[發(fā)明專利]半導(dǎo)體用氮化物襯底及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810146331.0
• 申請(qǐng)日: 2004-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101339926A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 松本直樹(shù)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 住友電氣工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L23/00
• 分類號(hào): H01L23/00;H01L33/00;H01L21/306;H01L21/304;H01L21/02;H01S5/323
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳長(zhǎng)會(huì)

本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，其母案申請(qǐng)日為2004年10月27日，申請(qǐng)?zhí)枮?00410087907.2，發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體用氮化物襯底的制備方法及氮化物半導(dǎo)體襯底”。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及減少翹曲(reduced-warp)的半導(dǎo)體用氮化物襯底的制備方法及由該方法制備的氮化物半導(dǎo)體襯底。

背景技術(shù)

在其上制備半導(dǎo)體器件的襯底是圓形晶片，并且假定通過(guò)諸如光刻法、摻雜、擴(kuò)散和包括化學(xué)氣相沉積(CVD)的氣相沉積等方法在襯底的正面上制造器件，所述的正面必須是平坦的，具有最小翹曲。當(dāng)在具體作為襯底的硅和在砷化鎵上制造半導(dǎo)體器件時(shí)，采用具有最小翹曲、拋光成為光學(xué)光滑的、鏡面拋光的Si和GaAs晶片。

將藍(lán)寶石晶片用作發(fā)藍(lán)光二極管的襯底，其中氮化銦鎵是發(fā)光層。在藍(lán)寶石襯底上形成的InGaN/GaN基LEDs性能良好且是可靠的。藍(lán)寶石襯底十分低廉的成本意味著可以低成本地制造InGaN基LEDs。

然而，藍(lán)寶石也有缺陷。缺陷之一，由于藍(lán)寶石是絕緣體，而不是向底部粘附n電極，采用在粘附n電極的表面上的GaN層，由此需要多余的面積。另一個(gè)缺陷在于由于藍(lán)寶石是裂開(kāi)，它不能沿著自然的裂縫而破裂成為芯片。并且由于GaN和InGaN是生長(zhǎng)在雜襯底上的，因而不相稱，導(dǎo)致重大的缺陷。

于是在這樣的情形下，需要GaN本身作為襯底。可以通過(guò)使用氣相沉積在雜襯底基座上沉積GaN厚薄，且除去基座，得到GaN自立層，來(lái)制造GaN襯底。且關(guān)于尺寸，長(zhǎng)期等待的50-mm直徑的襯底同樣也是可能的。

但是，將氣相生長(zhǎng)的GaN晶體晶片用作生長(zhǎng)狀態(tài)的取向附生沉積晶片。在已經(jīng)氣相沉積且不再有顯著的粗糙度且翹曲嚴(yán)重的GaN襯底的正面；向這種襯底上生長(zhǎng)GaN和InGaN將不是必要地導(dǎo)致對(duì)于藍(lán)寶石襯底情況的缺陷降低。且向生長(zhǎng)狀態(tài)的GaN襯底上用實(shí)驗(yàn)方法產(chǎn)生LEDs當(dāng)然不會(huì)比在藍(lán)寶石上制造LEDs更好地進(jìn)行。

由于在GaN襯底上形成半導(dǎo)體器件是通過(guò)光刻法進(jìn)行的，因此需要具有最小翹曲的平坦的、鏡面拋光的晶片作為襯底。拋光和蝕刻技術(shù)對(duì)于賦予晶片表面光學(xué)光滑是必須的。對(duì)于充分開(kāi)發(fā)的半導(dǎo)體襯底如Si和GaAs而言，已經(jīng)確定了拋光和蝕刻技術(shù)。如在Czochralski方法或Bridgeman方法中，通過(guò)逐漸地固化熔融體，可以生長(zhǎng)Si和GaAs晶體。長(zhǎng)期以來(lái)，通過(guò)從液相生長(zhǎng)，可以制備具有少量位錯(cuò)的柱狀錠體，用內(nèi)徑鋸切割錠體，制造晶片。這意味著從開(kāi)始就使翹曲最小化。

另一方面，由GaN從液相不可能的生長(zhǎng)是通過(guò)氣相沉積進(jìn)行的。而且，仍然未理解應(yīng)當(dāng)采取什么形式的最佳拋光和蝕刻方法。如果GaN是在不同種類的晶體上進(jìn)行雜沉積，如具有三重對(duì)稱性的晶體，生長(zhǎng)將必須是c-軸定向的。表面為(0001)平面和(0001)平面。由于GaN晶體不具有反向?qū)ΨQ性，(0001)平面和(0001)平面不是結(jié)晶學(xué)上相等的。(0001)面是鎵原子在外表面(episurface)上整體線性排列的平面，且(0001)面是氮原子在外表面上整體線性排列的平面。

前者可以稱作(0001)Ga面，或簡(jiǎn)稱為Ga面，后者為(0001)N面，或簡(jiǎn)稱為N面。Ga面在物理化學(xué)上極其豎硬且粗糙的，并且通過(guò)化學(xué)試劑是不溶解的。N面在物理化學(xué)上同樣是牢固的，但被某些類型的強(qiáng)酸和堿腐蝕。GaN晶體具有這種非對(duì)稱性。

當(dāng)在基礎(chǔ)襯底上生長(zhǎng)GaN時(shí)，正面和背面或成為Ga面，或成為N面。根據(jù)如何選擇的基礎(chǔ)襯底，可以使正面為Ga面或N面。然后背面成為具有相反極性的面。

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將考慮其中正面為(0001)Ga面且背面為(0001)N面的情況。對(duì)于相反的情況，可以做出相同的陳述，以及實(shí)施相同的設(shè)計(jì)特征。

由于本發(fā)明的主題是翹曲，由給出翹曲的定義開(kāi)始。可以將翹曲表達(dá)為曲率半徑或曲率。這是確切的措辭并且可以局部地給出。即使在其中翹曲是復(fù)雜的且襯底具有強(qiáng)烈的粗糙度的情況下，使用局部曲率的措辭可以表達(dá)確切的翹曲。例如，也可以表達(dá)具有鞍點(diǎn)的翹曲和圓柱透鏡狀翹曲。

但是，由于在圓形晶片中的均勻翹曲，通常由更簡(jiǎn)單的措辭來(lái)表示翹曲。如果粗糙度是均勻的，根據(jù)所給出的翹曲值，相對(duì)于來(lái)自于在凸面中的中央?yún)^(qū)域表面的平面，取高度H來(lái)測(cè)量晶片。這是直覺(jué)的，并且有利于測(cè)量。由此翹曲測(cè)量來(lái)確定絕對(duì)值。

翹曲的正負(fù)號(hào)將由其方向給出。圖1中指出了該定義。將沿著正面向外彎曲的翹曲稱為正的(H＞0)；將沿著正面向內(nèi)彎曲的翹曲稱為負(fù)的(H＜0)。