半导体衬底制备方法技术

提供一种制备半导体衬底的方法。本方法包括第一步在ＧａＮ衬底上形成凹凸部分，以及第二步以快致横向生长的ＧａＮ薄膜覆盖垂直生长的ＧａＮ薄膜的横向生长速度，在ＧａＮ衬底上形成ＧａＮ薄膜，以便凹凸部分为ＧａＮ薄膜所覆盖。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体衬底的制备方法，更具体地说，涉及一种高级GaN衬底的制备方法。GaN层通常被生长于碳化硅(SiC)衬底的蓝宝石衬底上。但是，因为蓝宝石衬底或碳化硅SiC衬底的晶格常数不同于GaN层，所以生长于蓝宝石或碳化硅衬底上的GaN层包含许多小型六方晶系的晶粒。晶粒具有高缺陷密度，以及产生宽摆X-射线曲线的扭曲和旋转分布。这里，GaN层的缺陷密度约为108-10/cm2。当GaN层的缺陷密度减小时，GaN层的应用性增强。因此，各种用于降低GaN层的缺陷密度的GaN层制备方法已被提出。图.1至4一步步描述了这些方法中的一种。图.5和6描述了另一种方法的步骤。根据图.1，GaN层12生长于蓝宝石衬底1(或碳化硅衬底)10上。这里，GaN层12的缺陷密度至少为108/cm2。标注号13指明了符号化的晶体缺陷。如图2所示，二氧化硅掩膜层14被形成为GaN层12上的预设图形。接着，继续生长GaN层12，如图.3所示。但是，GaN层12没有垂直生长于二氧化硅掩膜层14上，而是垂直生长于未覆盖二氧化硅掩膜层14的暴露部分之上。因此，当垂直生长的GaN层12的厚度明显大于二氧化硅掩膜层14时，GaN层12横向生长于二氧化硅掩膜层14上。GaN层12继续生长，最后，GaN层12从二氧化硅掩膜层12的两边开始横向生长，并在二氧化硅掩膜层12上延伸，其边界会合，如图.4所示。使用这些步骤，具有平坦表面的第二GaN层16被形成于GaN层12上，以便二氧化硅掩膜层14的整个表面被第二GaN层16所覆盖，这里，根据涉及第二GaN层16生长的二氧化硅掩膜层14，从二氧化硅掩膜层14的边界直接向上，倾斜界面Btilt被形成于第二GaN层16内。另外，接合边界BC被形成于从二氧化硅掩膜层14的两边生长的第二GaN层16的两边界会合处。上述GaN层生长方法更详细的描述被公布于授予Davis等人的美国专利No.6051849。第二GaN层16具有下列特点。如图.4所示，第二GaN层16在形成于二氧化硅掩膜层14上的第一部分16a和形成于二氧化硅掩膜层14之间的第二部分16b之间存在缺陷密度差异。换句话说，第一部分16a的缺陷密度远低于GaN层12，但第二部分16b的缺陷密度几乎与GaN层12一样。从这一结果可得，当GaN层12横向生长时，GaN层12的势没有扩展到形成具有比GaN层12更低缺陷密度的第二GaN层16中，而GaN层12的势扩展并导致GaN层12垂直生长时缺陷密度没有改善。参考图.5和6传统的GaN层生长技术的另一例子将在下面描述。参考图.5，GaN层12被生长于蓝宝石衬底(或碳化硅衬底)10上。GaN层12的预定区域被刻蚀。预定深度的沟槽18被形成于通过刻蚀工艺而暴露出的蓝宝石衬底10上。其后，如图.6所示，GaN层12被形成于除沟槽18外蓝宝石衬底10的整个表面上，在这种状态下，第三GaN层20被生长于蓝宝石衬底10和GaN层12上。这里，第三GaN层20未生长于蓝宝石衬底10的被刻蚀部分上，即当第三GaN层20垂直和水平生长于蓝宝石衬底10未刻蚀的部分时，在沟槽18区，包括无论是垂直方向还是水平方向。在这一工艺中，第三GaN层20未形成于沟槽18区，因此沟槽18在完成第三GaN层20生长后保持为空区22。如上所述，根据传统的GaN层生长方法，GaN层首先形成于蓝宝石衬底上(或碳化硅衬底)，而掩膜层形成于GaN层上或一沟槽形成于蓝宝石衬底的预定区，以便防止GaN层的势的扩展，从而形成具有更低缺陷密度的另一GaN层。这些传统生长GaN的方法有下列问题。第一，在图.1至4所示的第一传统方法情形下，根据第二GaN层16和二氧化硅层14之间的表面张力差异，第二GaN层16的晶体被倾斜于会合边界形成缺陷。另外，在这种工艺中，沟槽被形成于第二GaN层16的表面上。第二，因为如二氧化硅掩膜层的不同类物质被引入，生长中的GaN层中应力分布不一致。第三，因为用于形成掩膜层的二氧化硅(SiO2)的热导率比GaN层低，所以，当在形成于掩膜层上的GaN层上形成器件时，器件的热可靠性可能被降低。