專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
為了提高各種器件特性如發(fā)光效率，已經(jīng)將單晶GaN襯底用于制造半導(dǎo)體器件如 發(fā)光二極管(LED)。通常，通過在GaN襯底上形成外延層，在所述襯底背面和所述外延層上 形成電極，隨后將所述襯底分割成片狀部分，從而由GaN襯底制造這種半導(dǎo)體器件。例如，專利文獻(xiàn)1公開了一種方法，包括將在襯底主面上形成有半導(dǎo)體器件的晶 片粘貼到補(bǔ)強(qiáng)板上，隨后通過劃線將所述晶片分割成片，并將所述片從所述補(bǔ)強(qiáng)板上移除。在由GaN襯底形成半導(dǎo)體器件的過程中，為了減少缺陷的產(chǎn)生，已經(jīng)采用了多種 方法來降低GaN襯底的缺陷密度，特別是在GaN襯底主面中的穿透位錯(cuò)密度，即垂直于GaN 晶體生長(zhǎng)方向的穿透位錯(cuò)密度。例如，這些方法是，使用SiO2掩模并在為了具有凸起和凹 陷而已經(jīng)進(jìn)行了加工的基部襯底上生長(zhǎng)GaN晶體的外延橫向過度生長(zhǎng)(ELO)法。專利文獻(xiàn)1 特開2002-329684號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題然而，當(dāng)在相同條件下通過上述方法由多個(gè)GaN襯底形成半導(dǎo)體器件時(shí)，不合格 品率隨著所使用的各種GaN襯底而變化，由此收率發(fā)生變化，這是有問題的。已經(jīng)確認(rèn)，這 種缺陷主要是由在GaN襯底上形成外延層、電極等之后將上述GaN襯底分割成片狀部分時(shí) 的破片、毛刺和裂紋造成的。在這些情況下完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法， 通過所述方法降低在分割成片時(shí)的不合格品率并提高收率。解決所述問題的手段為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的方法包括位錯(cuò)密度評(píng)價(jià)步驟，其中 測(cè)定GaN襯底截面的位錯(cuò)密度，并選擇位錯(cuò)密度為預(yù)定值以下的GaN襯底，所述截面與所述 GaN襯底的主面交叉；以及分割步驟，其中在由位錯(cuò)密度評(píng)價(jià)步驟中選擇的GaN襯底上外延 生長(zhǎng)功能器件部分之后，將所述GaN襯底分割成片狀部分。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在GaN襯底上形成外延層、電極等之后，在將GaN襯底分割成片狀 部分時(shí)，破片、毛刺和裂紋的產(chǎn)生與GaN襯底的缺陷密度、特別是橫向上的缺陷密度密切相 關(guān)。因此，通過測(cè)定與GaN襯底主面交叉的GaN襯底截面的位錯(cuò)密度，并選擇和使用位錯(cuò)密 度為預(yù)定值以下的GaN襯底，降低在將所述襯底分割成片狀部分時(shí)缺陷的產(chǎn)生，所述位錯(cuò) 密度與橫向上的缺陷密度相對(duì)應(yīng)。由此，提高了半導(dǎo)體器件的收率。在本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的方法中，所述截面優(yōu)選為沿所述GaN襯底解理面的 已經(jīng)確認(rèn)，當(dāng)沿解理面進(jìn)行分割成片狀部分時(shí)，大量產(chǎn)生在分割成片狀部分時(shí)的
3破片、毛刺和裂紋。因此，通過測(cè)定沿解理面的表面的位錯(cuò)密度并進(jìn)行選擇，則能夠更適當(dāng) 地進(jìn)行所述選擇。由此，半導(dǎo)體器件的收率提高。在本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法中，在所述位錯(cuò)密度評(píng)價(jià)步驟中，優(yōu)選通過陰 極射線發(fā)光法或光散射斷層X射線照相法測(cè)定所述位錯(cuò)密度。與破壞性檢驗(yàn)相比，通過陰極射線發(fā)光法或光散射斷層X射線照相法以非破壞性 方式測(cè)定位錯(cuò)密度，能夠進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的產(chǎn)率。在本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的方法中，所述預(yù)定值優(yōu)選為3. OX 106/cm2。當(dāng)所述位錯(cuò)密度為上述值以下時(shí)，半導(dǎo)體器件的收率明顯提高。因此，優(yōu)選利用上 述值進(jìn)行GaN襯底的選擇。GaN襯底的主面優(yōu)選具有4. 2X 106/cm2以下的穿透位錯(cuò)密度。有益效果本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，通過所述方法降低在分割成片時(shí)的不合 格品率并提高收率。


