專利名稱：制造Si_(1-v-w-x)C_wAl_xN_v襯底的方法、制造外延晶片的方法、Si_(1-v-w-x)C_wAl_xN_v襯底以 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法、制造外延晶片的方法、Si(1_v_w_x) CwAlxNv襯底以及外延晶片。
背景技術：
已經(jīng)將具有6.2eV能帶間隙、約SJWK-1Cm 1的熱導率和高電阻的Al(1_y_z) GayInzN(0<y<l, 0<ζ<1,且化y+Kl)晶體如氮化鋁(AlN)晶體用作半導體器件如短波長 光學器件和電力電子器件的材料。常規(guī)地，在例如已經(jīng)通過氣相外延法基部襯底上生長 了這種晶體。作為在其上生長這種材料的基部襯底，Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底已經(jīng)引起了關注。 例如，美國專利4382837 (專利文獻1)、美國專利6086672 (專利文獻2)和日本未審查專 利申請公開(PCT申請的翻譯)2005-506695 (專利文獻3)描述了制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯 底的方法。專利文獻1公開了在1900°C 2020°C的溫度下對原料進行加熱以使其升華，從 而在Al2O3 (藍寶石)上生長(SiC) (H)(AIN)i^e3h體。專利文獻2公開了在1810°C 2492°C 的溫度下對原料進行加熱以在1700°C 2488°C的溫度下在碳化硅(SiC)上生長(SiC) (1_x) (AlN)x襯底。專利文獻3公開了通過分子束外延(MBE)法在550°C 750°C的原料氣體 溫度下在硅(Si)上生長(SiC) (1_x) (AlN)x晶體。引用列表專利文獻專利文獻1 美國專利4382837專利文獻2 美國專利6086672專利文獻3:日本未審查專利申請公開(PCT申請的翻譯)2005-506695

發(fā)明內容
技術問題然而，在專利文獻1和2中，在Al2O3襯底和SiC襯底上生長了(SiC) (1_x) (AlN) x晶體。由于Al2O3襯底和SiC襯底在化學上非常穩(wěn)定，因此難以通過濕式腐蝕等對這些 襯底進行處理。因此，問題在于，難以降低Al2O3襯底和SiC襯底的厚度以及除去Al2O3 襯底和SiC襯底。在專利文獻1和2中通過升華法且在專利文獻3中通過MBE法生長(SiC) (1_x) (AlN)x晶體。圖10和11為在專利文獻1 3中生長的(SiC) (1_x) (AlN)x晶體的示意性 橫截面視圖。圖10和11顯示，在通過升華法或MBE法生長的(SiC) (1_x) (AlN),層112 中，SiC層112a和AlN層112b經(jīng)常分層，如圖10中所示，或者，SiC層112a經(jīng)常散布 有聚集的AlN層112b，如圖11中所示。由此發(fā)現(xiàn)，在(SiC) (1_x) (AlN)、層112中，不能形成四種元素Si、碳(C)、鋁(Al)和氮(N)的混合晶體狀態(tài)。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是形成處于混合晶體狀態(tài)的Si(1_v_w_x)CwAlxNv晶 體并提供制造易于加工的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法、制造外延晶片的方法、Si(1_v_w_x) CwAlxNv襯底和外延晶片。解決問題的手段本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，不能形成處于混合晶體狀態(tài)的Si(1_v_w_x)CwAlxNv晶體的原因在 于，升華法和MBE法在平衡狀態(tài)中生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv晶體。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，由于 SiC和AlN在平衡狀態(tài)中生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層中穩(wěn)定，所以Si與C結合且Al與N
纟口口。因此，本發(fā)明制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法包括下列步驟。首先，準備Si襯 底。然后，通過脈沖激光沉積(PLD)法在所述Si襯底上生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv層(0 < ν <1，0 < w < 1, 0<χ<1 且 0< v+w+x < 1)。根據(jù)本發(fā)明制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法，通過PLD法生長了 Si(1_v_w_x) CwAlxNv 層(0<V<1，0 < w < 1, 0<χ<1 且 0< v+w+x < 1)。能夠利用激光束 對用于所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的原料進行照射以產生等離子體。能夠將所述等離子體供 應至所述Si襯底的表面上。由此，能夠在不平衡的狀態(tài)中生長所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層。 與平衡狀態(tài)不同，這種生長條件不是穩(wěn)定狀態(tài)。因此，Si能夠與C和N結合，且Al能 夠與C和N結合。這能夠生長由四種元素Si、C、Al和N的混合晶體形成的Si(1_v_w_x) CwAlxNv 層。在Si襯底上生長了 Si(1_v_w_x)CwAlxNv層。Si襯底能夠容易地劈開并能夠容易地 利用酸進行腐蝕。因此，易于降低Si襯底的厚度或除去Si襯底。因此，能夠制造易于 加工的Si
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CwAlxNv 襯底。優(yōu)選地，上述制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法還包括在生長步驟之后除去所述 Si襯底的步驟。如上所述，能夠容易地對所述Si襯底進行加工。因此，能夠容易地除去所述Si 襯底。能夠容易地制造不含Si襯底且具有裂紋數(shù)減少的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的Si(1_v_w_x) CwAlxNv 襯底。本發(fā)明制造外延晶片的方法包括通過上述制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法中的 任意一種方法來制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的步驟以及在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層上生長 Al(^z)GayInzN層(0《y《l，0《ζ《1且0《y+z《l)的步驟。