專利名稱：磊晶基材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磊晶基材及其加工方法，具體的說(shuō)是涉及一種具有納米尺度高低不平非圖案化粗糙面的磊晶基材及其加工方法。
背景技術(shù)：
化合物半導(dǎo)體材料，例如，氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦鎵(AlInGaN)等III-V族化合物，以及碲化鎘(CdTe)、氧化鋅(ZnO)及硫化鋅(ZnS)等II-VI族化合物，已被廣泛地檢視適合做為微電子組件的基材材料，包括但不限于晶體管、管場(chǎng)發(fā)射器以及光電組件等。以氮化鎵為基礎(chǔ)的微電子組件為例，其在制造上一個(gè)主要問(wèn)題在于制造的氮化鎵半導(dǎo)體層須具有低的缺陷密度(defect density),以確保微電子組件的效能。據(jù)了解，缺陷密度的貢獻(xiàn)者之一是氮化鎵層與供其生長(zhǎng)的基材之間的晶格不匹配(lattice mismatch)。因此，雖然氮化鎵層已經(jīng)可以在藍(lán)寶石基材(sapphire substrate)上生長(zhǎng)，已為眾所周知的，但降低缺陷密度仍須解決。藉由在形成在碳化硅基材上的氮化鋁緩沖層上生長(zhǎng)氮化鎵層，可以降低缺陷密度，特別是穿透差排(threading dislocation)的密度。盡管有這些長(zhǎng)足進(jìn)步，持續(xù)降低缺陷密度仍是研究上和實(shí)際產(chǎn)生想達(dá)成的目標(biāo)。也為眾所周知的，藉由具有圖案化表面的基材提供利于磊晶的從優(yōu)取向，控制磊晶條件來(lái)達(dá)成橫向嘉晶(lateral epitaxy),進(jìn)而降低缺陷密度或控制缺陷。例如,氮化鎵半導(dǎo)體層藉由橫向磊晶方式形成于具圖案化表面的藍(lán)寶石基材上，能控制差排橫向延伸，以降低穿透差排的密度。然而，制造具有圖案化表面的磊晶基材的先前技術(shù)皆須利用黃光微影制程(photolithography process)。顯見地,制造具有圖案化表面的嘉晶基材的先前技術(shù)其制造成本高、生產(chǎn)速度慢。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種磊晶基材及其制造方法，通過(guò)本發(fā)明制造方法制得的磊晶基材并不具有圖案化表面，但也具有協(xié)助化合物半導(dǎo)體材料橫向磊晶的功效，以成長(zhǎng)具良好質(zhì)量的磊晶層，且本發(fā)明的制造方法具有制造成本低、生產(chǎn)快速的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是—種嘉晶基材,具有晶體基材(crystalline substrate),所述晶體基材具有一個(gè)磊晶表面，所述磊晶表面為納米尺度高低不平且非圖案化的表面。即，在電子顯微鏡下觀察，該磊晶表面是由若干峰、谷和間距組成的粗糙表面，且間距和峰谷高度無(wú)規(guī)律，且粗糙度數(shù)值屬于納米級(jí)。一種磊晶基材的制造方法，按下述步驟進(jìn)行①、制備晶體基材，所述晶體基材具有一個(gè)嘉晶表面；、
②、在晶體基材的嘉晶表面上沉積一層多晶材料層(ploy-crystalline materiallayer)；③、通過(guò)第一濕式蝕刻制程蝕刻所述多晶材料層的晶界(grain boundary)；④、將步驟③蝕刻過(guò)的多晶材料層作為屏蔽(mask)，通過(guò)電漿蝕刻制程蝕刻步驟
