形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法
【專(zhuān)利摘要】一種形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法，包括：提供包括半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體層具有后表面和與后表面相對(duì)的上表面，其中半導(dǎo)體層包括在上表面與后表面之間的至少一個(gè)持久缺陷；從半導(dǎo)體層移除半導(dǎo)體層的后表面的一部分和持久缺陷；以及在移除后表面的一部分和持久缺陷之后形成上表面的一部分。
【專(zhuān)利說(shuō)明】形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]以下內(nèi)容涉及形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法，并且更具體來(lái)說(shuō)，涉及包括第13-15族材料的無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片。

【背景技術(shù)】
[0002]包括第13-15族材料的半導(dǎo)體基化合物(諸如氮化鎵(GaN)、三元化合物(諸如銦鎵氮(InGaN))和鎵鋁氮(GaAlN)以及甚至四元化合物(AlGaInN))是直接帶隙半導(dǎo)體。這些材料已經(jīng)被認(rèn)為具有用于短波長(zhǎng)發(fā)射的極大潛能，并且因此適用于制造發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、UV探測(cè)器以及高溫電子器件。
[0003]然而，這些半導(dǎo)體材料的發(fā)展已經(jīng)受到圍繞這種材料的處理的困難的阻礙，特別是在光電子學(xué)中形成制造短波長(zhǎng)發(fā)射所需要高質(zhì)量單晶形式的材料的阻礙。GaN不是天然存在的化合物，且因此不能由如硅、砷化鎵或藍(lán)寶石的晶錠熔化并拉出，因?yàn)樵诔合?，其理論熔化溫度超過(guò)其分解溫度。作為替代，業(yè)界轉(zhuǎn)而使用外延生長(zhǎng)工藝來(lái)形成體GaN晶體。然而，外延方法仍存在問(wèn)題，包括適合的低缺陷密度體GaN材料的形成和其他晶體形態(tài)學(xué)差異(包括晶體弧(crystalline bow))的存在。
[0004]延伸的缺陷(穿透位錯(cuò)、堆垛層錯(cuò)、晶粒和反相邊界)導(dǎo)致顯著惡化的性能并且導(dǎo)致器件工作壽命的縮短。更具體來(lái)說(shuō)，位錯(cuò)表現(xiàn)為非輻射中心，從而減少由這些材料制成的發(fā)光二極管和激光二極管的發(fā)光效率。此外，諸如晶體取向的其他因素可能對(duì)形成在GaN材料上的器件的性能有負(fù)面影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個(gè)方面，一種形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法包括:形成半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層具有上表面、后表面以及從上表面到后表面延伸穿過(guò)該層的開(kāi)口，開(kāi)口限定持久凹陷(pit)的一部分并且包括小平面(facet);以及生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的一部分并且封閉開(kāi)口。
[0006]在另一個(gè)方面中，一種形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法包括:改變持久缺陷區(qū)域，該持久缺陷區(qū)域包括半導(dǎo)體層內(nèi)的持久凹陷的一部分；以及在移除持久缺陷區(qū)域之后形成半導(dǎo)體層的一部分并且封閉凹陷。
[0007]根據(jù)另一個(gè)方面，一種形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法包括:提供包括半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體層具有后表面、上表面以及從半導(dǎo)體層的上表面延伸到半導(dǎo)體層中到達(dá)底表面的持久凹陷；移除持久凹陷的底表面；以及在移除持久凹陷的底表面之后形成上表面的一部分。
[0008]在另一個(gè)方面中，一種形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法包括:提供包括半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體層具有后表面和與后表面相對(duì)的上表面，其中半導(dǎo)體層包括在上表面與后表面之間的至少一個(gè)持久缺陷；從半導(dǎo)體層移除半導(dǎo)體層的后表面的一部分和持久缺陷；以及在移除后表面的一部分和持久缺陷之后形成上表面的一部分。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)參考附圖可以更好地理解本公開(kāi)，而且其若干特征和優(yōu)點(diǎn)也將變得顯而易見(jiàn)。
[0010]圖1包括提供根據(jù)實(shí)施方式的形成用于形成電子器件的半導(dǎo)體襯底材料的方法的流程圖。
[0011]圖2A包括根據(jù)實(shí)施方式的在處理工藝中的半導(dǎo)體襯底的橫截面圖示。
[0012]圖2B包括根據(jù)實(shí)施方式的在處理工藝中的半導(dǎo)體襯底的一部分的橫截面圖示。
[0013]圖2C包括根據(jù)實(shí)施方式的在處理工藝中的半導(dǎo)體襯底的一部分的橫截面圖示。
[0014]圖2D包括根據(jù)實(shí)施方式的在處理工藝中的半導(dǎo)體襯底的一部分的橫截面圖示。
[0015]圖2E包括根據(jù)實(shí)施方式的加工好的無(wú)支撐晶片的橫截面圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0016]以下內(nèi)容大體涉及半導(dǎo)體材料，并且具體來(lái)說(shuō)，涉及由可以用于制造電子器件的半導(dǎo)體材料制成的晶片。更具體來(lái)說(shuō)，本文實(shí)施方式的無(wú)支撐晶片可以用于形成發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)。該實(shí)施方式的無(wú)支撐晶片可以包括第13-15族材料，包括例如氮化鎵(GaN)。將了解，對(duì)第13-15族材料的引用包括具有來(lái)自元素周期表的第13族的至少一個(gè)元素和來(lái)自元素周期表的第15族的至少一個(gè)元素的化合物。
[0017]圖1包括圖解根據(jù)實(shí)施方式的形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法的流程圖，該晶片包括適用于在其上制造電子器件的半導(dǎo)體材料。如圖所示，可以在步驟101通過(guò)提供基襯底來(lái)開(kāi)始工藝?；r底可以是適用于支撐在其上形成的多個(gè)層的結(jié)構(gòu)，諸如異質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，基襯底可以是無(wú)機(jī)材料。一些適合的無(wú)機(jī)材料可以包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、硼氧化物、氮氧化物以及其組合。在某些實(shí)例中，基襯底可以包括氧化鋁，并且更具體來(lái)說(shuō)，可以包括單晶氧化鋁(即，藍(lán)寶石)。一個(gè)實(shí)施方式利用基本上由藍(lán)寶石構(gòu)成的基襯底。
