[發明專利]一種復合襯底、半導體器件結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201711282031.0
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108281525A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 郝茂盛;袁根如;張楠
• 申請（專利權）人: 上海芯元基半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種復合襯底、半導體器件結構及其制備方法，所述復合襯底包括：生長襯底；外延緩沖層，位于所述生長襯底上表面；凸起結構，呈周期性間隔分布于所述外延緩沖層上表面；所述凸起結構為半導體介質膜層；圖形化保護層，位于所述凸起結構與所述外延緩沖層之間，且位于所述凸起結構的正下方。本發明的保護層起到對外延緩沖層保護的作用，使得外延緩沖層不會受到干法刻蝕工藝中刻蝕氣體或聚合物的污染，使得在外延緩沖層表面再次外延生長外延層更加容易，生長工藝窗口更大，可工藝化量產。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別是涉及一種復合襯底、半導體器件結構及其制備方法。

背景技術

半導體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節能、環保、安全等優點，其應用領域正在迅速擴大。尤其近幾年，隨著研發力度的加大和資金的投入，LED發光效率和品質得到大幅度的提升，LED更是得到深入的應用。

LED產業經過多年的研究和發展，一致認為生長襯底技術是GaN基材料及器件的核心。目前主流的襯底技術路線是藍寶石技術路線、Si襯底技術路線、SiC襯底技術路線、GaN同質襯底技術，以及最新突破的復合襯底技術路線，幾種技術中以藍寶石技術路線最為成熟，且幾種技術路線中各有優劣和有些還存在技術難點，其目的都是為了提高LED發光效率和品質。

最新的圖形襯底有以下幾種：1、在藍寶石襯底表面或其他常規襯底表面制作SiO₂膜層結構的微觀圖形；2、在藍寶石襯底表面或其他常規襯底表面制作DBR膜層結構的微觀圖形；3、首先在生長襯底上面沉積外延緩沖層，之后在緩沖層上制作SiO₂、Si₃N₄或DBR膜層結構的微觀圖形。1、2兩種方法都存在一個共同的問題，那就是后續外延生長困難，如果低溫生長的話，SiO₂膜層或DBR膜層表面會沉積多晶，外延晶體質量差，如果高溫生長的話，藍寶石襯底表面沉積不了GaN或多晶，這樣導致外延生長工藝條件及其苛刻，沒法量產。第3種方法也有些難度：首先是SiO₂膜層結構微觀圖形的制作，如果用濕法刻蝕SiO₂圖形，其圖形尺寸會受到限制，只能做大，不能做小，否則不能夠批量生產；更別說做到納米級；如果用干法刻蝕SiO₂圖形，緩沖層的表面會受到刻蝕氣體的污染，造成后續外延生長困難，甚至沉積不了，條件苛刻，外延層晶體質量也提高不大，其次是單純的SiO₂膜層結構對光的反射效果有限，對亮度提升有限。上述各方案中均由于存在諸多問題無法實現量產。

對于LED更高應用的要求，襯底技術還需提升和挖掘。因此，不斷的挖掘襯底技術來有效提高GaN基外延層及LED外延結構晶體質量，改善LED各項性能指標實屬必要。

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復合襯底、半導體器件結構及其制備方法，用于解決現有技術中的GaN基外延層及LED外延結構存在的晶體質量不高，各向性能指標有待改善的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種復合襯底的制備方法，所述復合襯底的制備方法包括以下步驟：

1)提供生長襯底；

2)在所述生長襯底上表面形成外延緩沖層；

3)在所述外延緩沖層上表面形成保護層；

4)在所述保護層上表面形成半導體介質膜層；

5)采用光刻及干法刻蝕工藝將所述半導體介質膜層圖形化，以在所述保護層上表面形成周期性間隔分布的凸起結構；所述凸起結構之間暴露出部分所述保護層；

6)采用濕法刻蝕工藝將所述保護層圖形化，以去除暴露的所述保護層。

作為本發明的復合襯底的制備方法的一種優選方案，所述保護層包括金屬層或/和金屬氧化物層。