③蝕刻過(guò)的多晶材料層的晶界內(nèi)區(qū)域；⑤、通過(guò)第二濕式蝕刻制程去除 經(jīng)步驟④蝕刻過(guò)的多晶材料層，制得的磊晶表面為納米尺度高低不平且非圖案化的表面。其中所述晶體基材由藍(lán)寶石(sapphire)、碳化娃(SiC)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)、硅(Si)、鋁鎂酸鈧(ScAlMgO4)、銅酸鍶(SrCu2O2)、釔安定氧化鋯(YSZ, Yttria-Stabilized Zirconia)、招酸鋰(Lithium Aluminum Oxide, LiAlO2)、嫁酸鋰(Lithium Gallium Oxide, LiGaO2)、娃酸鋰(Lithium Silicon Oxide, Li2SiO3)、錯(cuò)酸鋰(Lithium Germanium Oxide, LiGeO3)、招酸鈉(Sodium Aluminum Oxide, NaAlO2)、嫁酸鈉(Sodium Gallium Oxide, NaGaO2)、錯(cuò)酸鈉(Sodium Germanium Oxide, Na2GeO3)、娃酸鈉(Sodium Silicon Oxide, Na2SiO3)、憐酸鋰(Lithium Phosphor Oxide, Li3PO4)、砷酸鋰(Lithium Arsenic Oxide, Li3AsO4)、鑰;酸鋰(Lithium Vanadium Oxide, Li3VO4)、錯(cuò)酸鋰?yán)m(xù)(Li2MgGeO4, Lithium Magnesium Germanium Oxide)、錯(cuò)酸鋰鋒(Li2ZnGeO4, LithiumZinc Germanium Oxide)、錯(cuò)酸鋰鎘(Li2CdGeO4, Lithium Cadmium Germanium Oxide)、娃酸鋰鎂(Li2MgSiO4, Lithium Magnesium Silicon Oxide)、娃酸鋰鋒(Li2ZnSiO4, LithiumZinc Silicon Oxide)、娃酸鋰鎘(Li2CdSiO4, Lithium Cadmium Silicon Oxide)、錯(cuò)酸鈉續(xù)(Na2MgGeO4, Sodium Magnesium Germanium Oxide)、錯(cuò)酸鈉鋒(Na2ZnGeO4, Sodium ZincGermanium Oxide)、娃酸鈉鋒(Na2ZnSiO4, Sodium Zinc Silicon Oxide)或其他商用供嘉晶用材料。所述多晶材料層由鍺(Ge)、氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、硫化鎘(CdS)、硒化鋅(ZnSe)、砷化銦(InAs)、磷化銦(InP)、硅(Si)以及金屬/硅化物(metal/siIicide)中的一種所形成。所述嘉晶表面的平均表面粗糙度Ra值范圍從IOOnm至400nm。Ra值是表面粗糙度高度參數(shù)之一——輪廓算術(shù)平均偏差值，是指在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，沿測(cè)量方向(Y方向)的輪廓線上的點(diǎn)與基準(zhǔn)線之間距離絕對(duì)值的算術(shù)平均值。所述磊晶表面的平均表面粗糙度Rz值范圍從50nm至350nm。Rz值是表面粗糙度高度參數(shù)之一——微觀不平度十點(diǎn)高度，是指在取樣長(zhǎng)度內(nèi)5個(gè)最大輪廓峰高的平均值和5個(gè)最大輪廓谷深的平均值之和。所述多晶材料層是通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積制程(low pressure chemical vapordeposition, LPCVD)、電衆(zhòng)輔助化學(xué)氣相沉積制程(plasma enhanced chemical vapordeposition, PECVD)、派鍍制程(sputtering)和熱蒸鍍制程(thermal deposition)中的一種方式沉積于所述晶體基材的磊晶表面上，且所述多晶材料層的厚度范圍從20nm至2000nm。