[0019]工藝可以在步驟103通過(guò)形成覆蓋基襯底的緩沖層來(lái)繼續(xù)。暫時(shí)轉(zhuǎn)向圖2A，示出根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體襯底200。顯然，半導(dǎo)體襯底200可以包括基襯底201和覆蓋基襯底201的緩沖層203。具體來(lái)說(shuō)，緩沖層203可以覆蓋基襯底201的上部主要表面，并且更具體來(lái)說(shuō)，緩沖層203可以與基襯底201的上部主要表面直接接觸。
[0020]形成緩沖層203可以包括沉積工藝。例如，可以將襯底裝載到反應(yīng)室中，并且在反應(yīng)室內(nèi)提供適合的環(huán)境之后，可以在基襯底201上沉積緩沖層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，適合的沉積技術(shù)可以包括化學(xué)氣相沉積。在一個(gè)特定實(shí)例中，沉積工藝可以包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。
[0021]緩沖層203可以由多個(gè)薄膜形成。例如，如圖2A中所示，緩沖層203可以包括薄膜204和薄膜206。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，至少一個(gè)薄膜可以包括晶體材料。在更特定的實(shí)例中，可以與基襯底201的表面直接接觸的薄膜204可以包括硅，并且可以基本上由硅構(gòu)成。薄膜204可以促進(jìn)基襯底201與覆蓋薄膜204的半導(dǎo)體層之間的分離，如本文所描述。
[0022]如圖2A中所示，薄膜206可以覆蓋薄膜204，并且更具體來(lái)說(shuō)可以與薄膜204直接接觸。薄膜206可以具有適合于其上形成的隨后層的外延形成的結(jié)晶特征。顯然，在一個(gè)實(shí)施方式中，薄膜204可以包括半導(dǎo)體材料。適合的半導(dǎo)體材料可以包括第13-15族化合物材料。在一個(gè)特定實(shí)例中，薄膜206可以包括氮化物材料。在另一個(gè)實(shí)例中，薄膜206可以包括鎵、鋁、銦以及其組合。另外，在一個(gè)特定實(shí)施方式中，薄膜206可以包括氮化鋁，并且更具體來(lái)說(shuō)，薄膜206可以基本上由氮化鋁構(gòu)成。
[0023]在一個(gè)示例性結(jié)構(gòu)中，緩沖層203可以形成為使得薄膜204包括硅并且直接接觸基襯底201的主要表面。此外，薄膜206可以直接接觸薄膜204的表面并且包括第13-15族材料。
[0024]在步驟103形成緩沖層之后，工藝可以在步驟105通過(guò)形成覆蓋緩沖層203的半導(dǎo)體層205來(lái)繼續(xù)。暫時(shí)參照?qǐng)D2A，半導(dǎo)體襯底200可以包括覆蓋緩沖層203的半導(dǎo)體層205。具體來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體層205可以形成為使得其覆蓋緩沖層203的表面，并且更具體來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體層205可以與緩沖層203的薄膜206直接接觸。
[0025]還將了解，根據(jù)本文實(shí)施方式的半導(dǎo)體襯底的形成可以在無(wú)需產(chǎn)生掩模或通過(guò)切槽或粗化或利用刻蝕技術(shù)修飾襯底表面的情況下實(shí)現(xiàn)。
[0026]根據(jù)實(shí)施方式，在適當(dāng)?shù)匦纬删彌_層203之后，可以將基襯底201和緩沖層203放置于反應(yīng)室內(nèi)以供進(jìn)一步處理，包括例如外延生長(zhǎng)工藝。半導(dǎo)體層205可以通過(guò)外延生長(zhǎng)工藝來(lái)形成，諸如通過(guò)氫化物氣相外延(HVPE)來(lái)形成。在特定實(shí)例中，半導(dǎo)體層205可以由第13-15族材料制成。一些適合的第13-15族材料可以包括氮化物材料。此外，半導(dǎo)體層205可以包括鎵。在一個(gè)實(shí)施方式中，半導(dǎo)體層205可以包括氮化鎵(GaN)，并且更具體來(lái)說(shuō)，可以基本上由氮化鎵構(gòu)成。
[0027]可以進(jìn)行某些形成半導(dǎo)體層205的方法。例如，可以在各種生長(zhǎng)模式下進(jìn)行半導(dǎo)體層205的外延生長(zhǎng)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，可以在第一模式下生長(zhǎng)半導(dǎo)體層205的第一區(qū)域，并且可以在與第一模式不同的第二模式下生長(zhǎng)半導(dǎo)體層205的第二區(qū)域。例如，在更特定實(shí)例中，半導(dǎo)體層205可以最初形成為在3維(3D)生長(zhǎng)模式下生長(zhǎng)的外延層。在3D生長(zhǎng)模式下，生長(zhǎng)表面出現(xiàn)具有凹陷、小平面以及平臺(tái)(terrace)的粗糙的且非平面的3D形態(tài)。半導(dǎo)體層205的生長(zhǎng)沿c軸并且通過(guò)沿多個(gè)結(jié)晶方向的同時(shí)生長(zhǎng)而發(fā)展。在3D生長(zhǎng)條件下，半導(dǎo)體層205的較低區(qū)域可以最初通過(guò)緩沖層203上的島嶼特征的自發(fā)形成來(lái)形成。自發(fā)形成的島嶼特征可以隨機(jī)地位于緩沖層203上，從而限定具有多個(gè)小平面的各種臺(tái)地(mesa)和在臺(tái)地之間的谷地(valley)。位置隨機(jī)的島ill與特征可以是在緩沖層103的上表面上彼此分開(kāi)的離散的物體。
[0028]替代地或另外地，半導(dǎo)體層205可以使用2維(2D)外延生長(zhǎng)模式來(lái)形成。在2D生長(zhǎng)模式下，生長(zhǎng)表面可以是平滑的并且在生長(zhǎng)過(guò)程中基本上保持平面。2D生長(zhǎng)可以被認(rèn)為是逐層生長(zhǎng)過(guò)程，其特征可以描述為，材料在一個(gè)結(jié)晶平面中的優(yōu)先生長(zhǎng)和晶體材料沿其他結(jié)晶方向的受限生長(zhǎng)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，在2D生長(zhǎng)模式下包括GaN的半導(dǎo)體層205的形成可以包括GaN在c平面(0001)中的優(yōu)先生長(zhǎng)。
[0029]如以上所指示，半導(dǎo)體層205可以使用3D與2D生長(zhǎng)模式的組合來(lái)形成。例如，半導(dǎo)體層205的第一區(qū)域可以最初在3D生長(zhǎng)模式下形成，其中島嶼特征自發(fā)地形成于并且隨機(jī)地位于作為非連續(xù)材料層的緩沖層203上。然而，如果追求3D生長(zhǎng)模式，則層變得連續(xù)，從而呈現(xiàn)出有小平面的外貌和基本上不均勻的厚度。在3D生長(zhǎng)模式之后，可以改變生長(zhǎng)參數(shù)以變成2D生長(zhǎng)模式，其中橫向生長(zhǎng)是優(yōu)先的并且可以改進(jìn)整個(gè)半導(dǎo)體層205上的厚度均勻性。在某些工藝中，可以通過(guò)2D生長(zhǎng)模式來(lái)形成半導(dǎo)體層205的上部區(qū)域。組合3D與2D生長(zhǎng)模式可以促進(jìn)半導(dǎo)體層205的位錯(cuò)密度的減少。
[0030]將了解，半導(dǎo)體層205的形成可以包括生長(zhǎng)模式的多個(gè)改變。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，基層可以最初由3D生長(zhǎng)模式、隨后由2D生長(zhǎng)模式并且之后由3D生長(zhǎng)模式形成。