圖IA為本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件110的剖視圖。圖IB為本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件110的剖視圖。圖2為顯示用于制造本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件110的GaN襯底1的示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施方案2的半導(dǎo)體器件120的剖視圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施方案3的半導(dǎo)體器件130的剖視圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施方案4的半導(dǎo)體器件140的剖視圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施方案5的半導(dǎo)體器件150的剖視圖。圖7為顯示橫向位錯(cuò)密度與片收率之間關(guān)系的圖。圖8為顯示主面穿透位錯(cuò)密度與器件收率之間關(guān)系的圖。附圖標(biāo)記
1GaN襯底
IA基部
10OF面
30功能器件部分
110半導(dǎo)體器件(LD)
120半導(dǎo)體器件(LED)
130半導(dǎo)體器件(HEMT)
140半導(dǎo)體器件(肖特基(Schottky)
150半導(dǎo)體器件(MIS型晶體管)
具體實(shí)施例方式
下文中，將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。在

中，相同或等 同元件用相同的附圖標(biāo)記表示，并省略了重復(fù)說明。附圖的尺寸比例不一定匹配說明書中 的那些尺寸比例。
實(shí)施方案1圖IA為本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件110的剖視圖。如圖IA中所示，實(shí)施方 案IA的半導(dǎo)體器件110包括由GaN襯底構(gòu)成的基部IA ；半導(dǎo)體層，其中在所述基部IA主 面上順序形成η型GaN緩沖層201、η型AlGaN包覆層(cladding layer) 202、η型GaN光 波導(dǎo)層203、有源層204、未摻雜的InGaN抗劣化層205、ρ型AlGaN帽層(caplayer) 206、ρ 型GaN光波導(dǎo)層207、ρ型AlGaN包覆層208和ρ型GaN接觸層209 ；在ρ型GaN接觸層209 頂上形成的P側(cè)電極251 ；在基部IA背面上形成的η側(cè)電極252 ；以及覆蓋所述ρ型AlGaN 包覆層208的SiO2絕緣膜211。所述半導(dǎo)體器件110充當(dāng)激光二極管(LD)。通過例如下列方法制造實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件110。首先，如圖IB中所示，通過 MOCVD法，在GaN襯底1主面上順序形成η型GaN緩沖層201、η型AlGaN包覆層202、η型 GaN光波導(dǎo)層203、有源層204、未摻雜的AlGaN抗劣化層205、ρ型AlGaN帽層206、ρ型GaN 光波導(dǎo)層207、ρ型AlGaN包覆層208和ρ型GaN接觸層209。其次，在通過CVD法在所述ρ 型GaN接觸層209的整個(gè)主面上形成SiO2膜之后，通過光刻對(duì)所述SiO2膜進(jìn)行構(gòu)圖。再次， 如圖IA中所示，在厚度方向上將ρ型AlGaN包覆層208腐蝕至預(yù)定深度，從而形成脊210。 然后，除去所述SiO2膜，隨后在所述襯底的整個(gè)表面上形成SiO2絕緣膜211。接著，通過形 成抗蝕劑圖案并進(jìn)行腐蝕，在SiO2絕緣膜中形成開口 211。通過剝離法僅在ρ型GaN接觸 層209的主面上形成ρ側(cè)電極251。隨后，在所述GaN襯底1背面上形成η側(cè)電極252，然 后，將所述GaN襯底1分割成片狀部分，從而提供充當(dāng)半導(dǎo)體器件110的LD。還可以通過真 空淀積法、濺射法等形成所述SiO2膜。通過使用含氟的腐蝕氣體的反應(yīng)性離子腐蝕(RIE) 法，可以對(duì)所述SiO2膜進(jìn)行腐蝕。本文中，將對(duì)用于制造實(shí)施方案1半導(dǎo)體器件110的GaN襯底1的制造方法進(jìn)行 說明。首先，在基部襯底上生長(zhǎng)GaN單晶。