一种带空腔的氮化铟复合衬底及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种带空腔的氮化铟复合衬底，包括单晶硅衬底与氮化铟膜层，氮化铟膜层包括250~300nm的氮化铟缓冲层、2~4µm的氮化铟外延层、15~25µm的氮化铟厚膜层，氮化铟膜层形成有空腔。本发明专利技术中氮化铟复合衬底的空腔使得该氮化铟复合衬底在作为后续晶体生长过程中作为应力释放层，同时，降低了晶体的位错密度，使其容易获取低应力、低缺陷密度的高质量晶体。本发明专利技术还公开了一种带空腔的氮化铟复合衬底的制备方法。

An indium nitride composite substrate with cavity and its preparation method

The invention discloses an indium nitride composite substrate with a cavity, including monocrystalline silicon substrate with indium nitride film, indium nitride films including 250~300nm indium nitride buffer layer, 2~4 m indium nitride epitaxial layer, 15~25 m layer indium nitride film, indium nitride layer to form a cavity. The cavity of the indium nitride composite substrate makes the indium composite substrate as a stress release layer as a subsequent crystal growth process, while reducing the dislocation density of the crystal, making it easy to obtain high quality crystals with low stress and low defect density. The invention also discloses a preparation method of an indium nitride composite substrate with a cavity.

【技术实现步骤摘要】
一种带空腔的氮化铟复合衬底及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件及其制造，特别涉及一种带空腔的氮化铟复合衬底及其制备方法。
技术介绍
氮化铟是在制备光电二极管等光电装置以及太阳能电池等领域有着广泛的应用。由于异质外延的限制，晶格失配与热失配使得高质量的氮化铟难以制备。异质外延制备氮化铟薄膜的生长过程中应力不断积累，导致外延片弯曲甚至开裂。现有的生长氮化铟薄膜的方法缓解应力效果有限，导致器件性能下降或者外延片翘曲严重甚至引起开裂。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种带空腔的氮化铟复合衬底及其制备方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种带空腔的氮化铟复合衬底，包括单晶硅衬底、氮化铟膜层，氮化铟膜层包括250~300nm的氮化铟缓冲层、2~4µm的氮化铟外延层和15~25µm的氮化铟厚膜层，氮化铟膜层形成有空腔。本专利技术中氮化铟复合衬底的空腔使得该氮化铟复合衬底在作为后续晶体生长过程中作为应力释放层，同时，降低了晶体的位错密度，使其容易获取低应力、低缺陷密度的高质量晶体。根据本专利技术的另一方面，提供了一种带空腔的氮化铟复合衬底的制备方法，包括以下步骤：S1：在单晶硅衬底上预生长氮化铟薄膜层，然后蒸镀一层可与盐酸反应的金属形成掩膜层；S2：对S1中的样品进行退火，使掩膜层自组装形成图形化结构而形成开口区域；S3：采用刻蚀法去除掩膜层开口区域的氮化铟至距离单晶硅衬底100~150nm处，在氮化铟薄膜层中形成沟道，沟道的尺寸由掩膜层的图形开口大小决定，沟道口形成于氮化铟薄膜层的表面；S4：采用二氧化硅填充S3中的沟道；S5：采用盐酸腐蚀去除保留下的氮化铟表面上沉积的残留的金属以及金属上的填充介质；S6：采用侧向外延生长技术生长氮化铟厚膜层，覆盖S5中得到的沟道被填充的氮化铟薄膜层的整个表面；S7：采用腐蚀法去除填充在氮化铟薄膜层的沟道中的二氧化硅，原来被二氧化硅占据的位置成为空腔，形成带空腔的复合衬底。在一些实施方式中，步骤S1中，生长氮化铟薄膜层是采用等离子蒸发法先在100~150oC低温生长250~300nm的氮化铟缓冲层，再在1000~1010oC高温下生长2~4µm的氮化铟外延层。在一些实施方式中，步骤S1中，掩膜层是采用磁控溅射法蒸镀的20~30nm厚的钴金属层。在一些实施方式中，步骤S2中，样品退火采用以下工艺参数：150~200oC下保温30~40min，真空度为300~400Pa，通入流量为200~300sccm的氩气。在一些实施方式中，步骤S3中，刻蚀法为聚焦离子束刻蚀法，使得所形成的沟道为圆柱状。在一些实施方式中，步骤S4中，二氧化硅采用原子层沉积法沉积，厚度为3~4.5µm。在一些实施方式中，步骤S7中，腐蚀法为采用氟化氢溶液腐蚀，去除沟道中的二氧化硅，使得原来被填充介质占据的位置留下空腔。本专利技术的制备方法为自组装过程，过程简单可控。在步骤S3中只是刻蚀至距离单晶硅衬底100~150nm处，这样使得后来形成的空腔是完全处于氮化铟层内部的，空腔不与硅沉底连通，使得带空腔的氮化铟复合衬底的结构更加稳定。附图说明图1为本专利技术的一种带空腔的氮化铟复合衬底的制备方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图，通过具体实施例对本专利技术作进一步阐述。实施例1如图1所示，采用等离子蒸发法在单晶硅衬底1上沉积250nm的氮化铟缓冲层，沉积温度为100oC，再在高温1000oC生长2µm的氮化铟外延层2，然后再采用磁控溅射法蒸镀的20nm厚的钴金属层3。对以上得到的衬底在150oC下保温30min而进行退火处理，其中退火过程中真空度为300Pa，通入流量为200sccm的氩气。退火后，掩膜层自组装形成图形化结构31而形成开口区域。采用聚焦离子束刻蚀法去除掩膜层开口区域的氮化铟至距离单晶硅衬底100nm处，在氮化铟薄膜层中形成沟道，所形成的沟道为圆柱状。沟道的尺寸由掩膜层的图形开口大小决定，沟道口形成于氮化铟薄膜层的表面。然后采用原子层沉积法沉积厚度为3µm的二氧化硅4，填充之前的圆柱状沟道。采用盐酸腐蚀去除保留下的氮化铟表面上沉积的残留的金属以及金属上的填充介质；然后采用侧向外延生长技术生长15µm氮化铟厚膜层5，覆盖衬底的整个表面。最后通过浸渍法用氟化氢溶液腐蚀，去除沟道中的二氧化硅，使得原来被二氧化硅占据的位置留下空腔6，得到带空腔的氮化铟复合衬底。实施例2在130oC下采用等离子蒸发法在单晶硅衬底1上沉积300nm的氮化铟缓冲层，再在高温1050oC生长4µm的氮化铟外延层2，然后再采用磁控溅射法蒸镀的30nm厚的铁金属层3，该金属层3为掩膜层。对以上得到的衬底在1200oC下保温40min而进行退火处理，其中退火过程中真空度为400Pa，通入流量为300sccm的氩气。退火后，掩膜层自组装形成图形化结构31而形成开口区域。采用聚焦离子束刻蚀法去除掩膜层开口区域的氮化铟至距离单晶硅衬底150nm处，在氮化铟薄膜层中形成沟道，所形成的沟道为圆柱状。沟道的尺寸由掩膜层的图形开口大小决定，沟道口形成于氮化铟薄膜层的表面。然后采用原子层沉积法沉积厚度为4.5µm的二氧化硅4，填充之前的圆柱状沟道。采用盐酸腐蚀去除保留下的氮化铟表面上沉积的残留的金属以及金属上的填充介质；然后采用侧向外延生长技术生长25µm氮化铟厚膜层5，覆盖衬底整个表面。最后通过浸渍法用氟化氢溶液腐蚀，去除沟道中的二氧化硅，使得原来被二氧化硅占据的位置留下空腔6，得到带空腔的氮化铟复合衬底。实施例3在150oC下采用等离子蒸发法在单晶硅衬底1上沉积280nm的氮化铟缓冲层，再在高温1010oC生长3µm的氮化铟外延层2，然后再采用磁控溅射法蒸镀的25nm厚的铜金属层3，该金属层为掩膜层。对以上得到的衬底在180oC下保温35min而进行退火处理，其中退火过程中真空度为350Pa，通入流量为250sccm的氩气。退火后，掩膜层自组装形成图形化结构31而形成开口区域。采用聚焦离子束刻蚀法去除掩膜层开口区域的氮化铟至距离单晶硅衬底120nm处，在氮化铟薄膜层中形成沟道，使得所形成的沟道为圆柱状。沟道的尺寸由掩膜层的图形开口大小决定，沟道口形成于氮化铟薄膜层的表面。然后采用原子层沉积法沉积，厚度为3.8µm的二氧化硅4填充之前的圆柱状沟道。采用盐酸腐蚀去除保留下的氮化铟表面上沉积的残留的金属以及金属上的填充介质；然后采用侧向外延生长技术生长20µm氮化铟厚膜层5，覆盖衬底的整个表面。最后通过浸渍法用氟化氢溶液腐蚀，去除沟道中的二氧化硅，使得原来被二氧化硅占据的位置留下空腔6，得到带空腔的氮化铟复合衬底。表1为实施例1~3制备的带空腔的氮化铟复合衬底的各物性指标。表1实施例缓冲层外延层厚膜层掩膜层1250nm2µm25µm钴2300nm4µm25µm铁3280nm3µm20µm铜以上所述的仅是本专利技术的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带空腔的氮化铟复合衬底，其特征在于，包括单晶硅衬底和氮化铟膜层，所述氮化铟膜层包括250~300nm的氮化铟缓冲层、2~4µm的氮化铟外延层和15~25µm的氮化铟厚膜层，所述氮化铟膜层形成有空腔。