[0031]生長(zhǎng)模式之間的切換可以通過(guò)修改某些生長(zhǎng)參數(shù)(包括生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速率、氣相反應(yīng)物和非反應(yīng)物材料的壓力、反應(yīng)氣氛下反應(yīng)物與非反應(yīng)物材料的比率、生長(zhǎng)室壓力以及其組合)來(lái)完成。反應(yīng)物材料可以包括含有氮的材料，諸如氨。其他反應(yīng)物材料可以包括鹵化物相組分，包括例如金屬鹵化物組分，諸如氯化鎵。非反應(yīng)物材料可以包括某些類(lèi)型的氣體，包括例如稀有氣體、惰性氣體等。在特定實(shí)例中，非反應(yīng)物材料可以包括諸如氮?dú)夂突驓錃獾臍怏w。
[0032]對(duì)于某些工藝，可以改變生長(zhǎng)溫度以促進(jìn)3D與2D生長(zhǎng)模式之間的改變。在一個(gè)實(shí)施方式中，生長(zhǎng)溫度的改變可以包括生長(zhǎng)溫度的增加以從3D變成2D生長(zhǎng)模式。例如，在從3D變成2D生長(zhǎng)模式時(shí)，可以將溫度改變至少約5°C，諸如至少約10°C、至少約15°C、至少約20°C、至少約30°C、至少約35°C或者甚至至少約40°C。在其他實(shí)施方式中，在從3D變成2D生長(zhǎng)模式時(shí)，可以將生長(zhǎng)溫度改變不大于約100°C，諸如不大于約90°C、不大于約80°C、不大于約70°C或者甚至不大于約60°C。將了解，生長(zhǎng)溫度的改變可以在以上提及的任何最小值與最大值之間的范圍內(nèi)。
[0033]根據(jù)實(shí)施方式，形成半導(dǎo)體層205的工藝可以在至少50微米每小時(shí)(微米/小時(shí))的生長(zhǎng)速率下進(jìn)行。在其他實(shí)施方式中，形成半導(dǎo)體層205的速率可以更大，諸如至少約75微米每小時(shí)、至少約100微米每小時(shí)、至少約150微米每小時(shí)、至少約200微米每小時(shí)或者甚至至少約250微米每小時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，形成半導(dǎo)體層205的工藝可以在不大于約Imm每小時(shí)的速率下進(jìn)行，諸如不大于750微米每小時(shí)、不大于500微米每小時(shí)或者甚至不大于約300微米每小時(shí)。將了解，形成基層的工藝可以在以上提及的任何最小值和最大值內(nèi)的范圍內(nèi)的速率下進(jìn)行。
[0034]對(duì)于某些工藝，可以改變生長(zhǎng)速率以促進(jìn)3D與2D生長(zhǎng)模式之間的改變。例如，在從3D變成2D生長(zhǎng)模式時(shí)可以減少生長(zhǎng)速率。具體來(lái)說(shuō)，從3D變成2D生長(zhǎng)可以包括將生長(zhǎng)速率改變至少約5微米每小時(shí)(即，微米/小時(shí))。在其他實(shí)施方式中，在從3D變成2D生長(zhǎng)模式時(shí)，可以將生長(zhǎng)速率改變不大于約200微米每小時(shí)。將了解，生長(zhǎng)速率的改變可以在以上提及的任何最小值與最大值之間的范圍內(nèi)。將了解，當(dāng)從3D變成2D生長(zhǎng)模式時(shí)，生長(zhǎng)速率的改變可以是生長(zhǎng)速率的減少。
[0035]根據(jù)其他實(shí)施方式，從3D變成2D生長(zhǎng)模式的過(guò)程可以通過(guò)將生長(zhǎng)速率改變至少2倍來(lái)完成。例如，在從3D生長(zhǎng)模式變成2D生長(zhǎng)模式時(shí)，可以將生長(zhǎng)速率改變(即，減少)至少2倍。在其他實(shí)施方式中，可以將生長(zhǎng)速率改變至少約3倍、至少約4倍或者甚至至少約5倍。在特定實(shí)例中，生長(zhǎng)速率的改變可以不大于約8倍、不大于約7倍或者不大于約6倍。
[0036]將了解，在改變生長(zhǎng)模式時(shí)，可以改變上述的因素中的一個(gè)或多個(gè)。例如，可以改變生長(zhǎng)溫度，同時(shí)保持生長(zhǎng)速率穩(wěn)定。替代地，可以改變生長(zhǎng)速率同時(shí)維持生長(zhǎng)溫度。另外，在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以改變生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)溫度二者以實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)模式的改變。
[0037]在適當(dāng)?shù)匦纬砂雽?dǎo)體層205之后，半導(dǎo)體層205的平均厚度可以足以支撐其自身并且在某些形成后成形工藝之后為其上的電子器件的形成提供適合的襯底表面。例如，半導(dǎo)體層205的平均厚度可以是至少約1mm。在其他實(shí)例中，半導(dǎo)體層205的平均厚度可以是至少約2mm,諸如至少3mm、至少4mm、至少5mm或者甚至至少6mm。另外，將了解,半導(dǎo)體層205可以形成為使得其具有不大于約15mm的平均厚度。半導(dǎo)體層205可以具有在以上提及的最大值的任何最小值的范圍內(nèi)的平均厚度。
[0038]在形成半導(dǎo)體層(包括例如半導(dǎo)體層205)的工藝中，可以將基襯底201與半導(dǎo)體層205分離。分離可以通過(guò)緩沖層203 (并且具體來(lái)說(shuō)，緩沖層203內(nèi)的薄膜)的一部分的分解來(lái)促進(jìn)。根據(jù)實(shí)施方式，緩沖層203可以包括薄膜，諸如硅，其中在生長(zhǎng)工藝中所使用的升高溫度下，薄膜被熱分解。熱分解促進(jìn)基襯底201與多個(gè)半導(dǎo)體層之間的分離。因此，在完成生長(zhǎng)工藝時(shí)，可以從基襯底201完全移除半導(dǎo)體層205。
[0039]在將基襯底201與半導(dǎo)體層205分離之后，可以獲得半導(dǎo)體層205的材料的未加工好的無(wú)支撐晶片。圖2B包括根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的未加工好的無(wú)支撐晶片的圖示。如圖所示，無(wú)支撐晶片240包括半導(dǎo)體層205，半導(dǎo)體層205層具有代表Ga面的上表面244和代表N面的后表面246。
[0040]如圖2B中進(jìn)一步所示，未加工好的無(wú)支撐晶片240可以包括半導(dǎo)體層205內(nèi)的缺陷247。如圖所示，缺陷247可以是延伸到由厚度(ti)所限定的半導(dǎo)體層205的體中的凹陷的形式。根據(jù)該實(shí)施方式，缺陷247可以是持久凹陷的形式。持久凹陷可以是不能通過(guò)常規(guī)生長(zhǎng)技術(shù)(包括例如3D/2D生長(zhǎng)模式的交替)移除的缺陷。持久凹陷可以是宏觀凹陷，其可以呈現(xiàn)六角形或十二角形的形狀。持久凹陷可以具有倒金字塔形狀。持久凹陷可以包括由小平面限定的側(cè)表面。這些小平面可以是半極性小平面，其可以由半導(dǎo)體材料的特定晶體平面限定，包括例如{11-22}平面、{1-101}平面以及其組合。
[0041]如圖2B中所示，缺陷247部可以包括第一側(cè)面248和第二側(cè)面249。第一側(cè)面248和第二側(cè)面249可以限定與相同的晶族平面等同的小平面。在特定實(shí)例中，{11-22}平面和{1-101}平面可以是形成持久凹陷的側(cè)表面的初級(jí)小平面，半導(dǎo)體材料的其他半極性晶體平面可以是限定接近凹陷的底表面的表面的小平面。例如，持久凹陷的底表面或靠近持久凹陷的底表面的表面可以包括{ll_2n}平面或{l-10n}平面，其中η彡2。
