专利名称：磊晶基材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种磊晶基材及其加工方法，具体的说是涉及一种具有纳米尺度高低不平非图案化粗糙面的磊晶基材及其加工方法。
背景技术：
化合物半导体材料，例如，氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)等III-V族化合物，以及碲化镉(CdTe)、氧化锌(ZnO)及硫化锌(ZnS)等II-VI族化合物，已被广泛地检视适合做为微电子组件的基材材料，包括但不限于晶体管、管场发射器以及光电组件等。以氮化镓为基础的微电子组件为例，其在制造上一个主要问题在于制造的氮化镓半导体层须具有低的缺陷密度(defect density),以确保微电子组件的效能。据了解，缺陷密度的贡献者之一是氮化镓层与供其生长的基材之间的晶格不匹配(lattice mismatch)。因此，虽然氮化镓层已经可以在蓝宝石基材(sapphire substrate)上生长，已为众所周知的，但降低缺陷密度仍须解决。藉由在形成在碳化硅基材上的氮化铝缓冲层上生长氮化镓层，可以降低缺陷密度，特别是穿透差排(threading dislocation)的密度。尽管有这些长足进步，持续降低缺陷密度仍是研究上和实际产生想达成的目标。也为众所周知的，藉由具有图案化表面的基材提供利于磊晶的从优取向，控制磊晶条件来达成横向嘉晶(lateral epitaxy),进而降低缺陷密度或控制缺陷。例如,氮化镓半导体层藉由横向磊晶方式形成于具图案化表面的蓝宝石基材上，能控制差排横向延伸，以降低穿透差排的密度。然而，制造具有图案化表面的磊晶基材的先前技术皆须利用黄光微影制程(photolithography process)。显见地,制造具有图案化表面的嘉晶基材的先前技术其制造成本高、生产速度慢。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种磊晶基材及其制造方法，通过本发明制造方法制得的磊晶基材并不具有图案化表面，但也具有协助化合物半导体材料横向磊晶的功效，以成长具良好质量的磊晶层，且本发明的制造方法具有制造成本低、生产快速的优点。本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是—种嘉晶基材,具有晶体基材(crystalline substrate),所述晶体基材具有一个磊晶表面，所述磊晶表面为纳米尺度高低不平且非图案化的表面。即，在电子显微镜下观察，该磊晶表面是由若干峰、谷和间距组成的粗糙表面，且间距和峰谷高度无规律，且粗糙度数值属于纳米级。一种磊晶基材的制造方法，按下述步骤进行①、制备晶体基材，所述晶体基材具有一个嘉晶表面；、
②、在晶体基材的嘉晶表面上沉积一层多晶材料层(ploy-crystalline materiallayer)；③、通过第一湿式蚀刻制程蚀刻所述多晶材料层的晶界(grain boundary)；④、将步骤③蚀刻过的多晶材料层作为屏蔽(mask)，通过电浆蚀刻制程蚀刻步骤
③蚀刻过的多晶材料层的晶界内区域；⑤、通过第二湿式蚀刻制程去除 经步骤④蚀刻过的多晶材料层，制得的磊晶表面为纳米尺度高低不平且非图案化的表面。其中所述晶体基材由蓝宝石(sapphire)、碳化娃(SiC)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)、硅(Si)、铝镁酸钪(ScAlMgO4)、铜酸锶(SrCu2O2)、钇安定氧化锆(YSZ, Yttria-Stabilized Zirconia)、招酸锂(Lithium Aluminum Oxide, LiAlO2)、嫁酸锂(Lithium Gallium Oxide, LiGaO2)、娃酸锂(Lithium Silicon Oxide, Li2SiO3)、错酸锂(Lithium Germanium Oxide, LiGeO3)、招酸钠(Sodium Aluminum Oxide, NaAlO2)、嫁酸钠(Sodium Gallium Oxide, NaGaO2)、错酸钠(Sodium Germanium Oxide, Na2GeO3)、娃酸钠(Sodium Silicon Oxide, Na2SiO3)、憐酸锂(Lithium Phosphor Oxide, Li3PO4)、砷酸锂(Lithium Arsenic Oxide, Li3AsO4)、钥;酸锂(Lithium Vanadium