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明較之先有技術(shù)的區(qū)別在于，本發(fā)明的磊晶表面為納米尺度高低不平且非圖案化的表面，具有協(xié)助化合物半導(dǎo)體材料橫向磊晶的功效，以成長(zhǎng)具良好質(zhì)量的磊晶層；且該納米尺度高低不平且非圖案化的磊晶表面是經(jīng)過(guò)沉積多晶材料層、第一濕式蝕刻制程、電漿蝕刻制程以及第二濕式蝕刻制程制得，具有制造成本低、生產(chǎn)快速的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例所述具有納米尺度高低不平且非圖案化的表面的磊晶基材示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述晶體基材不意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述晶體基材的嘉晶表面上沉積一層多晶材料層不意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述多晶材料層的晶界經(jīng)第一濕式蝕刻制程蝕刻后示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種嘉晶基材，如圖I所不，所述嘉晶基材I具有晶體基材(crystallinesubstrate) 10,所述晶體基材10具有一個(gè)嘉晶表面102,與先有技術(shù)的不同之處是,所述嘉晶表面為納米尺度高低不平且非圖案化的表面。即，在電子顯微鏡下觀察，該磊晶表面102是由若干峰、谷和間距組成的粗糙表面，且間距和峰谷高度無(wú)規(guī)律，且粗糙度數(shù)值屬于納米級(jí)。本發(fā)明的磊晶基材可以供化合物半導(dǎo)體材料磊晶之用，例如，氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵等III-V族化合物，或碲化鎘、氧化鋅、硫化鋅等II-VI族化合物。值得強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的磊晶基材與先有具有圖案化表面的磊晶基材具有相同的功效，即，具有協(xié)助化合物半導(dǎo)體材料橫向磊晶的功效，以成長(zhǎng)具良好質(zhì)量的磊晶層。所述磊晶表面102的平均表面粗糙度Ra值范圍從IOOnm至400nm。所述磊晶表面102的平均表面粗糙度Rz值范圍從50nm至350nm。所述晶體基材10的材料具體可以采用下述化合物中的一種藍(lán)寶石(sapphire)、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)、硅(Si)、鋁鎂酸鈧(ScAlMgO4)、銅酸銀(SrCu2O2)、乾安定氧化錯(cuò)(YSZ, Yttria-Stabilized Zirconia)、招酸鋰(LithiumAluminum Oxide, LiAlO2)、嫁酸鋰(Lithium Gallium Oxide, LiGaO2)、娃酸鋰(LithiumSilicon Oxide, Li2SiO3)、錯(cuò)酸鋰(Lithium Germanium Oxide, LiGeO3)、招酸鈉(SodiumAluminum Oxide, NaAlO2)、嫁酸鈉(Sodium Gallium Oxide, NaGaO2)、錯(cuò)酸鈉(SodiumGermanium Oxide, Na2GeO3)、娃酸鈉(Sodium Silicon Oxide, Na2SiO3)、憐酸鋰(LithiumPhosphor Oxide, Li3PO4)、砷酸鋰(Lithium Arsenic Oxide, Li3AsO4)、f凡酸鋰(LithiumVanadium Oxide, Li3VO4)、錯(cuò)酸鋰?yán)m(xù)(Li2MgGeO4, Lithium Magnesium Germanium Oxide)、錯(cuò)酸鋰鋒(Li2ZnGeO4, Lithium Zinc Germanium Oxide)、錯(cuò)酸鋰鎘(Li2CdGeO4, LithiumCadmium Germanium Oxide)、娃酸鋰?yán)m(xù)(Li2MgSiO4,Lithium Magnesium Silicon Oxide)、娃酸鋰鋒(Li2ZnSiO4,Lithium Zinc Silicon Oxide)、娃酸鋰鎘(Li2CdSiO4,Lithium CadmiumSilicon Oxide)、錯(cuò)酸鈉續(xù)(Na2MgGeO4, Sodium Magnesium Germanium Oxide)、錯(cuò)酸鈉鋒(Na2ZnGeO4, Sodium Zinc Germanium Oxide)、娃酸鈉鋒(Na2ZnSiO4, Sodium Zinc SiliconOxide)或其他商用供嘉晶用材料。上述磊晶基材的制造方法按下述步驟進(jìn)行
