復(fù)合襯底的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的引用
[0002] 當(dāng)前申請要求美國臨時申請No. 61/978, 184和61/978, 185的權(quán)益，兩者都在2014 年4月10日提交，并且兩者都通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開通常涉及襯底，并且更具體地涉及配置用于改善其上的半導(dǎo)體層的外延生 長的復(fù)合襯底。
【背景技術(shù)】
[0004] 在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和器件的外延生長中，需要引發(fā)半導(dǎo)體材料生長的襯底，并且該襯 底充當(dāng)用于生長的半導(dǎo)體層的支撐。襯底的性質(zhì)對外延生長的半導(dǎo)體層的質(zhì)量起關(guān)鍵作 用。例如，襯底與在其上外延生長的半導(dǎo)體材料之間的晶格失配引起應(yīng)力并且可以導(dǎo)致半 導(dǎo)體材料中的位錯的形成。位錯可以顯著地使襯底上形成的半導(dǎo)體器件（例如發(fā)光二極管 (LED))的性能惡化。另外，襯底與外延生長層之間的熱膨脹系數(shù)的差可以在半導(dǎo)體層中引 起應(yīng)力。最后，假設(shè)襯底具有低的總熱阻，則襯底可以用于器件的高效熱管理。因此，最優(yōu) 選地，襯底應(yīng)當(dāng)由與要在其上外延生長的相同材料制成。襯底和外延生長層具有相同材料 的情況稱為同質(zhì)外延。
[0005] 可惜的是，一些廣泛使用的化合物半導(dǎo)體材料（諸如，氮化鎵（GaN)以及其它第三 族氮化物）在它們的體（bulk)制造中有重大問題。以單晶晶片形式的體材料的生產(chǎn)可以 是如此挑戰(zhàn)并且昂貴的以至于其不適合于工業(yè)級制造。在這種情況下，必須使用異質(zhì)襯底 (也稱為異相襯底），即，由不同于要在其上外延生長的材料的材料制成的襯底。然而，盡管 仔細(xì)地優(yōu)化用于要生長的實際半導(dǎo)體材料的襯底材料，但是（即使并非不可能）也很難完 全消除晶格失配和異質(zhì)襯底與要在其上生長的材料之間的熱膨脹差的不利影響。為了避免 這些不期望的作用，已經(jīng)開發(fā)了用于不同材料的外延生長的不同種類的半導(dǎo)體模板。模板 典型地是調(diào)節(jié)為具有覆蓋層的異質(zhì)襯底的多層外延結(jié)構(gòu)，該覆蓋層由優(yōu)化用于稍后的半導(dǎo) 體器件結(jié)構(gòu)的外延生長的材料制成。通過使用這種模板，例如，GaN器件可以在藍(lán)寶石襯底 上生長。盡管這種模板改善外延層的質(zhì)量，但是還不能夠充分地抑制熱機械應(yīng)力的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于【背景技術(shù)】，發(fā)明人認(rèn)識到需要用于提供用于在其上外延生長高質(zhì)量化合物半 導(dǎo)體的襯底的有效和/或低成本的解決方案。
[0007] 本發(fā)明的方面提供了配置用于在其上外延生長半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底。復(fù)合襯底包 括由具有不同熱膨脹系數(shù)的不同材料制成的多個襯底層。半導(dǎo)體層的材料的熱膨脹系數(shù)可 以在襯底層材料的熱系數(shù)之間。復(fù)合襯底可以具有配置為減小在針對使用異質(zhì)結(jié)構(gòu)制造的 器件的工作溫度和/或室內(nèi)溫度下的半導(dǎo)體層內(nèi)的拉伸應(yīng)力量的復(fù)合熱膨脹系數(shù)。
[0008] 本發(fā)明的第一方面提供了制造異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括：獲得包括多個襯底 層的復(fù)合襯底，其中多個襯底層包括由具有第一熱膨脹系數(shù)的第一材料制成的第一襯底層 和由具有不同于第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)的第二材料制成的第二襯底層；在復(fù)合 襯底上外延地生長具有第三熱膨脹系數(shù)的半導(dǎo)體層，其中第三熱膨脹系數(shù)大于或等于第一 熱膨脹系數(shù)并且小于或者等于第二熱膨脹系數(shù)，并且其中對復(fù)合襯底的復(fù)合熱膨脹系數(shù)進 行選擇以減小在下列溫度中的至少一個下的半導(dǎo)體層內(nèi)的拉伸應(yīng)力量：針對使用異質(zhì)結(jié)構(gòu) 制造的器件的工作溫度或者室內(nèi)溫度。