通過本發(fā)明制造外延晶片的方法，能夠制造處于混合晶體狀態(tài)中的Si(1_v_w_x) CwAlxNv層。因此，能夠在所述Si (1_v_w_x) CwAlxNv層上生長具有均勻結晶度的Al (1_y_z) GayInzN層。所述Al(^)GayInzN層的晶格匹配和熱膨脹系數(shù)與所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層 的晶格匹配和熱膨脹系數(shù)類似。這能夠提高所述Al(^z)GayInzN層的結晶度。在包含Si 襯底的外延晶片中，由于能夠容易地對所述Si襯底進行加工，所以能夠容易地從所述外 延晶片中除去所述Si襯底。本發(fā)明的Si (1_v_w_x) CwAlxNv 襯底為包含 Si (1_v_w_x) CwAlxNv 層(0<V<1，0 < w <1，0<χ<1 且 0< v+w+x < 1)的 Si (1_v_w_x) CwAlxNv 襯底，其中所述 Si (1_v_w_x) CwAlxNv 層具有在SiC衍射峰與AlN衍射峰之間的衍射峰，所述衍射峰通過X射線衍射(XRD)法測定。通過上述本發(fā)明制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法制造的本發(fā)明Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底包含在不平衡狀態(tài)中生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層。在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層中，Si 與C和N結合，且Al與C和N結合。這能夠生長由四種元素Si、C、Al和N的混合晶 體形成的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層。因此，所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層能夠具有在SiC衍射峰與 AlN衍射峰之間的衍射峰。優(yōu)選地，所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底還包含具有主面的Si襯底，且在所述Si襯底 的所述主面上形成Si
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CwAlxNv 層。在Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的厚度小的情況中，如果需要，所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底 還包含Si襯底。當必須將Si襯底從Si(1_v_w_x)CwAlxNv層上除去時，這特別有利，因為能 夠容易地對所述Si襯底進行加工。本發(fā)明的外延晶片包含上述Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底中的任意一種襯底以及在所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層上形成的 Al(1_y_z)GayInzN 層(0分《1，0<ζ<1 且 0《y+z《l)。在本發(fā)明的外延晶片中，在處于混合晶體狀態(tài)中的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層上形成了 Al(Hz)GayInzN層。因此，所述Al(Hz)GayInzN層能夠具有均勻的結晶度。在包含Si襯 底的外延晶片中，由于能夠容易地對所述Si襯底進行加工，所以能夠容易地將所述Si襯 底從所述外延晶片中除去。發(fā)明優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法、制造外延晶片的方法、Si(1_v_w_x) CwAlxNv襯底和外延晶片，通過PLD法在Si襯底上生長了 Si(1_v_w_x)CwAlxNv層。由此， 通過在不平衡狀態(tài)中生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv層能夠制造位于混合晶體狀態(tài)的易于加工的
Ol (l-v-w-χ)
CwAlxNv 襯底。


圖1為本發(fā)明實施方案1的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的示意性橫截面視圖。圖2為本發(fā)明實施方案1的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的XRD中衍射峰的示意圖。圖3為本發(fā)明實施方案1的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的XRD中衍射峰的示意圖。圖4為本發(fā)明實施方案1的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的XRD中衍射峰的示意圖。圖5為構成本發(fā)明實施方案1的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的原子排列的示意圖。圖6為用于制造本發(fā)明實施方案1的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的PLD裝置的示意 圖。圖7為本發(fā)明實施方案2的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的示意性橫截面視圖。圖8為本發(fā)明實施方案3的外延晶片的示意性橫截面視圖。圖9為本發(fā)明實施方案4的外延晶片的示意性橫截面視圖。圖10為在專利文獻1 3中生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的示意性橫截面視圖。圖11為在專利文獻1 3中生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的示意性橫截面視圖。圖12為通過XRD法測量的在平衡狀態(tài)中生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的衍射峰示 意圖。