①、制備晶體基材，如圖2所不，所述晶體基材10具有一個(gè)嘉晶表面102;所述晶體基材的材料具體可以是藍(lán)寶石(sapphire)、碳化娃(SiC)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)、硅(Si)、鋁鎂酸鈧(ScAlMgO4)、銅酸鍶(SrCu2O2)^Z安定氧化,告(YSZ，Yttria-Stabilized Zirconia)、銀酸鋰(Lithium Aluminum Oxide,LiAlO2)、嫁酸鋰(Lithium Gallium Oxide, LiGaO2)、娃酸鋰(Lithium Silicon Oxide,Li2SiO3)、錯(cuò)酸鋰(Lithium Germanium Oxide, LiGeO3)、銀酸鈉(Sodium Aluminum Oxide,NaAlO2)、嫁酸鈉(Sodium Gallium Oxide, NaGaO2)、錯(cuò)酸鈉(Sodium Germanium Oxide,Na2GeO3)'娃酸鈉(Sodium Silicon Oxide, Na2SiO3)、憐酸鋰(Lithium Phosphor Oxide,Li3PO4)、砷酸鋰(Lithium Arsenic Oxide, Li3AsO4)、銀酸鋰(Lithium Vanadium Oxide,Li3VO4)、錯(cuò)酸鋰鎮(zhèn)(Li2MgGeO4, Lithium Magnesium Germanium Oxide)、錯(cuò)酸鋰鋒(Li2ZnGeO4, Lithium Zinc Germanium Oxide)、錯(cuò)酸鋰鎘(Li2CdGeO4, Lithium CadmiumGermanium Oxide)、娃酸鋰鎮(zhèn)(Li2MgSiO4, Lithium Magnesium Silicon Oxide)、娃酸鋰鋒(Li2ZnSiO4, Lithium Zinc Silicon Oxide)、娃酸鋰鎘(Li2CdSiO4, Lithium Cadmium Silicon Oxide)、錯(cuò)酸鈉鎮(zhèn)(Na2MgGeO4, Sodium Magnesium Germanium Oxide)、錯(cuò)酸鈉鋒(Na2ZnGeO4, Sodium Zinc Germanium Oxide)、娃酸鈉鋒(Na2ZnSiO4, Sodium Zinc SiliconOxide)或其他商用供嘉晶用材料。②、如圖3所示，通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積制程(low pressure chemical vapordeposition, LPCVD)、電衆(zhòng)輔助化學(xué)氣相沉積制程(plasma enhanced chemical vapordeposition，PECVD)、減鍍制程(sputtering)或熱蒸鍍制程(thermal deposition)在晶體基材10的嘉晶表面102上沉積一層多晶材料層(ploy-crystalline material layer) 12 ；所述多晶材料層的厚度范圍從20nm至2000nm ；所述多晶材料層12具有晶界(grain boundary) 122，所述多晶材料層由鍺(Ge)、氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、砸化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、硫化鎘(CdS)、砸化鋅(ZnSe)、砷化銦(InAs)、磷化銦(InP)、娃(Si)或金屬/娃化物(metal/silicide)所形成，其中，金屬可以是鋁(Al)、鎳(Ni)、鐵(Fe)等，硅化物可以是硅化鋁(SiAl)、硅化鋅(SiZn)、硅化鎳(SiNi)等。③、通過(guò)第一濕式蝕刻制程蝕刻所述多晶材料層12的晶界122，蝕刻后如圖4所示；以藍(lán)寶石為基材，可做為蝕刻該多晶材料層12的晶界122的蝕刻液的種類及其成份列舉于下表I中。表I中列出了 Secco、Sirtl、Wright以及Seiter四種蝕刻液。此外，由于表I中所列舉的蝕刻液并不會(huì)對(duì)藍(lán)寶石基材等侵蝕，因此，該等蝕刻液可以蝕刻該多晶材料層12的晶界122至監(jiān)寶石基材10的嘉晶表面102露出，也可以視情況，該等蝕刻液僅蝕刻該多晶材料層12的晶界122至某深度，不致讓藍(lán)寶石基材10的磊晶表面102露出。表I:
