具有一致性基板之半导体结构

摘要

本发明揭示一种可覆盖于如大型矽晶圆之单结晶基板生长的高品质单结晶材料磊晶层，其藉形成一相容基板以生长一单结晶层。一种实现形成一相容基板的方法，该方法包括先在矽晶圆(22)上生长一容纳缓冲层(24)。该容纳缓冲层是藉由一氧化矽之非结晶界面层(28)而与矽晶圆分隔的单结晶氧化物层。该非结晶界面层耗散应变力(dissipates strain)，并准许生长高品质单结晶氧化物容纳缓冲层。该容纳缓冲层是匹配下面的矽晶圆及覆盖单结晶材料层(26)的晶格。该非结晶界面层负责处理容纳缓冲层与下方矽基板间任何不匹配的晶格。此外，形成一相容基板可包括利用表面活性剂增加型磊晶生长(sufactant enhanced epitaxy)，以在单晶体氧化物上磊晶生长单晶体矽，以及磊晶生长 Zintl相位材料。

主权项

1.一种半导体结构,包括:一单结晶基板;一缓冲层,该缓冲层系形成于该基板上;一模板,该模板系形成于该缓冲层上;以及一单结晶材料层,其被形成以覆盖该模板。2.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该模板层包含一Zintl型相位材料。3.如申请专利范围第2项之半导体结构,其中该Zintl型相位材料包含SrAl2.(MgCaYb)Ga2.(Ca,Sr,Eu,Yb)In2.BaGe2As和SrSn2As2中的至少一项。4.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该缓冲层包括SrzBa1-zTiO3,其中z値介于0到1范围内,该模板包括SrAl2,以及该单结晶材料层包括GaAs。5.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该模板层包含一表面活性剂材料。6.如申请专利范围第5项之半导体结构,其中该表面活性剂包含Al、In和Ga中的至少一项。7.如申请专利范围第5项之半导体结构,其中该模板层包括一覆盖层。8.如申请专利范围第7项之半导体结构,其中该覆盖层系藉由使该表面活性剂材料曝露于一罩诱导材料所形成。9.如申请专利范围第7项之半导体结构,其中该罩诱导材料包括As、P、Sb和N中的至少一项。10.如申请专利范围第7项之半导体结构,其中该表面活性剂包括Al、该覆盖层包括Al2Sr以及该单结晶材料层包括GaAs。11.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该模板层包含一矽层。12.如申请专利范围第11项之半导体结构,该半导体结构进一步包括一覆盖层。13.如申请专利范围第12项之半导体结构,其中该覆盖层系藉由在有一碳源的环境中进行迅速热退火处理所形成。14.如申请专利范围第13项之半导体结构,其中该碳源包括乙炔或甲烷中的至少一项,该覆盖层包括SiC以及该单结晶材料层包括GaN。15.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该缓冲层包含一选自硷土金属钛酸盐、硷土金属锆酸盐、硷土金属铪酸盐、硷土金属钽酸盐、硷土金属钌酸盐及硷土金属铌酸盐所组成之群组的氧化物。16.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该缓冲层包括SrxBa1-xTiO3,其中x介于0到1范围内。17.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该缓冲层包含一形成为一单结晶氧化物的氧化物,并且接着经过热处理,以将该单结晶氧化物转换成一非结晶氧化物。18.如申请专利范围第17项之半导体结构,其中该单结晶第IV族基板的特征在于一第一晶格常数,以及该单结晶材料层的特征在于一第二晶格常数,其中该第二晶格常数不同于该第一晶格常数。19.如申请专利范围第18项之半导体结构,其中该单结晶氧化物的特征在于一第三晶格常数,其中该第三晶格常数不同于该第二晶格常数。20.如申请专利范围第17项之半导体结构,其中该单结晶第IV族基板的特征在于一第一晶体方向,以及该单结晶氧化物的特征在于一第二晶体方向,其中该第二晶体方向系相对于该第一晶体方向旋转。21.如申请专利范围第17项之半导体结构,该半导体结构进一步包括一介于该第IV族基板与该单结晶氧化物之间形成的第二非结晶氧化物层。22.如申请专利范围第21项之半导体结构,其中该第IV族基板包含矽,并且该第二非结晶氧化物层包含一氧化矽。23.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该单结晶材料层包含一半导体材料、一合成半导体材料、一金属及一非金属中的至少一项。24.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该单结晶材料层是一选自由下列所组成之群组的合成半导体材料:III-V族合成物、混合III-V族合成物、II-VI族合成物及混合II-VI族合成物。25.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该单结晶材料层包含一选自由下列所组成之群组的材料:GaAs、AlGaAs、InP、InGaAs、InGaP、ZnSe及ZnSeS。26.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该缓冲层的厚度大约为2到10 nm。27.如申请专利范围第26项之半导体结构,其中该非结晶氧化物层的厚度大约为5到6 nm。28.如申请专利范围第1项之半导体结构,其中该单结晶材料层包含一半导体或一合成半导体。图式简单说明:图1.2及3显示根据本发明各种具体实施例之装置结构的断面图;图4以图表显示可获得的最大膜厚度与主晶和生长结晶覆盖层间晶格不匹配间的关系;图5显示包括单结晶容纳缓冲层之结构的高解析度透射式电子显微照相(Transmission Electron Micrograph)图;图6显示包括单结晶容纳缓冲层之结构的X射线绕射谱;图7显示包括非结晶氧化物层之结构的高解析度透射式电子显微照相(Transmission Electron Micrograph)图;图8显示包括非结晶氧化物层之结构的X射线衍射谱;图9A至9D显示根据本发明另一项具体实施例之装置结构形成的断面原理图;图10A至10D显示如图9A至9D所示之装置结构之可能分子键合结构的图式;图11至14显示根据本发明另一项具体实施例之装置结构形成的断面原理图;以及图15至17显示根据本发明另一项具体实施例之装置结构形成的断面原理图。