[發明專利]一種藍寶石襯底制備工藝

在審

• 申請號: 201710418780.5
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107268081A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 李順利
• 申請（專利權）人: 界首市七曜新能源有限公司
• 主分類號: C30B29/20
• 分類號: C30B29/20;C30B15/00;C30B15/14
• 代理公司: 安徽信拓律師事務所34117
• 代理人: 張加寬

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種藍寶石襯底制備工藝。

背景技術

藍寶石硬度高、熔點高、透光性好，化學性能穩定，廣泛應用于機械、光學、信息等高技術領域。

通常，GaN基材料和器件的外延層主要生長在藍寶石襯底上。藍寶石襯底有許多的優點：首先，藍寶石襯底的生產技術相對成熟、器件質量較好；其次，藍寶石的穩定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；最后，藍寶石的機械強度高，易于處理和清洗。因此，大多數工藝一般都以藍寶石作為襯底。

氮化鎵外延片是指在一定條件下，將氮化鎵材料分子有規則排列定向生長在藍寶石襯底上。隨著氮化鎵外延片由二寸向四寸、六寸以及更大尺寸方向發展，利用長晶爐生長出的藍寶石襯底在外延爐生長過程中由于受熱不均、反復經受高低溫度變化，極易發生裂片，造成產品良率低。

發明內容

本發明為解決上述問題，提供一種缺陷少、結晶質量高的藍寶石襯底制備工藝。

本發明所要解決的技術問題采用以下的技術方案來實現：

一種藍寶石襯底制備工藝，包括以下步驟：

(1)加料：將經過提純的藍寶石原料經高溫處理后用去離子水清洗，然后烘干放入長晶爐內；

(2)熔化：關閉長晶爐并抽成真空后充入高純氦氣進行保壓，然后打開鎢絲加熱器電源，加熱至一次預設溫度，然后降至室溫，再次加熱至二次預設溫度，降至室溫，將長晶爐抽成真空，再次將氦氣充入長晶爐，加熱至熔化溫度以上，將藍寶石原料熔化，得藍寶石熔體；

(3)縮頸生長：當藍寶石熔體的溫度穩定之后，將籽晶慢慢浸入藍寶石熔體中，縮頸生長時將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小；

(4)放肩生長：縮頸生長完成后，降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小；

(5)等徑生長：放肩生長結束，借著拉速與溫度的不斷調整，使晶棒直徑維持在一固定值生長；

(6)尾部生長：等徑生長結束，將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點而與藍寶石熔體液面分開，長完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時間后取出。

所述步驟(1)中高溫處理控制溫度在1100～1200℃。

所述步驟(2)中一次預設溫度1200～1250℃。

所述步驟(2)中加熱至一次預設溫度后，降至室溫時降溫速率為50℃/min。

所述步驟(2)中二次預設溫度1800～1850℃。

所述步驟(2)中加熱至二次預設溫度后，降至室溫時降溫速率為100℃/min。

所述步驟(2)中融化溫度至少在2050℃以上。

所述步驟(3)中籽晶的直徑縮小至5～8mm。

所述步驟(5)中等徑生長時控制直徑為二寸、四寸、六寸或八寸。

所述步驟(5)中等徑生長時晶棒直徑在固定值正、負2mm之間波動。

本發明的有益效果為：將藍寶石原料送入長晶爐前進行高溫處理，釋放藍寶石原料內部應力，減少長晶時產生的位錯，改善結晶質量；用去離子水進行清洗去除藍寶石原料表面附著的各種離子，避免雜質混入晶棒內；熔化時通過兩次升溫、降溫最后再升至熔化溫度以上，減少藍寶石襯底受熱時內部熱應變，進而避免裂片，同時提高高溫條件下的熱導率(外延爐中生長外延層時，最高溫度可達到1300℃)，使藍寶石襯底自身受熱更為均勻；本發明制得的藍寶石襯底內部缺陷少，結晶質量高，適合制作大尺寸外延片，能夠有效的避免裂片的發生。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合實施例，進一步闡述本發明。

實施例1

一種藍寶石襯底制備工藝，包括以下步驟：

(1)加料：將藍寶石原料經1100℃高溫處理后，用去離子水清洗，然后烘干放入長晶爐內；

(2)熔化：關閉長晶爐并抽成真空后充入高純氦氣進行保壓，然后打開鎢絲加熱器電源，加熱至1200℃，然后以50℃/min速率降至室溫，再次加熱至1800℃，以100℃/min速率降至室溫，將長晶爐抽成真空，再次將氦氣充入長晶爐，加熱至熔化溫度2050℃以上，將藍寶石原料熔化，得藍寶石熔體；

(3)縮頸生長：當藍寶石熔體的溫度穩定之后，將籽晶慢慢浸入藍寶石熔體中，由于籽晶與藍寶石熔體接觸時的熱應力，會使籽晶產生位錯，這些位錯必須利用縮頸生長使之消失掉，縮頸生長時將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小至5mm，由于位錯線與生長軸成一個交角，只要縮頸夠長，位錯便能長出晶體表面，產生零位錯的晶體；