具體實施例方式下面將參考附圖對本發(fā)明的實施方案進行說明。在附圖中，通過相同的符號來 表示相同或類似的元件且不再進行重復說明。實施方案1圖1為本實施方案的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的示意性橫截面視圖。首先，下面將 參考圖1對本實施方案的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa進行說明。如圖1中所示，本實施方案的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa包含Si襯底11以及在所 述 Si 襯底 11 的主面 Ila 上形成的 Si (1_v_w_x) CwAlxNv 層 12(0<V<1，0 < w < 1, 0 <x < 1 且 0 < v+w+x < 1)。在所述 Si (1_v_w_x) CwAlxNv 層 12 中，組成比 l-v-W-x 表示 Si 的 摩爾比，w表示C的摩爾比，χ表示Al的摩爾比且ν表示N的摩爾比。圖2 4為通過XRD法測量的本實施方案Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的衍射峰的示意 圖。如圖2 4中所示，所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12具有在SiC衍射峰與AlN衍射峰之 間的衍射峰，所述衍射峰通過XRD法測定。通過XRD法測定的材料的衍射峰具有它們 的固有值。例如，在靶為銅(Cu)、管電壓為45kV、管電流為40mA、測量模式為2 θ-ω 且角分辨率為0.001度步長的測量條件下，AlN(002)面的衍射峰在約36.03度處出現(xiàn)，且 SiC (102)面的衍射峰在約35.72度處出現(xiàn)。在Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12中，在SiC衍射峰與AlN衍射峰之間的衍射峰高于圖 2中SiC和AlN的衍射峰高且低于圖3中SiC和AlN的衍射峰。如圖4中所示，所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12可以僅具有在SiC衍射峰與AlN衍射峰之間的衍射峰而沒有SiC和 AlN的衍射峰。在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12中，在SiC衍射峰與AlN衍射峰之間的衍 射峰具有使得衍射峰不是噪聲峰的高度，這表明存在Si、C、Al和N的混合晶體。圖5為構成本實施方案Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的原子排列的示意圖。通常，Si作 為SiC在化學上穩(wěn)定并因此易于與C結合而很少與N結合。Al作為AlN在化學上穩(wěn)定 并因此易于與N結合而很少與C結合。然而，在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12中，Si與C 和N結合，且Al與C和N結合，如圖5中所示。因此，所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12不 會作為SiC和AlN而發(fā)生聚集且Si、Al、C和N在原子水平上發(fā)生分散。在Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的10_見方的區(qū)域中各個尺寸為Imm以上的裂紋的數(shù) 目，在1 > v+x > 0.5時為7以下，在0.5力+χ > 0.1時為5以下，在0.l2v+x > 0時為3 以下，其中v+x表示AlN的摩爾比。本文中所使用的短語“各個尺寸為Imm以上的裂紋”是指在縱向上一個連續(xù)裂 紋的總長度。下面將參考圖6對制造本實施方案Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa的方法進行說明。 圖6為用于制造本實施方案的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的PLD裝置的示意圖。下面將參考圖6對PLD裝置100的主要結構進行說明。如圖6中所示，所述 PLD裝置100包含真空室101、激光源102、原料103、工作臺104、脈沖馬達105、襯底 保持器106、加熱器(未示出)、控制器107、反射高能電子衍射儀(RHEED) 108和氣體 供應裝置109。將激光源102布置在真空室101的外部。所述激光源102能夠發(fā)射激光束。能 夠將靶原料103放置在所述真空室101內，使得能夠利用源自所述激光源102的激光束對所述原料103進行照射。能夠將所述原料103安裝在工作臺104上。脈沖馬達105能夠 驅動所述工作臺104。襯底保持器106能夠容納Si襯底11以作為基部襯底。加熱器對 在所述襯底保持器106中的所述Si襯底11進行加熱?？刂破?07能夠控制所述激光源 102和所述脈沖馬達105的操作。RHEED 108能夠監(jiān)測振動以確定在所述Si襯底11上 生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12的厚度。氣體供應裝置109能夠向所述真空室101中供應 氣體。所述PLD裝置100可包含其它元件。然而，為了便于說明，未對這些元件進行 圖示或說明。首先，準備了用于Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12的原料103。例如，原料103為SiC和 AlN混合物的燒結體。所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12的組成v+x能夠取決于所述原料103 中SiC與AlN的摩爾比。將這樣制備的原料103放置在圖6中的工作臺104上。將Si襯底11放置在真空室101中的襯底保持器106的表面上，使得所述Si襯底 11面對原料103。然后，將Si襯底11的表面加熱至例如低于550°C的溫度。所述Si襯底11的表 面溫度優(yōu)選低于550°C，更優(yōu)選為540°C以下。例如，利用加熱器可以進行這種加熱。對 所述Si襯底11進行加熱的方法不限于加熱器，且可以通過另一種方法如應用電流來對所 述Si襯底11進行加熱。然后，利用源自激光源102的激光束對原料103進行照射。所述激光器可以為 具有248nm發(fā)射波長、IOHz脈沖重復頻率和1 3J/shot脈沖能量的氟化氪(KrF)受激 準分子激光器。還可以使用另一種激光器如發(fā)射波長為193nm的氟化氬(ArF)受激準分 子激光器。例如，能夠將真空室101抽真空至約IX 10_3 IX ΙΟ—Τοπ*以下的壓力。然后，
