[發明專利]半導體襯底制備方法

無效

• 申請號: 01143946.7
• 申請日: 2001-12-27
• 公開（公告）號: CN1381869A
• 公開（公告）日: 2002-11-27
• 發明（設計）人: 李元碩;南玉鉉;孫哲守
• 申請（專利權）人: 三星電機株式會社
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王永剛

技術領域

本發明涉及一種半導體襯底的制備方法，更具體地說，涉及一種高級GaN襯底的制備方法。

背景技術

GaN是一種廣泛用于晶體管、場發射極和光學器件以及微電子器件的材料。GaN被用于生產各種象AlGaN，InGaN和AlInGaN的復合半導體材料。

GaN層通常被生長于碳化硅(SiC)襯底的藍寶石襯底上。但是，因為藍寶石襯底或碳化硅SiC襯底的晶格常數不同于GaN層，所以生長于藍寶石或碳化硅襯底上的GaN層包含許多小型六方晶系的晶粒。晶粒具有高缺陷密度，以及產生寬擺X-射線曲線的扭曲和旋轉分布。這里，GaN層的缺陷密度約為10^8-10/cm²。

當GaN層的缺陷密度減小時，GaN層的應用性增強。因此，各種用于降低GaN層的缺陷密度的GaN層制備方法已被提出。圖.1至4一步步描述了這些方法中的一種。圖.5和6描述了另一種方法的步驟。

根據圖.1，GaN層12生長于藍寶石襯底1(或碳化硅襯底)10上。這里，GaN層12的缺陷密度至少為10⁸/cm²。標注號13指明了符號化的晶體缺陷。如圖2所示，二氧化硅掩膜層14被形成為GaN層12上的預設圖形。接著，繼續生長GaN層12，如圖.3所示。但是，GaN層12沒有垂直生長于二氧化硅掩膜層14上，而是垂直生長于未覆蓋二氧化硅掩膜層14的暴露部分之上。因此，當垂直生長的GaN層12的厚度明顯大于二氧化硅掩膜層14時，GaN層12橫向生長于二氧化硅掩膜層14上。GaN層12繼續生長，最后，GaN層12從二氧化硅掩膜層12的兩邊開始橫向生長，并在二氧化硅掩膜層12上延伸，其邊界會合，如圖.4所示。使用這些步驟，具有平坦表面的第二GaN層16被形成于GaN層12上，以便二氧化硅掩膜層14的整個表面被第二GaN層16所覆蓋，這里，根據涉及第二GaN層16生長的二氧化硅掩膜層14，從二氧化硅掩膜層14的邊界直接向上，傾斜界面B_tilt被形成于第二GaN層16內。另外，接合邊界B_C被形成于從二氧化硅掩膜層14的兩邊生長的第二GaN層16的兩邊界會合處。上述GaN層生長方法更詳細的描述被公布于授予Davis等人的美國專利No.6051849。

第二GaN層16具有下列特點。如圖.4所示，第二GaN層16在形成于二氧化硅掩膜層14上的第一部分16a和形成于二氧化硅掩膜層14之間的第二部分16b之間存在缺陷密度差異。換句話說，第一部分16a的缺陷密度遠低于GaN層12，但第二部分16b的缺陷密度幾乎與GaN層12一樣。從這一結果可得，當GaN層12橫向生長時，GaN層12的勢沒有擴展到形成具有比GaN層12更低缺陷密度的第二GaN層16中，而GaN層12的勢擴展并導致GaN層12垂直生長時缺陷密度沒有改善。

參考圖.5和6傳統的GaN層生長技術的另一例子將在下面描述。參考圖.5，GaN層12被生長于藍寶石襯底(或碳化硅襯底)10上。GaN層12的預定區域被刻蝕。預定深度的溝槽18被形成于通過刻蝕工藝而暴露出的藍寶石襯底10上。其后，如圖.6所示，GaN層12被形成于除溝槽18外藍寶石襯底10的整個表面上，在這種狀態下，第三GaN層20被生長于藍寶石襯底10和GaN層12上。這里，第三GaN層20未生長于藍寶石襯底10的被刻蝕部分上，即當第三GaN層20垂直和水平生長于藍寶石襯底10未刻蝕的部分時，在溝槽18區，包括無論是垂直方向還是水平方向。在這一工藝中，第三GaN層20未形成于溝槽18區，因此溝槽18在完成第三GaN層20生長后保持為空區22。

如上所述，根據傳統的GaN層生長方法，GaN層首先形成于藍寶石襯底上(或碳化硅襯底)，而掩膜層形成于GaN層上或一溝槽形成于藍寶石襯底的預定區，以便防止GaN層的勢的擴展，從而形成具有更低缺陷密度的另一GaN層。這些傳統生長GaN的方法有下列問題。

第一，在圖.1至4所示的第一傳統方法情形下，根據第二GaN層16和二氧化硅層14之間的表面張力差異，第二GaN層16的晶體被傾斜于會合邊界形成缺陷。另外，在這種工藝中，溝槽被形成于第二GaN層16的表面上。

第二，因為如二氧化硅掩膜層的不同類物質被引入，生長中的GaN層中應力分布不一致。

第三，因為用于形成掩膜層的二氧化硅(SiO2)的熱導率比GaN層低，所以，當在形成于掩膜層上的GaN層上形成器件時，器件的熱可靠性可能被降低。