所述基部襯底優(yōu)選由藍(lán)寶石、ZnO, SiC、A1N、 GaAS、LiA10、GaAlLi0或GaN構(gòu)成。未對(duì)在基部襯底上生長(zhǎng)GaN單晶的方法進(jìn)行特殊限制， 且能夠使用氣相生長(zhǎng)法如金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)法或氫化物氣相外延法，或液相 生長(zhǎng)法如鈉助熔劑法或氨熱法。將通過這種方法生長(zhǎng)的GaN單晶從基部襯底上除去，從而 提供由GaN單晶構(gòu)成的GaN襯底。在制造實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件110的方法中，在GaN襯底1的主面上形成半導(dǎo)體 層(功能器件部分)之前，實(shí)施位錯(cuò)密度評(píng)價(jià)步驟，其中測(cè)定GaN襯底1截面的位錯(cuò)密度， 并選擇位錯(cuò)密度為預(yù)定值以下的GaN襯底，所述截面與所述GaN襯底1的主面交叉。圖2為顯示用于制造實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的GaN襯底1的示意圖。圖2顯示 了根據(jù)實(shí)施方案1制造半導(dǎo)體器件Iio的方法，在GaN襯底1的主面上形成了功能器件部 分30。在制造實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件110的方法中，形成半導(dǎo)體層作為GaN襯底1主面 上的功能器件部分30，隨后沿圖2中所示的虛線將所述GaN襯底1分割成片狀部分。此時(shí)， 分割方向Cl為沿解理面的方向，分割方向C2為垂直于解理面的方向。在圖2中的GaN襯 底1中，在沿解理面的方向上，設(shè)置取向平坦(OF)面10。所述OF面10顯示了 GaN襯底1 中GaN晶體的結(jié)晶方向。通常，在分割方向Cl為沿解理面的方向時(shí)，通過解理進(jìn)行在方向 Cl上所述GaN襯底的分割。另外，通過形成劃線并沿其將GaN襯底1斷開，在方向C2上分 割GaN襯底1，所述方向C2為垂直于解理面的方向。
如在實(shí)施方案1中一樣，當(dāng)在沿解理面的方向上設(shè)置OF面10時(shí)，通過測(cè)定OF面 10的位錯(cuò)密度，能夠選擇GaN襯底。然而，可能存在在不同于解理面的方向上設(shè)置OF面的 情況。在此情況中，優(yōu)選形成沿解理面的面，隨后實(shí)施測(cè)定。接下來，將對(duì)測(cè)定OF面10中位錯(cuò)密度的方法進(jìn)行描述。用于測(cè)定OF面10中位錯(cuò)密度的方法為陰極射線發(fā)光(CL)法、透射電子顯微鏡 (TEM)法、光散射斷層X射線照相法、通過利用溶劑進(jìn)行腐蝕來形成蝕坑并對(duì)所述蝕坑進(jìn)行 計(jì)數(shù)的方法(蝕坑密度EPD)等。能夠?qū)⑸鲜龇椒ㄖ械娜我庖环N用作測(cè)定實(shí)施方案1的OF面10中位錯(cuò)密度的方 法。然而，優(yōu)選使用CL法或光散射斷層X射線照相法。這是因?yàn)椋?dāng)TEM法和EPD法為破 壞性檢驗(yàn)時(shí)，所述CL法和光散射斷層X射線照相法為非破壞性檢驗(yàn)，因此能夠降低因位錯(cuò) 密度測(cè)定而造成的GaN襯底的損耗。具體地，通過放置OF面10從而垂直于電子槍并測(cè)定 黑斑數(shù)，進(jìn)行CL法。當(dāng)通過CL法進(jìn)行測(cè)定時(shí)，優(yōu)選通過解理形成所觀察的OF面10，從而能 夠清晰觀察黑斑。通過將激光入射到OF面10上并利用光學(xué)顯微鏡確定穿過要形成外延層 的表面(即GaN襯底1的主面)的黑線的數(shù)目和長(zhǎng)度，從而進(jìn)行光散射斷層X射線照相法。 當(dāng)通過光散射斷層X射線照相法進(jìn)行測(cè)定時(shí)，所述OF面10優(yōu)選為通過解理等而形成的鏡 面，從而使激光易于進(jìn)入OF面10。當(dāng)通過這種方法測(cè)定位錯(cuò)密度時(shí)，優(yōu)選將GaN襯底1的OF面10的位錯(cuò)密度為 3. OX IOVcm2以下的GaN襯底1用于制造半導(dǎo)體器件110。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在GaN襯底上形成外延層、電極等之后，在將GaN襯底分割成 片狀部分時(shí)的破片、毛刺和裂紋，與GaN襯底的缺陷密度、特別是在橫向上的缺陷密度密切 相關(guān)。為了降低GaN襯底的缺陷密度、特別是GaN襯底的穿透位錯(cuò)密度，已經(jīng)使用了下列方 法。