[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

本公开涉及半导体结构及其形成方法。在一些实施例中，本公开涉及一种半导体结构。该半导体结构包括堆叠半导体衬底，该堆叠半导体衬底具有设置在基础半导体衬底之上的半导体材料。该基础半导体衬底具有第一热膨胀系数并且半导体材料具有第二热膨胀系数，该第二热膨胀系数不同于第一热膨胀系数。该堆叠半导体衬底包括一个或多个侧壁，该一个或多个侧壁限定止裂环沟槽，该止裂环沟槽在堆叠半导体衬底的中心区域和堆叠半导体衬底的围绕中心区域的外围区域之间的闭合路径中连续地延伸。堆叠半导体衬底的外围区域包括多个裂纹，而中心区域基本上没有裂纹。

技术领域

本公开总体涉及半导体结构及其形成方法。

背景技术

现代集成芯片包括形成在半导体衬底(例如，硅)上的数百万或数十亿个半导体器件。基于硅的半导体器件，例如晶体管和光电二极管，在过去四十年中一直是半导体行业的标准。然而，基于替代材料的半导体器件越来越受到关注。例如，基于III-N族半导体(例如，氮化镓(GaN))的半导体器件已广泛用于高功率应用、光电应用、高温应用等。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种半导体结构，包括：堆叠半导体衬底，所述堆叠半导体衬底包括设置在基础半导体衬底之上的半导体材料，其中，所述基础半导体衬底具有第一热膨胀系数并且所述半导体材料具有第二热膨胀系数，所述第二热膨胀系数不同于所述第一热膨胀系数；其中，所述堆叠半导体衬底包括一个或多个侧壁，所述一个或多个侧壁限定止裂环沟槽，该止裂环沟槽在所述堆叠半导体衬底的中心区域和所述堆叠半导体衬底的围绕所述中心区域的外围区域之间的闭合路径中连续地延伸；并且其中，所述堆叠半导体衬底的外围区域包括多个裂纹，而所述中心区域没有裂纹。

根据本公开的另一方面，提供了一种半导体结构，包括：包括缓冲层的堆叠半导体衬底，所述缓冲层包括设置在基础半导体衬底之上的第一半导体材料，所述基础半导体衬底包括第二半导体材料，其中，所述堆叠半导体衬底包括具有多个管芯区域的中心区域和围绕所述中心区域的外围区域；半导体器件，设置在所述堆叠半导体衬底之上并且在所述多个管芯区域之一的器件区域内；第一多个电介质材料，设置在由所述堆叠半导体衬底的侧壁限定的止裂环沟槽内，其中，第一角度将沿着所述堆叠半导体衬底的直径延伸的第一线和所述堆叠半导体衬底的一个侧壁分开；其中，所述堆叠半导体衬底包括裂纹侧壁，所述裂纹侧壁在所述堆叠半导体衬底的最外边缘和所述止裂环沟槽之间限定多个裂纹，所述第一线以第二角度与沿着所述多个裂纹中的最靠近的裂纹延伸的第二线分开，所述第二角度小于所述第一角度；并且其中，第二多个电介质材料被设置在所述多个裂纹内，所述第一多个电介质材料包括比所述第二多个电介质材料更多的电介质材料。

根据本公开的又一方面，提供了一种形成半导体结构的方法，包括：在第一温度下在基础硅衬底之上形成III族氮化物III-N半导体材料；将所述III-N半导体材料和所述基础硅衬底冷却到低于所述第一温度的第二温度，其中，冷却所述III-N半导体材料和所述基础硅衬底导致在所述III-N半导体材料的外围区域内形成多个裂纹，所述III-N半导体材料的外围区域围绕所述III-N半导体材料的中心区域；以及对所述III-N半导体材料和所述基础硅衬底进行蚀刻，以形成围绕所述III-N半导体材料的中心区域延伸的止裂环沟槽，其中，所述止裂环沟槽将所述III-N半导体材料的中心区域与所述III-N半导体材料的外围区域分开。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下具体实施方式可以最好地理解本公开的各方面。需要注意的是，根据行业中的标准做法，各种特征并未按比例绘制。事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意地增大或缩小了。

图1A-图1B示出了包括止裂环沟槽的半导体结构的一些实施例，该止裂环沟槽被配置为减轻裂纹在堆叠半导体衬底内的传播。

图2A-图2B示出了包括止裂环沟槽的半导体结构的一些附加实施例，该止裂环沟槽被配置为减轻裂纹在堆叠半导体衬底内的传播。

图3A-图3B示出了包括止裂环沟槽的半导体结构的一些附加实施例的俯视图。