氮化物半导体基板结构以及载具制造技术

本发明专利技术公开一种氮化物半导体基板结构以及载具。氮化物半导体基板结构包括：基板、热阻绝层及氮化物半导体层。所述基板具有厚度T1、面积A1与热传导系数C1，且所述基板具有彼此相对的第一表面与第二表面。所述热阻绝层具有厚度T2、面积A2与热传导系数C2，热阻绝层位于基板的所述第一表面的外围的部分区域。氮化物半导体层具有厚度T3，氮化物半导体层位于基板的第二表面，其中所述热阻绝层的热传导系数C2小于所述基板的热传导系数C1。本发明专利技术还提出一种载具，用以支撑基板。本发明专利技术的氮化物半导体基板结构与载具，能避免基板弯曲，以达到无裂痕且均匀的成膜品质、减少成本、进行大面积的制作等优势，并可容易导入到硅半导体产业中。

Nitride semiconductor substrate structure and carrier

The present invention discloses a nitride semiconductor substrate structure and a carrier. The nitride semiconductor substrate structure includes a substrate, a thermal barrier layer, and a nitride semiconductor layer. The substrate has a thickness of T1, an area of A1 and a heat conductivity coefficient C1, and the substrate has a first surface and a second surface opposite each other. The thermal resistance layer has a thickness of T2, an area of A2 and a heat conductivity coefficient C2, and the thermal resistance is partly located on the periphery of the first surface of the substrate. The nitride semiconductor layer has a thickness of T3 and the nitride semiconductor layer is located on the second surface of the substrate, wherein the thermal conductivity C2 of the thermal barrier layer is less than the heat conductivity coefficient of the substrate C1. The invention also provides a carrier for supporting a substrate. Nitride semiconductor substrate structure of the invention and carrier, can avoid the substrate bending, large area production and other advantages to achieve no cracks and uniform film quality, reduce cost, and can be easily imported into the silicon semiconductor industry.

