和下層Si (111)層的〈-211〉方向存在一個偏角，該偏角的大小不等于60°或者60°的整數(shù)倍。優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12可以交替層疊形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。這樣可以保證上層Si (111)半導(dǎo)體層和下層Si(Ill)半導(dǎo)體層具有的解離面不在同一個方向上，從而避免了應(yīng)力的累積導(dǎo)致的硅襯底的龜裂，可以大大提高硅襯底的可靠性。[0066]圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)為本發(fā)明第四實施方式中半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)示意圖，即上層的Si (111)的〈-211〉方向和下層Si (100)的〈-110〉方向存在一個偏角的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖。其中，圖5(a)為該結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，圖5(b)和圖5(c)分別為上層Si (111)和下層Si (100)的俯視圖。半導(dǎo)體襯底I包括:第一半導(dǎo)體層11 ;位于第一半導(dǎo)體層11上的第二半導(dǎo)體層12，第二半導(dǎo)體層12可以用來制備半導(dǎo)體外延層2。本實施方式中，第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12的晶體結(jié)構(gòu)不同，第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層12在水平方向的晶向不重合。
[0067]第一半導(dǎo)體層11包括下層Si(IOO)半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體層12包括上層的Si(Ill)半導(dǎo)體層，且上層Si(Ill)半導(dǎo)體層的〈-211〉方向和下層Si (100)層的〈-110〉方向存在一個偏角，該偏角的大小不等于90°或者90°的整數(shù)倍。優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層可以交替層疊形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。這樣可以保證上層Si (111)半導(dǎo)體層和下層Si(IOO)半導(dǎo)體層具有的解離面不在同一個方向上，從而避免了應(yīng)力的累積導(dǎo)致的硅襯底的龜裂，可以大大提高硅襯底的可靠性。
[0068]圖6為本發(fā)明第五實施方式中半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)不意圖，具有Si(Ill)層和Si(IOO)層交替復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖。本實施方式中，半導(dǎo)體襯底I包括三層或三層以上的半導(dǎo)體層交替層疊形成，半導(dǎo)體襯底I上制備有半導(dǎo)體外延層2。
[0069]其中，第一半導(dǎo)體層11包括下層Si (111)半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體層12包括上層的Si(IOO)半導(dǎo)體層。兩種半導(dǎo)體層層疊形成Si (111)、Si (100)、Si (111)和Si (100)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)。這種方法同樣可以保證各個硅半導(dǎo)體層具有的解離面不在同一個方向上，從而避免了應(yīng)力的累積導(dǎo)致的硅襯底的龜裂，可以大大提高硅襯底的可靠性。
[0070]進(jìn)一步地，層疊結(jié)構(gòu)還包括位于第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層之間的介質(zhì)層，介質(zhì)層材料包括Si02、SiN、AlN等。介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層在垂直方向上具有相同的晶向、在水平方向上晶向不重合；或者介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)不同，且在水平方向上晶向不重合。一方面，介質(zhì)材料也可以是無定形態(tài)，作為襯底材料的緩沖層，減少應(yīng)力的累積；另一方面，介質(zhì)材料具有較高的介電常數(shù)(如SiO2介電常數(shù)為3.9，SiN介電常數(shù)為7.0, AlN介電常數(shù)為8.5)和臨界擊穿電場，在保證襯底承受足夠的擊穿電壓的前提下，可以擁有足夠厚度的介質(zhì)材料，可以保證介質(zhì)材料的質(zhì)量，增大襯底材料的堅固性和可靠性。
[0071]圖7為本發(fā)明第六實施方式中半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)示意圖，具有Si(IlO)層和Si(IOO)層交替復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖。本實施方式中，半導(dǎo)體襯底I包括三層或三層以上的半導(dǎo)體層交替層疊形成，半導(dǎo)體襯底I上制備有半導(dǎo)體外延層2。
[0072]其中，第一半導(dǎo)體層11包括下層Si (110)半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體層12包括上層的Si(IOO)半導(dǎo)體層。兩種半導(dǎo)體層層疊形成Si (110)、Si (100)、Si (110)和Si (100)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)。這種方法同樣可以保證各個硅半導(dǎo)體層具有的解離面不在同一個方向上，從而避免了應(yīng)力的累積導(dǎo)致的硅襯底的龜裂，可以大大提高硅襯底的可靠性。
[0073]進(jìn)一步地，層疊結(jié)構(gòu)還包括位于第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層之間的介質(zhì)層，介質(zhì)層材料包括Si02、SiN、AlN等。介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層在垂直方向上具有相同的晶向、在水平方向上晶向不重合；或者介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)不同，且在水平方向上晶向不重合。一方面，介質(zhì)材料可以作為襯底材料的緩沖層，減少應(yīng)力的累積；另一方面，介質(zhì)材料具有較高的介電常數(shù)(如Si02介電常數(shù)為3.9, SiN介電常數(shù)為7.0, AlN介電常數(shù)為8.5),在保證襯底承受足夠的擊穿電壓的前提下，可以擁有足夠厚度的介質(zhì)材料，可以保證介質(zhì)材料的質(zhì)量，增大襯底材料的堅固性和可靠性。
[0074]圖8為本發(fā)明第七實施方式中半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)示意圖，具有Si(Ill)層和Si(IlO)層交替復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)圖。本實施方式中，半導(dǎo)體襯底I包括三層或三層以上的半導(dǎo)體層交替層疊形成，半導(dǎo)體襯底I上制備有半導(dǎo)體外延層2。
[0075]其中，第一半導(dǎo)體層11包括下層Si (111)半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體層12包括上層的Si(IlO)半導(dǎo)體層。兩種半導(dǎo)體層層疊形成Si (111)、Si (110)、Si (111)和Si (110)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)。這種方法同樣可以保證各個硅半導(dǎo)體層具有的解離面不在同一個方向上，從而避免了應(yīng)力的累積導(dǎo)致的硅襯底的龜裂，可以大大提高硅襯底的可靠性。