利用源自氣體供應裝置109的惰性氣體如氬氣(Ar)或氮氣將真空室101充滿。在生長 Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12期間，所述真空室101內的氮氣氣氛能夠供應氮氣。在所述真空室 內的惰性氣體氣氛中，在生長所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12時僅使用原料103。這有助于控 制 v+x。優(yōu)選利用具有上述短波長的激光束對原料103進行照射。使用短波長激光束提 高了吸收效率，使得在所述原料103的表面附近吸收了大部分的激光束。這能夠明顯提 高所述原料103的表面溫度，從而在真空室101中產生了燒蝕等離子體(羽流)。燒蝕等 離子體為伴隨有源自固體的爆炸性粒子發(fā)射物的等離子體。等離子體中的燒蝕粒子移動 到Si襯底11上，同時所述燒蝕粒子的狀態(tài)因再結合、與環(huán)境氣體的碰撞、反應等而發(fā)生 變化。到達所述Si襯底11的粒子在所述Si襯底11上方擴散并進入接受部位，從而形成 了 Si(l-v-w-χ)CwAlxNv 層 12。下列為所述粒子的接受部位。Al原子的接受部位為C或N原子的結合部位。 Si原子的接受部位為C或N原子的結合部位。C原子的接受部位為Al或Si原子的結合 部位。N原子的接受部位為Al或Si原子的結合部位。通過安裝在真空室101上的RHEED 108的振動，能夠檢測要生長的Si(1_v_w_x) CwAlxNv層12的厚度。通過上述步驟，能夠通過PLD法在Si襯底11上生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12，從而制造圖1中所示的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底10a。如上所述，本實施方案Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa的制造方法包括準備Si襯底11 的步驟和通過PLD法在所述Si襯底11上生長Si (1_v_w_x) CwAlxNv層12(0<V<1，0 < w <1，0<χ<1 和 0< v+w+x < 1)的步驟。根據(jù)本發(fā)明制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa的方法，通過PLD法生長了 Si(1_v_w_x) CwAlxNv層12。利用激光束對用于所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12的原料103進行照射，從 而產生了等離子體。能夠在Si襯底11上供應所述等離子體。由此，能夠在不平衡狀態(tài) 中生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12。與平衡狀態(tài)不同，這種不平衡狀態(tài)不是穩(wěn)定的狀態(tài)。因 此，Si能夠與C和N結合，Al能夠與C和N結合。與圖10和11中所示的常規(guī)Si(1_v_w_x) CwAlxNv層112不同，能夠生長如圖5中所示的由四種元素Si、C、Al和N的混合晶體形 成的Si
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CwAlxNv 層 12。將Si襯底11用作Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12的基部襯底。所述Si襯底11為最常使 用的電子材料，且因此已經(jīng)建立了用于所述Si襯底11的加工技術如腐蝕。所述Si襯底 11能夠容易地劈開并能夠容易地利用酸進行腐蝕。因此，易于降低所述Si襯底11的厚 度或除去所述Si襯底11。當將Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa用于制造發(fā)光器件時，所述Si 襯底的可裂性非常重要。因此，能夠制造容易加工的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底10a。將Si襯底11用作基部襯底。所述Si襯底11比SiC襯底和藍寶石襯底便宜。 這能夠降低Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa的制造成本。其中通過PLD法生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12的本實施方案生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底IOa的方法能夠提供包含Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底10a，所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12具有在SiC衍射峰與AlN衍射峰之間的衍射峰，所述衍射峰通過 XRD法測定。下面將參考圖12對例如通過常規(guī)的升華法或MBE法在平衡狀態(tài)中生長的 Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的衍射峰進行說明。圖12為通過XRD法測量的在平衡狀態(tài)中生長的 Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的衍射峰示意圖。更具體地說，圖12為圖10或11中所示的(SiC) (1-x)(AlN)x層112的衍射峰的示意圖，所述衍射峰通過XRD法測定。如圖10和11中所 示，在平衡狀態(tài)中例如通過升華法或MBE法生長的(SiC)(㈠^八^^層112不具有四種元 素Si、C、Al和N的混合晶體狀態(tài)。由此，在通過XRD法進行的測試中，如圖12中所 示，盡管觀察到了 SiC的衍射峰和AlN的衍射峰，但是在SiC衍射峰與AlN衍射峰之間 未觀察到衍射峰。在SiC衍射峰與AlN衍射峰之間可觀察到在誤差范圍內的衍射峰如噪 聲。通過PLD法生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12能夠為處于四種元素Si、C、Al和N
的混合晶體狀態(tài)中的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12，如圖5中所示。由此，能夠制造包含所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 的 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底 10a，所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 具有在 SiC 衍射峰與AlN衍射峰之間的衍射峰，如圖2 4中所示，所述衍射峰通過XRD法測定。因此，通過本實施方案制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa的方法制造的Si(1_v_w_x) CwAlxNv襯底IOa能夠易于進行加工并具有改進的晶體均一性。能夠將所述Si(1_v_w_x) CwAlxNv襯底IOa適當?shù)赜糜诶么胖码娮栊亩喾N功能器件如隧道磁致電阻器件和大 型磁致電阻器件；發(fā)光器件如發(fā)光二極管和激光二極管；電子器件如整流器、雙極晶體管、場效應晶體管(FET)、自旋FET和高電子遷移率晶體管(HEMT)；半導體傳感器如 溫度傳感器、壓力傳感器、輻射傳感器和可見-紫外光檢測器；以及SAW器件中。