專利名稱：用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法。該圖形寶石襯底可用于低位錯(cuò)密度、高晶體質(zhì)氮化物的外延生長(zhǎng)。背技術(shù)以III-V族氮化鎵(GaN)為代表的氮化物化合物半導(dǎo)體，如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(A1N)、氮化銦(InN)、氮化鋁鎵(AlGaN )、 氮化鎵銦 (InGaN )、氮化鋁銦AlInN )或氮化鋁鎵銦(AlGalnN)等在紫外/藍(lán)光/綠光發(fā)光二極管、激光器、太陽(yáng)光盲紫外光電探測(cè)器以及咼頻、高溫大功率電子器件等諸多領(lǐng)域有著重要而廣泛的應(yīng)用。目前藍(lán)寶石襯底是氮化物進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)最為常用的襯底。由于藍(lán)寶石襯底和氮化物外延層間存在很大晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)差異，因此利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD )、氫化物氣相外延(HVPE)或分子束外延(MBE)等外延技術(shù)生長(zhǎng)的氮化物外延層中存在很大的應(yīng)力和很多曰 曰曰體缺陷如位錯(cuò)等，材料的晶體質(zhì)量因此受到很大影響，進(jìn)而劣化了器件性能。采用圖形化藍(lán)寶石襯底技術(shù)可以緩解藍(lán)寶石襯底和氮化物外延層異質(zhì)外延生長(zhǎng)中由于曰 曰曰格失配引起的應(yīng)力，使之得到有效的弛豫，大大降低外延生長(zhǎng)的氮化物材料中的位錯(cuò)悉、度，使晶體質(zhì)得到很大提高。但目前圖形藍(lán)寶石襯底的制備技術(shù)大多是采用傳統(tǒng)的光刻法制備出光刻圖形，然后以—氧化硅cSi02)或氮化硅(SiN4)層為掩膜，再利用反應(yīng)離子cRIE )或感應(yīng)耦合等離子(ICP)等設(shè)備干法刻蝕而形成的。由于工藝過(guò)程中涉及干法刻蝕設(shè)備，因此工藝過(guò)程復(fù)雜、成本較高，同時(shí)藍(lán)寶石襯底易受干法刻蝕損傷與污染。為了更有效地應(yīng)用于低位錯(cuò)密度、高曰 曰曰體質(zhì)量的氮化物的外延生長(zhǎng)，發(fā)展成本低、易于實(shí)現(xiàn)的圖形化藍(lán)寶石襯底技術(shù)勢(shì)在必行發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的百的曰 疋在于提供一種用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形寶石襯底的制作方法，這種方法可以有效地降低氮化物外延層中的位錯(cuò)密度，避免裂紋的產(chǎn)生，提咼外延材料的晶體質(zhì)量和均勻性，進(jìn)而能改善光電器件的性能該制備技術(shù)不涉及反應(yīng)離子(RIE)或感應(yīng)稱合等離子ICP)等干法刻蝕設(shè)備，具有成本低，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；谱鞯葍?yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供一種用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1:在用于氮化物外延生長(zhǎng)的藍(lán)寶石襯底上淀積一層~~■氧化硅膜；步驟2a利用常規(guī)光刻技術(shù)制備出光刻圖形的掩膜；步驟3 :利用氫氟酸 —氟化氨+H20混合液5將光刻圖形刻蝕到二氧化硅膜上步驟4 :以圖形二氧化硅膜作為掩膜，采用硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕藍(lán)寶石襯底，將圖形刻蝕到寶石襯底上步驟5 :利用稀氫氟酸溶液濕法腐蝕去掉殘余的氧化硅膜，并將藍(lán)寶石襯底清洗干凈，完成圖形寶石襯底的制備o其中所述的藍(lán)寶石襯底為(O 0 0 l)或c面、(1102)或r面、(1()1())或m面、(1]^)或a面藍(lán)寶石襯底中的任何一種。其中二氧化硅膜的厚度為2 0納米-2微米。