一种外延结构及其制备方法技术

公开了一种外延结构及其制备方法，所述外延结构包括：硅衬底，所述硅衬底具有第一表面；外延层，所述外延层设置在所述第一表面；所述外延层包括若干子外延层和网格状裂纹，所述若干子外延层被配置为由所述网格状裂纹隔开，所述外延层的材料为III

【技术实现步骤摘要】
一种外延结构及其制备方法


[0001]本公开涉及半导体
，特别是涉及一种外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]III
‑
V族半导体材料由于其具有直接带隙、禁带宽度大、击穿场强高、易于制备异质结结构、抗辐射、耐腐蚀热稳定性好等优良性能被广泛的用于发光器件和高频高功率电子器件的制作。以氮化镓器件为例，目前由于缺少高质量大尺寸的氮化镓衬底，氮化镓基器件薄膜通常是通过异质外延的生长方法制备在蓝宝石、碳化硅、硅等衬底上。
[0003]相较于蓝宝石和碳化硅衬底，硅衬底具有晶圆尺寸大、晶体质量高、热导率较好、单片价格低、衬底电导率易于调整等优点。同时硅衬底的制备和后续加工技术也是比较成熟的使得硅衬底成为目前用于氮化镓外延的一种重要衬底。硅衬底上异质生长III
‑
V族材料薄膜时，由于外延薄膜和衬底之间存在较大的热失配，为了获得低翘曲的外延片需要在高温外延生长中存储足够的压应力补偿降温过程中热失配产生的张应力。例如，硅衬底上外延生长氮化镓时当存储压应力不足时会导致外延片表面出现裂纹从而影响外延片质量和良率。硅衬底在高温外延生长氮化镓时可以存储的压应力是有限的，过大的压应力会导致硅衬底发生塑性形变最终影响外延片的翘曲。