通過使用SiO2掩模的外延橫向過度生長(zhǎng)(ELO)法或PENDEO法，降低了延伸至垂 直于晶體生長(zhǎng)方向的晶體表面的位錯(cuò)密度，在所述PENDEO法中，對(duì)襯底進(jìn)行加工以便具有 凸起和凹陷，隨后進(jìn)行生長(zhǎng)以便填充所述凹陷，從而使位錯(cuò)在橫向上發(fā)生彎曲。通過這種方 法生長(zhǎng)的晶體的位錯(cuò)在橫向上發(fā)生彎曲。對(duì)平行于晶體生長(zhǎng)方向的這種晶體的截面進(jìn)行觀 察表明，延伸穿過所述截面的位錯(cuò)密度高。因此，發(fā)現(xiàn)延伸穿過平行于晶體生長(zhǎng)方向的截面的位錯(cuò)的存在造成了晶格應(yīng)變， 且沿所述截面(例如解理面)分割成片狀部分使得分割截面混亂并產(chǎn)生破片等。這種破片 等的產(chǎn)生造成半導(dǎo)體器件的收率降低。因此，如在實(shí)施方案1中一樣，通過測(cè)定GaN襯底1截面的位錯(cuò)密度，并僅利用位 錯(cuò)密度為預(yù)定值(3. OX IOfVcm2)以下的GaN襯底1制造半導(dǎo)體器件110，能夠減少在沿截 面將GaN襯底1分割成片狀部分時(shí)由破片等造成的缺陷的產(chǎn)生，所述截面與所述GaN襯底 1的主面交叉。因此，能夠提高半導(dǎo)體器件110的收率。在實(shí)施方案1中，當(dāng)GaN襯底1具有4.2X106/cm2以下的穿透位錯(cuò)密度時(shí)，能夠 進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件110的收率。測(cè)定GaN襯底1的穿透位錯(cuò)密度的方法可以為CL法、 TEM法、通過利用溶劑進(jìn)行腐蝕形成蝕坑并對(duì)所述蝕坑進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法(EPD)等。然而，優(yōu) 選使用作為非破壞性檢驗(yàn)的CL法。在下列實(shí)施方案2 5中，將對(duì)利用GaN襯底1制造的半導(dǎo)體器件進(jìn)行詳細(xì)說明，所述襯底1如實(shí)施方案1中一樣通過測(cè)定OF面10的位錯(cuò)密度來選擇。由于在半導(dǎo)體器件 的制造過程中將GaN襯底1分割成多個(gè)片狀部分，所以各個(gè)半導(dǎo)體器件包括基部1A，其為 GaN襯底1的一部分。實(shí)施方案2圖3為本發(fā)明實(shí)施方案2的半導(dǎo)體器件120的剖視圖。如圖3中所示，實(shí)施方案 2的半導(dǎo)體器件120包括半導(dǎo)體層，其中在基部IA主面上順序形成η型GaN層212、η型 AlGaN層213、發(fā)光層214、ρ型AlGaN層215和ρ型GaN層216 ；在所述ρ型GaN層216上 形成的P側(cè)電極251 ；以及在所述基部IA背面上形成的η側(cè)電極252。這種半導(dǎo)體器件110 充當(dāng)發(fā)光二極管(LED)。所述發(fā)光層214可以具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，其中例如交替堆疊 GaN 層和 Ina2Gaa8N 層。通過例如下列方法制造實(shí)施方案2的半導(dǎo)體器件120。首先，在通過測(cè)定OF面10 的位錯(cuò)密度而選擇的GaN襯底1的主面上，通過MOCVD法，順序形成5 μ m厚并充當(dāng)η型GaN 層212的層、充當(dāng)η型AlGaN層213的層、3nm厚并充當(dāng)發(fā)光層214的層(Ina2Gaa8N層)、 60nm厚并充當(dāng)ρ型AlGaN層215的層(Ala2Gaa8N層)以及150nm厚并充當(dāng)ρ型GaN層216 的層。隨后，在充當(dāng)P型GaN層216的層上形成IOOnm厚并充當(dāng)ρ側(cè)電極251的部分。將 充當(dāng)ρ型GaN層205的層的表面粘貼到夾持器上以進(jìn)行研磨，隨后利用含平均粒度為30 μ m 的SiC磨料粒的漿體對(duì)所述GaN襯底1進(jìn)行研磨，從而有助于分割成片狀部分。在基部IA 背面上形成充當(dāng)η側(cè)電極252的電極并將GaN襯底1分割成片狀部分。由此，提供作為半 導(dǎo)體器件120的LED。如在實(shí)施方案2中一樣，通過測(cè)定GaN襯底1截面的位錯(cuò)密度，并利用位錯(cuò)密度為 預(yù)定值以下的GaN襯底來制造半導(dǎo)體器件120 (LED)，能夠降低在沿截面將GaN襯底分割成 片狀部分時(shí)由破片等造成的缺陷的產(chǎn)生，所述截面與GaN襯底1的主面交叉。因此，能夠提 高半導(dǎo)體器件120 (LED)的收率。實(shí)施方案3圖4為本發(fā)明實(shí)施方案3的半導(dǎo)體器件130的剖視圖。