一种图案化衬底及其制作方法和利用其制作外延膜的方法技术

本发明专利技术提供一种图案化衬底及其制作方法和利用其制作外延膜的方法，该图案化衬底的制作方法包括以下步骤：1)提供一Si衬底，在其表面制作出多个凹坑；2)在所述Si衬底表面上形成AlN薄膜，使所述AlN薄膜填充满所述凹坑；3)对步骤2)得到AlN薄膜进行减薄处理，得到图案化衬底。本发明专利技术获得大尺寸的Si基AlN复合图形化衬底，并且利用图形化衬底的制作出高质量的GaN外延膜，大大减小了大尺寸Si衬底在外延翘曲控制过程中的难度，并且使得外延的生长均匀性以及重复性得到大幅提高。

Patterned substrate and method for manufacturing the same, and method for making epitaxial film using the same

The invention provides a patterned substrate and its manufacturing method and use the method of making epitaxial film, manufacturing method of the patterned substrate comprises the following steps: 1) to provide a Si substrate manufactured on the surface of a pit; 2) in the Si substrate is formed on the surface of AlN film, the AlN film filling full of the pit; 3) to step 2) reduction processing of AlN thin film, obtained patterned substrate. The present invention obtain substrate composite graphics the large size of the Si based AlN, and making use of the patterned substrate of GaN epitaxial films of high quality, greatly reduces the large size in the epitaxial Si substrate warpage control in the process of difficulty, and makes the epitaxial growth uniformity and repeatability have greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种图案化衬底及其制作方法和利用其制作外延膜的方法
本专利技术涉及半导体材料领域，特别是涉及一种图案化衬底及其制作方法和利用其制作外延膜方法。
技术介绍
GaN作为第三代半导体材料，因其宽的直接带隙(3.4eV)、高的热导率、高的电子饱和漂移速度等方面的特点，在光电子器件方面，GaN材料已经普遍的应用于生产蓝光、绿光、紫外光二级管(LED)器件；在微波功率器件方面，因AlGaN/GaN异质结构界面处存在较大的极化电场，可产生高浓度的二维电子气(2DGE)，并且电子迁移率也很高，利用此特性，GaN材料也被普遍应用于微波功率器件。因Si基半导体技术已经发展了半个多世纪，从材料获得到器件工艺都已经发展的非常成熟，并且Si材料比蓝宝石、SiC材料具有较大的成本优势；另外利用Si衬底外延的GaN基LED非常容易去除Si衬底而制成垂直芯片，利用Si衬底外延的GaN基功率器件具备较好的导电性、优越的散热性能，有利于大面积集成，以及与传统的Si基器件兼容和集成等优势，因此利用Si衬底开发GaN基LED和功率微波器件成为半导体材料研究的热点之一。但Si衬底和GaN材料存在20.4％的晶格失配和56％的热失配，导致GaN外延膜在生长后薄膜内存在很大的张应力，生长的GaN薄膜容易龟裂，严重影响后续器件的制作及性能；目前普遍采用AlN/AlGaN缓冲层的方法在Si衬底和GaN外延膜之间预置压应力层，抵消降温后产生的张应力，获得高质量的外延薄膜。但是随着Si衬底尺寸的增加，特别涉及到6-12英寸的Si衬底外延时，Si衬底的翘曲越难控制；对生长的条件要求也非常苛刻，特别是对生长的温度和气流的均匀性等要求更加苛刻。鉴于此，实有必要提供一种适合外延生长的大尺寸图形Si衬底，以解决大尺寸Si衬底外延生长问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种图案化衬底及其制作方法和利用其制作外延膜方法，该图形化衬底大大减小了大尺寸Si衬底在外延翘曲控制过程中的难度，并且使得外延层的生长均匀性以及重复性得到大幅提高。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种案化衬底的制作方法，至少包括以下步骤：1)提供一Si衬底，在其表面制作出多个凹坑；2)在所述Si衬底表面上形成AlN薄膜，使所述AlN薄膜填充满所述凹坑；3)对步骤2)得到AlN薄膜进行减薄处理，得到图案化衬底。于本专利技术的一实施方式中，在步骤1)中，在所述Si衬底表面制作出多个凹坑的过程，至少包括以下步骤：1-1)在所述Si衬底表面上形成一层光刻胶掩膜；1-2)采用光刻技术将所述光刻胶掩膜图形化，以形成所期望的图形；1-3)采用刻蚀工艺将光刻胶掩膜上的图形轮廓传递到所述Si衬底上，在所述Si衬底上表面形成所述凹坑。于本专利技术的一实施方式中，在步骤1-3)中，采用ICP刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺进行刻蚀。于本专利技术的一实施方式中，所述ICP刻蚀工艺所采用的刻蚀气体包括含氟基气体，所述湿法腐蚀工艺采用的腐蚀液包括BOE溶液及KOH溶液中的任意一种或多种。于本专利技术的一实施方式中，图案化衬底的制作方法还包括以下特征中的一项或两项：1)在步骤1)中，所述凹坑为圆洞形，其直径为300-800nm，深度为500-1000nm；2)步骤2)中，在形成所述AlN薄膜时，所述Si衬底温度控制在500-1000℃，所述AlN薄膜的厚度为1-2μm。于本专利技术的一实施方式中，在步骤3)中，对AlN薄膜进行减薄处理的过程，至少包括以下步骤：3-1)在所述AlN薄膜表面上涂有一层光刻胶，将其全部曝光、固化、坚膜，以适于衬底表面平整；3-2)利用氟基反应离子刻蚀设备对所述AlN薄膜表面进行减薄处理。于本专利技术的一实施方式中，在步骤3)中，减薄至暴露出所述Si衬底表面，或在所述Si衬底表面保留50-100nm厚的AlN薄膜。本专利技术还公开一种如上述所述的图案化衬底的制作方法获得的图案化衬底。本专利技术还公开一种用上述所述的图案化衬底制作外延膜的方法，包括以下步骤：a)对所述图案化衬底进行原位表面高温退火处理；b)在所述图案化衬底表面上生长AlN缓冲层；c)在所述AlN缓冲层表面上生长AlGaN应力控制层；d)在所述AlGaN应力控制层表面上生长GaN外延层。于本专利技术的一实施方式中，利用图案化衬底制作外延膜的方法还包括以下特征的一项或多项：1)在步骤a)中，高温退火处理的条件为：温度为1100-1200℃，退火时间为5-10min，退火气体包括H2和NH3，H2气体流量为120-150L/min，NH3气体流量为6-8L/min；2)在步骤b)中，生长所述AlN缓冲层条件为：温度为1000-1100℃，反应室反应压力为50-100torr，生长速率为3-6nm/min；3)在步骤b)中，所述AlN缓冲层厚度为50-200nm；4)在步骤c)中，生长所述AlGaN应力控制层的条件为：温度为1000-1100℃，反应室压力为50-100torr，生长速率为5-50nm/min，5)在步骤c)中，所述AlGaN应力控制层的厚度为200-1000nm，6)在步骤c)中，在生长所述AlGaN应力控制层的组分中，Al的摩尔量占组分总摩尔量的20-60％；7)在步骤d)中，生长所述GaN外延层的条件为：温度为1000-1150℃，反应室压力为50-500torr，生长速率为1-6μm/h；8)在步骤d)中，所述GaN外延层的厚度为1-6μm。如上所述，本专利技术提供一种图案化衬底及其制作方法和利用其制作外延膜方法，具有以下有益效果：本专利技术获得大尺寸Si基AlN复合的图形化衬底，并且利用图形化衬底的制作出高质量的GaN外延膜。本专利技术获得的图形化衬底大大减小了大尺寸Si衬底在外延翘曲控制过程中的难度，并且使得外延的生长均匀性以及重复性得到大幅提高。附图说明图1显示为本专利技术的图案化衬底的制造方法的步骤流程示意图。图2～图3显示为本专利技术的图案化衬底的制造方法步骤S11所呈现的结构示意图。图4显示为本专利技术的图案化衬底的制造方法步骤S12所呈现的结构示意图。图5～图6显示为本专利技术的图案化衬底的制造方法经过步骤S13获得两种结构示意图。图7显示为本专利技术的利用图案化衬底制作外延膜的方法的步骤流程示意图。图8显示为本专利技术的外延膜的结构示意图。元件标号说明101Si衬底102凹坑103AlN薄膜104AlN缓冲层105AlGaN应力控制层106GaN外延层S11～S14步骤1)～步骤4)S21～S24步骤1)～步骤4)具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图8，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1所示，本专利技术提供了一种图形化衬底的制作方法，所述方法包括：S11：提供一Si衬底101，在其表面制作出多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种案化衬底的制作方法，其特征在于，至少包括以下步骤：1)提供一Si衬底，在其表面制作出多个凹坑；2)在所述Si衬底表面上形成AlN薄膜，使所述AlN薄膜填充满所述凹坑；3)对步骤2)得到AlN薄膜进行减薄处理，得到图案化衬底。