技术实现思路

[0004]为降低外延薄膜和衬底之间存在较大的热失配给外延结构质量带来的影响，本公开提供一种外延结构及其制备方法。
[0005]本公开的一方面，提供一种外延结构，其包括：
[0006]硅衬底，所述硅衬底具有第一表面；<br/>[0007]外延层，所述外延层设置在所述第一表面；
[0008]所述外延层包括若干子外延层和网格状裂纹，所述若干子外延层被配置为由所述网格状裂纹隔开，所述外延层的材料为III
‑
V族材料。
[0009]本公开的一方面，提供一种外延结构，其包括：
[0010]硅衬底，所述硅衬底具有第一表面和背离所述第一表面的第二表面；
[0011]外延层，所述外延层设置在所述第一表面；
[0012]所述外延层包括若干子外延层和网格状裂纹，所述若干子外延层被配置为由所述网格状裂纹隔开，所述外延层的材料为III
‑
V族材料；
[0013]所述第二表面上设置有向所述第一表面方向凹陷的网格状图案，所述网格状裂纹在所述第二表面上的投影与所述网格状图案重合或重叠。
[0014]本公开的一方面，提供一种外延结构，其包括：
[0015]硅衬底，所述硅衬底具有第一表面；
[0016]外延层，所述外延层设置在所述第一表面；
[0017]所述外延层包括若干子外延层和网格状裂纹，所述若干子外延层被配置为由所述
网格状裂纹隔开，所述外延层的材料为III
‑
V族材料；
[0018]所述硅衬底内部设置有网格状图案埋层，所述网格状裂纹在所述网格状图案埋层所在平面上的投影与所述网格状图案埋层重合或重叠。
[0019]本公开的一方面，提供一种外延结构的制备方法，包括如下步骤：
[0020]提供硅衬底，所述硅衬底具有第一表面和背离所述第一表面的第二表面，所述第二表面上设置有向所述第一表面方向凹陷的网格状图案；
[0021]在所述硅衬底的第一表面进行若干次子外延生长，在所述硅衬底的第一表面得到外延层，所述外延层包括若干子外延层和网格状裂纹，所述若干子外延层被配置为由所述网格状裂纹隔开，所述外延层的材料为III
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V族材料，所述网格状裂纹在所述第二表面上的投影与所述网格状图案重合或重叠。
[0022]本公开的一方面，提供一种外延结构的制备方法，包括如下步骤：
[0023]提供硅衬底，所述硅衬底具有第一表面，所述硅衬底内部设置有网格状图案埋层；
[0024]进行若干次外延生长，在所述硅衬底的第一表面得到外延层，在所述硅衬底的第一表面进行若干次子外延生长，得到外延层，所述外延层包括若干子外延层和网格状裂纹，所述若干子外延层被配置为由所述网格状裂纹隔开，所述外延层的材料为III
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V族材料；所述网格状裂纹在所述网格状图案埋层所在平面上的投影与所述网格状图案埋层重合或重叠。
[0025]本公开的外延层具有网格状裂纹，采用本公开的外延结构和外延结构的制备方法，由于网格状裂纹为有序的，外延层的失配张应力得到有序释放，并减小高温外延生长时硅衬底翘曲。
附图说明
[0026]图1是本公开的外延结构的制备流程示意图；
[0027]图2是本公开的另一种外延结构的制备流程示意图；
[0028]图3是本公开的外延层及其网格装裂纹的局部放大示意图；
[0029]图4是本公开的第一种外延结构的结构示意图；
[0030]图5是本公开的第二种外延结构的结构示意图；
[0031]图6是本公开的第三种外延结构的结构示意图；
[0032]其中1、硅衬底，11、网格状图案，12、第一硅片，13、第二硅片，2、氮化物缓冲层，21、第一氮化物薄膜，22、第一裂纹，23、第二氮化物薄膜，24、第二裂纹，3、器件功能层，31、HEMT器件功能层，32、第三裂纹，33、LED器件功能层，4、网格状裂纹，40、外延层，41、子外延层。
具体实施方式
[0033]以下结合附图及实施例对本公开作进一步详细说明；但本公开的一种外延结构及其制备方法不局限于这些实施方式。
[0034]本公开的一些实施方式，提供一种外延结构的制备方法，包括如下步骤：
[0035]提供硅衬底，所述硅衬底具有第一表面和背离所述第一表面的第二表面，所述第二表面上设置有向所述第一表面方向凹陷的网格状图案；
[0036]进行若干次外延生长，在所述硅衬底的第一表面得到外延层，所述外延层包括若
干子外延层和网格状裂纹，所述若干子外延层被配置为由所述网格状裂纹隔开，所述外延层的材料为III
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V族材料，所述网格状裂纹在所述第二表面上的投影与所述网格状图案重合或重叠。所述重合是指所述网格状裂纹在所述第二表面上的投影与所述网格状图案大小、位置相同，所述重叠是指所述网格状裂纹在所述第二表面上的投影与所述网格状图案大小不相同，但部分相一致并叠加在一起。
[0037]本公开实施方式的外延结构的制备方法由于硅衬底在与外延生长的第一表面相背离的第二表面具有网格状图案，并且，由于网格状图案具有确定的图案，因此在外延生长时能诱导外延层沿着网格状图案生长，使在外延生长过程中热失配张应力释放得到有序控制，而不是使热失配张应力释放的释放呈现一种无序的状态并产生无序的裂纹，在第二表面设置相应的图案，也可以使外延生长更为有连续性，降低缺陷，不需要二次外延，节约工序。
[0038]外延生长过程中，外延层的生长中的热失配张应力是通过网格状图案控制得到释放的，外延层的网格状裂纹与网格状图案一一对应，因此，在一些实施方式中，所述网格状裂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延结构，其特征在于，包括：硅衬底，所述硅衬底具有第一表面和背离所述第一表面的第二表面，其中，所述第一表面为平面；外延层，所述外延层设置在所述第一表面；所述外延层包括若干子外延层和若干图案化裂纹，在背离所述硅衬底的方向上，所述若干子外延层均被配置为由所述图案化裂纹隔开。2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第二表面上设置有向所述第一表面方向凹陷的图案，所述图案化裂纹在所述第二表面上的投影与所述图案重合或重叠。3.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述硅衬底内部设置有图案埋层，所述图案化裂纹在所述图案埋层所在平面上的投影与所述图案埋层重合或重叠。4.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，所述硅衬底为硅(111)硅片，所述第二表面上设置的图案包括若干第一图案线，所述第一图案线被配置为沿所述硅衬底的&lt;110&gt;晶向延伸。5.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于，所述硅衬底为硅(111)硅片，所述硅衬底内部设置的图案埋层中包括若干第一图案线，所述第一图案线被配置为沿所述硅衬底的&...

【专利技术属性】
技术研发人员：房育涛，蔡文必，叶念慈，张富钦，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：