[發明專利]使用晶格調整的晶疇匹配外延的化合物半導體的外延生長

在審

• 申請號: 201410499689.7
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104517817A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: A·M·霍里魯克;D·斯蒂爾恩茲
• 申請（專利權）人: 超科技公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 歐陽帆

技術領域

本發明涉及化合物半導體的外延生長，并且特別涉及使用晶格調整的晶疇匹配外延的這種生長。

背景技術

市場上存有發展用于在硅(Si)晶圓上形成不同半導體化合物的裝置級的異質外延膜的處理的強烈誘因。感興趣的材料包括金屬互化物碳化硅(SiC)與特別幾種合金系列，例如硅鍺(Si_xGe_1-x)、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN)、砷化鎵鋁(Ga_xAl_1-xAs)、砷化銦鎵(In_xGa_1-xAs)、磷化銦鎵(In_xGa_1-xP)及砷化銦鋁(In_xAl_1-xAs)。其他感興趣的材料包括光電化合物，例如氧化鋅(ZnO)。主要的經濟效益是相較于傳統硅，這些材料通常有較優越的電力及光電特性。這些材料的應用包括高功率晶體管及開關、高電子遷移率晶體管、激光二極管、太陽能電池及檢測器。

不幸的是，與硅(Si)不同，這些材料不能大量生產，因為目前無法以隨后能被處理以形成大型晶圓(例如300mm)的大型晶塊的方式生長這些材料。因此，目前尚未能享受多年來通過由硅晶圓所形成的硅裝置所帶來的經濟效益及成本降低。

有鑒于上述問題，目前需要在硅(Si)晶圓上生長單晶化合物半導體并且然后使用這些作為基板以形成更復雜的異質結構的方法。此類的方法將可以以相對低的成本制造優越的電子及光電裝置。

發明內容

本公開的一個方面是一種使用晶體基板(crystalline?substrate)外延生長最終膜的方法，其中出于所有實際目的最終膜無法直接生長在晶體基板的表面上。該方法包括在晶體基板的表面上形成過渡層。過渡層具有晶格間距，其在過渡層的上表面與下表面之間變化。過渡層下表面處的晶格間距與晶體基板的晶格間距匹配在7％的第一晶格失配度內。過渡層上表面的晶格間距與最終膜的晶格間距匹配在7％的第二晶格失配度內。該方法還包括在過渡層的上表面上形成最終膜。在該方法的不同的實施例中，第一與第二晶格失配度可為2％、1％或基本上0％。

本公開的另一個方面是一種使用晶體基板來外延生長具有晶格間距a_F的期望的(最終的)膜的方法，該晶體基板具有上表面及晶格間距a_S。該方法包括:在晶體基板的上表面上形成至少一個過渡層，該至少一個過渡層具有下表面、上表面、厚度h及晶格間距a_T(z)，該晶格間距a_T(z)在該至少一個過渡層的下表面與上表面之間變化，使得在該至少一個過渡層的下表面處的晶格間距a_T(0)滿足m·a_T(0)＝n·a_S，并在7％的第一晶格失配度內，其中n與m為整數，并且在該至少一個過渡層的上表面處的晶格間距a_T(h)滿足i·a_T(h)＝j·a_F的關系，并在7％的第二晶格失配度內，其中i與j為整數；以及在過渡層的上表面上形成期望的膜。在該方法的各種實施例中，第一及第二晶格失配度可為2％、1％或基本上0％。

本公開的另一個方面是一種如上所述的方法，其中該晶體基板包括選自由Si、Ge、SiGe、AlN、GaN、SiC及金剛石所構成的材料組中的材料。

本公開的另一個方面是一種如上所述的方法，其中該晶體基板包括Si，并且其中形成過渡層的步驟包括將Ge注入Si基板中并且然后對注入的Ge進行退火。

本公開的另一個方面是一種如上所述的方法，其中該晶體基板包括合金。

本公開的另一個方面是一種如上所述的方法，其中形成該至少一個過渡層包括使用選自由蒸發、濺射、化學氣相沉積、金屬有機化學氣相沉積、原子層沉積和激光輔助原子層沉積所構成的沉積處理組中的沉積處理。

本公開的另一個方面是一種如上所述的方法，其中該至少一個過渡層包括選自由Ge_xSi_1-x、Ga_xAl_1-xN、Ga_xAl_1-xAs、In_xGa_1-xAs、In_xGa_1-xP和In_xAl_1-xAs所構成的材料組中的材料。