专利名称：一种制备氮化物自支撑衬底的方法
技术领域：
本发明涉及半导体材料技术领域，尤其是涉及一种制备低弯曲度、无裂紋 的氮化物自支撑衬底的方法。
背景技术：
氮化物类半导体因为它们本身都是直接带隙的半导体材料，室温下禁带宽
度从0.7eV到6.2eV可调，是非常有用的光电子材料。氮化物系列半导体不仅 包括氮化镓，而且还包括A1N、 InN或将氮化镓和A1N、 InN的混合晶体薄膜 重叠起来构成的发光元件，但并不是所有含有氮的一般的半导体。氮化物系列 半导体具有耐高温、耐腐蚀、饱和电子速率大、热导性好等特点，在制作高温
和大功率以及在恶劣环境下上作的电子器件时有广泛的应用背景。但是由于氮 化物的熔点高，离解压大，制备十分困难，生长氮化物薄膜的主要困难之一是 缺少与氮化物晶格匹配和热匹配的衬底材料。
目前常用的异质衬底主要为蓝宝石、SiC、镁铝尖晶石(MgAl204 )、LiA102、 LiGa02、 Si和GaAs等。蓝宝石由于其制备工艺成熟、价格较低、易于清洗和 处理，而且可以稳定生产，具有耐热、透明、可大面积获得的特性，在高温下 具有很好的稳定性等因素成为应用于外延氮化物最广泛的村底材料。目前很多 研究小组都可以在蓝宝石上生长出厚度超过200iim的GaN厚膜，但晶片弯曲 严重，无法直接使用，也无法用研磨的方法获得自支撑GaN衬底。而且要得 到标准的GaN抛光片衬底，GaN膜的厚度至少应该大于450jim,而直接在蓝 宝石上生长厚度超过450)am的GaN厚膜极为困难，晶片往往因应力而开裂。 因为蓝宝石与氮化物的热膨胀系数差别较大，当生长结束降至室温后，晶片向 下弯曲，GaN膜厚度越厚弯曲越大，晶片尺寸越大弯曲越大。目前主要的解决
4办法是在蓝宝石等衬底上生长A1N等緩冲层，或添加掩膜来降低氮化物与异质
村底的不匹配度。这样做可以有效的提高氮化物衬底的晶体质量，但是大多数 方法工艺复杂，不能充分发挥氮化物半导体材料的优越性能。
发明内容
本发明提供一种制备低弯曲度、无裂紋的氮化物自支撑衬底的方法。用以 解决现有技术中存在的制备氮化物村底工艺复杂，不能充分发挥氮化物半导体 材料的优越性能的问题。
为达上述发明目的，本发明提供一种制备氮化物自支撑衬底的方法，所述
方法包括以下步骤
将异质村底在单晶炉中生长氮化物薄膜；
对生长有氮化物薄膜的异质衬底底部进行凹槽刻蚀，所述凹槽将所述异质 衬底底部划分为若干个区域；
刻蚀结束后，清洗所述生长有氮化物薄膜的异质衬底，然后放回单晶炉中 继续生长，得到后续生长的氮化物膜；
去除所述异质衬底，对后续生长的氮化物膜进行抛光处理，获得剥离后的 氮化物自支撑村底。
其中，采用氢化物气相外延的方法生长所述氮化物薄膜。
其中，采用金属有机化学气相沉积的方法生长所述氮化物薄膜。
其中，所述氮化物薄膜的厚度在20-200 ia m之间。
其中，采用激光刻蚀技术对生长有氮化物薄膜的异质衬底底部进行凹槽刻蚀。
其中，所述凹槽为方形、圆孔形或蜂窝状。
其中，所述凹槽为方形，凹槽深度大于20iam，小于所述异质村底的厚度。 其中，所述凹槽宽度在10- 500lum之间。 其中，所述凹槽的间距为1 ~ 10mm。其中，采用激光剥离或研磨的方法去除所述异质衬底。
本发明有益效果如下
本发明通过对生长有一薄层氮化物薄膜的初始异质衬底底部进行激光刻 蚀，将村底刻蚀成众多尺寸较小的区域，便于一部分应力的释放，緩解了应力 对氮化物生长的影响，再在其上生长低弯曲度、无裂紋的高质量氮化物厚膜， 这样便于大尺寸晶片剥离，获得氮化物自支撑村底。
图1是本发明实施例中一种制备氮化物自支撑衬底方法的流程图； 图2是本发明实施例中 一种制备氮化物自支撑衬底的步骤示意图； 图3是本发明实施例中刻蚀后蓝宝石衬底上的方形凹槽结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此 处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
在氮化物薄膜生长的过程中，由于衬底与薄膜材料的晶格匹配较差，当生 长到一定厚度，薄膜会由于底部压力和顶部张力的影响而发生弯曲，同时由于 应力无法释放而会使薄膜出现裂紋。困扰了剥离、抛光等后续工艺的进行。本 实施例为解决以上问题，采用了以下技术解决方案采用两步生长氮化物，第 一步在初始衬底上生长氮化物薄层，然后将衬底拿出单晶炉，利用激光器将衬 底刻蚀成众多较小尺寸的区域，来緩解分应力，再将衬底拿回炉中继续生长， 从而可以获得低弯曲度、低位错无裂紋的氮化物自支撑衬底。
结合图1~图3,对本实施例涉及的制备氮化物自支撑衬底方法的技术方案 的进行详细说明，具体步骤如下
步骤l，将初始的异质衬底al在单晶炉中生长氮化物薄膜a2，生长到一 定厚度后，降温，取出村底。生长氮化物薄膜可以采用HVPE (Hydride VaporPhase Epitaxy,氩化物气相夕卜延)、MOCVD (Metal Organic Chemical VaporDeposition,金属有机化学气相沉积)等方法进行；氮化物薄膜a2生长一定厚度，可以在20 200jam之间，即薄膜还未发生裂紋和弯曲较小时，便要停止生长。
