一种半导体结构及其形成方法技术

本发明专利技术提出一种半导体结构的形成方法以及半导体结构，该方法包括步骤：提供衬底；在衬底之上形成第一氮化物半导体层；刻蚀第一氮化物半导体层以形成多个开口；从开口对第一氮化物半导体层进行刻蚀以形成多个孔或槽，多个孔或槽延伸至衬底顶部表面或内部；通过对多个孔或槽对衬底进行腐蚀处理，以形成多个支撑结构；以及淀积氮化物半导体材料，通过在多个孔或槽中第一氮化物半导体层的暴露部分进行横向生长，填充多个孔或槽，其后继续外延生长，在第一氮化物半导体层之上形成第二氮化物半导体层。该方法能够降低半导体的位错密度，提高薄膜生长质量，有利于降低成本和后期衬底剥离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及。
技术介绍
近年来，LED以其寿命长、发光效率高、体积小、坚固耐用、颜色丰富等特点，被广泛应用于显示屏、背光源、照明等领域。LED器件的的核心是LED外延片，如何在合适的衬底上获得高质量、低缺陷密度的氮化物半导体外延材料薄膜对于提高LED的发光效率、寿命等是最为关键的因素。然而，由于氮化物半导体外延材料薄膜自身的特性，它与常用的SiC，Al2O3衬底，尤其是价格低廉的Si衬底等都有着比较大的晶格失配和热失配，因此如果在这些衬底上直接外延氮化物半导体外延材料薄膜就会产生大量的穿通位错，从而导致外延出的氮化物半导体薄膜有着很大的位错密度，严重的热失配还会造成外延薄膜龟裂，严重影响制备出的LED器件的性能。为了能够降低外延氮化物半导体薄膜的位错密度，产生了一种利用氮化物半导体材料的横向生长特性来降低外延薄膜位错密度的方法，虽然采用此方法在横向外延出来的材料区域位错密度比较低，但在非横向外延区外延出来的材料仍旧存在着大量的穿通位错，且没有解决热失配引起外延薄膜龟裂等问题，依然会严重影响制备出的器件的性能。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种半导体结构的形成方法，该方法具有可释放热失配应力、薄膜质量高、易于实现的优点。本专利技术的另一个目的在于提出一种半导体结构，该半导体结构具有位错密度小、成本较低的优点。`本专利技术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氮化物半导体层；刻蚀所述第一氮化物半导体层以形成多个开口 ；从所述开口对所述第一氮化物半导体层进行刻蚀以形成多个孔或槽，所述多个孔或槽延伸至所述衬底顶部表面或内部；通过对所述多个孔或槽对所述衬底进行腐蚀处理，以形成多个支撑结构；以及淀积氮化物半导体材料，通过在所述多个孔或槽中所述第一氮化物半导体层的暴露部分进行横向生长，填充所述多个孔或槽，其后继续外延生长，在第一氮化物半导体层之上形成第二氮化物半导体层。在本专利技术的优选实施例中，第一氮化物半导体层为AlN层，而第二氮化物半导体层为GaN层。本专利技术提出的半导体结构的形成方法具有衬底可采用低成本材料(比如硅片)、可有效降低外延生长过程中由于热失配形成的应力、薄膜质量好、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氮化物半导体材料，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)的第二氮化物半导体层(例如GaN层)。更为重要的是，在本专利技术的实施例中，支撑结构是在形成第一氮化物半导体层之后形成的，因此能够保证支撑结构与第一氮化物半导体层之间良好的界面，同时保证第一氮化物半导体层的生长质量，在高质量的第一氮化物半导体层的基础上，可以外延出高质量的第二氮化物半导体层。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，所述衬底具有图形化表面。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，还包括:在所述衬底之上形成缓冲层。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，所述缓冲层为单层的低温缓冲层结构、多层的超晶格结构或多层的交错缓冲层结构。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，还包括:在所述第一氮化物半导体层之上形成掩膜层并刻蚀所述掩膜层以形成多个掩膜阻挡结构。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，所述衬底为S1、SiGe、SiC、A1203、AIN、ZnO> Ga2O3> LiGaO2 或 LiAlO20在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，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。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，对所述衬底进行所述电化学腐蚀处理，是通过对所述衬底在不同区 域注入不同类型和/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。