用于氮化物外延生长的衬底局域非晶化方法技术

一种用于氮化物外延生长的衬底局域非晶化方法，包括：提供半导体衬底；将激光束聚焦于所述半导体衬底内部；将所述激光束垂直于所述半导体衬底，进行多次水平移动扫描，在所述半导体衬底内形成非晶化层。上述方法在半导体衬底内形成非晶化层，所述半导体衬底可以作为外延生长氮化物的基底，形成高质量的氮化物外延层。

【技术实现步骤摘要】
用于氮化物外延生长的衬底局域非晶化方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种用于氮化物外延生长的硅衬底局域非晶化方法。
技术介绍
作为宽禁带半导体材料的代表，氮化镓材料在光学显示、存储、高功率，高频率的电子器件等领域都有很大的应用。在光学性能方面，氮化镓基发光二极管或激光器的发光波长在可见光甚至紫外范围内可调。在电学特性方面，由于具有高击穿电场、宽禁带、高热导率、高电子迁移率、物理化学性能稳定等优点，氮化镓是制作高频、高效、高击穿电压、大功率高电子迁移率晶体管(HEMT)的理想材料。由于缺乏同质氮化镓和氮化铝单晶衬底，氮化镓通常异质外延生长在蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌等衬底上。硅衬底具有尺径大、成本低，且与现代集成电路加工工艺兼容等优点而备受瞩目。但由于氮化镓和硅衬底之间存在晶格常数和热膨胀系数的不匹配，导致在硅衬底上外延形成的氮化镓外延层易产生裂纹和大量位错或缺陷，晶体质量较差，造成载流子泄漏和非辐射复合中心的增多，降低了器件的内量子效率，影响了器件水平的提高。因此，需要对硅衬底进行进一步的处理，以提高在硅衬底上外延形成的氮化物外延层的质量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种用于氮化物外延生长的衬底局域非晶化方法，以形成适于形成高质量氮化物外延层的衬底。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于氮化物外延生长的衬底局域非晶化方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；将激光束聚焦于所述半导体衬底内部；将所述激光束进行多次水平移动扫描，在所述半导体衬底内形成非晶化层。可选的，所述激光束的功率为10毫瓦～500瓦。可选的，所述激光束波长为1064nm，光斑直径为80μm～120μm，脉冲宽度小于50皮秒，频率为400KHz～600KHz。可选的，将所述激光束通过聚焦镜聚焦于所述半导体衬底内部，且所述激光束垂直于所述半导体衬底。可选的，将激光束从所述半导体衬底背面聚焦于所述半导体衬底内部。可选的，所述激光束聚焦于半导体衬底内部的深度为半导体衬底厚度的1/3～2/3。可选的，所述外延生长采用金属有机物化学气相沉积工艺、分子束外延工艺、氢化物气相外延工艺或原子层外延工艺中的一种或多种。可选的，所述水平移动扫描包括：沿第一方向水平扫描，水平间隔范围为50nm～100mm；沿第二方向水平扫描，水平间隔范围为50nm～100mm，所述第一方向和第二方向垂直。可选的，所述半导体衬底为硅衬底，晶向为<111>。本专利技术利用高能量激光对半导体衬底进行局域非晶化处理，在所述半导体衬底内形成非晶化层，所述半导体衬底可以用于外延生长氮化物的基底。由于所述半导体衬底内产生了非晶化层，半导体衬底表面的晶格常数以及热膨胀系数与氮化物的差距减小，氮化物可在该衬底上高温外延生长，有效缓解氮化物外延层和半导体衬底之间由于较大的晶格失配和热膨胀系数失配引起的应力，避免裂纹产生，降低位错密度，使得材料的晶体质量得到很大的提高。附图说明图1为本专利技术一具体实施方式的氮化物外延生长的衬底局域非晶化方法的流程示意图；图2为本专利技术一具体实施方式的激光束聚焦于半导体衬底内的示意图；图3为本专利技术一具体实施方式的激光束对半导体衬底进行水平移动扫描的扫描路径示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的用于氮化物外延生长的衬底局域非晶化方法的具体实施方式做详细说明。请参考图1，为本专利技术一具体实施方式的衬底局域非晶化方法的流程示意图。所述衬底局域非晶化方法包括：步骤S101：提供半导体衬底。所述半导体衬底可以是硅衬底、锗衬底或锗硅衬底等半导体衬底。在该具体实施方式中，所述半导体衬底为硅衬底，例如单晶硅晶圆。所述硅衬底的晶向为<111>。在本专利技术的其他具体实施方式中，所述硅衬底还可以为其他晶向、厚度。进一步的，还包括对所述半导体衬底表面进行清洗。依次将所述半导体衬底进行有机溶剂清洗、氢氟酸腐蚀、去离子水冲洗以及氮气烘干，使所述半导体衬底表面被彻底清洁。