Oxide, Li3VO4)、错酸锂续(Li2MgGeO4, Lithium Magnesium Germanium Oxide)、错酸锂锋(Li2ZnGeO4, LithiumZinc Germanium Oxide)、错酸锂镉(Li2CdGeO4, Lithium Cadmium Germanium Oxide)、娃酸锂镁(Li2MgSiO4, Lithium Magnesium Silicon Oxide)、娃酸锂锋(Li2ZnSiO4, LithiumZinc Silicon Oxide)、娃酸锂镉(Li2CdSiO4, Lithium Cadmium Silicon Oxide)、错酸钠续(Na2MgGeO4, Sodium Magnesium Germanium Oxide)、错酸钠锋(Na2ZnGeO4, Sodium ZincGermanium Oxide)、娃酸钠锋(Na2ZnSiO4, Sodium Zinc Silicon Oxide)或其他商用供嘉晶用材料。所述多晶材料层由锗(Ge)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、硒化锌(ZnSe)、砷化铟(InAs)、磷化铟(InP)、硅(Si)以及金属/硅化物(metal/siIicide)中的一种所形成。所述嘉晶表面的平均表面粗糙度Ra值范围从IOOnm至400nm。Ra值是表面粗糙度高度参数之一——轮廓算术平均偏差值，是指在取样长度内，沿测量方向(Y方向)的轮廓线上的点与基准线之间距离绝对值的算术平均值。所述磊晶表面的平均表面粗糙度Rz值范围从50nm至350nm。Rz值是表面粗糙度高度参数之一——微观不平度十点高度，是指在取样长度内5个最大轮廓峰高的平均值和5个最大轮廓谷深的平均值之和。所述多晶材料层是通过低压化学气相沉积制程(low pressure chemical vapordeposition, LPCVD)、电衆辅助化学气相沉积制程(plasma enhanced chemical vapordeposition, PECVD)、派镀制程(sputtering)和热蒸镀制程(thermal deposition)中的一种方式沉积于所述晶体基材的磊晶表面上，且所述多晶材料层的厚度范围从20nm至2000nm。本发明的有益效果是本发明较之先有技术的区别在于，本发明的磊晶表面为纳米尺度高低不平且非图案化的表面，具有协助化合物半导体材料横向磊晶的功效，以成长具良好质量的磊晶层；且该纳米尺度高低不平且非图案化的磊晶表面是经过沉积多晶材料层、第一湿式蚀刻制程、电浆蚀刻制程以及第二湿式蚀刻制程制得，具有制造成本低、生产快速的优点。
图I为本发明实施例所述具有纳米尺度高低不平且非图案化的表面的磊晶基材示意图；图2为本发明实施例所述晶体基材不意图；图3为本发明实施例所述晶体基材的嘉晶表面上沉积一层多晶材料层不意图；图4为本发明实施例所述多晶材料层的晶界经第一湿式蚀刻制程蚀刻后示意图。
具体实施例方式实施例一种嘉晶基材，如图I所不，所述嘉晶基材I具有晶体基材(crystallinesubstrate) 10,所述晶体基材10具有一个嘉晶表面102,与先有技术的不同之处是,所述嘉晶表面为纳米尺度高低不平且非图案化的表面。即，在电子显微镜下观察，该磊晶表面102是由若干峰、谷和间距组成的粗糙表面，且间距和峰谷高度无规律，且粗糙度数值属于纳米级。本发明的磊晶基材可以供化合物半导体材料磊晶之用，例如，氮化镓、氮化铝镓、氮化铝铟镓等III-V族化合物，或碲化镉、氧化锌、硫化锌等II-VI族化合物。值得强调的是，本发明的磊晶基材与先有具有图案化表面的磊晶基材具有相同的功效，即，具有协助化合物半导体材料横向磊晶的功效，以成长具良好质量的磊晶层。所述磊晶表面102的平均表面粗糙度Ra值范围从IOOnm至400nm。所述磊晶表面102的平均表面粗糙度Rz值范围从50nm至350nm。