在制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa的方法中，在生長步驟中優(yōu)選在低于550°C的溫 度下生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在低于550°C法溫度下生長所述Si(1_v_w_x) CwAlxNv層12能夠減少在生長所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12之后，在將所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層12冷卻至室溫的同時，因在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12與Si襯底11之間熱膨脹系數(shù)的 不同而在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12中產生的應力。換句話說，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在低于 5500C的生長溫度下在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12中產生的應力能夠防止在所述Si(1_v_w_x) CwAlxNv層12中產生裂紋。這能夠減少在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12中的裂紋數(shù)。特別地，根據(jù)常規(guī)方式，難以使用Si襯底11作為基部襯底來生長Si(1_v_w_x) CwAlxNv層12，因為所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12的生長溫度高。在低于550°C的低溫下生 長所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12能夠防止所述Si襯底11的熱降解。由此，能夠在所述Si 襯底11上生長所述Si
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CwAlxNv 層 12。本實施方案包括在低于550 °C的溫度下生長Si (1_v_w_x) CwAlxNv層12的生長 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底 IOa 的方法，能夠提供具有 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 的 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底10a，其中在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的IOmm見方的區(qū)域中各個尺寸為Imm以上的 裂紋的數(shù)目，在1>ν+χ>0.5時為7以下，在0.5^v+x>0.1時為5以下，在0.1^v+x> 0時為3以下。實施方案2圖7為本發(fā)明實施方案2的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的示意性橫截面視圖。參考 圖7，在本實施方案的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOb中，至少將Si襯底11從實施方案1的 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底 IOa 中除去。下面將對本實施方案制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOb的方法進行說明。首先，通過實施方案1制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa的方法制造圖1中所示的 Si(1_v_w_x) CwAlxNv 襯底 10a。然后，除去Si襯底11?？梢詢H將所Si襯底11除去，或者可以將所述Si襯底 11和包含與所述Si襯底11接觸的表面的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12的部分除去。能夠通過任意方法如化學去除如腐蝕、或機械去除如切削、研削或劈開來進行 所述去除。切削是指利用具有電沉積金剛石砂輪的外周刃口的切片機至少將所述Si襯底 11從所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12上機械去除。研削是指對表面應用旋轉磨石以在厚度方 向上對表面進行刮削。劈開是指沿晶格面將所述Si襯底11劈開。如上所述，本實施方案制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOb的方法還包括除去Si襯 底11的步驟。由于能夠容易地將所述Si襯底11除去，所以能夠容易地制造例如僅包含 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 的 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底 10b。實施方案3圖8為本實施方案的外延晶片的示意性橫截面視圖。下面將參考圖8對本實施 方案的外延晶片20a進行說明。如圖8中所示，所述外延晶片20a包含實施方案1的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa和 在所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底 IOa 上形成的 Al(1_y_z)GayInzN((^y^l，0<ζ<1 且 O^y+d)層21。換句話說，所述外延晶片20a包含Si襯底11、在所述Si襯底11上形成的Si(1_v_w_x) CwAlxNv 層 12、以及在所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 上形成的 Al(Hz)GayInzN 層 21。下面將對本實施方案制造外延晶片20a的方法進行說明。首先，通過實施方案1制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa的方法制造了 Si(1_v_w_x) CwAlxNv 襯底 10a。然后，在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底 IOa(本實施方案中的 Si(1_v_w_x)CwAlxNv層 12) 上生長了 Al(^z)GayInzN層21。生長方法的例子包括但不限于，氣相外延法如MOCVD 法、氫化物氣相外延(HVPE)法、MBE法和升華法以及液相外延法。通過這些步驟，能夠制造圖8中所示的外延晶片20a。還可以進行從所述外延晶 片20a中除去Si襯底11的步驟。