【技术特征摘要】
1.一种带空腔的氮化铟复合衬底，其特征在于，包括单晶硅衬底和氮化铟膜层，所述氮化铟膜层包括250~300nm的氮化铟缓冲层、2~4µm的氮化铟外延层和15~25µm的氮化铟厚膜层，所述氮化铟膜层形成有空腔。2.一种带空腔的氮化铟复合衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在单晶硅衬底上预生长氮化铟薄膜层，然后蒸镀一层可与盐酸反应的金属形成掩膜层；S2：对S1中的样品进行退火，使所述掩膜层自组装形成图形化结构而形成开口区域；S3：采用刻蚀法去除所述掩膜层开口区域的氮化铟至距离所述单晶硅衬底100~150nm处，在氮化铟薄膜层中形成沟道，沟道的尺寸由掩膜层的图形开口大小决定，沟道口形成于氮化铟薄膜层的表面；S4：采用二氧化硅填充S3中所述的沟道；S5：采用盐酸腐蚀去除保留下的氮化铟表面上沉积的残留的金属以及金属上的填充介质；S6：采用侧向外延生长技术生长氮化铟厚膜层，覆盖S5中得到的沟道被填充的氮化铟薄膜层的整个表面；S7：采用腐蚀法去除填充在氮化铟薄膜层的沟道中的二氧化硅，原来被二氧化硅占据的位置成为空腔，形成带空腔的复合衬底。3.根据权利要求2所述的带空腔的氮化铟复合衬底的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：董思言，
申请(专利权)人：董思言，
类型：发明
国别省市：广东,44