[發明專利]一種化合物半導體襯底的制備方法在審

申請號：	201410016843.0	申請日：	2014-01-14
公開（公告）號：	CN103794471A	公開（公告）日：	2014-05-14
發明（設計）人：	陳邦明;常永偉;王曦	申請（專利權）人：	上海新儲集成電路有限公司
主分類號：	H01L21/02	分類號：	H01L21/02;H01L21/265
代理公司：	上海申新律師事務所 31272	代理人：	吳俊
地址：	201500 上***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種化合物半導體襯底制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及半導體領域，具體涉及一種化合物半導體襯底的制備方法。

背景技術

隨著新材料技術的發展，化合物半導體材料由于具有電子飽和漂移速率高、熱導率大、能帶寬、抗輻射能力強以及良好的化學穩定性等優異的物理化學以及電學特性，在超高頻、大功率、高效率等方面表現出優越的性能，基于砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）、磷化銦（InP）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等半導體材料的核心芯片以其高性能、多功能、集成化高的優勢在各類信息系統中發揮著關鍵作用。化合物半導體電子器件已經成為發展信息大容量傳輸和高速處理、獲取的重要器件。

硅基體上實現高性能的化合物半導體薄膜，一直是研究人員和工業界追求的目標。一方面，硅襯底具有晶圓尺寸大、成本低廉、易剝離等優點，可以大大降低化合物器件的成本，另一方面，可以充分利用硅基材料與化合物材料的結合實現多功能器件和電路的融合和集成一體化。因此，大尺寸硅基化合物半導體薄膜的生長是未來化合物半導體跨越式發展的關鍵。

但是，在硅基襯底上制備化合物半導體薄膜面臨著諸多挑戰和問題。首先，由于硅襯底與化合物半導體存在較大的失配問題，主要為晶格常數失配、熱膨脹系數失配。晶格常數失配在異質外延過程中將引入大量的位錯與缺陷；熱膨脹系數差異將導致熱失配，在高溫生長后的降溫過程中產生熱應力，從而使外延層的缺陷密度增加甚至產生裂紋；其次是極性問題，硅原子間形成純共價鍵屬非極性半導體，而化合物半導體材料（如GaN）原子間是極性鍵屬極性半導體。因此，所形成的極性/非極性異質結界面的電子結構、晶格失配、界面電荷和偶極矩、帶階、輸運特性等都會有很大的不同，對器件性能有顯著影響；另外，還有硅襯底上Si原子的擴散問題：在高溫生長過程中Si原子的擴散加劇，導致外延層中會含有一定量的Si原子，這些Si原子易于與生長氣氛中的氨氣發生反應，而在襯底表面形成非晶態SixNy薄膜，降低外延層的晶體質量。目前，雖然通過大量的研究進一步降低了異質外延生長中的位錯和缺陷密度等，但是仍未能獲得器件所要求的硅基化合物半導體晶圓。

中國專利（CN101436531）公開了一種用于制備化合物半導體襯底的方法。所述方法包含:在襯底上涂覆多個球體;在涂覆有球體的襯底上生長化合物半導體外延層,同時使得在球體下方形成孔隙;以及冷卻上面生長化合物半導體外延層的襯底,使得襯底和化合物半導體外延層沿著孔隙自動分離。球體處理可減少位錯產生。另外,因為通過自動分離來分離襯底和化合物半導體外延層,所以不需要激光剝離過程。

該方法是通過在底上涂覆多個球體然后再制備形成外延層，進而可減少位錯產生并方便進行后續的剝離，但是該方法的制備難度較大，需要在襯底上制備相應形狀的間隔物，因此成本也較高。

發明內容

本發明公開了一種化合物半導體襯底制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

提供一施主襯底，在所述施主襯底上制備一氣體收集緩沖層后，繼續在所述氣體收集緩沖層上方制備一外延層；

進行離子注入工藝；在所述外延層上方制備一氧化層；

提供一支撐襯底，并與上述處理后的施主襯底鍵合；

將完成以上步驟制備形成的結構上下翻轉后并進行退火工藝，在氣體收集緩沖層附近起泡剝離，移除所述氣體收集緩沖層及施主襯底，形成所述化合物半導體襯底。

上述的制備方法，其特征在于，所述施主襯底材料為GaAs；

所述施主襯底直徑2～6英寸，厚度為0.1～1mm。

上述的制備方法，其特征在于，通過外延生長工藝制備形成所述氣體收集緩沖層；

其中，所述氣體收集緩沖層材質為InGaAs，且所述氣體收集緩沖層的厚度小于20nm。

上述的制備方法，其特征在于，所述外延層材質為單晶GaAs層，且該外延層厚度為1～1000nm。