所述晶体基材10的材料具体可以采用下述化合物中的一种蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)、硅(Si)、铝镁酸钪(ScAlMgO4)、铜酸银(SrCu2O2)、乾安定氧化错(YSZ, Yttria-Stabilized Zirconia)、招酸锂(LithiumAluminum Oxide, LiAlO2)、嫁酸锂(Lithium Gallium Oxide, LiGaO2)、娃酸锂(LithiumSilicon Oxide, Li2SiO3)、错酸锂(Lithium Germanium Oxide, LiGeO3)、招酸钠(SodiumAluminum Oxide, NaAlO2)、嫁酸钠(Sodium Gallium Oxide, NaGaO2)、错酸钠(SodiumGermanium Oxide, Na2GeO3)、娃酸钠(Sodium Silicon Oxide, Na2SiO3)、憐酸锂(LithiumPhosphor Oxide, Li3PO4)、砷酸锂(Lithium Arsenic Oxide, Li3AsO4)、f凡酸锂(LithiumVanadium Oxide, Li3VO4)、错酸锂续(Li2MgGeO4, Lithium Magnesium Germanium Oxide)、错酸锂锋(Li2ZnGeO4, Lithium Zinc Germanium Oxide)、错酸锂镉(Li2CdGeO4, LithiumCadmium Germanium Oxide)、娃酸锂续(Li2MgSiO4,Lithium Magnesium Silicon Oxide)、娃酸锂锋(Li2ZnSiO4,Lithium Zinc Silicon Oxide)、娃酸锂镉(Li2CdSiO4,Lithium CadmiumSilicon Oxide)、错酸钠续(Na2MgGeO4, Sodium Magnesium Germanium Oxide)、错酸钠锋(Na2ZnGeO4, Sodium Zinc Germanium Oxide)、娃酸钠锋(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骤进行
①、制备晶体基材，如图2所不，所述晶体基材10具有一个嘉晶表面102;所述晶体基材的材料具体可以是蓝宝石(sapphire)、碳化娃(SiC)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)、硅(Si)、铝镁酸钪(ScAlMgO4)、铜酸锶(SrCu2O2)^Z安定氧化,告(YSZ，Yttria-Stabilized Zirconia)、银酸锂(Lithium Aluminum Oxide,LiAlO2)、嫁酸锂(Lithium Gallium Oxide, LiGaO2)、娃酸锂(Lithium Silicon Oxide,Li2SiO3)、错酸锂(Lithium Germanium Oxide, LiGeO3)、银酸钠(Sodium Aluminum Oxide,NaAlO2)、嫁酸钠(Sodium Gallium Oxide, NaGaO2)、错酸钠(Sodium Germanium Oxide,Na2GeO3)'娃酸钠(Sodium Silicon Oxide, Na2SiO3)、憐酸锂(Lithium Phosphor Oxide,Li3PO4)、砷酸锂(Lithium Arsenic Oxide, Li3AsO4)、银酸锂(Lithium Vanadium Oxide,Li3VO4)、错酸锂镇(Li2MgGeO4, Lithium Magnesium Germanium Oxide)、错酸锂锋(Li2ZnGeO4, Lithium Zinc Germanium Oxide)、错酸锂镉(Li2CdGeO4, Lithium CadmiumGermanium Oxide)、娃酸锂镇(Li2MgSiO4, Lithium Magnesium Silicon Oxide)、娃酸锂锋(Li2ZnSiO4, Lithium Zinc Silicon Oxide)、娃酸锂镉(Li2CdSiO4, Lithium Cadmium Silicon Oxide)、错酸钠镇(Na2MgGeO4, Sodium Magnesium Germanium Oxide)、错酸钠锋(Na2ZnGeO4, Sodium Zinc Germanium Oxide)、娃酸钠锋(Na2ZnSiO4, Sodium Zinc SiliconOxide)或其他商用供嘉晶用材料。