其中光刻圖形為周期性圖形陣列，且其光刻圖形 的單元由圓形、方形、正六邊形、菱形、三角形或不 規(guī)則圖形中的任何 一 種或幾種組合而成。其中光刻圖形中每個(gè)單元的尺寸及間距為1微米-1 o微米。其中光刻圖形的結(jié)構(gòu)為臺(tái)面狀或凹槽狀中的任何 一種或兩種組合。其中硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕的溫度為3 2 0 °C - 5 2 0 °C之間，刻蝕的時(shí)間為3 0秒-3 0分鐘。其中用于氮化物外延生長(zhǎng)的氮化物是氮化鎵、氮 化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化鎵銦、氮化鋁銦或氮 化鋁鎵銦中的任何 一 種或幾種的組合。其中用于氮化物外延生長(zhǎng)的方法為金屬有機(jī)物化 學(xué)氣相淀積方法、氫化物氣相外延方法或分子束外延 的方法中的任何 一 種或幾種組合。本發(fā)明的用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底 的制作方法，具有成本低、使藍(lán)寶石襯底免于干法刻 蝕損傷等優(yōu)點(diǎn)。該圖形藍(lán)寶石襯底可用于低位錯(cuò)密度、 高晶體質(zhì)量氮化物的外延生長(zhǎng)。圖說(shuō)明為了進(jìn)步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施的實(shí)伊J對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的描述，其中

圖1是用于氮化物外延生長(zhǎng)的藍(lán)寶石襯底光刻圖形后的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖中1為藍(lán)寶石襯底，2是氧化娃膜，3是光刻膠層;圖2是以光刻膠層為掩膜，利用氫！i酸(HF)+氟化氨(亂,F)+ H20混合液腐蝕二.氧化硅膜后的剖面不意中1為藍(lán)寶石襯底，2是二氧化硅層，3是光刻膠層圖3是利用圖形化的二氧化硅膜為掩膜，采用硫酸和磷酸混合液濕法刻蝕藍(lán)寶石，將圖形轉(zhuǎn)移到條:""1^石襯底后的剖面示意圖；圖中1為藍(lán)寶石襯底，2是氧化娃膜圖4是稀氫氟酸(HF)濕法腐蝕去掉殘余的二氧化娃膜，并將襯底清洗干凈，制備成圖形藍(lán)寶石襯底后的剖面示思圖；圖中1為藍(lán)寶石襯底，員體實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1 一圖4所示，本發(fā)明 一 種用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，包括如下步驟步驟1:在用于氮化物外延生長(zhǎng)的藍(lán)寶石襯底1上淀積一層二氧化硅膜2 ;其中所述的藍(lán)寶石襯底1為C o o oi 1)或c面、W^或r面、d,或m面、(1120)或a面藍(lán)寶石襯底l中的任何一種；其中二氧化硅膜2的厚度為2 0納米_ 2微米；該用于氮化物外延生長(zhǎng)的氮化物是氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化鎵銦、氮化鋁銦或氮化鋁鎵銦中的任何一種或幾種的組合；該用于氮化物外延生長(zhǎng)的方法為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積方法、氫化物氣相外延方法或分子束外延的方法中的任何 一 種或幾種組合；步驟2-利用常規(guī)光刻技術(shù)制備出光刻圖形的掩膜3 ;其中光刻圖形為周期性圖形陣列，且光刻圖形的單元由圓形、方形、正六邊形、菱形、二角形或不規(guī)則圖形中的任何 一 種或幾種組合而成；該光刻圖形中每個(gè)單元的尺寸及間距為1微米-1 o微米該光刻圖形的結(jié)構(gòu)為臺(tái)面狀或凹槽狀中的任何一種或兩種組合.步驟3:利用氫氟酸+氟化氨+H20混合液，將光刻圖形刻蝕到二氧化硅膜2上；步驟4以圖形二氧化硅膜2作為掩膜，采用硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕藍(lán)寶石襯底1 ，將圖形刻蝕到藍(lán)寶石襯底1上;該硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕的溫度為32 0- 5 2 0 °C之間，刻蝕的時(shí)間為30秒_ 30分鐘；步驟 5:利用稀氫氟酸溶液濕法腐蝕去掉殘余的氧化硅膜2，并將藍(lán)寶石襯底1清洗干凈^ 完成圖形藍(lán)寶石襯底1的制備 。