[發明專利]半導體結構及其形成方法

有效

• 申請號: 201810901040.1
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN110828626B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 汪巍;方青;涂芝娟;曾友宏;蔡艷;王慶;王書曉;余明斌
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/34;H01L33/00
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤

該發明涉及一種半導體結構及其形成方法，其中，所述半導體結構的形成方法包括以下步驟：提供一襯底；在所述襯底表面形成緩沖層；在所述緩沖層表面形成應變層，且所述應變層的厚度小于弛豫臨界厚度；刻蝕所述緩沖層，形成支撐柱，使所述應變層懸空，將所述應變層的應力完全釋放；在應力完全釋放的所述應變層表面外延生長弛豫層，且所述弛豫層的材料與所述應變層的材料相同。所述半導體結構包括襯底；位于所述襯底表面的支撐柱；位于所述襯底上方，由所述支撐柱支撐的應變層，所述應變層的厚度小于弛豫臨界厚度；位于所述應變層表面的弛豫層，所述弛豫層的材料與所述應變層的材料相同。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種半導體結構及其形成方法。

背景技術

現有技術中制備半導體材料時，半導體材料通常生長在與半導體材料本身晶格常數不同的基底上。由于基底與半導體材料的晶格常數的不同，半導體材料內部的拉、壓應變對半導體材料的直接帶隙、間接帶隙的轉換的影響以及半導體材料的生長厚度受到弛豫臨界厚度限制的問題都不容忽視。

現有技術中常采用直接帶隙材料制成半導體光子學器件，以實現高效發光，如GeSn合金。GeSn合金的最大特點在于能帶結構能由Sn組分進行調控。可以通過控制所述GeSn合金中的Sn組分的摩爾分數，將所述GeSn合金由間接帶隙轉換為直接帶隙。當Sn組分大于6％時，GeSn合金成為直接帶隙材料。

在GeSn合金的制備過程中，拉、壓應變影響其由間接帶隙材料到直接帶隙材料的轉換。當GeSn合金受到壓應變時，其轉換為直接帶隙所需的Sn組分極大提升。另外，所述GeSn合金的厚度也受到所述弛豫臨界厚度的限制。所述GeSn合金的厚度必須在弛豫臨界厚度以內，以防止所述GeSn合金產生高密度的位錯。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體結構及其形成方法，使獲得一種弛豫的半導體材料，所述半導體材料不受弛豫臨界厚度限制。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案提供了一種半導體結構的形成方法，包括以下步驟：提供一襯底；在所述襯底表面形成緩沖層；在所述緩沖層表面形成應變層，且所述應變層的厚度小于弛豫臨界厚度；刻蝕所述緩沖層，形成支撐柱，使所述應變層懸空，將所述應變層的應力完全釋放；在應力完全釋放的所述應變層表面外延生長弛豫層，且所述弛豫層的材料與所述應變層的材料相同。

可選的，所述刻蝕工藝對所述緩沖層和應變層的刻蝕速率比大于100。

可選的，在所述襯底與懸空的應變層之間形成保護層，所述保護層暴露所述應變層表面。

可選的，所述保護層的表面與所述應變層的上表面齊平；或者所述保護層的表面高于所述應變層的上表面且所述保護層具有一開口暴露出所述應變層的上表面；所述上表面為所述應變層的與所述緩沖層相對的另一側表面。

可選的，在刻蝕所述緩沖層之前，垂直刻蝕所述應變層和緩沖層至襯底表面，以調整所述應變層和緩沖層的尺寸。

可選的，所述弛豫層的厚度大于所述應變層的弛豫臨界厚度。

可選的，所述弛豫層的厚度大于100nm。

可選的，所述弛豫層的材料包括GeSn合金、InGaP合金、InAlP合金以及InAlGaSb合金中的至少一種。

可選的，采用外延生長工藝形成所述緩沖層，且所述緩沖層的厚度大于弛豫臨界厚度。

為了解決上述技術問題，本發明還提供了一種半導體結構，包括襯底；位于所述襯底表面的支撐柱；位于所述襯底上方，由所述支撐柱支撐的應變層，所述應變層的厚度小于弛豫臨界厚度；位于所述應變層表面的弛豫層，所述弛豫層的材料與所述應變層的材料相同。

可選的，所述襯底與懸空的應變層之間形成有保護層，所述保護層暴露所述應變層表面。