通过横向扩散液相外延的半导体形成制造技术

本发明专利技术涉及通过横向扩散液相外延来生长半导体材料的方法，该方法包括以下步骤：提供具有晶体结构的单晶半导体基片，其中该基片的至少一部分被掩模层覆盖，该掩模层具有至少一个用于在所述基片上产生种子线的开口；放置具有防止半导体生长的表面条件的板，使其与所述种子线基本重叠，其中所述板与所述基片分开一定距离；使用生长液包围所述板和所述基片，该生长液包含处于至少一种熔融金属中的半导体的饱和溶液；将所述板和所述基片放入加热至一定温度的炉；和降低炉的温度，以促进饱和溶液中的半导体沉淀并引发半导体在所述基片上沿种子线外延生长，其中所述板起到限制沿垂直方向的外延生长的作用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及通过横向扩散液相外延来生长半导体材料的方法，该方法包括以下步骤：提供具有晶体结构的单晶半导体基片，其中该基片的至少一部分被掩模层覆盖，该掩模层具有至少一个用于在所述基片上产生种子线的开口；放置具有防止半导体生长的表面条件的板，使其与所述种子线基本重叠，其中所述板与所述基片分开一定距离；使用生长液包围所述板和所述基片，该生长液包含处于至少一种熔融金属中的半导体的饱和溶液；将所述板和所述基片放入加热至一定温度的炉；和降低炉的温度，以促进饱和溶液中的半导体沉淀并引发半导体在所述基片上沿种子线外延生长，其中所述板起到限制沿垂直方向的外延生长的作用。【专利说明】通过横向扩散液相外延的半导体形成相关申请的交叉引用本申请要求2011年5月17日递交的美国临时申请61/487，005号的优先权，通过援引将其内容并入本说明书中。
技术介绍
当前，用于单晶半导体晶片或基片制造的技术涉及从单晶半导体晶锭切割薄晶片。切割之后，晶片需要抛光以除去切割加工所造成的损坏。切割和抛光加工是昂贵的，并且引起大量材料浪费。液晶外延(LPE)技术系为解决这些问题而开发，并已用于在大大低于所沉积的半导体熔点的温度从基片上的熔融物生长优质半导体层。与其他外延技术相比，LPE具有较高的生长速率，而装置和操作的资金成本均较低。许多金属可以用于LPE硅生长，如锡、铜、铝和铟。形成了硅的熔融金属溶液。由于铟具有低熔点(156.6°C)，因此较多的硅会溶解于液铟中，从而形成铟/硅合金。由于硅在铟中的溶解度随温度降低而降低，因此当硅饱和的铟熔融物的温度降低时，硅在铟中的溶解度的降低导致硅成核以及在基片上外延生长。在温度为1300°C时，铟在硅中的最大溶解度为2.5 X IO18原子/cm—3。液相外延的限制之一在于外延生长的结构必须在单晶基片上得到支持。因此，新晶片必须从支持基片上切除，导致材料因切割和抛光而损失，由此增加了生产成本。因此，仍然需要生长自支持的单晶半导体片的技术。
技术实现思路
本文公开的是通过横向扩散液相外延(Lateral Diffusion Liquid PhaseEpitaxy)生长半导体材料的方法，目的是实现自支持的液晶半导体结构。在一个实施方式中，描述了一种生长半导体晶片的方法。所述方法可以包括:提供单晶半导体基片，所述基片有至少一部分被掩模层所覆盖，该掩模层具有至少一个产生种子线(seed line)用开口 ；放置一块与种子线基本重叠的板，使该板与基片分开一定距离；使用生长液包围板和基片；将板和基片放入经加热的炉中；并降低炉温。板可以具有防止半导体生长的表面条件。生长液可以包括处于至少一种熔融金属中的半导体的饱和溶液。降低炉温可以促进半导体沉淀，并引发半导体在基片上沿种子线外延生长。板起到限制沿垂直方向的外延生长的作用。在一个实施方式中，描述了一种适于生长半导体晶片的耐火装置。该装置可以包括滑舟(slideboat)、第一滑块和第二滑块。滑舟可以被构造为可保持处于至少一种熔融金属中的半导体的饱和溶液。第一滑块可以被构造为可保持至少一块板。第二滑块可以被构造为可保持至少一个基片和至少一个晶片。放置第一滑块和第二滑块，使得所述至少一个基片和所述至少一块板分开一定距离，并且所述至少一块板与所述至少一个基片基本重叠。