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，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导电衬底注入不同类型和/或不同浓度的掺杂元素来实现。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，所述氮化物半导体为GaN、InGaN, AIN, AlGaN, InN、AlGaInN 中的一种或多种组合。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，当所述衬底为Si时，还包括:在所述衬底顶部表面形成多个支撑结构后，通入含氧或含氮的气体以使所述支撑结构的表面发生反应变质并形成隔离层。在本专利技术的优选实施例中，这种隔离层为氧化硅或氮化硅，一方面可以使得单晶的Si变为非晶的氧化硅或氮化硅，而非晶的氧化硅或氮化硅则更利于释放热失配应力，另一方面可以用于在LED制作后期将第一氮化物半导体层剥离，且衬底也可回收重复利用。在本专利技术半导体结构的形成方法的一个实施例中，还进一步包括:将所述衬底通过刻深槽的方法划分为多个区域以防止大面积范围的应力积累。本专利技术提出的一种半导体结构，包括:衬底，所述衬底顶部包括多个支撑结构；形成在所述衬底之上的第一氮化物半导体层，其中，所述第一氮化物半导体层具有多个开口 ；多个孔或槽，所述多个孔或槽通过所述第一氮化物半导体层上的所述多个开口延伸至所述衬底表面或内部；以及形成在所述第一氮化物半导体层之上的第二氮化物半导体层，其中，所述第二氮化物半导体层填充所述多个孔或槽的顶部，且与所述多个孔或槽中所述第一氮化物半导体层的暴露部分相连。本专利技术提出的半导体结构具有位错密度小、可释放热失配引起的应力、薄膜质量高、成本较低等优点。 在本专利技术半导体结构的一个实施例中，所述衬底具有图形化表面。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，还包括:形成在所述衬底之上的缓冲层。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，所述缓冲层为单层的低温缓冲层结构、多层的超晶格结构或多层的交错缓冲层结构。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，还包括:形成在所述第一氮化物半导体层之上的掩膜层，所述掩膜层被多个孔或槽划为多个掩膜阻挡结构。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，所述衬底为 S1、SiGe、SiC、A1203、AIN、ZnO、Ga2O3, LiGaO2 或 LiAlO2。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，所述支撑结构由电化学腐蚀处理、湿法腐蚀处理或干法刻蚀处理中的一种或多种处理得到。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，对所述衬底进行所述电化学腐蚀处理，是通过对所述衬底在不同区域注入不同类型和/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。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，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。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，所述氮化物半导体为GaN、InGaN, A1N、AlGaN、InN、AlGaInN中的一种或多种组合。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，当所述衬底为Si时，还包括:所述支撑结构与含氧或含氮的气体发生反应变质并形成的隔离层。在本专利技术半导体结构的一个实施例中，所述衬底还具有多个深槽，所述衬底被划本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成第一氮化物半导体层；刻蚀所述第一氮化物半导体层以形成多个开口；从所述开口对所述第一氮化物半导体层进行刻蚀以形成多个孔或槽，所述多个孔或槽延伸至所述衬底顶部表面或内部；通过对所述多个孔或槽对所述衬底进行腐蚀处理，以形成多个支撑结构；以及淀积氮化物半导体材料，通过在所述多个孔或槽中所述第一氮化物半导体层的暴露部分进行横向生长，填充所述多个孔或槽，其后继续外延生长，在第一氮化物半导体层之上形成第二氮化物半导体层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭磊，李园，
申请(专利权)人：郭磊，李园，
类型：发明
国别省市：