步骤S102：将激光束聚焦于所述半导体衬底内部。具体的，将所述半导体衬底置于具有激光器的加工设备中，以便对所述半导体衬底进行激光加工。将激光器产生的光束聚焦，使所述激光束的焦点位于所述半导体衬底内部。为了使得激光束能量能够将所述半导体衬底非晶化，需要使所述激光束具有一定的功率，若所述激光束的功率太低，能量无法使衬底的晶格结构破坏，无法形成非晶层；若所述激光束的功率太高，能量过大对衬底造成过大损伤。优选的，所述激光束的功率可以为10毫瓦～500瓦。在本专利技术的一个具体实施方式中，采用皮秒脉冲激光器，激光束波长为1064nm，光斑直径为80μm～120μm，脉冲宽度小于50皮秒，频率为400KHz～600KHz。在本专利技术的其他具体实施方式中，也可以采用其他波长的激光光束。将所述激光束通过聚焦镜聚焦于所述半导体衬底内部，较佳的，将激光束从所述半导体衬底背面聚焦在所述半导体衬底内部，避免对衬底的正面表面造成损伤。通过聚焦，将激光光束集中于半导体衬底内部，使得激光光束的单位面积能量提高，在聚焦位置处产生大量的热，使得该位置处的原子吸收能量，脱离晶格位置，形成非晶化结构。并且，为了得到均匀的光功率密度，所述激光束垂直与所述半导体衬底。在本专利技术的一个具体实施方式中，所述激光束聚焦于半导体衬底内部的深度为半导体衬底厚度的1/3～2/3，较佳的，可以为所述半导体衬底厚度的1/2，使得所述聚焦点与半导体衬底正面、背面的距离均较大，减少热能从衬底表面扩散，而提高非晶化效果。步骤S103：进行多次水平移动扫描，在所述半导体衬底内形成局域非晶化层。所述水平移动扫描可以仅沿一个方向进行，以一定间隔距离，水平方向移动进行多次扫描，在扫描路径上形成局域非晶化层，间隔距离可以为50nm～100mm。在其他具体实施方式中，所述水平移动扫描包括：沿第一方向水平扫描，水平间隔范围为50nm～100mm；沿第二方向水平扫描，水平间隔范围为50nm～100mm，所述第一方向和第二方向垂直。从而提高所述半导体衬底内的非晶化层的密度。沿第一方向的水平间隔与第二方向的水平间隔相同，使得形成的非晶化层分布具有较高的均匀性。由于在所述半导体衬底内部形成非晶化层，使得半导体衬底表面的晶格结构也会发生变化，晶格常数以及热膨胀系数均发生变化。调整所述水平移动扫描的速率，使得对激光束聚焦出进行充分加热，使其非晶化，激光束功率越大，扫描速率越大，功率越小则扫描速率越小。所述扫描速率可以为5mm/s～15mm/s。对所述半导体衬底进行所述局域非晶化处理之后，所述半导体衬底可以用于外延生长氮化物的基底，所述氮化物可以为金属氮化物，例如氮化镓、氮化铝等。由于所述半导体衬底内产生了非晶化层，半导体衬底表面的晶格常数以及热膨胀系数与氮化物的差距减小，氮化物可在该衬底上高温外延生长，有效缓解氮化物外延层和半导体衬底之间由于较大的晶格失配和热膨胀系数失配引起的应力，避免裂纹产生，降低位错密度，使得材料的晶体质量得到很大的提高。上述外延生长可以采用金属有机物化学气相沉积工艺、分子束外延工艺、氢化物气相外延工艺或原子层外延工艺中的一种或多种。而且上述方法工艺可控，适宜于大规模制备，特备适用大尺径硅衬底的局域非晶化加工处理。请参考图2，在本专利技术的一个实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氮化物外延生长的衬底局域非晶化方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；将激光束聚焦于所述半导体衬底内部；将所述激光束进行多次水平移动扫描，在所述半导体衬底内形成非晶化层。

【技术特征摘要】
1.一种用于氮化物外延生长的衬底局域非晶化方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；将激光束聚焦于所述半导体衬底内部；将所述激光束进行多次水平移动扫描，在所述半导体衬底内形成非晶化层。2.根据权利要求1所述的衬底局域非晶化方法，其特征在于，所述激光束的功率为10毫瓦～500瓦。3.根据权利要求1或2所述的衬底局域非晶化方法，其特征在于，所述激光束波长为1064nm，光斑直径为80μm～120μm，脉冲宽度小于50皮秒，频率为400KHz～600KHz。4.根据权利要求1所述的衬底局域非晶化方法，其特征在于，将所述激光束通过聚焦镜聚焦于所述半导体衬底内部，且所述激光束垂直于所述半导体衬底。5.根据权利要求4所述的衬底局域非晶化方法，其特征在于，将激光束从所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢杰，闫发旺，张峰，赵倍吉，
申请(专利权)人：上海新傲科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31