專利名稱：一種制備氮化物自支撐襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種制備低彎曲度、無(wú)裂紋 的氮化物自支撐襯底的方法。
背景技術(shù)：
氮化物類半導(dǎo)體因?yàn)樗鼈儽旧矶际侵苯訋兜陌雽?dǎo)體材料，室溫下禁帶寬
度從0.7eV到6.2eV可調(diào)，是非常有用的光電子材料。氮化物系列半導(dǎo)體不僅 包括氮化鎵，而且還包括A1N、 InN或?qū)⒌壓虯1N、 InN的混合晶體薄膜 重疊起來(lái)構(gòu)成的發(fā)光元件，但并不是所有含有氮的一般的半導(dǎo)體。氮化物系列 半導(dǎo)體具有耐高溫、耐腐蝕、飽和電子速率大、熱導(dǎo)性好等特點(diǎn)，在制作高溫
和大功率以及在惡劣環(huán)境下上作的電子器件時(shí)有廣泛的應(yīng)用背景。但是由于氮 化物的熔點(diǎn)高，離解壓大，制備十分困難，生長(zhǎng)氮化物薄膜的主要困難之一是 缺少與氮化物晶格匹配和熱匹配的襯底材料。
目前常用的異質(zhì)襯底主要為藍(lán)寶石、SiC、鎂鋁尖晶石(MgAl204 )、LiA102、 LiGa02、 Si和GaAs等。藍(lán)寶石由于其制備工藝成熟、價(jià)格較低、易于清洗和 處理，而且可以穩(wěn)定生產(chǎn)，具有耐熱、透明、可大面積獲得的特性，在高溫下 具有很好的穩(wěn)定性等因素成為應(yīng)用于外延氮化物最廣泛的村底材料。目前很多 研究小組都可以在藍(lán)寶石上生長(zhǎng)出厚度超過(guò)200iim的GaN厚膜，但晶片彎曲 嚴(yán)重，無(wú)法直接使用，也無(wú)法用研磨的方法獲得自支撐GaN襯底。而且要得 到標(biāo)準(zhǔn)的GaN拋光片襯底，GaN膜的厚度至少應(yīng)該大于450jim,而直接在藍(lán) 寶石上生長(zhǎng)厚度超過(guò)450)am的GaN厚膜極為困難，晶片往往因應(yīng)力而開(kāi)裂。 因?yàn)樗{(lán)寶石與氮化物的熱膨脹系數(shù)差別較大，當(dāng)生長(zhǎng)結(jié)束降至室溫后，晶片向 下彎曲，GaN膜厚度越厚彎曲越大，晶片尺寸越大彎曲越大。目前主要的解決
4辦法是在藍(lán)寶石等襯底上生長(zhǎng)A1N等緩沖層，或添加掩膜來(lái)降低氮化物與異質(zhì)
村底的不匹配度。這樣做可以有效的提高氮化物襯底的晶體質(zhì)量，但是大多數(shù) 方法工藝復(fù)雜，不能充分發(fā)揮氮化物半導(dǎo)體材料的優(yōu)越性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制備低彎曲度、無(wú)裂紋的氮化物自支撐襯底的方法。用以 解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的制備氮化物村底工藝復(fù)雜，不能充分發(fā)揮氮化物半導(dǎo)體 材料的優(yōu)越性能的問(wèn)題。
為達(dá)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種制備氮化物自支撐襯底的方法，所述
方法包括以下步驟
將異質(zhì)村底在單晶爐中生長(zhǎng)氮化物薄膜；
對(duì)生長(zhǎng)有氮化物薄膜的異質(zhì)襯底底部進(jìn)行凹槽刻蝕，所述凹槽將所述異質(zhì) 襯底底部劃分為若干個(gè)區(qū)域；
刻蝕結(jié)束后，清洗所述生長(zhǎng)有氮化物薄膜的異質(zhì)襯底，然后放回單晶爐中 繼續(xù)生長(zhǎng)，得到后續(xù)生長(zhǎng)的氮化物膜；
去除所述異質(zhì)襯底，對(duì)后續(xù)生長(zhǎng)的氮化物膜進(jìn)行拋光處理，獲得剝離后的 氮化物自支撐村底。
其中，采用氫化物氣相外延的方法生長(zhǎng)所述氮化物薄膜。
其中，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的方法生長(zhǎng)所述氮化物薄膜。
其中，所述氮化物薄膜的厚度在20-200 ia m之間。
其中，采用激光刻蝕技術(shù)對(duì)生長(zhǎng)有氮化物薄膜的異質(zhì)襯底底部進(jìn)行凹槽刻蝕。
其中，所述凹槽為方形、圓孔形或蜂窩狀。
其中，所述凹槽為方形，凹槽深度大于20iam，小于所述異質(zhì)村底的厚度。 其中，所述凹槽寬度在10- 500lum之間。 其中，所述凹槽的間距為1 ~ 10mm。其中，采用激光剝離或研磨的方法去除所述異質(zhì)襯底。
本發(fā)明有益效果如下