步骤2，采用激光刻蚀技术对初始的异质衬底al底部进行刻蚀，形成激光刻蚀后的衬底底部凹槽a3;衬底底部凹槽a3可以为方形、圆孑L形、蜂窝状等微小凹槽均可；当为方形凹槽时，深度在20pm ~衬底厚度之间，刻蚀槽宽10 ~500 |i m之间，间距为1 ~ 10mm。
步骤3，刻蚀结束后，清洗，放回单晶炉中继续生长，得到后续生长的高质量氮化物厚膜a4;
步骤4，采用激光剥离或研磨的方法去除初始的异质衬底al;
步骤5，对厚膜进行抛光处理，获得剥离后的氮化物自支撑村底a5。
下面以蓝宝石村底为例，本实例操作方法具体包括以下步骤
1、 将蓝宝石清洗干净后，放入单晶炉中加热到850°C ~ 1050°C，氮化、成核后，生长20 200nm厚度的氮化物薄膜；
2、 从单晶炉中取出生长有氮化物薄膜的蓝宝石，利用激光刻蚀法在蓝宝石上刻蚀出方形凹槽在蓝宝石村底上刻蚀出深度为100(im，槽宽100jum,间距为lmm的方形凹槽；
3、 刻蚀完毕后，将蓝宝石清洗干净后，放入单晶炉中继续升温，生长第二层低位错密度、并具有较小应力的氮化物厚膜；
4、 研磨，得到氮化物厚膜；
5、 对厚膜进行两面抛光，获得自支撑氮化物衬底。由上述实施例可以看出，本发明基于晶片尺寸越小弯曲越小的事实，提出
了对生长有一薄层氮化物薄膜的初始异质衬底底部进行激光刻蚀，将村底刻蚀成众多尺寸较小的区域，便于一部分应力的释放，緩解了应力对氮化物生长的影响，再在其上生长更厚的氮化物膜，进而获得低弯曲度、无裂紋的高质量氮
7化物自支撑衬底。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种制备氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤将异质衬底在单晶炉中生长氮化物薄膜；对生长有氮化物薄膜的异质衬底底部进行凹槽刻蚀，所述凹槽将所述异质衬底底部划分为若干个区域；刻蚀结束后，清洗所述生长有氮化物薄膜的异质衬底，然后放回单晶炉中继续生长，得到后续生长的氮化物膜；去除所述异质衬底，对后续生长的氮化物膜进行抛光处理，获得剥离后的氮化物自支撑衬底。
2、 如权利要求1所述的制备氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于，釆 用氢化物气相外延的方法生长所述氮化物薄膜。
3、 如权利要求1所述的制备氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于，采 用金属有机化学气相沉积的方法生长所述氮化物薄膜。
4、 如权利要求1所述的制备氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于，所 述氮化物薄膜的厚度在20~200 n m之间。
5、 如权利要求1所述的制备氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于，釆 用激光刻蚀技术对生长有氮化物薄膜的异质衬底底部进行凹槽刻蚀。
6、 如权利要求1所述的制备氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于，所 述凹槽为方形、圆孔形或蜂窝状。
7、 如权利要求6所述的制备氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于，所 述凹槽为方形，凹槽深度大于20nm,小于所述异质衬底的厚度。
8、 如权利要求7所述的制备氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于，所 述凹槽宽度在10 ~ 500 ja m之间。
9、 如权利要求8所述的制备氮化物自支撑村底的方法，其特征在于，所 述凹槽的间距为1 ~ 10mm。
10、如权利要求1所述的制备氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于，采 用激光剥离或研磨的方法去除所述异质衬底。
全文摘要
本发明公开了一种制备氮化物自支撑衬底的方法，包括将异质衬底在单晶炉中生长氮化物薄膜；对生长有氮化物薄膜的异质衬底底部进行凹槽刻蚀，凹槽将异质衬底底部划分为若干个区域；刻蚀结束后，清洗生长有氮化物薄膜的异质衬底，然后放回单晶炉中继续生长，得到后续生长的氮化物膜；去除异质衬底，对后续生长的氮化物膜进行抛光处理，获得剥离后的氮化物自支撑衬底。本发明通过对生长有一薄层氮化物薄膜的初始异质衬底底部进行激光刻蚀，将衬底刻蚀成众多尺寸较小的区域，便于一部分应力的释放，缓解了应力对氮化物生长的影响，再在其上生长低弯曲度、无裂纹的高质量氮化物厚膜，这样便于大尺寸晶片剥离，获得氮化物自支撑衬底。
文档编号H01L21/02GK101661876SQ20091018053
公开日2010年3月3日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者严如岳, 于祥潞, 徐永宽, 强 李, 杨丹丹, 殷海丰, 程红娟, 赖占平 申请人:中国电子科技集团公司第四十六研究所