[0042]如進(jìn)一步所示，缺陷247可以包括持久缺陷區(qū)域250。在某些實(shí)例中，持久缺陷區(qū)域250可以包括缺陷247的底表面。在特定實(shí)例中，持久缺陷區(qū)域250可以由缺陷247的底表面251限定。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，底表面251可以限定特定類(lèi)型的持久缺陷，包括例如夾雜物、多晶晶粒、單晶晶粒(與層205的周?chē)雽?dǎo)體材料具有或不具有公共c軸)、反相域、邊界(例如，反相邊界、雙晶邊界、晶粒邊界)以及其組合。
[0043]邊界可以限定代表晶體相的常規(guī)設(shè)置中的移位的半導(dǎo)體層的區(qū)域。例如，晶體結(jié)構(gòu)的極性反轉(zhuǎn)(包括例如極性平面(諸如晶體結(jié)構(gòu)的Ga極性面和N極性面)的次序的改變)產(chǎn)生反相邊界。具有雙晶關(guān)系的晶體平面之間的移位產(chǎn)生稱(chēng)為雙晶邊界的邊界。此夕卜，半導(dǎo)體層205的半導(dǎo)體材料的缺陷區(qū)域中的單晶與周?chē)w結(jié)構(gòu)之間的晶體方向的移位可以限定顆粒邊界形式的持久缺陷。缺陷247可以限定半導(dǎo)體層205的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的持久且不可逆區(qū)域，該區(qū)域可以通過(guò)進(jìn)一步生長(zhǎng)傳播通過(guò)該結(jié)構(gòu)并且不可以通過(guò)連續(xù)生長(zhǎng)技術(shù)而輕易地移除。
[0044]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，持久缺陷區(qū)域250可以包括至少一個(gè)反相邊界。持久缺陷區(qū)域250的反相邊界可以位于半導(dǎo)體層205的上表面244與后表面246之間。
[0045]如進(jìn)一步所示，缺陷247可以包括由第一側(cè)面248和第二側(cè)面249與半導(dǎo)體層205的上表面244的相交處限定的上開(kāi)口 252。如進(jìn)一步所示，缺陷247可以是凹陷的形狀以使得底表面251限定比上開(kāi)口 252的面積小的面積。
[0046]再次參照?qǐng)D1，在將半導(dǎo)體層從基襯底分離之后，工藝可以在步驟109通過(guò)移除半導(dǎo)體層的后表面246的一部分來(lái)繼續(xù)。用于移除半導(dǎo)體層205的后表面246的后部的一個(gè)適合的工藝可以包括機(jī)械地移除后表面246的一部分。例如，工藝可以包括研磨或磨蝕半導(dǎo)體層205的后表面246。根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方式,移除半導(dǎo)體層205的后表面246的一部分的工藝可以進(jìn)一步包括移除半導(dǎo)體層205內(nèi)的持久缺陷區(qū)域250。將了解，持久缺陷區(qū)域250的移除可以包括移除缺陷247的一部分，包括例如可以與持久缺陷區(qū)域250相關(guān)的夾雜物、多晶晶粒、單晶晶粒、反相域、邊界以及其組合。
[0047]在某些實(shí)例中，移除由反相邊界限定的半導(dǎo)體層205的后表面246的一部分和持久缺陷區(qū)域250的工藝可以利用相同工藝。也就是說(shuō)，可以使用研磨工藝來(lái)促進(jìn)半導(dǎo)體層205的后表面246的一部分和持久缺陷區(qū)域250的移除。此外，可以同時(shí)地進(jìn)行移除半導(dǎo)體層205的后表面246的一部分和持久缺陷區(qū)域250的工藝。
[0048]根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方式，機(jī)械地移除后表面246的一部分的工藝可以包括一系列磨蝕工藝。例如，移除工藝可以通過(guò)第一研磨工藝開(kāi)始以從半導(dǎo)體層205的后表面246移除材料的很大一部分。第一研磨工藝可以利用固定的磨料，并且具體來(lái)說(shuō)，可以利用自銳陶瓷結(jié)合的磨料物品。第一研磨工藝隨后可以是第二移除工藝。第二移除工藝可以包括細(xì)磨工藝、精研工藝、拋光工藝以及其組合。在某些細(xì)磨工藝中，可以使用具有與第一研磨工藝中使用的固定磨料相比更精細(xì)的磨料砂礫尺寸的第二固定磨料物品(例如，自銳陶瓷結(jié)合的磨料)。另外地或替代地，第二移除工藝可以包括精研工藝，該工藝可以利用襯墊和免磨料漿。免磨料漿可以包括可以促進(jìn)后表面246的材料的化學(xué)移除的化學(xué)成分。另外地或替代地，第二移除工藝可以包括拋光工藝，該工藝可以包括使用具有特別精細(xì)的磨料微粒尺寸的免磨料漿。
[0049]圖2C包括在進(jìn)行移除半導(dǎo)體層205的后表面246的一部分和持久缺陷區(qū)域250的工藝之后的未加工好的無(wú)支撐晶片的圖示。如圖所示，移除工藝可以包括減少半導(dǎo)體層205的平均厚度。根據(jù)實(shí)施方式，移除工藝可以包括在移除工藝之前將半導(dǎo)體層205的平均厚度減少半導(dǎo)體層205的原始厚度Ui)的至少約5%。平均厚度的改變(例如，減少)(At)可以通過(guò)方程式((t1-tj/ti)來(lái)測(cè)量，其中\(zhòng)是初始厚度并且仁是在進(jìn)行移除工藝之后半導(dǎo)體層205的厚度。在其他實(shí)施方式中，移除工藝可以移除更大量的材料，從而將半導(dǎo)體層205的平均厚度減少更大百分比。例如，工藝可以包括將半導(dǎo)體層的平均厚度減少至少約10%、至少約12%、至少約16%、至少約18%、至少約22%、至少約26%、至少約32%、至少約36%、至少約42%或者甚至至少約48%。另外，在一個(gè)實(shí)施方式中，工藝可以將半導(dǎo)體層205的平均厚度減少不大于約80%。將了解，半導(dǎo)體層205的平均厚度的改變可以在以上提及的任何最小與最大百分比之間的范圍內(nèi)。
[0050]如圖2C中進(jìn)一步所示，在進(jìn)行移除工藝之后，在半導(dǎo)體層205中限定了開(kāi)口 253。在通過(guò)移除工藝移除底表面251之后，開(kāi)口 253可以表現(xiàn)出持久缺陷247的一部分，其可能包括持久凹陷。在某些實(shí)例中，缺陷247可以從上表面244到后表面246延伸穿過(guò)半導(dǎo)體層205的整個(gè)厚度。如圖所示，開(kāi)口 253可以延伸穿過(guò)半導(dǎo)體層205的整個(gè)厚度。此外，如圖所示，開(kāi)口 253可以由錐形形狀限定，其中開(kāi)口 253在后表面246上的直徑(Db)可以小于開(kāi)口 253在上表面244上的直徑(Du)。根據(jù)該實(shí)施方式,開(kāi)口 253在上表面的直徑顯著大于開(kāi)口在后表面上的直徑。此外，開(kāi)口 253可以由至少一個(gè)小平面限定，該至少一個(gè)小平面可以限定第一側(cè)表面248。在其他實(shí)施方式中，開(kāi)口 253可以由多個(gè)小平面限定，該多個(gè)小平面限定可以圍繞周界延伸并且限定側(cè)表面248和249。例如，開(kāi)口 253可以具有包括半極性晶體平面(諸如作為小平面的{11-22}和{1-101}晶體平面)的六角形或十二角形倒截錐體形狀。
[0051]在一個(gè)替代實(shí)施方式中，移除工藝可以通過(guò)化學(xué)工藝來(lái)進(jìn)行。例如，移除半導(dǎo)體層205的后表面246的一部分的工藝可以包括化學(xué)地移除后表面246的一部分。化學(xué)移除的某些適合的實(shí)例可以包括諸如刻蝕的工藝。根據(jù)實(shí)施方式，可以使用刻蝕劑來(lái)完成刻蝕工藝，刻蝕劑是用來(lái)選擇性地移除半導(dǎo)體層205的材料的化學(xué)品。某些適合的刻蝕劑可以包括氧化材料、含齒素的材料以及其組合。
[0052]如將了解，化學(xué)移除后表面246的一部分的工藝還可以包括從半導(dǎo)體層205移除持久缺陷區(qū)域250的工藝，如本文實(shí)施方式中所描述。此外，化學(xué)移除的工藝可以包括平均厚度的改變，如本文實(shí)施方式中所描述。