如圖4中所示，實(shí)施方案 3的半導(dǎo)體器件130包括基部IA ；III族氮化物半導(dǎo)體層221，其中在所述基部IA主面上 順序堆疊i型GaN層221a和i型AlGaN層221b ；以及在所述i型AlGaN層221b上形成的 源極253、柵極254和漏極255。所述半導(dǎo)體器件130充當(dāng)高電子遷移率晶體管(HEMT)。通過例如下列方法制造實(shí)施方案3的半導(dǎo)體器件130。在通過測(cè)定OF面10的位錯(cuò) 密度而選擇的GaN襯底1的主面上，通過MOCVD法，生長(zhǎng)3 μ m厚并充當(dāng)i型GaN層221a的 層，以及30nm厚且充當(dāng)i型AlGaN層22Ib的層(i型Ala 15GaQ.85N層)。通過光刻法和剝離 法，在充當(dāng)i型AlGaN層221b的層上順序形成由Ti層(厚度:50nm)/Al層(厚度=IOOnm)/ Ti層(厚度20nm)/Au層(厚度200nm)的復(fù)合層構(gòu)成的源極253和漏極255。然后，再 形成由300nm厚的Au層構(gòu)成的柵極254。此時(shí)，柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為150μπι。然 后，將ρ型GaN層表面粘貼到夾持器上以進(jìn)行研磨，隨后利用含平均粒度為30 μ m的SiC磨 料粒的漿體對(duì)GaN襯底進(jìn)行研磨，從而有助于分割成片狀部分。隨后，將所述GaN襯底分割 成片狀部分，從而提供作為半導(dǎo)體器件130的HEMT。如在實(shí)施方案3中一樣，通過測(cè)定GaN襯底1的截面的位錯(cuò)密度，并利用位錯(cuò)密度 為預(yù)定值以下的GaN襯底來制造半導(dǎo)體器件130 (HEMT)，能夠減少在沿所述截面將GaN襯底分割成片狀部分時(shí)由破片等造成的缺陷的產(chǎn)生，所述截面與所述GaN襯底1的主面交叉。 因此，能夠提高半導(dǎo)體器件130 (HEMT)的收率。實(shí)施方案4圖5為本發(fā)明實(shí)施方案4的半導(dǎo)體器件140的剖視圖。如圖5中所示，實(shí)施方案4 的半導(dǎo)體器件140包括在基部IA主面上的n_型GaN層221，其作為一種或多種III族氮 化物半導(dǎo)體層；以及在所述基部IA背面上的歐姆電極256。所述半導(dǎo)體器件140還包括在 所述n_型GaN層221主面上的肖特基電極257。所述半導(dǎo)體器件140充當(dāng)肖特基二極管。通過例如下列方法制造實(shí)施方案4的半導(dǎo)體器件140。在通過測(cè)定OF面10的位 錯(cuò)密度而選擇的GaN襯底1上，通過MOCVD法，生長(zhǎng)了充當(dāng)n_型GaN層221的層(電子濃 度1 X IO16CnT3)。隨后，在GaN襯底1的背面上形成由Ti層(厚度50nm)/Al層(厚度 100nm)/Ti層(厚度20nm)/Au層(厚度200nm)的復(fù)合層構(gòu)成的歐姆電極256。另外，通 過光刻法和剝離法，在充當(dāng)n_型GaN層221上形成由Au層構(gòu)成的且直徑為200 μ m、厚度為 300nm的肖特基電極257。然后，將ρ型GaN層的表面粘貼到夾持器上以進(jìn)行研磨，隨后利 用含平均粒度為30μπι的SiC磨料粒的漿體對(duì)GaN襯底進(jìn)行研磨，從而有助于分割成片狀 部分。隨后，將所述GaN襯底分割成片狀部分，從而提供作為半導(dǎo)體器件140的肖特基二極 管。如在實(shí)施方案4中一樣，通過測(cè)定GaN襯底1的截面的位錯(cuò)密度，并利用位錯(cuò)密度 為預(yù)定值以下的GaN襯底來制造半導(dǎo)體器件140 (肖特基二極管)，能夠減少在沿所述截面 將GaN襯底分割成片狀部分時(shí)由破片等造成的缺陷的產(chǎn)生，所述截面與所述GaN襯底1的 主面交叉。因此，能夠提高半導(dǎo)體器件140 (肖特基二極管)的收率。實(shí)施方案5圖6為本發(fā)明實(shí)施方案5的半導(dǎo)體器件150的剖視圖。如圖6中所示，實(shí)施方案5 的半導(dǎo)體器件150包括基部IA和III族氮化物半導(dǎo)體層221，所述III族氮化物半導(dǎo)體層 221包括在所述基部IA主面上形成的η_型GaN層221c以及ρ型GaN層221d和η.型GaN 層221e，其中形成所述ρ型GaN層22Id和η+型GaN層22Ie，使得它們埋藏在所述η_型GaN 層221c上的兩個(gè)(左和右)部分中。所述半導(dǎo)體器件150還包括在所述基部IA背面上 形成的漏極255 ；在所述n_型GaN層221c上形成的柵極254，在所述n_型GaN層221c與所 述柵極254之間具有絕緣膜258 ；以及在兩部分中的η+型GaN層221e上形成的源極253。 