[發明專利]一種III族氮化物襯底的制備方法

在審

• 申請號: 201710030646.8
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106835268A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王峰
• 申請（專利權）人: 蘇州瑞而美光電科技有限公司
• 主分類號: C30B25/18
• 分類號: C30B25/18;C30B29/02;C30B29/38;C30B29/40;H01L21/02
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 范晴,丁浩秋

技術領域

本發明屬于第三代半導體襯底材料制備技術領域，涉及一種III族氮化物襯底的制備方法，具體地涉及一種低缺陷密度高晶體質量的III族氮化物襯底的制備方法。

背景技術

近年來，以氮化鋁、氮化鎵和氮化銦為代表的第三代半導體材料受到了產業界越來越多的關注，作為第三代半導體的代表性材料，氮化鋁等氮化物材料具有優異的電學性能和光學性能，同時具有較寬帶隙和直接帶隙的優點，可形成高濃度、高遷移率的二維電子氣，彌補了寬禁帶半導體電子有效質量大、遷移率低的缺陷，材料本身導熱性能優越，耐高溫高壓，材料做成器件后適合應用于條件惡劣的環境中，已經大量應用于各個領域。

但是AlN材料單晶的獲取非常困難，傳統方法通常都是在異質襯底（SiC，藍寶石，硅）上直接生長AlN層，再用激光剝離方法或熱膨脹自剝離方法脫離基體，再通過CMP工藝獲得AlN襯底片。傳統方法在剝離異質襯底時非常困難，在剝離過程中還會產生較大的熱應力，會導致材料晶體質量的降低，在后續研磨拋光工藝中出現裂紋或導致產品的變形翹曲。

中國專利文獻CN 102201503公開了一種III族氮化物襯底的生長方法，包括如下步驟：提供支撐襯底，所述支撐襯底的表面為第一III族氮化物半導體層；在支撐襯底的第一III族氮化物半導體層表面形成石墨烯層；在石墨烯層表面形成第二III族氮化物半導體層。此方法通過將制備得到的石墨烯從生長襯底上剝離，然后將石墨烯薄膜與PDMS 層構成的復合薄膜層壓印在襯底上。該方法的石墨烯是通過轉移得到的，存在以下缺陷：

1、通過化學氣相沉積的方法或者石墨氧化還原方法制備的石墨烯大都是不連續的，質量也比較差，很難再在其表面生長出優質晶體質量的種子層。

2、從襯底上剝離得到石墨烯非常的困難，很容易引起石墨烯的褶皺和引入雜質。

3、工藝繁瑣，先要剝離，還要轉移。

發明內容

針對上述現有技術存在的技術問題，本發明目的是：提供了一種III族氮化物襯底的制備方法，選用碳化硅(SiC)襯底作為基體，通過SiC外延熱分解法在SiC襯底的碳面或硅面外延生長大面積、高質量的多層石墨烯層，可以在多層石墨烯的表面沉積生長高質量的III族氮化物成核層。得到的III族氮化物襯底片應力小、缺陷密度低、晶體質量高。

本發明的技術方案是：

一種III族氮化物襯底的制備方法，包括以下步驟：

（1）選用碳化硅（SiC）襯底作為基體，在10^-6～10^-8Torr真空度下，通過RF射頻將SiC襯底加熱至850～1650℃，在外延熱分解過程中通入惰性氣體或惰性氣體與H₂混合氣作為載氣，在SiC襯底的碳面或硅面外延生長多層石墨烯層；

（2）在多層石墨烯層表面沉積生長III族氮化物成核層；

（3）在III族氮化物成核層的表面生長厚層III族氮化物；

（4）通過機械剝離法剝離SiC基體，對剝離掉SiC基體的III族氮化物薄片的表面進行研磨拋光，獲得III族氮化物襯底。

優選的，所述步驟（1）中，在SiC襯底的表面進行外延生長石墨烯層前，首先要在SiC襯底的表面進行H₂刻蝕，獲得高質量的外延臺階，所述H₂刻蝕步驟如下：若在Si面外延生長，將溫度加熱至1400～1600℃時，通H₂，流量為90～130L/min，壓力為80～100mbar，時間為90～120min；若是在C面外延生長，將溫度加熱至1400～1600℃時，通H₂，流量為60～90L/min，壓力為900～1100mbar，時間為60～80min；

優選的，所述H₂刻蝕之后，將溫度從1400～1600℃降至850～900℃，氫氣流量變為1～3L/min，用時15～30min；

在850～900℃時，通SiH₄，流量為0.5～1mL/min，用時10～15min。

優選的，在通SiH₄之后通入惰性氣體或惰性氣體與H₂混合氣，流量為8～15 L/min，壓力為800～1000mbar，通過階梯加溫至石墨烯生長溫度區間1400～1650℃。