[發明專利]氮化物半導體襯底的制造方法及復合材料襯底

有效

• 申請號: 200610100109.8
• 申請日: 2006-06-28
• 公開（公告）號: CN101097855A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 劉柏均;劉文岳;賴志銘;郭義德;蔡政達
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L29/02;H01L31/0248;H01L33/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波;侯宇

技術領域

本發明涉及一種氮化物半導體襯底(nitride?semiconductor?substrate)的制造方法，且特別是涉及一種能夠形成低缺陷密度的氮化物半導體襯底的制造方法以及用上述方法制備的具有圖案結構的復合材料襯底(compositematerial?substrate)。

背景技術

近幾年來，氮化鎵和相關的三元化合物半導體被廣泛地應用在短波長光電元件與高功率高頻元件中，但由于氮化鎵襯底的制作不易，因此，其往往生長于其它種類的襯底上，例如，單晶氧化鋁襯底以及碳化硅襯底上。雖然，氮化鎵單晶已經能夠成功的利用異質外延(Heteropeitaxy)技術生長于這兩種襯底上，然而，由于晶格不匹配的緣故在外延過程中通常會造成高密度的缺陷，這些缺點將局限氮化鎵材料在光電半導體元件的應用及發展。

一般而言，氮在液態鎵中溶解度和擴散系數的限制，導致傳統拉單晶技術很難完成氮化鎵襯底的制作。故而近年來發展出氫化物氣相外延法(Hydride?Vapor?Phase?Epitaxy，HVPE)，并利用此技術將藍寶石(sapphire)襯底上的氮化鎵厚度大幅提升以生長氮化鎵厚膜，但是缺陷密度和宏觀裂痕卻無法有效的大幅降低，最主要的因素還是異質材料所存在的晶格常數和熱膨脹系數差異所造成。

目前已有制作低缺陷密度的氮化鎵襯底的專利提出，如美國專利US6,964,914。這件專利主要是先將氮化鎵或氮化鋁的單晶基材執行氫離子(H⁺)注入，注入的深度即是將來轉移后的厚度。然后，注入完畢后利用直接晶片鍵合(Direct-wafer-bonding)或媒介物晶片鍵合技術(Intermediate-wafer-bonding)將薄的氮化鎵層轉移到其它支撐襯底上，被轉移的這層單晶層稱為成核層(nucleation?layer)。接著，利用氫化物氣相外延法生長厚的氮化鎵單晶層，最后，分離氮化鎵厚膜與支撐襯底。

然而，上述美國專利固然是能制作無支撐(free?standing)氮化鎵厚膜，但是這件專利有幾點是比較不利的，以下列幾點說明：晶片鍵合過程中鍵合溫度高達了800～1000℃，在薄成核層分離轉移的過程其溫度也是高達900～950℃，高溫會使氮化鎵或者支撐襯底因熱膨脹系數差而破裂。另外，以氮化鎵襯底來當作成核種子材料似乎是不敷成本，原因在于此襯底目前的成本高達1萬美元，成本之高可見一斑。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氮化物半導體襯底的制造方法，以得到低缺陷密度的半導體襯底。

本發明的再一目的是提供一種具有圖案結構的復合材料襯底，可適用于生長低缺陷密度的氮化物半導體襯底。

本發明提出一種氮化物半導體襯底的制造方法，包括先提供一個第一襯底，這個第一襯底包括第一基材、堆疊于第一基材上的氮化物半導體模板層以及堆疊于氮化物半導體模板層上的第一介質層。接著，構圖第一介質層和氮化物半導體模板層，再提供一個第二襯底，這個第二襯底包括第二基材以及堆疊于第二基材上的第二介質層。隨后，以鍵合轉移(bonding?and?transfer)工藝將第一襯底的氮化物半導體模板層以及第一介質層轉移到第二襯底的第二介質層上，然后利用一道外延工藝自氮化物半導體模板層生長一層氮化物半導體厚膜。之后，將氮化物半導體厚膜與第二襯底分離。

依照本發明的優選實施例所述的制造方法，其中構圖第一介質層和氮化物半導體模板層的方法包括光刻技術。而且，構圖第一介質層和氮化物半導體模板層的步驟包括先構圖第一介質層，再以構圖的第一介質層當作蝕刻掩模，蝕刻上述氮化物半導體模板層。

依照本發明的優選實施例所述的制造方法，其中構圖第一介質層和氮化物半導體模板層的方法包括將第一介質層和氮化物半導體模板層制作成具有直線型、網狀型或點狀分布型的圖案。

依照本發明的優選實施例所述的制造方法，其中第一介質層和第二介質層的材料各自獨立地包括SiO₂、Si₃N₄或旋轉涂布玻璃(Spin?on?glass，SOG)。

依照本發明的優選實施例所述的制造方法，其中第二基材的材料包括藍寶石、硅(Si)、GaP、InP、石英(Quartz)、耐高溫玻璃或陶瓷材料。