本發(fā)明通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)有一薄層氮化物薄膜的初始異質(zhì)襯底底部進(jìn)行激光刻 蝕，將村底刻蝕成眾多尺寸較小的區(qū)域，便于一部分應(yīng)力的釋放，緩解了應(yīng)力 對(duì)氮化物生長(zhǎng)的影響，再在其上生長(zhǎng)低彎曲度、無(wú)裂紋的高質(zhì)量氮化物厚膜， 這樣便于大尺寸晶片剝離，獲得氮化物自支撐村底。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中一種制備氮化物自支撐襯底方法的流程圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中 一種制備氮化物自支撐襯底的步驟示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中刻蝕后藍(lán)寶石襯底上的方形凹槽結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此 處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
在氮化物薄膜生長(zhǎng)的過(guò)程中，由于襯底與薄膜材料的晶格匹配較差，當(dāng)生 長(zhǎng)到一定厚度，薄膜會(huì)由于底部壓力和頂部張力的影響而發(fā)生彎曲，同時(shí)由于 應(yīng)力無(wú)法釋放而會(huì)使薄膜出現(xiàn)裂紋。困擾了剝離、拋光等后續(xù)工藝的進(jìn)行。本 實(shí)施例為解決以上問(wèn)題，采用了以下技術(shù)解決方案采用兩步生長(zhǎng)氮化物，第 一步在初始襯底上生長(zhǎng)氮化物薄層，然后將襯底拿出單晶爐，利用激光器將襯 底刻蝕成眾多較小尺寸的區(qū)域，來(lái)緩解分應(yīng)力，再將襯底拿回爐中繼續(xù)生長(zhǎng)， 從而可以獲得低彎曲度、低位錯(cuò)無(wú)裂紋的氮化物自支撐襯底。
結(jié)合圖1~圖3,對(duì)本實(shí)施例涉及的制備氮化物自支撐襯底方法的技術(shù)方案 的進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，具體步驟如下
步驟l，將初始的異質(zhì)襯底al在單晶爐中生長(zhǎng)氮化物薄膜a2，生長(zhǎng)到一 定厚度后，降溫，取出村底。生長(zhǎng)氮化物薄膜可以采用HVPE (Hydride VaporPhase Epitaxy,氬化物氣相夕卜延)、MOCVD (Metal Organic Chemical VaporDeposition,金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)等方法進(jìn)行；氮化物薄膜a2生長(zhǎng)一定厚度，可以在20 200jam之間，即薄膜還未發(fā)生裂紋和彎曲較小時(shí)，便要停止生長(zhǎng)。
步驟2，采用激光刻蝕技術(shù)對(duì)初始的異質(zhì)襯底al底部進(jìn)行刻蝕，形成激光刻蝕后的襯底底部凹槽a3;襯底底部凹槽a3可以為方形、圓孑L形、蜂窩狀等微小凹槽均可；當(dāng)為方形凹槽時(shí)，深度在20pm ~襯底厚度之間，刻蝕槽寬10 ~500 |i m之間，間距為1 ~ 10mm。
步驟3，刻蝕結(jié)束后，清洗，放回單晶爐中繼續(xù)生長(zhǎng)，得到后續(xù)生長(zhǎng)的高質(zhì)量氮化物厚膜a4;
步驟4，采用激光剝離或研磨的方法去除初始的異質(zhì)襯底al;
步驟5，對(duì)厚膜進(jìn)行拋光處理，獲得剝離后的氮化物自支撐村底a5。
下面以藍(lán)寶石村底為例，本實(shí)例操作方法具體包括以下步驟
1、 將藍(lán)寶石清洗干凈后，放入單晶爐中加熱到850°C ~ 1050°C，氮化、成核后，生長(zhǎng)20 200nm厚度的氮化物薄膜；
2、 從單晶爐中取出生長(zhǎng)有氮化物薄膜的藍(lán)寶石，利用激光刻蝕法在藍(lán)寶石上刻蝕出方形凹槽在藍(lán)寶石村底上刻蝕出深度為100(im，槽寬100jum,間距為lmm的方形凹槽；
3、 刻蝕完畢后，將藍(lán)寶石清洗干凈后，放入單晶爐中繼續(xù)升溫，生長(zhǎng)第二層低位錯(cuò)密度、并具有較小應(yīng)力的氮化物厚膜；
4、 研磨，得到氮化物厚膜；
5、 對(duì)厚膜進(jìn)行兩面拋光，獲得自支撐氮化物襯底。由上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明基于晶片尺寸越小彎曲越小的事實(shí)，提出
