[發明專利]一種圖案化襯底及其制作方法和利用其制作外延膜的方法

在審

• 申請號: 201710056033.1
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106784197A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 唐軍;潘堯波
• 申請（專利權）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/22;H01L33/32
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 王華英

技術領域

本發明涉及半導體材料領域，特別是涉及一種圖案化襯底及其制作方法和利用其制作外延膜方法。

背景技術

GaN作為第三代半導體材料，因其寬的直接帶隙(3.4eV)、高的熱導率、高的電子飽和漂移速度等方面的特點，在光電子器件方面，GaN材料已經普遍的應用于生產藍光、綠光、紫外光二級管(LED)器件；在微波功率器件方面，因AlGaN/GaN異質結構界面處存在較大的極化電場，可產生高濃度的二維電子氣(2DGE)，并且電子遷移率也很高，利用此特性，GaN材料也被普遍應用于微波功率器件。因Si基半導體技術已經發展了半個多世紀，從材料獲得到器件工藝都已經發展的非常成熟，并且Si材料比藍寶石、SiC材料具有較大的成本優勢；另外利用Si襯底外延的GaN基LED非常容易去除Si襯底而制成垂直芯片，利用Si襯底外延的GaN基功率器件具備較好的導電性、優越的散熱性能，有利于大面積集成，以及與傳統的Si基器件兼容和集成等優勢，因此利用Si襯底開發GaN基LED和功率微波器件成為半導體材料研究的熱點之一。但Si襯底和GaN材料存在20.4％的晶格失配和56％的熱失配，導致GaN外延膜在生長后薄膜內存在很大的張應力，生長的GaN薄膜容易龜裂，嚴重影響后續器件的制作及性能；目前普遍采用AlN/AlGaN緩沖層的方法在Si襯底和GaN外延膜之間預置壓應力層，抵消降溫后產生的張應力，獲得高質量的外延薄膜。但是隨著Si襯底尺寸的增加，特別涉及到6-12英寸的Si襯底外延時，Si襯底的翹曲越難控制；對生長的條件要求也非常苛刻，特別是對生長的溫度和氣流的均勻性等要求更加苛刻。

鑒于此，實有必要提供一種適合外延生長的大尺寸圖形Si襯底，以解決大尺寸Si襯底外延生長問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種圖案化襯底及其制作方法和利用其制作外延膜方法，該圖形化襯底大大減小了大尺寸Si襯底在外延翹曲控制過程中的難度，并且使得外延層的生長均勻性以及重復性得到大幅提高。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種案化襯底的制作方法，至少包括以下步驟：

1)提供一Si襯底，在其表面制作出多個凹坑；

2)在所述Si襯底表面上形成AlN薄膜，使所述AlN薄膜填充滿所述凹坑；

3)對步驟2)得到AlN薄膜進行減薄處理，得到圖案化襯底。

于本發明的一實施方式中，在步驟1)中，在所述Si襯底表面制作出多個凹坑的過程，至少包括以下步驟：

1-1)在所述Si襯底表面上形成一層光刻膠掩膜；

1-2)采用光刻技術將所述光刻膠掩膜圖形化，以形成所期望的圖形；

1-3)采用刻蝕工藝將光刻膠掩膜上的圖形輪廓傳遞到所述Si襯底上，在所述Si襯底上表面形成所述凹坑。

于本發明的一實施方式中，在步驟1-3)中，采用ICP刻蝕工藝或濕法腐蝕工藝進行刻蝕。

于本發明的一實施方式中，所述ICP刻蝕工藝所采用的刻蝕氣體包括含氟基氣體，所述濕法腐蝕工藝采用的腐蝕液包括BOE溶液及KOH溶液中的任意一種或多種。

于本發明的一實施方式中，圖案化襯底的制作方法還包括以下特征中的一項或兩項：

1)在步驟1)中，所述凹坑為圓洞形，其直徑為300-800nm，深度為500-1000nm；

2)步驟2)中，在形成所述AlN薄膜時，所述Si襯底溫度控制在500-1000℃，所述AlN薄膜的厚度為1-2μm。

于本發明的一實施方式中，在步驟3)中，對AlN薄膜進行減薄處理的過程，至少包括以下步驟：

3-1)在所述AlN薄膜表面上涂有一層光刻膠，將其全部曝光、固化、堅膜，以適于襯底表面平整；

3-2)利用氟基反應離子刻蝕設備對所述AlN薄膜表面進行減薄處理。

于本發明的一實施方式中，在步驟3)中，減薄至暴露出所述Si襯底表面，或在所述Si襯底表面保留50-100nm厚的AlN薄膜。

本發明還公開一種如上述所述的圖案化襯底的制作方法獲得的圖案化襯底。

本發明還公開一種用上述所述的圖案化襯底制作外延膜的方法，包括以下步驟：

a)對所述圖案化襯底進行原位表面高溫退火處理；

b)在所述圖案化襯底表面上生長AlN緩沖層；

c)在所述AlN緩沖層表面上生長AlGaN應力控制層；

d)在所述AlGaN應力控制層表面上生長GaN外延層。