具压应力之硅基板及其制造方法_3

文档序号:9472849阅读:来源:国知局
施例中,所述第一主表面部411a和第二主表面411b可各为是硅的{111}表面。如根据米勒指数定义,硅的{111}表面可以通过沿{111}晶格面剖开或切割娃来获得。在本公开的其他的实施例中,所述第一主表面部411a和第二主表面411b可各为是硅的{100}表面。如根据米勒指数定义,硅的{100}表面可以通过沿{100}晶格面剖开或切割硅来获得。
[0041]在特殊的实施例中,所述硅基板411可选择为具有{111}表面,因为此配置具有相对于一特定保护层的相对小的错配,所述保护层可以一些工艺形成在所述硅的{111}表面。虽然可以使用由表面所定义的不同的晶格平面的硅,本领域的普通技术人员将会认识到某些参数,即使用的掺质类型、掺杂时间等等,可能需要根据所述错配的性质和使用的暴露的主表面来进行调节。
[0042]在阶段420中,两个主表面411a,41 Ib上(可见于阶段410)和环绕区域可通过扩散过程掺杂P++/n++。掺质可以包括但不限于:硼、磷、碳、锗、氮、砷、镓和铝。在一些实施例中,扩散过程可以从约5小时持续至约400小时。在一些实施例中,根据本公开的扩散过程可以发生在温度约1200°C至约1500°C。在一些实施例中,根据本公开的扩散过程可以使得的p++/n++掺杂到硅基板的深度大约为20-250微米。然而,本领域的普通技术人员将理解,掺杂深度可以相对于时间变化,其取决于所使用的具体掺质和条件。
[0043]在本发明的一个或多个实施例中,所述扩散/掺质材料可以是固体(例如,包括掺质像硼砂玻璃的扩散片),液体及/或气体(例如,氯氧化磷(POCl3))。所述的POCl3是一个深扩散原料,其在进入管式炉前为液体、在管式炉加热后为气体。在一些实施例卩0(:13可以用作液体(或被加热时为气体)磷源,其中所述磷充当对硅基板的η型掺质。在一些实施例中,硼砂玻璃(也称为硼酸钠、四硼酸钠、和四硼酸二钠)可以被作为固体扩散/掺质材料。例如,硼砂玻璃材料可以被施加到基板的一个主表面,接着在上述条件下加热到扩散硼进入基板作为P型掺质。
[0044]在一个或多个实施例中,扩散可通过在所需的掺质存在下以加热基板来进行。也就是说,掺质可通过控制掺质的在基板表面的表面浓度,加热温度,和扩散时间而扩散到指定的深度。在一个或多个实施例中,所述基板可在约200°C至800°C放入炉中,而对于一个预沈积的温度可以为约1100°C _1200°C,掺质扩散进入基板的温度可约为1200°C -1500°C,或更具体地约为1200°C -1300°C。
[0045]在掺杂/扩散过程结束时,第一扩散层421a可从第一表面411a开始并延伸到基板411的一深度所形成,且第二扩散层421b可从第二表面411b开始并延伸到基板的一深度所形成。当掺质的穿透深度是有限的,基本上不包括附加掺质(即只有初始基板材料)的非扩散层423可被夹在第一扩散层421a和第二扩散层421b的中间。
[0046]在阶段430a上,所述第一扩散层421a上可受到研磨/切片,以便创造一个更薄、更平坦(如果扩散过程造成的表面成为凹表面)的第一扩散层421a。虚线箭头433示出了研磨的程度。因此,在阶段430的研磨后,所述第一扩散层431a的可能比第二扩散层421b的厚度小。在一些实施例中,所述研磨/切片可以从主表面移除约5至40微米、或约15-30微米。
[0047]在阶段440中,缓冲层441可以沈积在第一扩散层421a (可见于阶段430b,在这种情况下,其为预先研磨层)的表面上。所述缓冲层441可以是,例如,是AlN或结构相似(即相似的晶格常数、组成等)于硅基板以及将被外延地施加/成长的II1-V族化合物两者的其他材料。随后,外延层443包括可以成长在缓冲层441的II1-V族化合物。在其他实施例中,所述缓冲层可以省略,且所述外延层可被直接施加到第一扩散层421a的表面上。在一些实施例中,所得的半导体异质结构可以是实质上平坦的并且具有降低的裂痕可能性。