所述至少一块板起到限制至少一个晶片沿垂直方向的外延生长和促进沿水平方向的外延生长的作用。在一个实施方式中，半导体晶片可以通过下述方法制备，所述方法包括:提供单晶半导体基片，所述基片有至少一部分被掩模层所覆盖，所述掩模层具有至少一个产生种子线用开口 ；放置一块与种子线基本重叠的板，使该板与基片分开一定距离；使用生长液包围板和基片；将板和基片放入经加热的炉中；并降低炉温。板可以具有防止半导体生长的表面条件。生长液可以包括半导体在至少一种熔融金属中的饱和溶液。降低炉温可以促进半导体沉淀，并引发半导体在基片上沿种子线外延生长。板起到限制沿垂直方向的外延生长的作用。【专利附图】【附图说明】图1显示的是铟/硅体系的二元相图。图2显示的是一个实施方式的说明性耐火装置。图3显示的是基片和种子线取向。图4显示的是LPE硅生长的一个周期。图5显示的是种子线与中央条交叉点处的单晶硅条带的45°视图。图6显示的是沿一条种子线生长的两个硅条带的45°视图。图7显示的是在一条种子线上的LPE硅条带的横截面图。图8显示的是LPE硅条带的底平面与基片表面之间的4°角和硅条带的面与面之间的70°角。图9显示的是在910°C的较差成核所引起的中央条区中的穴和孔。图10显示的是其生长在910°C终止的硅条带的横截面。图11以二维横截面图显示了推定的生长过程。图12显示的是在100X50的蚀刻背沟中的1000个硅原子生长。图13显示的是在100X 10的蚀刻背沟中的硅原子生长和在掩模上的过度生长。【具体实施方式】本公开内容不限于所描述的特定系统、装置和方法，它们可以有所变化。描述中所使用的术语仅旨在描述特定形式或实施方式，而不意在限制范围。除非上下文明确指出，本文件中所使用的单数形式“一种”和“该”(“a”、“an”和“the”)包括复数指代物。除非另有限定，否则本文中所使用的所有科技术语具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。本公开中的任何内容均不应解释为承认本公开所描述的实施方式不能享有借助作为在先专利技术而先于这些公开内容的权利。本文件中所使用的术语“包括”是指“包括但不限于”。术语“晶片(wafer)，，、“片(sheet) ”、“小片(platelet) ”及其复数是指所指代的材料的薄结构，并且除非上下文明确指出，否则被可互换地使用。本文公开的是通过横向扩散液相外延生长半导体材料的方法，目的是实现自支持的液晶半导体结构。本文所公开的方法通过限制基片上的垂直方向成核而有利于沿侧壁的结构生长。这引起表面光滑度的增强，由此降低或消除了对于抛光由此形成的片或晶片的表面(及其造成的损耗)的需求。该方法中所使用的设备的几何形状限制了由此生长的片的厚度，由此获得高纵横比(宽/厚)的片。在一些方面中，描述了一种生长半导体晶片的方法。所述方法可以包括:提供单晶半导体基片，所述基片有至少一部分被掩模层所覆盖，该掩模层具有至少一个产生种子线(seed line)用开口 ；放置一块与种子线基本重叠的板，使该板与基片分开一定距离；使用生长液包围板和基片；将板和基片放入经加热的炉中；并降低炉温。板可以具有防止半导体生长的表面条件。生长液可以包括处于至少一种熔融金属中的半导体的饱和溶液。降低炉温可以促进半导体沉淀，并引发半导体在基片上沿种子线外延生长。板起到限制沿垂直方向的外延生长的作用。在一些实施方式中，基片可以由如S1、GaAs、Ge、SiC等半导体材料或其组合构成。在一些实施方式中，所述方法可以还包括在用掩模层覆盖之前清洁基片。在一些实施方式中，清洁可以包括在如丙酮、甲醇、乙醇、丙醇等有机溶剂或其组合存在下对基片进行超声处理，以除去基片表面的任何有机残余物。在一些实施方式中，可以将基片在沸腾的酸溶液(例如，H2SO4的H2O2溶液和HCl的H2O2溶液)中进一步清洁，随后用水冲洗。在一些实施方式中，水可以是去离子水。在一些实施方式中，基片可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·基泰，于豪灵，李博，
申请(专利权)人：麦克马斯特大学，
类型：
国别省市：