所述半導(dǎo)體器件150充當(dāng)金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS)型晶體管。通過例如下列方法制造實(shí)施方案5的半導(dǎo)體器件150。在通過測(cè)定OF面10的位 錯(cuò)密度而選擇的GaN襯底1上，通過MOCVD法，形成了 5 μ m厚并充當(dāng)n_型GaN層221c的層 (電子濃度lX1016cm_3)。然后，通過選擇性離子植入法，在充當(dāng)n_型GaN層的層主面區(qū)域 的一部分中，順序形成ρ型GaN層22Id和η+型GaN層22Ie。然后，利用300nm厚的SiO2膜 來保護(hù)充當(dāng)n_型GaN層221c的部分的主面，隨后進(jìn)行退火，從而激活植入的離子。通過等 離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相淀積(P-CVD)法，形成作為MIS絕緣膜的SiO2膜。隨后，通過光刻方 法和使用緩沖氫氟酸的選擇性腐蝕方法，對(duì)用于MIS的絕緣膜的部分進(jìn)行腐蝕，并實(shí)施剝 離法從而在充當(dāng)n+型GaN層221e的層上形成由Ti層(厚度50nm)/Al層(厚度IOOnm)/ Ti層(厚度20nm)/Au層(厚度200nm)的復(fù)合層構(gòu)成的源極253。隨后，通過光刻法和剝 離法，在用于MIS的絕緣膜258上形成由300nm厚的Al層構(gòu)成的充當(dāng)柵極254的部分。為了有助于分割成片狀部分，然后將P型GaN層的表面粘貼到夾持器上以進(jìn)行研磨。隨后，利 用含平均粒度為30 μ m的SiC磨料粒的漿體對(duì)GaN襯底進(jìn)行研磨，并分割成片狀部分。最 后，在GaN襯底1的整個(gè)背面上形成由Ti層(厚度50nm)/Al層(厚度100nm)/Ti層(厚 度20nm)/Au層(厚度200nm)的復(fù)合層構(gòu)成的漏極255，從而提供作為半導(dǎo)體器件150的 MIS型晶體管。如在實(shí)施方案5中一樣，通過測(cè)定GaN襯底1的截面的位錯(cuò)密度，并利用位錯(cuò)密度 為預(yù)定值以下的GaN襯底來制造半導(dǎo)體器件150 (MIS型晶體管)，能夠減少在沿所述截面 將GaN襯底分割成片狀部分時(shí)由破片等造成的缺陷的產(chǎn)生，所述截面與所述GaN襯底1的 主面交叉。因此，能夠提高半導(dǎo)體器件150 (MIS型晶體管)的收率。實(shí)施例下文中，利用根據(jù)實(shí)施方案的制造方法制得的半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行更詳細(xì)地說明。然而，本發(fā)明不限于下列實(shí)施例。1.實(shí)施例1制備具有(0001)面主面和在(1-100)面處解理的OF面且厚度為450 μ m的GaN 襯底，作為用于實(shí)施例1的GaN襯底。利用安裝到掃描電子顯微鏡(SEM)上的CL裝置，對(duì) GaN襯底(0001)面中的穿透位錯(cuò)密度(主面穿透位錯(cuò)密度)進(jìn)行測(cè)定，其為4.2X106/cm2。 通過CL法對(duì)OF面中的位錯(cuò)密度(橫向位錯(cuò)密度)進(jìn)行測(cè)定，其為3.0X106/cm2。通過在 隨機(jī)選定的尺寸為100 μ mX 100 μ m的五個(gè)區(qū)域內(nèi)對(duì)黑斑數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)并求平均值，從而計(jì) 算這種位錯(cuò)密度。利用所述GaN襯底，制造作為本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件110且充當(dāng)實(shí)施例 1的LD。詳細(xì)的制造方法如下。通過MOCVD法，在GaN襯底的主面上順序外延生長(zhǎng)下列層作為III族氮化物半導(dǎo) 體層 η型GaN緩沖層，其摻雜有Si且厚度為0. 05 μ m ；η型Alatl8Gaa92N包覆層，其摻雜有Si且厚度為l.Oym;有源層，其具有多重量子阱結(jié)構(gòu)，其中五次重復(fù)堆疊摻雜有Si且厚度為0. Ιμπι 的η型GaN光波導(dǎo)層、厚度為3nm的未摻雜的Intl. 15Ga0.85N層和厚度為6nm的未摻雜的 Ina03Ga0 97N 層；未摻雜的Ala2Gaa8N抗劣化層，其厚度為0. 01 μ m ；ρ型Ala 2Ga0.8N層，其摻雜有鎂(Mg)且厚度為IOnm ；ρ型GaN光波導(dǎo)層，其摻雜有Mg且厚度為0. 1 μ m ；ρ型Ala 08Ga0.92N包覆層，其摻雜有Mg且厚度為0. 3 μ m ；以及ρ型GaN接觸層，其摻雜有Mg。隨后，將GaN襯底從MOCVD設(shè)備中移出。接著，通 過CVD法，在ρ型GaN接觸層的整個(gè)表面上形成0. 1 μ m厚的SiO2膜。然后，通過光刻，在 SiO2膜中形成與脊部分的形狀相對(duì)應(yīng)的圖案。隨后，通過充當(dāng)掩模的SiO2膜，利用RIE法，在厚度方向上，將ρ型AlGaN包覆層 腐蝕至預(yù)定深度，從而形成在<1-100>方向上延伸的脊。該脊的寬度為2 μ m。用于RIE的 腐蝕氣體為基于氯的氣體。隨后，通過腐蝕，將用作腐蝕掩模的SiO2膜除去。然后，通過CVD法，在襯底的整