[0076]進(jìn)一步地，層疊結(jié)構(gòu)還包括位于第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層之間的介質(zhì)層，介質(zhì)層材料包括Si02、SiN、AlN等。介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層在垂直方向上具有相同的晶向、在水平方向上晶向不重合；或者介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)不同，且在水平方向上晶向不重合。一方面，介質(zhì)材料也可以是無定形態(tài)，作為襯底材料的緩沖層，減少應(yīng)力的累積；另一方面，介質(zhì)材料具有較高的介電常數(shù)(如Si02介電常數(shù)為3.9，SiN介電常數(shù)為7.0, AlN介電常數(shù)為8.5)和臨界擊穿電場，在保證襯底承受足夠的擊穿電壓的前提下，可以擁有足夠厚度的介質(zhì)材料，可以保證介質(zhì)材料的質(zhì)量，增大襯底材料的堅固性和可靠性。
[0077]綜上所述，只要襯底中的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層以及各自按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后在垂直方向上均具有不同的解離面，均可以在第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層界面處減小應(yīng)力的累積，可以避免由于第二半導(dǎo)體層局部的應(yīng)力累積到整個半導(dǎo)體層，導(dǎo)致整個襯底發(fā)生龜裂。
[0078]由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體襯底制造方法使得半導(dǎo)體襯底具有特殊的晶格結(jié)構(gòu)和力學(xué)結(jié)構(gòu)，將半導(dǎo)體襯底設(shè)為復(fù)合型襯底結(jié)構(gòu)，同樣襯底厚度的條件下，可以減少半導(dǎo)體外延層施加的應(yīng)力對硅襯底產(chǎn)生的損害，從而減少硅襯底破碎的幾率；同時可以減小工藝難度，增強半導(dǎo)體器件的可靠性。
[0079]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0080]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底包括第一半導(dǎo)體層以及位于所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后、以及所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后在垂直方向上均具有不同的解離面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的材料相同或不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層具有相同的晶格結(jié)構(gòu)，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層在垂直方向上具有相同的晶向、在水平方向上的晶向不重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)不同，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層在水平方向的晶向不重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層的材料形態(tài)包括晶態(tài)、非晶態(tài)和無定形態(tài)的一種或多種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述無定形材料還包括非半導(dǎo)體材料，所述非半導(dǎo)體材料包括氮化鋁、多晶碳化硅、陶瓷和石英。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層為無定形材料時，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的鍵合方向不受限制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體層為晶體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層依次交替形成三層或三層以上的層疊結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述層疊結(jié)構(gòu)包括位于第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層之間的介質(zhì)層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層在垂直方向上具有相同的晶向、在水平方向上晶向不重合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述介質(zhì)層與相鄰的第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)不同，且在水平方向上晶向不重合。
13.—種包括權(quán)利要求1~12中任意一項中半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件,其特征在于,所述半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底以及位于所述半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體外延層，所述半導(dǎo)體襯底包括第一半導(dǎo)體層以及位于所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后、以及所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后在垂直方向上均具有不同的解離面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體外延層包括硅、砷化鎵、氮化鎵、鋁鎵氮、銦鎵氮、鋁鎵銦氮中的一種或多種的組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件包括發(fā)光二極管、激光二極管、高電子遷移率晶體管、場效應(yīng)晶體管、肖特基二極管、PIN 二極管和太陽能電池。
16.—種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述方法包括: 51、提供第一半導(dǎo)體層； 52、在所述第一半導(dǎo)體層上制備第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后、以及所述第一半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后與所述第二半導(dǎo)體層按其晶格對稱性旋轉(zhuǎn)后在垂直方向上均具有不同的解離面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S2后還包括: 在所述第二半導(dǎo)體層上制備半導(dǎo)體外延層。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層的制備方法包括直拉法、區(qū)熔法、物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積中的一種或多種的組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S2中在所述第一半導(dǎo)體層上制備第二半導(dǎo)體層的方法包括晶片鍵合。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體外延層的制備方法包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積、分子束外延和氫化物氣相外延中的一種或多種的組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S2后還包括: 在所述第二半導(dǎo)體層上依次交替制備第一半導(dǎo)體層、或第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，形成三層或三層以上的層疊結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的制造方法，其特征在于，所述方法還包括: 在第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層之間生長介質(zhì)層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的制造方法，其特征在于，所述介質(zhì)層通過沉積、熱氧化或者氮化的方法制成，沉積的方法包括CVD、PECVD、LPCVD、RTCVD、MOCVD、MBE、ALD中的一種或多種的組合。
【文檔編號】H01L33/20GK103681992SQ201410006568
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】程凱 申請人:蘇州晶湛半導(dǎo)體有限公司