[0009] 本發(fā)明的第二方面提供了一種方法，該方法包括：制造用于器件的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該制 造包括：基于要在復(fù)合襯底上外延生長的半導(dǎo)體層的材料選擇用于復(fù)合襯底的多個襯底層 中的每一個的材料和厚度，其中該選擇包括選擇用于具有第一熱膨脹系數(shù)的第一襯底層的 第一材料和用于具有不同于第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)的第二襯底層的第二材料， 其中半導(dǎo)體層的材料的第三熱膨脹系數(shù)大于或等于第一熱膨脹系數(shù)并且小于或者等于第 二熱膨脹系數(shù)，并且其中復(fù)合襯底的復(fù)合熱膨脹系數(shù)配置為減小在下列溫度中的至少一個 下的半導(dǎo)體層內(nèi)的拉伸應(yīng)力量：針對使用異質(zhì)結(jié)構(gòu)制造的器件的工作溫度或者室內(nèi)溫度； 制造包括多個襯底層的復(fù)合襯底；以及在復(fù)合襯底上外延地生長半導(dǎo)體層。
[0010] 本發(fā)明的第三方面提供一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括：包括多個襯底層的復(fù)合 襯底，其中多個襯底層包括由具有第一熱膨脹系數(shù)的第一材料制成的第一襯底層和由具有 第二熱膨脹系數(shù)的第二材料制成的第二襯底層，第二熱膨脹系數(shù)不同于第一熱膨脹系數(shù)； 以及直接在復(fù)合襯底上外延地生長的復(fù)合襯底上的具有第三熱膨脹系數(shù)的半導(dǎo)體層，其中 第三熱膨脹系數(shù)大于或等于第一熱膨脹系數(shù)并且小于或者等于第二熱膨脹系數(shù)，并且其中 復(fù)合襯底的復(fù)合熱膨脹系數(shù)基本上與半導(dǎo)體膜的平均溫度熱膨脹系數(shù)匹配。
[0011] 本發(fā)明的說明性方面設(shè)計為解決此處描述的問題中的一個或者多個和/或此處 未討論的一個或者多個其它問題。
【附圖說明】
[0012] 通過結(jié)合描繪本發(fā)明各種方面的附圖進行的本發(fā)明各種方面的下列詳細(xì)說明將 更容易理解本公開的這些特性以及其它特性。
[0013] 圖1示出了根據(jù)實施例的說明性復(fù)合襯底的示意圖。
[0014] 圖2示出了根據(jù)實施例包括復(fù)合襯底的說明性異質(zhì)結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0015] 圖3示出了根據(jù)實施例包括任意數(shù)量的襯底層的說明性復(fù)合襯底的示意圖。
[0016] 圖4示出了根據(jù)實施例的說明性復(fù)合襯底的示意圖。
[0017]圖5示出了根據(jù)實施例的說明性發(fā)射器件的示意圖。
[0018]圖6示出了根據(jù)實施例的說明性晶體管的示意圖。
[0019]圖7示出了根據(jù)實施例用于制造電路的說明性流程圖。
[0020] 注意，附圖可以不按比例。附圖旨在描繪僅本發(fā)明的典型方面，并且因此不應(yīng)該被 看作對本發(fā)明范圍的限制。在附圖中，相同標(biāo)號表示附圖之間的相同元素。
【具體實施方式】
[0021] 如上面所指出的，本發(fā)明的方面提供了配置用于在其上外延生長半導(dǎo)體層的復(fù)合 襯底。復(fù)合襯底包括由具有不同熱膨脹系數(shù)的不同材料制成的多個襯底層。半導(dǎo)體層的材 料的熱膨脹系數(shù)可以在襯底層材料的熱系數(shù)之間。復(fù)合襯底可以具有配置為減小在針對使 用異質(zhì)結(jié)構(gòu)制造的器件的工作溫度和/或室內(nèi)溫度下的半導(dǎo)體層內(nèi)的拉伸應(yīng)力量的復(fù)合 熱膨脹系數(shù)。如此處使用的，除非另作說明，術(shù)語〃組〃意味著一個或者多個（即，至少一 個）以及短語"任何解決方案"意味著現(xiàn)在任何已知或者稍后開發(fā)的解決方案。
[0022] 轉(zhuǎn)到附圖，圖1示出了根據(jù)實施例的說明性復(fù)合襯底10A的示意圖，而圖2示出了 根據(jù)實施例的包括復(fù)合襯底10B的說明性異質(zhì)結(jié)構(gòu)20的示意圖。參照圖1和圖2,如所圖 示的，每個復(fù)合襯底10A、10B分別包括多個襯底層12A、12B以及12C-12E的層壓制件。每 個復(fù)合襯底10A、10B包括兩個或更多個不同襯底材料的襯底層12A-12E。在此程度上，對于 復(fù)合襯底10A，襯底層12A由與用于形成襯底層12B的材料不同的材料制成。類似地，對于 復(fù)合襯底10B，每個襯底層12C-12E可以由不同材料制成，或者襯底層12C-12E中的最多兩 個可以由相同材料制成。
[0023] 可以使用任何解決方案將兩個緊密相鄰的襯底層（諸如襯底層12A、12B)剛性地 彼此附接。例如，可以使用接合材料14將襯底層12A、12B彼此附接。在這種情況下，可以 將接合材料14涂敷至襯底層12A、12B中的一個或者兩者的表面，該襯底層12A、12B可以隨 后壓在一起?？梢岳萌魏谓雍喜牧?4,其可以基于使用任何解決方案接合的襯底層12A、 12B的材料進行選擇。在實施例中，接合材料14是二氧化硅，其涂敷在襯底層12A、12B之 間，并且復(fù)合襯底10A可以隨后加熱和/或經(jīng)受升高的壓力。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以利用其 它合適的接合材料14。無論如何，特定接合材料14必須能夠承受用于生長半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu) 的生長溫度。
[0024] 另外，可以基于使用化合物襯底10