9個(gè)表面上形成0. 3 μ m厚的SiO2絕緣膜。隨后，通過光刻，形成覆蓋除了形成ρ側(cè)電極的區(qū) 域之外的絕緣膜主面的抗蝕劑圖案。通過充當(dāng)掩模的抗蝕劑圖案，對(duì)絕緣膜進(jìn)行腐蝕，從而 形成開口。在留下抗蝕劑圖案的同時(shí)，隨后通過真空淀積法，在襯底整個(gè)表面上形成ρ側(cè)電 極。然后，將抗蝕劑圖案與在其上形成的P側(cè)電極一起除去。由此，僅在P型GaN接觸層上 形成P側(cè)電極。為了有助于分割成片狀部分，將P型GaN層表面粘貼到夾持器上以進(jìn)行研 磨。隨后，利用含平均粒度為2. 5 μ m的SiC磨料粒的漿體對(duì)GaN襯底進(jìn)行研磨，直至所述 GaN襯底的厚度從450 μ m降至130 μ m。然后，在GaN襯底背面上形成η側(cè)電極。隨后，沿器件區(qū)域的輪廓對(duì)如上所述在其 上已經(jīng)形成了激光結(jié)構(gòu)的GaN襯底進(jìn)行劃線，并通過解理將其分割成棒狀部分。隨后，在垂 直于劈開方向的方向上在棒狀部分中形成劃線，并將所述棒狀部分?jǐn)嚅_，從而分割成片。由 此，提供了實(shí)施例1中的半導(dǎo)體器件(LD)。通過下列方法，對(duì)通過上述方法提供的半導(dǎo)體器件進(jìn)行評(píng)價(jià)。首先，關(guān)于片收率， 利用顯微鏡對(duì)所述片的主面進(jìn)行觀察，從而確認(rèn)是否存在破片、裂紋等。并利用原子力顯微鏡(AFM)進(jìn)一步測(cè)定解理的端面，并評(píng)定為合格或不合格。結(jié) 果，發(fā)現(xiàn)合格率為79%。關(guān)于器件收率，隨后對(duì)LD進(jìn)行壽命試驗(yàn)。關(guān)于試驗(yàn)條件，氣氛溫度為70°C且光學(xué) 輸出為30mW。在恒定的光學(xué)輸出驅(qū)動(dòng)下電流增大1. 2倍所需的時(shí)間為3000小時(shí)以上的LD 評(píng)價(jià)為合格。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)合格率為64%。計(jì)算上述片收率和器件收率的乘積作為總收率。 實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的總收率為50. 6%。2.實(shí)施例2 7和實(shí)施例8 10除了 GaN襯底與實(shí)施例1的不同之外，實(shí)施例2 7和實(shí)施例8 10與實(shí)施例1 相同。具體地，制備具有(0001)面主面和在(1-100)面處解理的OF面且厚度為450μπι的 九個(gè)GaN襯底。通過CL法，測(cè)定了在GaN襯底的(0001)面(主面)中的穿透位錯(cuò)密度和 在GaN襯底的OF面中的位錯(cuò)密度(橫向位錯(cuò)密度)。根據(jù)結(jié)果，將具有4. 2X IOfVcm2以下 的穿透位錯(cuò)密度和3. OX IOfVcm2以下的橫向位錯(cuò)密度的襯底用于實(shí)施例2 7，并將橫向 位錯(cuò)密度超過3. OX IOfVcm2的襯底用于實(shí)施例8 10。通過與實(shí)施例1中相同的方法，利 用這些GaN襯底制造半導(dǎo)體器件(LD)。通過與實(shí)施例1中相同的方法，計(jì)算由上述方法提供的半導(dǎo)體器件的片收率、器 件收率和總收率。將實(shí)施例1 10的結(jié)果示于表I中。與實(shí)施例8 10相比，實(shí)施例1 7的片 收率高，因此總收率高。表 I 3.實(shí)施例11和12除了 GaN襯底與實(shí)施例1的GaN襯底在主面取向和位錯(cuò)密度方面不同之外，實(shí)施 例11和12與實(shí)施例1相同。具體地，制備了具有相對(duì)于(0001)面在<11-20>方向上偏 離35°的主面和在(1-100)面處解理的OF面且厚度為450 μ m的兩個(gè)GaN襯底。通過CL 法，測(cè)定了在GaN襯底的(0001)面(主面)中的穿透位錯(cuò)密度和在GaN襯底的OF面中的 位錯(cuò)密度(橫向位錯(cuò)密度)。根據(jù)結(jié)果，將具有超過4.2X106/cm2的穿透位錯(cuò)密度和超過 3. OX IOVcm2的橫向位錯(cuò)密度的襯底用于實(shí)施例11，并將具有4. 2X 106/cm2以下的穿透位 錯(cuò)密度和3. OX IOfVcm2以下的橫向位錯(cuò)密度的襯底用于實(shí)施例12。通過與實(shí)施例1中相 同的方法，利用這些GaN襯底制造半導(dǎo)體器件(LD)。通過與實(shí)施例1中相同的方法，計(jì)算由上述方法提供的半導(dǎo)體器件的片收率、器 件收率和總收率。