[0053]在一個(gè)替代實(shí)施方式中，移除工藝可以用遮罩工藝來(lái)可選地替換。在將半導(dǎo)體層205生長(zhǎng)到足夠厚度之后，可以進(jìn)行遮罩工藝，其中材料層(S卩，掩模)被沉積以覆蓋半導(dǎo)體層205的整個(gè)上表面244。遮罩可以包括將材料沉積在上表面244和包括開(kāi)口 252、第一側(cè)面248、第二側(cè)面249以及底表面251的缺陷247上方。
[0054]掩?？梢园ㄑ趸?、碳化物、氮化物、氮氧化物、碳氧化物以及其組合。在特定實(shí)施方式中，掩模包括氮化娃。替代地，掩?？梢园ㄓ袡C(jī)材料，包括例如光敏材料。
[0055]對(duì)于至少一個(gè)實(shí)施方式，掩模的平均厚度可以顯著小于半導(dǎo)體層205的平均厚度。例如，掩模的平均厚度可以不大于半導(dǎo)體層205的平均厚度的約10%，諸如不大于約8%、不大于約5%或者甚至不大于約2%。在一個(gè)非限制性實(shí)施方式中，掩模的平均厚度可以是半導(dǎo)體層205的平均厚度的至少0.01%。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，掩模可以具有至少約Inm的平均厚度。遮罩工藝可以足以覆蓋持久缺陷250并且限制晶體缺陷傳播到在由持久缺陷250限定的開(kāi)口 252中的掩模頂部生長(zhǎng)的層。
[0056]在半導(dǎo)體層205的上表面244的至少一部分上形成掩模之后，工藝可以通過(guò)選擇性地移除覆蓋上表面244的一部分的掩模的部分來(lái)繼續(xù)。具體來(lái)說(shuō)，可以從上表面244的不以缺陷247為特征的部分選擇性地移除掩模。例如，可以從上表面244的平行于后表面246的部分移除掩模，然而，掩模的至少一部分可以被保持并且覆蓋缺陷247的部分，包括例如覆蓋第一側(cè)面248、第二側(cè)面249、底表面251以及其組合。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，在選擇性地移除之后，掩模的至少一部分可以被保持并且與缺陷247的底表面251直接接觸，并從上表面244的所有其他表面移除。用于移除掩模的一部分的適合的技術(shù)可以包括光刻技術(shù)、選擇性地刻蝕技術(shù)以及其組合。
[0057]在另一個(gè)替代工藝中，形成掩模的工藝可以以選擇性的方式來(lái)完成，這樣使得掩模不是共形層，但是限定半導(dǎo)體層的覆蓋的部分和未覆蓋的部分，其中未覆蓋的部分由掩模中的開(kāi)口限定。覆蓋的部分可以是半導(dǎo)體層205的在掩模部分下面的區(qū)域。開(kāi)口可以由掩模部分未被呈現(xiàn)并且半導(dǎo)體層205的一部分被暴露的半導(dǎo)體層205的區(qū)域限定。掩模的選擇性形成可以包括選擇性沉積、光刻、選擇性刻蝕以及其組合。
[0058]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，形成選擇性掩模的工藝可以包括選擇性沉積掩模以覆蓋半導(dǎo)體層205中的缺陷247的一部分(包括例如第一側(cè)面248、第二側(cè)面249、底表面251以及其組合)并且在特定實(shí)例中與該半導(dǎo)體層205中的缺陷247的部分直接接觸。此外，選擇性沉積工藝可以包括基本上不將掩模材料沉積在半導(dǎo)體層205的上表面244的不與缺陷247相關(guān)聯(lián)的部分上。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，通過(guò)選擇性沉積工藝形成的掩模部分可以特別地薄，諸如小于約500nm、小于約200nm或者甚至小于約10nm的量級(jí)。這些掩模部分可以被認(rèn)為是納米掩模部分。因此，納米掩模部分可以被保持并且在繼續(xù)處理(可以包括在掩模部分上再生長(zhǎng)半導(dǎo)體層205的工藝)之前不必移除。
[0059]雖然已經(jīng)將遮罩工藝描述為替代工藝，但是將了解，此工藝可以與本文描述的任何其他工藝(包括例如機(jī)械移除工藝)組合使用。此外，雖然特別參考遮罩和/或機(jī)械移除技術(shù)，但是將考慮到，這些技術(shù)可能被更廣泛地稱(chēng)為改變半導(dǎo)體層205中的持久缺陷的方法。
[0060]再次參照?qǐng)D1，在進(jìn)行改變工藝(諸如移除半導(dǎo)體層205的后表面246的一部分)之后，和/或在遮罩工藝之后，該方法可以在步驟111通過(guò)形成半導(dǎo)體層205的上表面244的一部分來(lái)繼續(xù)。根據(jù)實(shí)施方式，形成上表面的一部分的工藝可以在移除后表面的一部分和半導(dǎo)體層205內(nèi)的至少一個(gè)持久缺陷區(qū)域之后進(jìn)行。在某些實(shí)例中，形成的工藝可以包括生長(zhǎng)工藝。例如，半導(dǎo)體層205的某些表面(包括限定上表面244的表面)可以經(jīng)歷再生長(zhǎng)工藝。根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方式，形成上表面的一部分的工藝可以包括外延工藝，并且更具體來(lái)說(shuō)，可以包括上表面244上的GaN的HVPE生長(zhǎng)。
[0061]此外，除了形成半導(dǎo)體層205的上表面244的一部分的工藝之外，該工藝可以進(jìn)一步包括在缺陷247的表面上再生長(zhǎng)。具體來(lái)說(shuō)，形成的工藝可以包括在缺陷247中再生長(zhǎng)以及合并半導(dǎo)體材料以有效地封閉和移除缺陷。將了解，此形成工藝可以包括使用不同的生長(zhǎng)模式，包括外延3維生長(zhǎng)、外延2維生長(zhǎng)以及其組合。如還將了解，生長(zhǎng)工藝可以包括在移除工藝之后的半導(dǎo)體層205的厚度的增加。
[0062]圖2D包括在開(kāi)始形成工藝之后的未加工好的無(wú)支撐晶片的一部分的橫截面圖示。如圖所示，可以通過(guò)本文實(shí)施方式中描述的再生長(zhǎng)工藝來(lái)減少先前限定的延伸通過(guò)半導(dǎo)體層205的整個(gè)厚度的開(kāi)口 253的缺陷247的尺寸。形成工藝可以包括半導(dǎo)體層205的半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)，以促進(jìn)開(kāi)口 253的封閉和缺陷247的減少，以使得其可以完全消失。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，開(kāi)口 253的封閉可以通過(guò)半導(dǎo)體層205在開(kāi)口 253中的橫向過(guò)度生長(zhǎng)來(lái)完成。
[0063]圖2E包括根據(jù)實(shí)施方式的在完成形成工藝之后的加工好的無(wú)支撐晶片的橫截面圖示。顯然，無(wú)支撐晶片280可以由半導(dǎo)體層205形成。在完成本文描述的工藝之后，半導(dǎo)體層205的上表面244可以具有與通過(guò)常規(guī)工藝形成的晶片相比顯著減少的缺陷數(shù)量。在某些實(shí)例中，加工好的無(wú)支撐晶片可以基本上沒(méi)有任何持久缺陷。
[0064]在適當(dāng)?shù)匦纬蔁o(wú)支撐晶片的主體之后，主體可以足夠厚以支撐其自身并且為其上的電子器件的形成提供適合的襯底表面。例如，無(wú)支撐晶片的主體的平均厚度可以為至少約1mm。在其他實(shí)例中，主體的平均厚度可以是至少約2mm,諸如至少3mm、至少4mm、至少5mm或者甚至至少6mm。另外，將了解，主體可以形成為使得其具有不大于約15mm的平均厚度。主體可以具有在以上提及的最大值的任何最小值的范圍之內(nèi)的平均厚度。
