[发明专利]基于外延生长来制造半导体设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备和其制造，本发明尤其涉及制造具有异质结构的半导体设备的方法。本发明也涉及由该方法制造的半导体设备。

背景技术

半导体设备可通过例如所谓的“晶片键合”制造。晶片键合是在晶片量级的包装技术，适于例如微机电系统(MEMS)、纳米机电系统(NEMS)、微电子学和光电子学的制造。典型地，晶片键合确保机械稳定和气密密封封装。典型地，制造的晶片(包括半导体)对于MEMS/NEMS可具有范围从100mm至200mm(从4英寸至8英寸)的直径和至多300mm(12英寸)，用于生产比如微电子学和光电子学的半导体设备。

不幸地，对于一些应用，通过晶片键合制造的半导体设备的成本高并且制造该设备的方法的产率低，原因是在衬底(比如异质衬底)上键合的半导体的有限的可用晶片尺寸。晶片键合也受限于衬底可用的有效晶片尺寸，其通常比常规尺寸的异质衬底更小。半导体材料和异质衬底之间的合适性存在疑问，并且在最坏的情况下可导致材料结合问题。在半导体设备运行期间两个材料之间的结合故障可能是灾难性的。

而且，其他技术已经用于制造半导体设备，比如使用外延技术和尤其的“选择性外延生长”的技术。这在例如“由选择性外延生长制造多层绝缘硅(Multiple Layers of Silicon-on-Insulator Islands Fabrication by Selective Epitaxial Growth),S.Pae,等.IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，VOL.20,NO.5,1999年5月”，IEEE。

发明内容

根据本发明的一方面，提供基于外延生长制造半导体设备的方法。可使用根据本发明方法制造的半导体设备的尺寸仅仅由异质衬底的可用的晶片尺寸决定，其通常对于硅(Si)衬底可以是12英寸大小。而且，由于外延生长固有的特征，半导体材料和异质衬底之间的合适性优于现有技术方法。

本文中，术语“半导体设备”包括任何半导体设备前体，比如半导体衬底，一直到并且包括半导体设备比如准备使用的半导体激光器。

本文中，术语“异质”意思是生长的半导体和衬底由不同的材料制成。

根据本发明的实施方式，提供制造半导体设备，比如半导体衬底的方法。该方法包括下述步骤：在异质半导体衬底的前侧上形成缓冲层和晶种层，随后处理以提供一个或多个晶种岛状台面，其通常在异质半导体衬底上具有特定取向。然后在至少一个晶种岛状台面上形成绝缘掩模层。绝缘掩模层具有设置在晶种岛状台面上的开孔。如果没有，则在绝缘掩模层中设置开孔。然后从绝缘掩模层的开孔使具有彼此生长为一体的连续半导体区域的半导体生长层生长。该生长是选择性的：外延、垂直和横向，其中具有高缺陷密度的第一区域仅仅从开孔垂直生长，同时其他区域生长直到至少一个具有低缺陷密度的半导体区域与半导体衬底的前侧聚结(coalesce)。可通过蚀刻去除半导体生长层的具有高缺陷密度的第一区域和第二区域并且不蚀刻具有低缺陷密度的第三区域，通常制备半导体层来避免被蚀刻以用于半导体设备制造。

这样，可在异质衬底上制造具有异质结构，例如具有低缺陷密度的半导体衬底的半导体设备。

一般而言，台面是具有平台的陆地升高的区域，其所有侧壁由陡峭的悬崖围绕。本文中，术语“台面”意思是半导体衬底上半导体没有被蚀刻的区域。典型地，台面上升高于围绕的半导体衬底，并且升高区域的高度通常是数微米。

这样，提供处理异质衬底的方法，其中半导体材料的晶种岛状台面被绝缘掩模层覆盖，通常绝缘掩模覆盖晶种岛状台面的暴露的表面。在绝缘掩模层中制造开孔。半导体材料的过度生长结晶层生长，填充孔，覆盖晶种岛状台面上的掩模，并且然后横向和向下生长以覆盖异质衬底的围绕晶种岛的暴露的表面。通常通过蚀刻去除生长的半导体层中具有高缺陷密度的区域(一个或多个)并且在蚀刻时留下具有低缺陷密度的区域(一个或多个)，或换句话说，它们不被蚀刻，并且在异质衬底上制造包括具有低缺陷密度的半导体材料模板的半导体设备。

本文中，术语“模板”意思是具有制备的用于制造半导体设备比如半导体激光器二极管设备的半导体层的任何种类的半导体前体。