【技术特征摘要】
1.一种案化衬底的制作方法，其特征在于，至少包括以下步骤：1)提供一Si衬底，在其表面制作出多个凹坑；2)在所述Si衬底表面上形成AlN薄膜，使所述AlN薄膜填充满所述凹坑；3)对步骤2)得到AlN薄膜进行减薄处理，得到图案化衬底。2.根据权利要求1所述的图案化衬底的制作方法，其特征在于，在步骤1)中，在所述Si衬底表面制作出多个凹坑的过程，至少包括以下步骤：1-1)在所述Si衬底表面上形成一层光刻胶掩膜；1-2)采用光刻技术将所述光刻胶掩膜图形化，以形成所期望的图形；1-3)采用刻蚀工艺将光刻胶掩膜上的图形轮廓传递到所述Si衬底上，在所述Si衬底上表面形成所述凹坑。3.根据权利要求2所述的图案化衬底的制作方法，其特征在于，在步骤1-3)中，采用ICP刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺进行刻蚀。4.根据权利要求3所述的图案化衬底的制作方法，其特征在于，所述ICP刻蚀工艺所采用的刻蚀气体包括含氟基气体，所述湿法腐蚀工艺采用的腐蚀液包括BOE溶液及KOH溶液中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的图案化衬底的制作方法，其特征在于，还包括以下特征中的一项或两项：1)在步骤1)中，所述凹坑为圆洞形，其直径为300-800nm，深度为500-1000nm；2)步骤2)中，在形成所述AlN薄膜时，所述Si衬底温度控制在500-1000℃，所述AlN薄膜的厚度为1-2μm。6.根据权利要求1所述的图案化衬底的制作方法，其特征在于，在步骤3)中，对AlN薄膜进行减薄处理的过程，至少包括以下步骤：3-1)在所述AlN薄膜表面上涂有一层光刻胶，将其全部曝光、固化、坚膜，以适于衬底表面平整；3-2)利用氟基反应离子刻蚀设备对所述AlN薄膜表面进行减薄处理。7.根据权利要求1所述的图案化衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐军，潘尧波，
申请(专利权)人：合肥彩虹蓝光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34