[0065]無(wú)支撐晶片的主體可以形成為具有特定的位錯(cuò)密度。無(wú)支撐晶片的位錯(cuò)密度可以在主體的上表面上測(cè)量，其可以由半導(dǎo)體層205的上表面244限定。測(cè)量位錯(cuò)密度的適合的方法包括使用在室溫下操作的陰極發(fā)光顯微鏡和在1keV電子束、光斑大小70下的沒(méi)有單色儀的多色光檢測(cè)，其中機(jī)器是可從JEOL公司購(gòu)得的SEM JSM-5510。對(duì)于約18CnT2的位錯(cuò)密度測(cè)量，放大率是4000X并且區(qū)域通常是700 μ m2。對(duì)于約106cm_2的位錯(cuò)密度測(cè)量，放大率通常是500-1000X并且區(qū)域通常是0.1mm2。
[0066]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，如同在半導(dǎo)體層205的上表面上所測(cè)量的主體可以具有不大于約IxlO8位錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度。在其他實(shí)施方式中，無(wú)支撐晶片的主體的位錯(cuò)密度可以更小，使得其不大于約IxlO7位錯(cuò)/cm2、不大于約SxlO6位錯(cuò)/cm2或者甚至不大于約IxlO6位錯(cuò)/cm2。另外，主體可以具有至少約IxlO5位錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度，諸如至少2xl05位錯(cuò)/cm2、至少3xl05位錯(cuò)/cm2或者甚至至少5x10s位錯(cuò)/cm2。將了解，主體可以具有在以上提及的任何最小值和最大值之內(nèi)的范圍內(nèi)的位錯(cuò)密度。
[0067]本文的實(shí)施方式不同于現(xiàn)有技術(shù)。雖然形成了某些體GaN襯底，但是這些工藝通常涉及無(wú)支撐GaN晶片的形成，該晶片可以包括在無(wú)支撐晶片的表面上的傳播缺陷。本申請(qǐng)公開(kāi)了一種工藝特征的組合，包括但不限于生長(zhǎng)參數(shù)和工藝、移除工藝和參數(shù)以及促進(jìn)無(wú)支撐晶片的形成的再生長(zhǎng)工藝和參數(shù)。本文實(shí)施方式的晶片可以具有特征的特定組合，包括但不限于邊料角、邊料角變化、弧、晶體弧、TTV、厚度、直徑、表面粗糙度、晶體取向、缺陷密度、減少的持久缺陷傳播等。此外，本文實(shí)施方式的工藝在形成晶片的批量生產(chǎn)方面被證明是實(shí)用的。
[0068]在上文中，對(duì)特定實(shí)施方式的參考和某些部件的連接是說(shuō)明性的。將了解，對(duì)作為聯(lián)接或連接的部件的參考旨在公開(kāi)所述部件之間的直接連接或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)中介部件的間接連接，如同將通過(guò)用以執(zhí)行如本文公開(kāi)的方法來(lái)了解的。這樣，以上公開(kāi)的主題被認(rèn)為是說(shuō)明性而非限制性的，并且所附權(quán)利要求意欲涵蓋所有這些修改、增強(qiáng)或其他實(shí)施方式，這些屬于本發(fā)明的真實(shí)范圍之內(nèi)。因此，在法律允許的最大程度上，本發(fā)明的范圍將由以下權(quán)利要求和其等同形式的最廣泛可容許解釋確定，并且不應(yīng)受以上詳細(xì)描述約束或限制。
[0069]本公開(kāi)的摘要被提供以符合專(zhuān)利法并且服從其將不用來(lái)解釋或限制權(quán)利要求的范圍或意義的理解。此外，在以上【具體實(shí)施方式】中，為了精簡(jiǎn)本公開(kāi)的目的，可以將各種特征組合在一起或者在單個(gè)實(shí)施方式中進(jìn)行描述。此公開(kāi)并不解釋為反應(yīng)所要求的實(shí)施方式意欲需要比每項(xiàng)權(quán)利要求中明確列舉的特征更多的特征。相反，如以下權(quán)利要求所反應(yīng)，本發(fā)明主題可以針對(duì)少于任何所公開(kāi)的實(shí)施方式的所有特征。因此，以下權(quán)利要求被并入到【具體實(shí)施方式】中，其中每項(xiàng)權(quán)利要求在單獨(dú)定義所要求的主題時(shí)獨(dú)立存在。
【權(quán)利要求】
1.一種形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法，包括: 提供包括半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體層具有后表面和與所述后表面相對(duì)的上表面，其中所述半導(dǎo)體層包括在所述上表面與所述后表面之間的至少一個(gè)持久缺陷； 從所述半導(dǎo)體層移除所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分和所述持久缺陷；以及 在移除所述后表面的一部分和所述持久缺陷之后形成所述上表面的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底包括基襯底，所述基襯底包括無(wú)機(jī)材料，其中所述基襯底包括選自氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、硼氧化物、氮氧化物以及其組合的材料，其中所述基襯底包括氧化鋁，其中所述基襯底包括藍(lán)寶石，其中所述基襯底基本上由藍(lán)寶石構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底包括緩沖層，其中所述緩沖層與基襯底的表面直接接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供半導(dǎo)體襯底包括形成覆蓋基襯底的緩沖層，其中形成緩沖層包括沉積覆蓋所述基襯底的主要表面的材料，其中沉積包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述緩沖層包括多個(gè)薄膜，其中所述多個(gè)薄膜中的至少一個(gè)薄膜包括第13-15族材料，其中所述多個(gè)薄膜中的所述至少一個(gè)薄膜包括氮化物材料，其中所述至少一個(gè)薄膜包括選自Ga、Al、In以及其組合的元素，其中所述多個(gè)薄膜中的至少一個(gè)薄膜包括晶體材料，其中所述多個(gè)薄膜中的至少一個(gè)薄膜包括硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述緩沖層包括: 直接接觸所述基襯底的表面的包括硅的第一薄膜；以及 直接接觸所述第一薄膜的表面的包括第13-15族材料的第二薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述半導(dǎo)體層包括外延，其中形成所述半導(dǎo)體層包括沉積，其中形成所述半導(dǎo)體層包括氫化物氣相外延(HVPE)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層包括第13-15族材料，其中所述半導(dǎo)體層包括氮化物材料，其中所述半導(dǎo)體層包括鎵，其中所述半導(dǎo)體層包括氮化鎵，其中所述半導(dǎo)體層基本上由氮化鎵構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層包括至少約1mm、至少約2mm、至少約3mm、至少約5mm的平均厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層包括在所述上表面上測(cè)量出的不大于約I X 18位錯(cuò)/Cm2、不大于約I X 17位錯(cuò)/cm2、不大于約8 X 16位錯(cuò)/cm2并且至少約IX 15位錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層以至少約50微米/小時(shí)的速率形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法包括通過(guò)三維生長(zhǎng)模式形成所述半導(dǎo)體層，其中形成所述半導(dǎo)體層包括自發(fā)形成過(guò)程，所述自發(fā)形成過(guò)程包括島嶼特征的形成，所述島嶼特征包括半導(dǎo)體材料，其中形成進(jìn)一步包括所述島嶼特征合并成連續(xù)的半導(dǎo)體層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述上表面與所述后表面之間的所述至少一個(gè)持久缺陷限定持久凹陷的底表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述持久凹陷包括與所述半導(dǎo)體層的所述上表面相交的上開(kāi)口。