將實(shí)施例11和12的結(jié)果示于表II中。實(shí)施例8具有高的片收率，因此具有高的 總收率。由此，確認(rèn)在使用不同主面取向的情況下，也能夠獲得類似的結(jié)果。表II 將實(shí)施例1 12的結(jié)果一起圖示于圖7和8中。圖7為顯示橫向位錯(cuò)密度和片 收率之間關(guān)系的圖；橫軸表示了橫向位錯(cuò)密度，縱軸表示了片收率。圖8為顯示主面穿透位 錯(cuò)密度與器件收率之間關(guān)系的圖；橫軸表示了主面穿透位錯(cuò)密度，縱軸表示了器件收率。由此，發(fā)現(xiàn)GaN襯底的位錯(cuò)密度影響了半導(dǎo)體器件的片收率和器件收率。還發(fā)現(xiàn) 半導(dǎo)體器件的片收率和器件收率取決于GaN襯底的橫向位錯(cuò)密度和主面穿透位錯(cuò)密度，但 不取決于生長(zhǎng)方法例如氣相生長(zhǎng)方法如MOCVD法和HVPE法，以及液相生長(zhǎng)方法如鈉助熔劑 法和氨熱法。因此，通過限定預(yù)定閥值并僅使用具有小于閥值的位錯(cuò)密度的GaN襯底來制 造半導(dǎo)體器件，能夠提高收率。上面實(shí)施例還表明，通過將預(yù)定閥值限定為“4. 2X IOVcm2 以下的穿透位錯(cuò)密度和3. OX IOfVcm2以下的橫向位錯(cuò)密度”，如同用于分離實(shí)施例1 7和 實(shí)施例8 10的參考(閥值)一樣，能夠提高半導(dǎo)體器件的收率。本文中公 開的實(shí)施方案和實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解為在所有方面都是示例性的，而不是限 制性的。本發(fā)明的范圍不是由上述說明書顯示，而是由權(quán)利要求書顯示，意圖是本發(fā)明包括 與權(quán)利要求書等價(jià)的概念和在權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有修改。
1權(quán)利要求
一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括位錯(cuò)密度評(píng)價(jià)步驟測(cè)定GaN襯底截面的位錯(cuò)密度，并選擇位錯(cuò)密度為預(yù)定值以下的GaN襯底，所述截面與所述GaN襯底的主面交叉；以及分割步驟在由位錯(cuò)密度評(píng)價(jià)步驟中選擇的GaN襯底上外延生長(zhǎng)功能器件部分之后，將所述GaN襯底分割成片狀部分。
2.如權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述截面為沿著所述GaN襯底的 解理面的面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，在所述位錯(cuò)密度評(píng)價(jià)步驟中，通過陰極射線發(fā)光法或光散射斷層X射線照相法來測(cè)定所述位錯(cuò)密度。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述預(yù)定值為 3. OX 106/cm2。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述GaN襯底的主 面具有4. 2X IOVcm2以下的穿透位錯(cuò)密度。
全文摘要
本發(fā)明提供半導(dǎo)體器件制造方法，其中降低了片分割時(shí)的不合格發(fā)生率并提高了收率。所述半導(dǎo)體器件制造方法包括位錯(cuò)密度評(píng)價(jià)步驟，其中測(cè)定GaN襯底中與主面交叉的截面的位錯(cuò)密度，并選擇位錯(cuò)密度為預(yù)定值以下的GaN襯底；以及分割步驟，其中在由位錯(cuò)密度評(píng)價(jià)步驟中選擇的GaN襯底上層壓功能器件部分之后，將所述GaN襯底分割成片狀部分。
文檔編號(hào)H01L21/338GK101911258SQ200880124228
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日
發(fā)明者中畑成二, 藤原伸介 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社