第四，如图.6所示，空区22形成于已生长的第三GaN层20和蓝宝石衬底10之间，在这种情况下，形成于第三GaN层20上的器件的电阻增大，这降低了器件的可靠性。第五，由于空区22，器件结构会很脆弱。第六，在图.5和6所示的传统方法中，必须刻蚀蓝宝石衬底10来形成沟槽18。但是，蓝宝石衬底10不容易刻蚀。为了实现上述目的，提供一种半导体衬底的制备方法，包括第一步骤，在第一半导体衬底上形成一预定深度的凹凸部分；以及第二步骤，在第一半导体衬底上形成第二半导体衬底，让横向生长的速度足够快，以致覆盖垂直生长的GaN薄膜，使得GaN薄膜横向生长以致凹凸部分被第二半导体衬底所覆盖。这里，第一步骤包括第一半导体衬底形成沟槽，第二步骤还包括在沟槽周围在第一半导体衬底形成一掩膜。或者，第一步骤包括在第一半导体衬底形成第一凹凸部分的子步骤，并把第一凹凸部分转变为第二凹凸部分。第一半导体衬底被实现成III-V族化合物半导体衬底，象GaN衬底是优选的。第一凹凸部分被形成包括突起，即由顶部和以顶部周围的斜面组成的表面，以及突起之间的凹陷。第二凹凸部分被形成包括形成为带尖端的锥形的第二突出以及第二突起间的凹陷。根据本专利技术，下半导体衬底的缺陷密度能被防止扩展到上半导体衬底上，因而得到具有比下半导体衬底更低的缺陷密度的上半导体衬底。另外，上半导体衬底的低缺陷密度区比现有技术更宽。图.1至4是传统高级GaN衬底制备方法步骤的截面图。图.5和6是另一传统高级GaN衬底制备方法步骤的截面图。图.7至10是根据本专利技术第一实施方案的高级步骤的截面图。图.11至12是根据本专利技术第二实施方案的高级步骤的截面图。图.13至17是根据本专利技术第三实施方案的高级步骤的截面图。图.18至20是分析第一至第三实施方案制备的GaN衬底晶格缺陷结果的照片，使用微型PL成像技术。<第一实施方案> 如图.7所示，在第一半导体衬底40上，沟槽42被形成一预定深度。第一半导体衬底40被实现成III-V族化合物半导体衬底。优选实现第一半导体衬底40为氮化物半导体衬底。更可优选实现第一半导体衬底为具有不超过107/cm2的低缺陷密度的氮化镓(GaN)衬底。标注号41标注出第一半导体衬底40内符号化的晶格缺陷。参考图8，在沟槽42附近，掩膜44被形成在第一半导体衬底40上。掩膜44优选由氧化物形成，诸如氧化硅(SiO2)或氮化物(SiNx)，形成掩膜44用于防止在后续步骤中第一半导体衬底40的缺陷密度传到形成其上的衬底上。接着，其上形成了掩膜44的第一半导体衬底40被生长。可优选在让横向生长比垂直生长更快的条件下生长第一半导体衬底40。因此，最初的第二半导体衬底46a从沟槽42与掩膜44会合的侧壁上开始生长，并且某些第二半导体衬底横向生长超过掩膜44之上，如图.9所示。如图.9所示，因为横向生长的速度比垂直生长的速度快，所以，在从沟槽42底部垂直生长的部分达到第一半导体衬底40的表面之前，从沟槽42侧壁横向生长出的部分彼此会合。换句话说，从沟槽42底部垂直生长的部分被从沟槽4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体衬底的制备方法包括： 第一步在ＧａＮ衬底上形成凹凸部分；以及 第二步以快至使横向生长的ＧａＮ薄膜覆盖垂直生长的ＧａＮ薄膜的横向生长速度，在ＧａＮ衬底上形成ＧａＮ薄膜以便凹凸部分被ＧａＮ薄膜所覆盖。

【技术特征摘要】
KR 2001-4-17 20496/20011.一种半导体衬底的制备方法包括第一步在GaN衬底上形成凹凸部分；以及第二步以快至使横向生长的GaN薄膜覆盖垂直生长的GaN薄膜的横向生长速度，在GaN衬底上形成GaN薄膜以便凹凸部分被GaN薄膜所覆盖。2.权利要求1的方法，其中GaN衬底被形成于蓝宝石衬底和碳化硅衬底之一上。3.权利要求1的方法，其中第一步包括在GaN衬底上形成一沟槽。4.权利要求3的方法，其中第二步还包括在沟槽周围的GaN衬底上形成一掩膜。5.权利要求1的方法，其中第一步包括子步骤在GaN衬底上形成第一凹凸部分；以及将第一凹凸部分转形为含与第一凹凸部分中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元硕，南玉铉，孙哲守，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]