[發明專利]一種藍寶石襯底的表面處理方法及其使用的坩堝

有效

• 申請號: 201910766027.4
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110491774B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 馮博淵;丁孫安;李坊森;馮加貴;何高航;程飛宇;武彪
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;C30B25/18;C30B33/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種藍寶石襯底的表面處理方法及其使用的坩堝，所述方法將藍寶石襯底置于坩堝上，之后進行退火處理，得到表面為原子級臺階的藍寶石襯底，本發明所述方法控制所述藍寶石襯底與坩堝的接觸面積≤藍寶石襯底的單側表面面積的2％，使得退火處理的過程中熱量和氣流在藍寶石襯底表面的分布更加均勻，從而獲得表面原子級臺階的藍寶石襯底，且本發明所述方法的重復性高，同時，本發明還提供了一種用于藍寶石襯底表面處理的坩堝，所述坩堝包括一端為開口端的柱形殼體，所述開口端用于放置藍寶石襯底，使得藍寶石襯底的表面處理過程處理效果及效率更高。

技術領域

本發明涉及半導體材料外延生長領域，尤其涉及一種藍寶石襯底的表面處理方法及其使用的坩堝。

背景技術

藍寶石晶體為六方晶系，與氮化鎵、氧化鋅等同為六方晶系的半導體材料，其晶格失配率低，并且由于生產技術成熟，結晶質量穩定、高溫穩定性好，能適應高溫生長環境、機械強度高等優點，迅速成為外延生長的襯底材料。

在半導體材料外延技術方面，襯底處理是材料生長的關鍵因素。外延時，需要襯底表面晶面與生長層之間存在相應的外延關系，襯底不同的晶面會形成不同晶面甚至不同晶相的生長層，所以襯底表面處理是外延生長高質量半導體材料的必要條件之一。但藍寶石襯底在切片過程中，由于機械誤差，總會引入一定的斜切角，使得制得的表面包含多種晶面，不利于外延生長。而襯底的原子級臺階表面，不僅平整，而且臺面處具有單一晶面，為材料外延提供良好的外延關系。

因此，將藍寶石襯底多種晶面混雜的表面轉變為原子級臺階的表面是提高外延質量的關鍵因素。

傳統的藍寶石襯底的表面處理方法一般包括將藍寶石襯底經有機清洗和無機酸清洗，之后置于坩堝內，在空氣氣氛下進行退火處理；上述處理方法僅適用于藍寶石襯底尺寸小于等于5cm²襯底，當襯底尺寸較大時，其得到的襯底表面臺面雜亂，無法滿足外延生長的需求，同時無機酸清洗通常會不可避免的引入新的污染物及不確定因素，降低襯底處理的穩定性。且在無機酸清洗時通常需要高溫處理(160℃)，其需要大量的時間來加熱溶液，不僅危險，而且費時費力，效率低，同時，采用空氣作為退火氣氛，不利于藍寶石襯底表面原子級臺階的生成。

綜上所述，開發一種適用于大尺寸藍寶石襯底表面處理生成原子級臺階的方法仍具有重要意義。

發明內容

鑒于現有技術中存在的問題，本發明提供了一種藍寶石襯底的表面處理方法及其使用的坩堝，所述方法將藍寶石襯底置于坩堝上，之后進行退火處理，得到表面為原子級臺階的藍寶石襯底，本發明所述方法控制所述藍寶石襯底與坩堝的接觸面積≤藍寶石襯底的單側表面面積的2％，使得退火處理的過程中熱量和氣流在藍寶石襯底表面的分布更加均勻，從而獲得表面原子級臺階的藍寶石襯底，且本發明所述方法的重復性高。

本發明所述大尺寸的含義是襯底直徑為3英寸及以下。

第一方面，本發明提供了一種大尺寸藍寶石襯底的表面處理方法，所述方法包括將藍寶石襯底置于坩堝上，之后退火處理，得到表面為原子級臺階的藍寶石襯底，所述藍寶石襯底與坩堝的接觸面積≤藍寶石襯底的單側表面面積的2％。

優選地，所述藍寶石襯底的尺寸為直徑3英寸及以下，優選為2-3英寸。

傳統的藍寶石襯底的表面處理方法僅適用于小尺寸(直徑一英寸以下)的藍寶石襯底的表面處理，本發明所述方法能適用大尺寸的藍寶石襯底的表面處理，尤其適用于直徑為2-3英寸的藍寶石襯底的表面生成原子級臺階的處理。

優選地，所述藍寶石襯底為C面藍寶石襯底。

優選地，所述藍寶石襯底進行退火處理前還包括將藍寶石襯底進行清洗。

優選地，所述清洗包括有機清洗和去離子水清洗。

優選地，所述有機清洗的清洗劑包括丙酮、異丙醇和酒精。