[發明專利]一種制備碳化硅圖形襯底的方法

在審

• 申請號: 201810964679.4
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN110858534A
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 陳秀芳;楊祥龍;胡小波;徐現剛;張用
• 申請（專利權）人: 山東大學;國網山東省電力公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L29/06
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王楠

本發明提供了一種制備碳化硅圖形襯底的方法，包括以下步驟：(1)對切割后的單晶棒進行研磨以去掉晶片的刀痕；(2)對研磨后的晶片進行機械拋光以去除研磨造成的損傷層；(3)對機械拋光后的晶片進行退火以去除近表面原子的損傷，退火溫度為1000℃?1800℃，保溫時間為20小時?50小時；(4)清洗拋光后的晶片以去除表面上的殘留粒子和沾污物。本發明只需進行簡單的機械拋光并輔助高溫退火即可得到合乎要求的襯底，無需進行后序的超精密化學機械拋光，減小了襯底的加工成本，提高了加工效率。該方法簡單易行，制得的單晶襯底表面圖形的條紋為不規則任意取向的劃痕，其GaN LED的光提取效率大大提高。

技術領域

本發明涉及一種制備碳化硅圖形襯底的方法，是一種應用于半導體材料外延生長的、具有不規則條紋的單晶襯底的加工方法，屬于半導體加工技術領域。

背景技術

碳化硅作為第三代半導體材料的代表，具有寬帶隙，高載流子飽和遷移率、高臨界擊穿電場等特點，被廣泛應用于抗輻射、抗干擾、高頻、高溫、大功率等器件的制備。寬禁帶SiC材料及其大功率器件廣泛應用在相控陣雷達、射頻微波通信、移動通信基站、航空航天及高鐵、新能源汽車、超高壓直流輸電等領域，是當今世界各國半導體研究領域的熱點，是支撐國家重大戰略需求，搶占下一代信息技術及國防安全技術的戰略制高點，屬于不可或缺的“中國芯”產品。由于目前缺少大直徑的GaN襯底，GaN外延薄膜只能生長在與其失配較大的藍寶石、SiC、Si等單晶襯底上，由于襯底與外延層的晶格失配和熱失配，導致GaN外延層的位錯密度高達10⁸～10¹⁰cm^-2，這嚴重阻礙了GaN在激光器和高速電子器件中的應用。降低GaN基外延材料中位錯密度的工藝方法有多種，包括兩步生長法、超晶格緩沖層法、側向外延過生長法(ELOG)和圖形襯底等技術。其中ELOG技術工藝復雜，流程中容易引入雜質，位錯列的形成降低了外延材料的可用面積，雖然可降低外延層的位錯密度，但對發光二極管來說，沒有考慮到光的提取效率問題。圖形襯底技術與ELOG技術屬異曲同工，但只需一步外延生長，工藝流程縮短，該技術一方面可以有效減小位錯密度提高晶體質量，另一方面可以通過斜面反射改變光的傳播方向，讓原來處在臨界角外的光線重新以小于臨界角的入射角入射到表面，產生出射，從而提高光的提取效率。

目前，圖形襯底的制作方法主要有干法刻蝕和濕法刻蝕。兩種方法均能制作出規則的條紋或島狀結構。但是干法刻蝕法成本高，每次加工數量有限，由于其刻蝕的原理，加工過程中容易對襯底造成損傷和污染。濕法化學的方法由于是腐蝕液和襯底反應，雖然可以避免損傷問題，但仍采用多道工序，流程復雜，重復性差，不利于降低生產成本和節約資源。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術制備圖形襯底時工藝復雜、易引進雜質、增加應力、引入損傷和污染襯底、生產成本高的缺陷，提供一種簡單易行，同時能降低GaN外延層的位錯密度、提高光提取效率的圖形襯底的加工方法，該方法是利用機械拋光技術并輔助高溫退火的方法制備圖形襯底。

本發明的技術方案為：

一種制備碳化硅圖形襯底的方法，包括以下步驟：

(1)對切割成薄片的碳化硅單晶片進行研磨：

a將粒度為20μm～50μm的碳化硼或碳化硅或氧化鋁微粉與水按重量比1:(1～200)的比例配制研磨液；

b在研磨機上采用研磨盤使用配制的研磨液對晶片進行研磨直至去掉晶片的刀痕，控制晶片上的壓力在30g/cm²～500g/cm²；

(2)對研磨后的晶片進行機械拋光：

a將粒度小于20μm的碳化硼或碳化硅或氧化鋁或金剛石微粉與水、分散劑和懸浮劑按重量比1:(1～200)：(0.1～10)：(1～200)的比例配制拋光液；