下面通過(guò)兩個(gè)體的實(shí)施例進(jìn) 一 步闡述本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。實(shí)施例i請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1—圖4 ，本實(shí)施例為 一 種用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形C面藍(lán)寶石襯底1的制作方法。c面寶石襯底1是目、/ 刖外延生長(zhǎng)氮化物最常用的襯底材料之~■。首先在2英寸c面藍(lán)寶石襯底1上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積cPECVD)技術(shù)淀積0 . 3微米的氧化硅膜2，在二氧化硅膜2上利用常規(guī)光刻技術(shù)涂光刻膠層37通過(guò)曝光顯影形成圓形陣列。該圓形陣列單元結(jié)構(gòu)的尺寸及間距為3微米，光刻后的結(jié)構(gòu)剖 面如圖1所示；接著利用光刻膠層3作為圖形掩膜，使用氫氟酸 (HF) +氟化氨(NH,F) +H20混合液，將光刻圖形刻蝕 到二氧化硅膜2上，其結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示；然后以二氧化硅膜2為圖形掩膜，利用硫酸和磷酸混合液在4 0 0 °C下濕法刻蝕c面藍(lán)寶石襯底1 ， 刻蝕時(shí)間為1 0分鐘，結(jié)構(gòu)剖面如圖3所示；該硫酸 和磷酸混合液的體積比3 :1 。最后利用稀氫氟酸(HF )將殘余的二氧化硅膜2 濕法腐蝕去掉，即可制成圖形c面藍(lán)寶石襯底1 ，結(jié) 構(gòu)剖面如圖4所示。該藍(lán)寶石襯底l的圖形單元為臺(tái)面結(jié)構(gòu)，臺(tái)面高 度為1 . 3微米，側(cè)面由于濕法刻蝕的各向異性為近正 三角形結(jié)構(gòu)，由{11-20} 、 {-2 110}和{1-2 10}晶面構(gòu)成， 表面為光刻掩膜的圓形形狀。該具有周期性圖形陣列 的c面藍(lán)寶石襯底1可用于低位錯(cuò)密度、高晶體質(zhì)量 氮化物的外延生長(zhǎng)。實(shí)施例2本實(shí)施例為一種用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形r面 藍(lán)寶石襯底1的制作方法。r面藍(lán)寶石襯底1可用于外延生長(zhǎng)非極性氮化物。非極性氮化物可避免垂直生長(zhǎng) 方向上應(yīng)變效應(yīng)引起的內(nèi)建電場(chǎng)，從而增強(qiáng)載流子的 輻射復(fù)合幾率，提高光電器件的性能。采用類似實(shí)施例1的工藝過(guò)程，在r面藍(lán)寶石襯底1上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù) 淀積二氧化硅膜2 、常規(guī)光刻技術(shù)光刻圖形、氫氟酸(HF) +氟化氨(NH,4F) +H20混合液腐蝕二氧化硅膜2 、 硫酸和磷酸混合液在4 0 0 °C下腐蝕r面藍(lán)寶石襯底1 ，刻蝕時(shí)間為6分鐘，最后利用稀氫氟酸(HF )將 殘余的二氧化硅膜2濕法腐蝕去掉，即可制成圖形化 的r面藍(lán)寶石襯底l。該藍(lán)寶石襯底1的圖形單元為臺(tái)面結(jié)構(gòu)，圖形單 元的臺(tái)面高度約為0 . 6微米，由于濕法刻蝕的各向異 性，其表面由光刻圖形的圓形變?yōu)榘朐滦巍Ｔ搱D形化r 面藍(lán)寶石襯底1可用于低位錯(cuò)密度、高晶體質(zhì)量非極 性氮化物的外延生長(zhǎng)。上述實(shí)施例描述了用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形化c面和r面藍(lán)寶石襯底的制作方法。由于不涉及RIE或ICP等干法刻蝕過(guò)程，因此制備的圖形藍(lán)寶石襯底能免于干法刻蝕損傷。同時(shí)，該濕法刻蝕技術(shù)不涉及昂蟲(chóng) 貝設(shè)備，具有成本低、易于規(guī)?；谱鞯葍?yōu)點(diǎn)、。采用圖形化藍(lán)寶石襯底技術(shù)可以緩解藍(lán)寶石襯底和氮化物間異質(zhì)外延生長(zhǎng)過(guò)程中由于晶格失配引起的應(yīng)力，降低 氮化物外延層的缺陷密度，提高晶體質(zhì)量，進(jìn)而改善 器件的性能。
