[發明專利]一種制備GaN生長用圖形化藍寶石襯底的方法

有效

• 申請號: 201210119613.8
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN103378221A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 代錦紅;王農華;孫永健;張國義
• 申請（專利權）人: 東莞市中鎵半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 李稚婷

技術領域

本發明涉及濕蝕刻法制備圖形化藍寶石襯底的技術，具體地說是涉及一種在濕蝕刻法制備GaN材料生長用的圖形化藍寶石襯底過程中，避免BOE溶液蝕刻二氧化硅掩膜時腐蝕不均勻問題的方法，屬于半導體光電子學領域。

背景技術

目前制備黃色、綠色、藍色、白色以及紫外發光二極管和激光二極管光電子器件，主要采用GaN材料。傳統的GaN的生長是在諸如藍寶石、硅、碳化硅襯底上進行的，可是這些襯底的晶格常數和熱膨脹系數與GaN的相比相差很大，導致GaN基生長層的穿透位錯密度高達10⁸-10¹⁰cm^-2。高位錯密度的存在限制了光電子器件性能的進一步提高，因此降低其位錯密度勢在必行。

于是人們研發出，在藍寶石襯底上先蒸鍍一層SiO₂后，在該圖形襯底上實施外延生長技術，以減少GaN基生長層的位錯密度，提高晶體的品質，改善器件性能。但是，這種制備襯底的方法容易引進雜質、增加應力，限制了晶體品質的提高。后來人們又研發出一種采用干蝕刻法制備圖形化藍寶石襯底的技術，至今廣泛使用。該技術雖然不再含有SiO₂層，但是這種方法容易造成襯底的損傷，污染襯底。

近來人們研發了一種采用濕蝕刻法制備圖形化藍寶石襯底的技術，以克服干蝕刻法所存在的上述缺點。該技術包括：在藍寶石襯底上蒸鍍二氧化硅掩膜層，利用光刻技術刻出圓柱形光刻膠掩膜；然后用BOE溶液蝕刻二氧化硅，得到有圓柱形二氧化硅掩膜的藍寶石襯底；再用硫酸、或硫酸與磷酸的混合液作為腐蝕液濕蝕刻該襯底；最后用稀釋氫氟酸溶液蝕去二氧化硅掩膜層，得到圖形化藍寶石襯底。然而上述用BOE溶液蝕刻二氧化硅掩膜時，容易出現腐蝕不均勻、二氧化硅局部脫落、針孔和印痕等缺陷。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種用于生長GaN的圖形化藍寶石襯底的制備方法，該方法在濕蝕刻制備圖形化藍寶石襯底的過程中，通過特殊的預處理，以避免用BOE溶液腐蝕裸露部分的二氧化硅掩膜層時出現腐蝕不均勻、二氧化硅脫落等缺陷，最終取得外觀完美、均勻的圖形化藍寶石襯底。

本發明的制備圖形化藍寶石襯底的方法，包括以下步驟：

1)在C面藍寶石襯底上制備一層二氧化硅薄膜；

2)在二氧化硅薄膜上光刻形成圖形化光刻膠掩膜；

3)將步驟2)得到的襯底放入質量百分比濃度為1.5-4％氫氟酸溶液中，在20～50℃浸泡20～50秒，取出；

4)將經步驟3)處理的襯底放入BOE溶液中蝕刻去光刻膠掩膜圖形間隙裸露的二氧化硅，然后去除光刻膠，形成圖形化二氧化硅掩膜；

5)在圖形化二氧化硅掩膜保護下，利用酸腐蝕液蝕刻藍寶石襯底，得到圖形化藍寶石襯底；

6)濕蝕刻去除二氧化硅掩膜。

上述步驟1)采用常規技術制備二氧化硅薄膜，包括化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、濺射(sputtering)、電子束蒸鍍(EBV)、氫化物氣相外延(HVPE)、旋涂法等。其中CVD方法又包括常壓化學氣相沉積、低壓化學氣相沉積(LPCVD)和等離體增強化學氣相沉積(PECVD)。制備的二氧化硅薄膜厚度為0.1～1.0μm。

上述步驟2)形成的光刻膠掩膜圖形例如周期性排列的底徑為2.0～4.0μm，高度為1.0～3.0μm圓柱狀圖形，相鄰光刻膠掩膜圖形之間間距為0.5～1.0μm。

上述步驟3)是BOE溶液蝕刻二氧化硅之前的預處理步驟，經該預處理后的襯底被取出后不需吹干，直接進行步驟4)。

上述步驟4)BOE溶液蝕刻二氧化硅是將步驟3)預處理后的襯底放入BOE溶液中，在20～50℃腐蝕0.2～3分鐘，蝕去光刻膠間隙裸露的二氧化硅，取出襯底，用丙酮和異丙醇去除光刻膠，再用去離子水沖洗干凈。以周期性排列的底徑為2.0～4.0μm，高度為1.0～3.0μm的圓柱狀光刻膠掩膜圖形為例，經步驟4)BOE溶液蝕刻后，得到周期性排列的底徑為2.0～3.0μm，高度為0.1～1.0μm的圓柱形SiO₂掩膜；

上述步驟5)蝕刻藍寶石襯底的酸腐蝕液可以是由市售濃度為95％(質量百分比濃度，下同)的硫酸與86％(質量百分比濃度)的磷酸溶液按體積比5∶1～1∶5混合配制的混合酸腐蝕液，在200～300℃蝕刻10～30分鐘，取出襯底，用去離子水沖洗干凈，得到高度為0.5～3.0μm的圖形化藍寶石襯底(圖形頂部尚帶有二氧化硅掩膜)。