權(quán)利要求
1.一種嘉晶基材，具有晶體基材，所述晶體基材具有一個(gè)嘉晶表面，其特征在于所述磊晶表面為納米尺度高低不平且非圖案化的表面。
2.如權(quán)利要求I所述的磊晶基材，其特征在于所述晶體基材由藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵、氧化鋅、硅、鋁鎂酸鈧、銅酸鍶、釔安定氧化鋯、鋁酸鋰、鎵酸鋰、硅酸鋰、鍺酸鋰、鋁酸鈉、鎵酸鈉、鍺酸鈉、硅酸鈉、磷酸鋰、砷酸鋰、釩酸鋰、鍺酸鋰鎂、鍺酸鋰鋅、鍺酸鋰鎘、硅酸鋰鎂、硅酸鋰鋅、硅酸鋰鎘、鍺酸鈉鎂、鍺酸鈉鋅以及硅酸鈉鋅中的一種所制成。
3.如權(quán)利要求I所述的磊晶基材，其特征在于所述磊晶表面的平均表面粗糙度Ra值范圍從IOOnm至400nm。
4.如權(quán)利要求I所述的磊晶基材，其特征在于所述磊晶表面的平均表面粗糙度Rz值范圍從50nm至350nm。
5.一種磊晶基材的制造方法，其特征在于按下述步驟進(jìn)行 ①、制備晶體基材，所述晶體基材具有一個(gè)嘉晶表面； ②、在晶體基材的嘉晶表面上沉積一層多晶材料層； ③、通過(guò)第一濕式蝕刻制程蝕刻所述多晶材料層的晶界； ④、將步驟③蝕刻過(guò)的多晶材料層作為屏蔽，通過(guò)電漿蝕刻制程蝕刻步驟③蝕刻過(guò)的多晶材料層的晶界內(nèi)區(qū)域； ⑤、通過(guò)第二濕式蝕刻制程去除經(jīng)步驟④蝕刻過(guò)的多晶材料層，制得的磊晶表面為納米尺度高低不平且非圖案化的表面。
6.如權(quán)利要求5所述磊晶基材的制造方法，其特征在于所述晶體基材由藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵、氧化鋅、硅、鋁鎂酸鈧、銅酸鍶、釔安定氧化鋯、鋁酸鋰、鎵酸鋰、硅酸鋰、鍺酸鋰、鋁酸鈉、鎵酸鈉、鍺酸鈉、硅酸鈉、磷酸鋰、砷酸鋰、釩酸鋰、鍺酸鋰鎂、鍺酸鋰鋅、鍺酸鋰鎘、硅酸鋰鎂、硅酸鋰鋅、硅酸鋰鎘、鍺酸鈉鎂、鍺酸鈉鋅以及硅酸鈉鋅中的一種所制成。
7.如權(quán)利要求5所述磊晶基材的制造方法，其特征在于所述多晶材料層由鍺、氧化鋅、硫化鋅、硒化鎘、碲化鎘、硫化鎘、硒化鋅、砷化銦、磷化銦、硅以及金屬/硅化物中的一種所形成。
8.如權(quán)利要求5所述磊晶基材的制造方法，其特征在于所述磊晶表面的平均表面粗糙度Ra值范圍從IOOnm至400nm。
9.如權(quán)利要求5所述磊晶基材的制造方法，其特征在于所述磊晶表面的平均表面粗糙度Rz值范圍從50nm至350nm。
10.如權(quán)利要求5所述磊晶基材的制造方法，其特征在于所述多晶材料層是通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積制程、電漿輔助化學(xué)氣相沉積制程、濺鍍制程和熱蒸鍍制程中的一種方式沉積于所述晶體基材的嘉晶表面上，且所述多晶材料層的厚度范圍從20nm至2000nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磊晶基材及其制造方法，本發(fā)明的磊晶基材的磊晶表面為納米尺度高低不平且非圖案化的表面，具有協(xié)助化合物半導(dǎo)體材料橫向磊晶的功效，以成長(zhǎng)具良好質(zhì)量的磊晶層，且該納米尺度高低不平且非圖案化的磊晶表面是經(jīng)過(guò)沉積多晶材料層、第一濕式蝕刻制程、電漿蝕刻制程以及第二濕式蝕刻制程制得，具有制造成本低、生產(chǎn)快速的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L33/02GK102790152SQ201110131460
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者何思樺, 葉哲良, 徐文慶, 錢俊逸 申請(qǐng)人:昆山中辰矽晶有限公司