權(quán)利要求
1、一種用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1在用于氮化物外延生長(zhǎng)的藍(lán)寶石襯底上淀積一層二氧化硅膜；步驟2利用常規(guī)光刻技術(shù)制備出光刻圖形的掩膜；步驟3利用氫氟酸+氟化氨+H2O混合液，將光刻圖形刻蝕到二氧化硅膜上；步驟4以圖形二氧化硅膜作為掩膜，采用硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕藍(lán)寶石襯底，將圖形刻蝕到藍(lán)寶石襯底上；步驟5利用稀氫氟酸溶液濕法腐蝕去掉殘余的二氧化硅膜，并將藍(lán)寶石襯底清洗干凈，完成圖形藍(lán)寶石襯底的制備。
3 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，其特征在于，中一氧化硅膜的厚度為2 0納米-2微米。4 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，其特征在于，中光刻圖形為周期性圖形陣列，且其光刻圖形的單元由圓形、方形、正六邊形、菱形、三角形或不規(guī)則圖形中的任何 一 種或幾種組合而成。5 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，其特征在于，苴 Z 中光刻圖形中每個(gè)單元的尺寸及間距為i微米-i o微米6 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，其特征在于，中光刻圖形的結(jié)構(gòu)為臺(tái)面狀或凹槽狀中的任何 一 種或兩種組合7 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，其特征在于，其中硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕的溫度為32 0 °C _52 之間，刻蝕的日寸間為3 0秒-3 0分'鐘。8 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，其特征在于，中用于氮化物外延生長(zhǎng)的氮化物是氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化鎵銦、氮化鋁銦或氮化鋁鎵銦中的任何一種或幾種的組合9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法>特征在于中用于氮化物外延生長(zhǎng)的方法為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積方法、氫化物氣相外延方法或分子束外延的方法中的任何 一 種或幾種組合。
全文摘要
一種用于氮化物外延生長(zhǎng)的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，包括如下步驟在用于氮化物外延生長(zhǎng)的藍(lán)寶石襯底上淀積一層二氧化硅膜；利用常規(guī)光刻技術(shù)制備出光刻圖形的掩膜；利用氫氟酸+氟化氨+H₂O混合液，將光刻圖形刻蝕到二氧化硅膜上；以圖形二氧化硅膜作為掩膜，采用硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕藍(lán)寶石襯底，將圖形刻蝕到藍(lán)寶石襯底上；利用稀氫氟酸溶液濕法腐蝕去掉殘余的二氧化硅膜，并將藍(lán)寶石襯底清洗干凈，完成圖形藍(lán)寶石襯底的制備。該制作方法具有成本低、使藍(lán)寶石襯底免于干法刻蝕損傷等優(yōu)點(diǎn)。該圖形藍(lán)寶石襯底可用于低位錯(cuò)密度、高晶體質(zhì)量氮化物的外延生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01S5/00GK101330002SQ20071011761
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月20日
發(fā)明者揚(yáng) 張, 張會(huì)肖, 曾一平, 李晉閩, 王國(guó)宏, 閆發(fā)旺, 高海永 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所