如上所述，根據(jù)本實施方案的外延晶片20a和制造所述外延晶片20a的方法，在 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底 IOa 上形成了 Al(Hz)GayInzN 層 21。所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底 IOa 包含處于混合晶體狀態(tài)中的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12。因此，能夠在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層12上生長具有均勻結晶度的Al(^)GayInzN層21。此外，由于在所述Al(Hz)GayInzN 層與所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12之間的晶格匹配和熱膨脹系數(shù)之差小，所以所述Al(1_y_z) GayInzN層21能夠具有提高的結晶度。在包含Si襯底11的外延晶片中，由于能夠容易地 對所述Si襯底11進行加工，所以能夠容易地將所述Si襯底11從所述外延晶片中除去。實施方案4圖9為本實施方案的外延晶片的示意性橫截面視圖。下面將參考圖9對本實施 方案的外延晶片20b進行說明。如圖9中所示，所述外延晶片20b包含實施方案2的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOb和 在所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底 IOb 上形成的 Al(Hz)GayInzN(0分《1，0<ζ<1 且 0《y+z《l)層 21。換句話說，所述外延晶片20b包含Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12和在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層12上形成的Al(^z)GayInzN層21。下面將對本實施方案制造外延晶片20b的方法進行說明。首先，通過實施方案2制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOb的方法制造了 Si(1_v_w_x) CwAlxNv 襯底 10b。然后，與在實施方案3中相同，在所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOb (本實施方案中 的 Si (1_v_w_x) CwAlxNv 層 12)上生長了 Al(Hz)GayInzN 層 21。通過這些步驟，能夠制造圖9中所示的外延晶片20b。如上所述，根據(jù)本實施方案的外延晶片20b和制造所述外延晶片20b的方法，在 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 襯底 IOb 上形成了 Al(Hz)GayInzN層 21。由于所述 Si(^x)CwAlxNv 襯底 IOb包含處于混合晶體狀態(tài)中的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層12，所以能夠生長具有均勻結晶度的 Al (1_y_z) GayInzN B 21。實施例1在本實施例中對在Si襯底上生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的效果進行了研究。發(fā)明例1在發(fā)明例1中，基本上通過實施方案1制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底IOa的方法， 利用圖6中所示的PLD裝置制造了 Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底10a。制造了其中x+v為0.9的Sl0.05C0.05 (AlN) 0.9 以作為 Si
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CwAlxNv 層 12。更具體地說，首先準備了用于Sicui5Ccui5(AlN)a9層12的原料103。以下列方式 準備所述原料103。更具體地說，將SiC粉末和AlN粉末進行混合并壓制。將該混合物 放入真空容器中。在將真空容器抽真空至IO-6Torr之后，利用高純度的Ar氣填充所述氣 氛。然后，在2300°C下將所述混合物燃燒20小時以準備原料103。將所述原料103放 在圖6中所示的工作臺104上。然后，準備了 Si襯底11以作為基部襯底。所述Si襯底11具有作為主面Ila的 (001)面且大小為一英寸。將所述Si襯底11放在真空室101中的襯底保持器106的表面 上，使得所述Si襯底11面對原料103。然后，將所述Si襯底11的表面加熱至540°C。然后，利用源自激光源102的激 光束對所述原料103進行照射。所述激光器為具有248nm發(fā)射波長、IOHz脈沖重復頻率 和1 3J/shot脈沖能量的KrF受激準分子激光器。在該方法中，將真空室101抽真空至IX 10_6Torr并然后充滿氮氣。生長了厚度為500nm的Sicui5Ccui5 (AlN) α9層12，同時通過安裝在真空室101上的 RHEED 108的振動來監(jiān)測厚度。通過上述步驟，制造了圖1中所示的Sicui5Ccui5(AlN)a9襯底10a。比較例1在比較例1中，除了用具有(0001)主面的藍寶石襯底代替充當基部襯底的Si襯 底之外，基本上以與發(fā)明例1中相同的方式制造了 Sicui5Ccui5(AlN)a9襯底。比較例2在比較例2中，除了用具有(0001)主面的6H_SiC襯底代替充當基部襯底的Si 襯底之外，基本上以與發(fā)明例1中相同的方式制造了 Sicui5Ccui5(AlN)a9襯底。測定方法檢測了發(fā)明例1、比較例1和比較例2中Sicui5Ccui5 (AlN)cu^i底的基部襯底對氫氟 酸(HF)與硝酸(HNO3)的混合物和氫氧化鉀(KOH)的腐蝕特性以及其可裂性。表I顯示了結果。在表I中，“合格”是指成功地除去了基部襯底，“不合格” 是指未成功地除去基部襯底。表I
基部襯底HF+HNO3KOH可裂性發(fā)明例1Si(OOl)合格合格合格比較例1Al2O3 (0001)不合格不合格不合格比較例26H-SiC (0001)不合格不合格合格測定結果表I顯示，使用Si襯底作為基部襯底的發(fā)明例1的Sicui5Ccui5(AlN)a9襯底顯示了 優(yōu)異的Si襯底的腐蝕特性和可裂性。這表明可容易地對Si襯底進行加工。