[0048]在一个或多个实施例中,如由本领域技术人员熟知的,沈积所述缓冲层及沈积所述外延层是由选自化学气相沈积、电化学沈积、气液固沈积、汽相传输沈积、溶胶-凝胶法、原子层沈积、等离子体增强原子层沈积、及其组合所组成的群组中的方法所完成。
[0049]根据本发明的一个或多个实施例中,一个具有顶部和底部的扩散层的基板也可沿两扩散层之间的中心平面切片,即所述中央平面位于沿两个扩散层之间的非扩散层。在此实施例中,两半的基板是由所述切片所构成,每个都具有一个包括一个扩散层的主表面和一个包括一个非扩散层的主表面。由于基板的各主表面上的扩散层,经切片,二基板可随着每个具有包括它的扩散层的凹表面所形成。上半可以翻转,即旋转180度,以便下半部看起来大致相同。接着,当外延层沈积在两个向下弯曲/弓起的半部的未掺杂的切片表面(在扩散层表面相反)上时,由于外延层的向上弯曲/弓起倾向,最终两个异质结构实质上是平坦的。也就是说,实质上平坦的异质结构可以是引起弯曲/弓起的扩散层抵消由所施加的外延层所引起的弯曲/弓起的一种产物。在一些实施例中,在沈积外延层以进一步减少在外延成长工艺时的晶格错配和拉伸应力之前,一缓冲层可被沈积在两个向下弯曲/弓起的半部的顶部(即在非扩散面)。
[0050]图5为根据本公开的一个或多个实施例表示在基板包括沿着两扩散层之间的中央平面切片以制造II1-V族化合物层的方法的流程图。所绘示的方法类似于参考图4所讨论到的加上一些修改。因此,为简洁起见可以省略了已经描述的步骤及/或细节。例如,阶段510和阶段520对应的是在图4的阶段410和阶段420所讨论的。因此,阶段520示出了一个具有两个扩散层521a和521b的基板521和一个是由ρ型硅基板构成的ρ++掺杂所制备的非扩散层523。
[0051]阶段530a与图4阶段430a有很大不同。不像研磨扩散层的一部分,以减少其厚度(参考图4430a),在阶段530a上的基板531被沿虚线箭头线533切成两个已切片的基板531a和531b,所述虚线箭头533位于并通过一个非扩散层523并靠近基板531的中央厚度。在一些实施例中,切片可通过使用机械锯,激光切割,或类似物来完成。此外,自动化技术可以优选地确保切片的准确性(即沿着基板的中心厚度均匀切片)。
[0052]阶段530b绘示了一个从阶段530a的切割产生的已切片的基板531b。如可以看到的,由于扩散层521b只存在于已切片的基板531b的一侧,所述二分的一基板531b随着包括扩散层521b的凹主表面而被弯曲/弓起。同样地,已切片的基板531a在切开处随着包括扩散层521a的凹主表面而被弯曲/弓起。以这种方式,可以创建出二基板。
[0053]在阶段540,缓冲层541可以形成于已切片的基板531b的非扩散层523上。在一些实施例中,如上所讨论的,可省略沈积缓冲层541。此外,采用外延成长,例如GaN层543可以沈积在缓冲层541的顶部。可替代地,所述GaN层可以直接沈积到已切片的基板531b的非扩散层523上。因此,在阶段540中,在二分的一基板531b最初引起的弯曲/弓起抵销从外延层所引起的弯曲/弓起,以形成实质上平坦的异质结构。
[0054]损伤层
[0055]在一个或多个实施例中,可通过在基板的主表面的进行喷砂打磨创造出损伤层。在喷砂打磨过程中,所述基板的原本光滑主表面由致密颗粒的加压轰击所粗糙化。用于喷砂打磨的致密颗粒材料可以包括,但不限于碳化硅,氧化铝,及/或二氧化硅。通常,任何比所述基板致密的材料都可用于喷砂打磨。虽然基板的一定厚度可被喷砂的结果所凿去,但喷砂也会在基板上沈积至少一些致密颗粒材料例如碳化硅,氧化铝,及/或二氧化硅。在一个或多个实施例中,磨料喷射可以与从0.1-0.3兆帕(Mpa),并在室温范围的压力下进行。
[0056]图6绘示根据本公开的一个或多个实施例的一个损伤层601施加到基板6
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