[發明專利]一種雙拋薄襯底氮化物外延層的制備方法及其外延層

有效

• 申請號: 202210195217.7
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114267757B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 閆其昂;王國斌
• 申請（專利權）人: 江蘇第三代半導體研究院有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/12;C23C16/01;C23C16/30
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 馮瑞;唐靈

本發明公開了一種雙拋薄襯底氮化物外延層的制備方法，包括：提供一雙拋薄襯底，對所述雙拋薄襯底的第一面進行第一退火處理；在所述第一面上制作抗翹曲結構，該抗翹曲結構包括依次形成在所述第一面上的低溫AlInN氮化物背部緩沖層、AlInN背部外延層、GaN背部外延層、AlGaN背部外延層；對所述雙拋薄襯底的第二面進行第二退火處理；在所述第二面上依次低溫氮化物緩沖層和氮化物層；利用濕法腐蝕所述低溫AlInN氮化物背部緩沖層，使所述雙拋薄襯底與所述抗翹曲結構分離，得到雙拋薄襯底氮化物外延層。本發明利用雙拋薄襯底背部生長抗翹曲結構，產生與正面生長外延層相反的應力提高外延層的質量，避免正面生長多成緩沖層，生成高質量氮化物外延層。

技術領域

本發明涉及半導體外延技術領域，特別是涉及一種雙拋薄襯底氮化物外延層的制備方法及其外延層。

背景技術

目前GaN基半導體材料MOCVD外延都是異質襯底上生長的外延技術，由于襯底與外延層間的晶格與熱膨脹失配導致外延生長的晶體材料位錯密度較高及應力較大，容易出現翹曲裂紋等現象，這些位錯在器件工作時表現為非輻射復合中心而影響器件效率，同時引起漏電流增大而使器件迅速老化，影響器件的工作效率及壽命，制約了其在半導體電子領域中的應用；另外，隨著半導體照明與顯示等市場發展，襯底需求越來越轉向更大尺寸，大尺寸藍寶石等異質襯底上GaN厚膜中殘留的應力而導致的翹曲裂紋也是GaN異質外延技術難以克服的難題，這對GaN材料生長提出更大的困難與挑戰。

近年來，鑒于為降低外延生長過程翹曲影響，目前廣泛使用的藍寶石襯底較厚（大于400μm），襯底由于自身的硬脆性，當外延片流轉至研磨工序，厚的襯底在研磨過程中極易造成裂片、碎片，極大降低了生產良率，工藝生產成本高；采用薄襯底（小于400μm）可以提高襯底研磨效率，并且可以極大改善研磨過程出現的裂片、碎片等現象，提高了生產效率和良率，降低工藝成本。但是薄襯底在外延生長過程中因翹曲過大帶來的外延片表面溫度分布不均出現裂片問題難以克服。

綜上，如何利用薄襯底生長高質量的氮化物外延層是目前有待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙拋薄襯底氮化物外延層的制備方法及其外延層，克服了現有技術中薄襯底外延翹曲過大而生長的外延層質量不高的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種雙拋薄襯底氮化物外延層的制備方法及其外延層包括：提供一雙拋薄襯底，所述雙拋薄襯底的厚度為100~300μm，對所述雙拋薄襯底的第一面進行第一退火處理；

在所述第一面上制作抗翹曲結構，該抗翹曲結構包括依次形成在所述第一面上的低溫AlInN氮化物背部緩沖層、AlInN背部外延層、GaN背部外延層、AlGaN背部外延層；

對所述雙拋薄襯底的第二面進行第二退火處理；

在所述第二面上依次生長低溫氮化物緩沖層和氮化物層；

利用濕法腐蝕所述低溫AlInN氮化物背部緩沖層，使所述雙拋薄襯底與所述抗翹曲結構分離，得到雙拋薄襯底氮化物外延層。

優選地，當第一面的表面粗糙度大于0.5μm時，所述第一退火處理步驟包括：

利用第一熱處理溫度對所述雙拋薄襯底表面進行清潔處理；

利用第二熱處理溫度對所述雙拋薄襯底表面進行氮化處理；

利用第三熱處理溫度和第四熱處理溫度循環交替至少一個周期分別進行In源、Al源預處理；

循環交替進行In源、Al源預處理后，利用第三熱處理溫度進行In源預處理，以便Al原子分布在In原子中間。

優選地，所述第一退火處理步驟還包括：關閉In源和Al源，再利用所述第一熱處理溫度對所述雙拋薄襯底表面進行清潔處理。