了對(duì)生長(zhǎng)有一薄層氮化物薄膜的初始異質(zhì)襯底底部進(jìn)行激光刻蝕，將村底刻蝕成眾多尺寸較小的區(qū)域，便于一部分應(yīng)力的釋放，緩解了應(yīng)力對(duì)氮化物生長(zhǎng)的影響，再在其上生長(zhǎng)更厚的氮化物膜，進(jìn)而獲得低彎曲度、無(wú)裂紋的高質(zhì)量氮
7化物自支撐襯底。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種制備氮化物自支撐襯底的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟將異質(zhì)襯底在單晶爐中生長(zhǎng)氮化物薄膜；對(duì)生長(zhǎng)有氮化物薄膜的異質(zhì)襯底底部進(jìn)行凹槽刻蝕，所述凹槽將所述異質(zhì)襯底底部劃分為若干個(gè)區(qū)域；刻蝕結(jié)束后，清洗所述生長(zhǎng)有氮化物薄膜的異質(zhì)襯底，然后放回單晶爐中繼續(xù)生長(zhǎng)，得到后續(xù)生長(zhǎng)的氮化物膜；去除所述異質(zhì)襯底，對(duì)后續(xù)生長(zhǎng)的氮化物膜進(jìn)行拋光處理，獲得剝離后的氮化物自支撐襯底。
2、 如權(quán)利要求1所述的制備氮化物自支撐襯底的方法，其特征在于，釆 用氫化物氣相外延的方法生長(zhǎng)所述氮化物薄膜。
3、 如權(quán)利要求1所述的制備氮化物自支撐襯底的方法，其特征在于，采 用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的方法生長(zhǎng)所述氮化物薄膜。
4、 如權(quán)利要求1所述的制備氮化物自支撐襯底的方法，其特征在于，所 述氮化物薄膜的厚度在20~200 n m之間。
5、 如權(quán)利要求1所述的制備氮化物自支撐襯底的方法，其特征在于，釆 用激光刻蝕技術(shù)對(duì)生長(zhǎng)有氮化物薄膜的異質(zhì)襯底底部進(jìn)行凹槽刻蝕。
6、 如權(quán)利要求1所述的制備氮化物自支撐襯底的方法，其特征在于，所 述凹槽為方形、圓孔形或蜂窩狀。
7、 如權(quán)利要求6所述的制備氮化物自支撐襯底的方法，其特征在于，所 述凹槽為方形，凹槽深度大于20nm,小于所述異質(zhì)襯底的厚度。
8、 如權(quán)利要求7所述的制備氮化物自支撐襯底的方法，其特征在于，所 述凹槽寬度在10 ~ 500 ja m之間。
9、 如權(quán)利要求8所述的制備氮化物自支撐村底的方法，其特征在于，所 述凹槽的間距為1 ~ 10mm。
10、如權(quán)利要求1所述的制備氮化物自支撐襯底的方法，其特征在于，采 用激光剝離或研磨的方法去除所述異質(zhì)襯底。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備氮化物自支撐襯底的方法，包括將異質(zhì)襯底在單晶爐中生長(zhǎng)氮化物薄膜；對(duì)生長(zhǎng)有氮化物薄膜的異質(zhì)襯底底部進(jìn)行凹槽刻蝕，凹槽將異質(zhì)襯底底部劃分為若干個(gè)區(qū)域；刻蝕結(jié)束后，清洗生長(zhǎng)有氮化物薄膜的異質(zhì)襯底，然后放回單晶爐中繼續(xù)生長(zhǎng)，得到后續(xù)生長(zhǎng)的氮化物膜；去除異質(zhì)襯底，對(duì)后續(xù)生長(zhǎng)的氮化物膜進(jìn)行拋光處理，獲得剝離后的氮化物自支撐襯底。本發(fā)明通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)有一薄層氮化物薄膜的初始異質(zhì)襯底底部進(jìn)行激光刻蝕，將襯底刻蝕成眾多尺寸較小的區(qū)域，便于一部分應(yīng)力的釋放，緩解了應(yīng)力對(duì)氮化物生長(zhǎng)的影響，再在其上生長(zhǎng)低彎曲度、無(wú)裂紋的高質(zhì)量氮化物厚膜，這樣便于大尺寸晶片剝離，獲得氮化物自支撐襯底。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101661876SQ20091018053
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者嚴(yán)如岳, 于祥潞, 徐永寬, 強(qiáng) 李, 楊丹丹, 殷海豐, 程紅娟, 賴占平 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所