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述持久缺陷限定具有晶體平面的常規(guī)設(shè)置中的移位的所述半導(dǎo)體層的區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述半導(dǎo)體層移除所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分和所述持久缺陷包括使用相同的工藝移除所述后表面和所述持久缺陷，其中同時(shí)地進(jìn)行移除所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分和所述持久缺陷，其中移除所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分和所述持久缺陷包括機(jī)械地移除所述后表面的一部分和持久缺陷。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中移除所述后表面的一部分包括研磨所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中移除所述后表面的一部分包括在移除之前將所述半導(dǎo)體層的厚度減少所述半導(dǎo)體層的原始厚度的至少約5%、至少約10%、至少約12%、至少約16 %、至少約18 %、至少約22%、至少約26%、至少約32%、至少約36%、至少約42%、至少約48%并且不大于約80%。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中移除所述后表面的一部分包括化學(xué)地移除所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分，其中化學(xué)地移除包括刻蝕。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在移除所述后表面的一部分之前從所述半導(dǎo)體襯底移除所述半導(dǎo)體層。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在移除之后形成所述上表面的一部分包括再生長(zhǎng)所述半導(dǎo)體層的一部分，其中再生長(zhǎng)包括外延，其中再生長(zhǎng)包括在由所述半導(dǎo)體層中的持久凹陷的一部分限定的所述開(kāi)口中將半導(dǎo)體材料合并，其中再生長(zhǎng)包括通過(guò)三維(3D)生長(zhǎng)模式來(lái)進(jìn)行外延生長(zhǎng)，其中再生長(zhǎng)包括通過(guò)二維(2D)生長(zhǎng)模式來(lái)進(jìn)行外延生長(zhǎng)，其中再生長(zhǎng)進(jìn)一步包括增加所述半導(dǎo)體層的厚度。
22.—種形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法，包括: 提供包括半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體層具有后表面、上表面以及從所述半導(dǎo)體層的上表面延伸到所述半導(dǎo)體層中到達(dá)底表面的持久凹陷； 移除所述持久凹陷的所述底表面；以及 在移除所述持久凹陷的所述底表面之后形成所述上表面的一部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底包括基襯底，所述基襯底包括無(wú)機(jī)材料，其中所述基襯底包括選自氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、硼氧化物、氮氧化物以及其組合的材料，其中所述基襯底包括氧化鋁，其中所述基襯底包括藍(lán)寶石，其中所述基襯底基本上由藍(lán)寶石構(gòu)成。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底包括緩沖層，其中所述緩沖層與基襯底的表面直接接觸。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中提供半導(dǎo)體襯底包括形成覆蓋基襯底的緩沖層，其中形成緩沖層包括沉積覆蓋所述基襯底的主要表面的材料，其中沉積包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)外延形成所述半導(dǎo)體層，其中形成所述半導(dǎo)體層包括沉積，其中形成所述半導(dǎo)體層包括氫化物氣相外延(HVPE)。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層包括第13-15族材料，其中所述半導(dǎo)體層包括氮化物材料，其中所述半導(dǎo)體層包括鎵，其中所述半導(dǎo)體層包括氮化鎵，其中所述半導(dǎo)體層基本上由氮化鎵構(gòu)成。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)三維生長(zhǎng)模式來(lái)形成所述半導(dǎo)體層，其中形成所述半導(dǎo)體層包括自發(fā)形成過(guò)程，所述自發(fā)形成過(guò)程包括島嶼特征的形成，所述島嶼特征包括半導(dǎo)體材料，其中形成進(jìn)一步包括所述島嶼特征合并成連續(xù)的半導(dǎo)體層。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述持久凹陷的所述底表面限定所述半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)中的持久缺陷區(qū)域，其中所述底表面限定至少一個(gè)夾雜物、一個(gè)多晶晶粒、一個(gè)單晶晶粒、一個(gè)反相域、一個(gè)持久缺陷，其中邊界限定具有晶體平面的常規(guī)設(shè)置中的移位的所述半導(dǎo)體層的區(qū)域。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述持久凹陷包括與所述半導(dǎo)體層的所述上表面相交的上開(kāi)口。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中移除所述持久凹陷的一部分包括移除所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分，其中移除包括機(jī)械地移除所述后表面和所述持久凹陷的所述底表面的一部分，其中移除所述后表面的一部分包括研磨所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分，其中移除所述底表面的一部分包括機(jī)械化學(xué)地移除所述持久凹陷的所述底表面的一部分。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中移除所述后表面的一部分包括在移除之前將所述半導(dǎo)體層的厚度減少所述半導(dǎo)體層的原始厚度的至少約5%、至少約10%、至少約12%、至少約16%、至少約18%、至少約22%、至少約26%、至少約32%、至少約36 %、至少約42%、至少約48%并且不大于約80%。
33.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中在移除之后形成所述上表面的一部分包括再生長(zhǎng)所述半導(dǎo)體層的一部分，其中再生長(zhǎng)包括外延，其中再生長(zhǎng)包括在由所述半導(dǎo)體層中的所述持久凹陷的一部分限定的所述開(kāi)口中將半導(dǎo)體材料合并，其中再生長(zhǎng)包括通過(guò)三維(3D)生長(zhǎng)模式來(lái)進(jìn)行外延生長(zhǎng)，其中再生長(zhǎng)包括通過(guò)二維(2D)生長(zhǎng)模式來(lái)進(jìn)行外延生長(zhǎng)，其中再生長(zhǎng)進(jìn)一步包括增加所述半導(dǎo)體層的厚度。