②、如图3所示，通过低压化学气相沉积制程(low pressure chemical vapordeposition, LPCVD)、电衆辅助化学气相沉积制程(plasma enhanced chemical vapordeposition，PECVD)、減镀制程(sputtering)或热蒸镀制程(thermal deposition)在晶体基材10的嘉晶表面102上沉积一层多晶材料层(ploy-crystalline material layer) 12 ；所述多晶材料层的厚度范围从20nm至2000nm ；所述多晶材料层12具有晶界(grain boundary) 122，所述多晶材料层由锗(Ge)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、砸化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、砸化锌(ZnSe)、砷化铟(InAs)、磷化铟(InP)、娃(Si)或金属/娃化物(metal/silicide)所形成，其中，金属可以是铝(Al)、镍(Ni)、铁(Fe)等，硅化物可以是硅化铝(SiAl)、硅化锌(SiZn)、硅化镍(SiNi)等。③、通过第一湿式蚀刻制程蚀刻所述多晶材料层12的晶界122，蚀刻后如图4所示；以蓝宝石为基材，可做为蚀刻该多晶材料层12的晶界122的蚀刻液的种类及其成份列举于下表I中。表I中列出了 Secco、Sirtl、Wright以及Seiter四种蚀刻液。此外，由于表I中所列举的蚀刻液并不会对蓝宝石基材等侵蚀，因此，该等蚀刻液可以蚀刻该多晶材料层12的晶界122至监宝石基材10的嘉晶表面102露出，也可以视情况，该等蚀刻液仅蚀刻该多晶材料层12的晶界122至某深度，不致让蓝宝石基材10的磊晶表面102露出。表I:
权利要求
1.一种嘉晶基材，具有晶体基材，所述晶体基材具有一个嘉晶表面，其特征在于所述磊晶表面为纳米尺度高低不平且非图案化的表面。
2.如权利要求I所述的磊晶基材，其特征在于所述晶体基材由蓝宝石、碳化硅、氮化镓、砷化镓、氧化锌、硅、铝镁酸钪、铜酸锶、钇安定氧化锆、铝酸锂、镓酸锂、硅酸锂、锗酸锂、铝酸钠、镓酸钠、锗酸钠、硅酸钠、磷酸锂、砷酸锂、钒酸锂、锗酸锂镁、锗酸锂锌、锗酸锂镉、硅酸锂镁、硅酸锂锌、硅酸锂镉、锗酸钠镁、锗酸钠锌以及硅酸钠锌中的一种所制成。
3.如权利要求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值范围从IOOnm至400nm。
4.如权利要求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值范围从50nm至350nm。
5.一种磊晶基材的制造方法，其特征在于按下述步骤进行 ①、制备晶体基材，所述晶体基材具有一个嘉晶表面； ②、在晶体基材的嘉晶表面上沉积一层多晶材料层； ③、通过第一湿式蚀刻制程蚀刻所述多晶材料层的晶界； ④、将步骤③蚀刻过的多晶材料层作为屏蔽，通过电浆蚀刻制程蚀刻步骤③蚀刻过的多晶材料层的晶界内区域； ⑤、通过第二湿式蚀刻制程去除经步骤④蚀刻过的多晶材料层，制得的磊晶表面为纳米尺度高低不平且非图案化的表面。
6.如权利要求5所述磊晶基材的制造方法，其特征在于所述晶体基材由蓝宝石、碳化硅、氮化镓、砷化镓、氧化锌、硅、铝镁酸钪、铜酸锶、钇安定氧化锆、铝酸锂、镓酸锂、硅酸锂、锗酸锂、铝酸钠、镓酸钠、锗酸钠、硅酸钠、磷酸锂、砷酸锂、钒酸锂、锗酸锂镁、锗酸锂锌、锗酸锂镉、硅酸锂镁、硅酸锂锌、硅酸锂镉、锗酸钠镁、锗酸钠锌以及硅酸钠锌中的一种所制成。
7.如权利要求5所述磊晶基材的制造方法，其特征在于所述多晶材料层由锗、氧化锌、硫化锌、硒化镉、碲化镉、硫化镉、硒化锌、砷化铟、磷化铟、硅以及金属/硅化物中的一种所形成。
8.如权利要求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值范围从IOOnm至400nm。
9.如权利要求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值范围从50nm至350nm。
10.如权利要求5所述磊晶基材的制造方法，其特征在于所述多晶材料层是通过低压化学气相沉积制程、电浆辅助化学气相沉积制程、溅镀制程和热蒸镀制程中的一种方式沉积于所述晶体基材的嘉晶表面上，且所述多晶材料层的厚度范围从20nm至2000nm。
全文摘要
本发明公开了一种磊晶基材及其制造方法，本发明的磊晶基材的磊晶表面为纳米尺度高低不平且非图案化的表面，具有协助化合物半导体材料横向磊晶的功效，以成长具良好质量的磊晶层，且该纳米尺度高低不平且非图案化的磊晶表面是经过沉积多晶材料层、第一湿式蚀刻制程、电浆蚀刻制程以及第二湿式蚀刻制程制得，具有制造成本低、生产快速的优点。
文档编号H01L33/02GK102790152SQ201110131460
公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者何思桦, 叶哲良, 徐文庆, 钱俊逸 申请人:昆山中辰矽晶有限公司