【技术实现步骤摘要】
氮化物半导体基板结构以及载具
本专利技术涉及一种半导体基板结构以及载具，尤其涉及一种氮化物半导体基板结构以及载具。
技术介绍
近年来，氮化镓(GaN)系列的半导体材料，已被证实极具潜力，能应用于液晶显示面板的背光模块、光学储存系统、高频与大功率的微波电子元件等
中。目前，主要是在蓝宝石基板(sapphiresubstrate)上进行氮化镓系列的半导体材料的外延薄膜的生长。然而，蓝宝石基板的成本较高，在寻找更多照明及电子元件的应用时，降低生产成本及提高薄膜品质将成为主要的课题。再者，在基板上进行氮化镓外延薄膜的外延工艺时，由于氮化物外延薄膜与基板之间存在相当大的晶格不匹配率，因此，会造成氮化物外延薄膜内产生大量的晶格缺陷，使得氮化物外延薄膜的品质不良。另外，大尺寸的氮化镓外延晶片(epitaxialwafer)的制作良率低，这导致元件成本无法大幅降低。这是基板遇热容易弯曲，导致氮化镓外延薄膜的成核层的温度不均，因此，导致成核层的厚度及型态不均匀，造成氮化镓外延薄膜的均匀度无法提升。图1是以往的用来制造氮化镓外延薄膜的基板及其载具的示意图。请参照图1，基板100被设置在载具200上，且基板100的表面与载具200的表面彼此接触。图2是以往的氮化镓外延薄膜的制造过程的示意图。请参照图2，在制造过程中会进行加热步骤H。在以往的氮化镓外延薄膜的制造过程中，利用加热步骤H使基板100逐渐进行升温，以到达沉积氮化镓外延薄膜110的高温，然后开始沉积氮化镓外延薄膜110。但是，在升温的过程中，基板100会逐渐变形，所以，使得沉积的氮化镓外延薄膜110容易破裂。并且，由于在基板100的底面与载具200的表面彼此接触的位置，温度会较高，所以，基板100的内侧与外侧的温度差异很大，使得基板100产生大幅度弯曲的现象。如此一来，将造成氮化镓外延薄膜110也产生大幅度弯曲，而造成严重的裂痕110a，导致成膜品质不良。
技术实现思路
本专利技术提供一种氮化物半导体基板结构以及载具，在基板上成长氮化物半导体层的工艺中，能够有效地控制基板的内外圈的温差，以降低升温过后基板产生的弯曲现象，因此，可以得到均匀的成核层，使氮化物半导体层的外延品质更为均匀。本专利技术提出一种氮化物半导体基板结构，包括：基板、热阻绝层以及氮化物半导体层。所述基板具有厚度T1、面积A1与热传导系数C1，且所述基板具有彼此相对的第一表面与第二表面。所述热阻绝层具有厚度T2、面积A2与热传导系数C2，所述热阻绝层位于所述基板的所述第一表面的外围的部分区域。所述氮化物半导体层具有厚度T3，所述氮化物半导体层位于所述基板的所述第二表面，其中，所述热阻绝层的所述热传导系数C2，小于所述基板的所述热传导系数C1。本专利技术还提出一种载具，用以支撑基板，所述基板具有热传导系数C1，所述载具包括：本体以及热阻绝层。所述本体具有第一表面，对向于所述基板。所述热阻绝层位于所述本体的所述第一表面的外围的部分区域，所述热绝缘层具有热传导系数C2。所述基板通过所述热阻绝层而被支撑于所述本体上，且所述热阻绝层的所述热传导系数C2，小于所述基板的所述热传导系数C1。基于上述，本专利技术的氮化物半导体基板结构以及载具，能够避免基板弯曲，能够达到：均匀的成膜品质(减少裂痕、厚度不均等问题)、减少成本、可进行大面积的制作等优势，并可容易地导入到高度成熟的硅半导体产业中。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1是以往的用来制造氮化镓外延薄膜的基板及其载具的示意图；图2是以往的制造氮化镓外延薄膜的加热过程的示意图；图3～图5是本专利技术的一实施例的氮化镓半导体结构的制作流程的示意图；图6是本专利技术的一实施例中，用来制造氮化物半导体层的基板及其载具的示意图；图7是本专利技术的一实施例的氮化物半导体基板结构的示意图；图8是本专利技术的另一实施例的氮化物半导体基板结构的示意图；图9是本专利技术的又一实施例的氮化物半导体基板结构的示意图；图10是本专利技术的具有热阻绝层的基板的曲率变化、及以往的基板的曲率变化的曲线图；图11A是本专利技术的基板的外围部分的区域的温度分布的示意图；图11B是以往的基板的外围部分的区域的温度分布的示意图；图12为本专利技术的一实施例的载具的示意图；图13为本专利技术的又一实施例的载具的示意图。附图标记说明：100、300：基板110：氮化镓外延薄膜110a：裂痕200、400、402：载具302、410a：第一表面304：第二表面310、420：热阻绝层312：第一膜层314：第二膜层320：氮化物半导体层330：应力调整层410：本体500、600、700：氮化物半导体基板结构810、820：曲线910、920：箭头A1、A2：面积C1、C2：热传导系数H：加热步骤T1、T2、T3：厚度α1、α2、α3：晶格常数具体实施方式图3～图5是本专利技术的一实施例的氮化镓半导体结构的制作流程的示意图。在图3～图5中，左方为剖面图，右方为背面图。请参照图3，首先，提供基板300，基板300具有厚度T1、面积A1与热传导系数C1。基板300具有彼此相对的第一表面302与第二表面304。图3的右方的背面图，显示出基板300的第一表面302。基板300的材料可以为硅。请参照图4，利用成膜方法，在基板300的第一表面302全面性地形成热阻绝层310。成膜方法可以采用等离子体辅助化学气相沉积法(Plasma-enhancedchemicalvapordeposition,PECVD)。热阻绝层310具有厚度T2与热传导系数C2，且热阻绝层310的热传导系数C2小于基板300的热传导系数C1。热阻绝层310的材料可以是氧化硅、氮化硅、或氮化硼。请参照图5，接着，利用光刻蚀刻工艺，移除大部分的热阻绝层310。如图5右方的背面图所示，只留下位于基板300的第一表面302的外围的部分区域的热阻绝层310，具有面积A2(环状的区域)。另可看出，如图5右方的背面图所示，此时基板300的第一表面302的面积剩下(A1-A2)。图6是本专利技术的一实施例中，用来制造氮化物半导体层的基板及其载具的示意图。图7是本专利技术的一实施例的氮化物半导体基板结构的示意图。请同时参照图6与图7，来了解氮化物半导体基板结构500的制作过程。请参照图6，通过位于外围的部分区域的热阻绝层310，使基板300被设置于载具400上，接着，利用加热步骤H使基板300逐渐进行升温，以到达沉积氮化物半导体层320(绘示于图7中)的高温。然后，如图7所示，开始沉积氮化物半导体层320，以在基板300的第二表面304上进行氮化物半导体层320的成长。从图6与图7都可见到，基板300与载具400之间存在热阻绝层310。在图6的加热步骤H的升温过程中，由于基板300与载具400接触的地方，隔着一个低热传导系数C2的热阻绝层310，所以，可以降低基板300的内侧部分与外侧部分的温度差异，使得基板300受热均匀，不易产生变形，因此，后续沉积的氮化物半导体层320将不容易破裂。也就是说，由于基板300较不会弯曲，如此一来，如图7所示，就能够在平坦的基板300上，均匀地形成氮化物半导体层320。此氮化物半导体层320具有厚度T3、且位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体基板结构，其特征在于包括：基板，具有厚度T1、面积A1与热传导系数C1，所述基板具有彼此相对的第一表面与第二表面；热阻绝层，具有厚度T2、面积A2与热传导系数C2，所述热阻绝层位于所述基板的所述第一表面的外围的部分区域；以及氮化物半导体层，具有厚度T3，所述氮化物半导体层位于所述基板的所述第二表面，其中，所述热阻绝层的所述热传导系数C2，小于所述基板的所述热传导系数C1。

【技术特征摘要】
1.一种氮化物半导体基板结构，其特征在于包括：基板，具有厚度T1、面积A1与热传导系数C1，所述基板具有彼此相对的第一表面与第二表面；热阻绝层，具有厚度T2、面积A2与热传导系数C2，所述热阻绝层位于所述基板的所述第一表面的外围的部分区域；以及氮化物半导体层，具有厚度T3，所述氮化物半导体层位于所述基板的所述第二表面，其中，所述热阻绝层的所述热传导系数C2，小于所述基板的所述热传导系数C1。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板结构，其特征在于，所述热阻绝层为多层膜结构。3.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板结构，其特征在于，所述热传导系数C2与所述热传导系数C1的比值，介于0.005～0.2之间。4.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板结构，其特征在于，所述热阻绝层为独立的膜层、且从所述第一表面突出。5.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板结构，其特征在于，所述热阻绝层位于所述基板的内部。6.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板结构，其特征在于，所述基板的材料为硅。7.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板结构，其特征在于，所述热阻绝层的材料为氧化硅、氮化硅、或氮化硼。8.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板结构，其特征在于，所述面积A2与所述面积A1的比值，介于0.01～0.2之间。9.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板结构，其特征在于，所述厚度T2与所述厚度T1的比值，介于0.0001～0.5之间。10.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板结构，其特征在于，所述厚度T3与所述厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学兴，何汉杰，叶瀞雅，陈君玮，傅毅耕，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71