相反，使用藍寶石襯底作為基部襯底的比較例1的Sicui5Ccui5(AlN)a9襯底顯示了 藍寶石襯底的腐蝕特性和可裂性差。因此，不能充分地將所述藍寶石襯底除去。使用SiC襯底作為基部襯底的比較例2的Sicui5Ccui5(AlN)a9襯底顯示了 SiC襯底 的腐蝕特性差。因此，通過腐蝕不能充分地將所述SiC襯底除去。由此，本實施例表明，使用Si襯底能夠制造能夠容易加工的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯 底。實施例2在本實施例中對在低于550°C的溫度下生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的效果進行了研允。發(fā)明例2在發(fā)明例2中，除了使用具有(111)主面的Si襯底11作為基部襯底之外，基本 上以與發(fā)明例1中相同的方式生長了 Sicui5Ccui5Ala45Na4P發(fā)明例3除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Siacicici5Cacicici5Alci.側Na4996 之外，發(fā)明例 3 基本 上與發(fā)明例2相同。通過改變準備的原料103中AlN粉末與SiC粉末的摩爾比可實現(xiàn)這 種變化。發(fā)明例4除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Si_5C_5AlQ.4996NQ.側之外，發(fā)明例 4 基本 上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例5除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Si圓5CQ._5A1Q.4995N議5 之外，發(fā)明例 5 基本 上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例6除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Si圓SCaciw4Ala4995Na4995 之外，發(fā)明例 6 基本 上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例7除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Si圓4CQ._6A1Q.4995N議5 之外，發(fā)明例 7 基本 上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例8除了生長的Si
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CwAlxNv M 12 為 Sia005Ca005Ala495 Na495之外，發(fā)明例8基本上
與發(fā)明例2相同。發(fā)明例9除了生長的 Si a_v_w_x) CwAlxNv 層 12 為 Si。 .25Co.25Alo.25No.25 之外，發(fā)明例9基本上與 發(fā)明例1相同。發(fā)明例10除了生長的 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Sia45Ca45Alatl5Natl5 之外，發(fā)明例 10 基本上與 發(fā)明例1相同。發(fā)明例11除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Sia495Ca495Alacici5Nacici5 之外，發(fā)明例 11 基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例12除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Sia4995CQ.4995Al_4N_6 之外，發(fā)明例 12 基 本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例13除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Sia4995CQ.4995Al_6N_4 之外，發(fā)明例 13 基 本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例14除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Sia4995Ca4995Alacicici5Ncuicici5 之外，發(fā)明例 14 基 本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例15除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Sia4996Ca4994Alacicici5Ncuicici5 之外，發(fā)明例 15 基 本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例16除了生長的Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層 12 為 Sia側Ca4996Alacicici5Ncuicici5 之外，發(fā)明例 16 基 本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例17除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sicui5Ccui5Ala45Na45層之外，發(fā)明例17基 本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例18除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia._5Ca._5Al_94Na.4_層之外，發(fā)明例 18基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例19除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia._5Ca._5Al_wNa.4_層之外，發(fā)明例 19基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例20除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Siacicici5Ccuicitl5Ala4995Na4995層之外，發(fā)明例 20基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例21除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Si_Q6C 0004Alo.4995No.4995 β 之夕卜，發(fā)明 列 21基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例22除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia.c^Ca.c^AU-Nc^·層之外，發(fā)明例 