34.一種形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法，包括: 改變包括半導(dǎo)體層內(nèi)的持久凹陷的一部分的持久缺陷區(qū)域；以及 在改變所述持久缺陷區(qū)域之后形成所述半導(dǎo)體層的一部分并且封閉所述凹陷。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中形成所述半導(dǎo)體層的一部分包括再生長(zhǎng)所述半導(dǎo)體層的一部分，其中再生長(zhǎng)包括外延，其中再生長(zhǎng)包括通過(guò)所述半導(dǎo)體材料在由所述半導(dǎo)體層中的所述持久凹陷的一部分限定的開(kāi)口中的過(guò)度生長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行小平面的發(fā)展，其中再生長(zhǎng)包括通過(guò)三維(3D)生長(zhǎng)模式來(lái)進(jìn)行外延生長(zhǎng)，其中再生長(zhǎng)包括通過(guò)二維(2D)生長(zhǎng)模式來(lái)進(jìn)行外延生長(zhǎng)，其中再生長(zhǎng)進(jìn)一步包括增加所述半導(dǎo)體層的厚度。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述持久缺陷區(qū)域由所述持久凹陷的底表面限定，其中所述底表面限定至少一個(gè)夾雜物、一個(gè)多晶晶粒、一個(gè)單晶晶粒、一個(gè)反相域、一個(gè)持久缺陷以及其組合，其中邊界限定具有晶體平面的常規(guī)設(shè)置中的移位的所述半導(dǎo)體層的區(qū)域。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層覆蓋半導(dǎo)體襯底，其中所述半導(dǎo)體層包括后表面、上表面和從所述半導(dǎo)體層的上表面延伸到所述半導(dǎo)體層中到達(dá)底表面的所述持久凹陷，其中所述半導(dǎo)體襯底包括基襯底，所述基襯底包括無(wú)機(jī)材料，其中所述基襯底包括選自氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、硼氧化物、氮氧化物以及其組合的材料，其中所述基襯底包括氧化鋁，其中所述基襯底包括藍(lán)寶石，其中所述基襯底基本上由藍(lán)寶石構(gòu)成。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底包括形成覆蓋基襯底的緩沖層，其中形成緩沖層包括沉積覆蓋所述基襯底的主要表面的材料，其中沉積包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)外延形成所述半導(dǎo)體層，其中形成所述半導(dǎo)體層包括沉積，其中形成所述半導(dǎo)體層包括氫化物氣相外延(HVPE)。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層包括第13-15族材料，其中所述半導(dǎo)體層包括氮化物材料，其中所述半導(dǎo)體層包括鎵，其中所述半導(dǎo)體層包括氮化鎵，其中所述半導(dǎo)體層基本上由氮化鎵構(gòu)成。
41.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)三維生長(zhǎng)模式來(lái)形成所述半導(dǎo)體層，其中形成所述半導(dǎo)體層包括自發(fā)形成過(guò)程，所述自發(fā)形成過(guò)程包括島嶼特征的形成，所述島嶼特征包括半導(dǎo)體材料，其中形成進(jìn)一步包括所述島嶼特征合并成連續(xù)的半導(dǎo)體層。
42.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中改變所述持久缺陷區(qū)域包括移除所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分，其中移除所述持久缺陷區(qū)域包括移除所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分和所述持久缺陷區(qū)域，其中移除所述持久缺陷區(qū)域包括移除所述半導(dǎo)體層的所述后表面和所述持久凹陷的底表面的一部分，其中移除包括機(jī)械地移除所述后表面的一部分，其中移除包括研磨所述半導(dǎo)體層的所述后表面的一部分，其中移除包括化學(xué)地移除所述持久凹陷的所述底表面的至少一部分。
43.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中改變所述持久缺陷區(qū)域包括移除所述后表面的一部分并且在改變之前將所述半導(dǎo)體層的厚度減少所述半導(dǎo)體層的原始厚度的至少約5%、至少約10%、至少約12%、至少約16%、至少約18%、至少約22%、至少約26%、至少約32%、至少約36%、至少約42%、至少約48%并且不大于約80%。
44.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中改變所述持久缺陷區(qū)域包括用掩模遮罩所述半導(dǎo)體層的所述上表面的一部分，其中改變所述持久缺陷區(qū)域包括遮罩所述持久凹陷的底表面，其中所述掩模包括氮化硅，其中在選擇性地移除之后所述掩模的至少一部分覆蓋所述持久缺陷區(qū)域，其中在改變所述持久缺陷區(qū)域之后形成所述半導(dǎo)體層的一部分包括在選擇性地移除之后在覆蓋所述持久缺陷的所述掩模上方形成半導(dǎo)體層，其中選擇性地移除包括刻蝕所述掩模的一部分。
45.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中改變所述持久缺陷區(qū)域包括用掩模部分選擇性地遮罩所述半導(dǎo)體層的所述上表面的一部分，其中改變所述持久缺陷區(qū)域包括在由所述掩模中的開(kāi)口限定的所述半導(dǎo)體層的部分未覆蓋時(shí)選擇性地遮罩所述持久缺陷，其中所述掩模包括氮化硅，其中在改變所述持久缺陷區(qū)域之后形成所述半導(dǎo)體層的一部分包括在覆蓋所述持久缺陷區(qū)域的所述掩模部分上方形成半導(dǎo)體層。
46.一種形成無(wú)支撐的半導(dǎo)體晶片的方法，包括: 形成半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層具有上表面、后表面以及從所述上表面到所述后表面延伸穿過(guò)所述層的開(kāi)口，所述開(kāi)口限定持久凹陷的一部分并且包括小平面；以及生長(zhǎng)所述半導(dǎo)體層的一部分并且封閉所述開(kāi)口。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中所述開(kāi)口的所述小平面代表所述半導(dǎo)體層的不同晶體平面，其中所述小平面包括選自{11-22}和{1-101}平面的平面。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述開(kāi)口在上表面的直徑顯著大于在所述后表面的直徑，其中所述開(kāi)口由第一小平面限定，所述第一小平面與所述上表面相交、延伸穿過(guò)所述半導(dǎo)體層的整個(gè)厚度并且與所述半導(dǎo)體層的所述后表面相交。
【文檔編號(hào)】H01L21/20GK104205292SQ201380016899
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】J-P·福里, B·博蒙 申請(qǐng)人:圣戈班晶體及檢測(cè)公司