22基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例23除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sicuici5Ccuitl5Ala495Na495層之外，發(fā)明例23 基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例24除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia25Ca25Ala25Na25層之外，發(fā)明例24基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例25除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia45Ca45Alcui5Ncui5層之外，發(fā)明例25基 本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例26除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia495Ca495Alcuici5Ncuici5層之外，發(fā)明例26 基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例27除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia.4_Ca.4_Ala._4N。.?！又猓l(fā)明例 27基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例28除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia.4_Ca.4_Ala._eNa.a_層之外，發(fā)明例 28基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例29除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia.4_Ca.4_Ala._5N。.。·層之外，發(fā)明例 29基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例30除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia.4_Ca.4_Ala._5N。.?！又?，發(fā)明例 30基本上與發(fā)明例2相同。發(fā)明例31除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長Sia.4_Ca.4_Ala._5N。.?！又猓l(fā)明例 31基本上與發(fā)明例2相同。比較例3除了在540°C的Si襯底主面溫度下生長AlN層之外，比較例3基本上與發(fā)明例2 相同。比較例4除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長AlN層之外，比較例4基本上與發(fā)明例2 相同。比較{列5除了在540°C的Si襯底主面溫度下生長SiC層之外，比較例5基本上與發(fā)明例2 相同。比較例6除了在550°C的Si襯底主面溫度下生長SiC層之外，比較例6基本上與發(fā)明例2 相同。測定方法在光學顯微鏡下，對發(fā)明例2 31與比較例3 6中的Si(1_v_w_x)CwAlxNv層、 AlN層和SiC層的IOmm見方的區(qū)域中的裂紋數(shù)目進行計數(shù)。對在縱向上各個總長度為 Imm以上的裂紋進行計數(shù)，且不對各個總長度小于Imm的裂紋進行計數(shù)。表II示出了結果。
權利要求
1.一種制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法，所述方法包括如下步驟 準備Si襯底；以及通過脈沖激光沉積法在所述Si襯底上生長Si(1_v_w_x)CwAlxNv層(0 < ν < 1，0 < W <1，0 < χ < 1,且 0< v+w+x < 1)。
2.如權利要求1所述的制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法，還包括在所述生長步驟之 后除去所述Si襯底的步驟。
3.—種制造外延晶片的方法，所述方法包括如下步驟通過權利要求1或2的制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底的方法制造Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底；以及在所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層上生長 Al(1_y_z)GayInzN 層(0分《1，0<ζ<1,且 0《y+z《l)。
4.一種包含 Si (1_v_w_x) CwAlxNv 層(0<ν<1，0 < w < 1, 0 < χ < 1,且 0< v+w+x < 1)的 Si(l-v-w-χ)CwAlxNv 襯底，其中所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層的通過X射線衍射法測得的衍射峰位于SiC衍射峰與 AlN衍射峰之間。
5.如權利要求4所述的Si(1_v_w_x)CwAlxNv襯底，還包含 具有主面的Si襯底，其中在所述Si襯底的所述主面上形成有所述Si(1_v_w_x)CwAlxNv層。
6.—種外延晶片，其包含 權利要求4或5的Si(1 -v-w-x)CwAlxNv襯底；和在所述 Si(1_v_w_x)CwAlxNv 層上形成的 Al(1_y_z)GayInzN 層(0分《1，0<ζ<1,且 0<y+z<l)ο
全文摘要
本發(fā)明公開了制造Si(1-v-w-x)CwAlxNv襯底的方法、制造外延晶片的方法、Si(1-v-w-x)CwAlxNv襯底以及外延晶片，所述Si(1-v-w-x)CwAlxNv襯底易于加工且能實現(xiàn)處于混合晶體狀態(tài)的Si(1-v-w-x)CwAlxNv晶體。所述制造Si(1-v-w-x)CwAlxNv襯底(10a)的方法包括下列步驟首先，準備Si襯底(11)；然后，通過脈沖激光沉積法在所述Si襯底(11)上生長Si(1-v-w-x)CwAlxNv層(12)，其中0＜v＜1，0＜w＜1，0＜x＜1，且0＜v+w+x＜1。
文檔編號C30B29/38GK102017080SQ20098011439
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權日2008年4月24日
發(fā)明者中幡英章, 佐藤一成, 宮永倫正, 藤原伸介 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社