一种减少GaN单晶衬底裂纹以及表面损伤层的制备方法技术

本发明专利技术属于半导体晶体处理技术领域，尤其涉及一种减少GaN单晶衬底裂纹以及表面损伤层的制备方法，包括以下步骤：晶锭退火

【技术实现步骤摘要】
一种减少GaN单晶衬底裂纹以及表面损伤层的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体晶体处理
，尤其涉及一种减少GaN单晶衬底裂纹以及表面损伤层的制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓（GaN）是作为第三代半导体材料的代表之一，因具有禁带宽度大、热导率高、耐高温、抗辐射、耐酸碱等优良特性，在新能源汽车、轨道交通、智能电网、半导体照明、新一代移动通信等领域得到了广泛应用。宽领域的应用对于晶体的质量，也提出了更高的要求。
[0003]GaN基半导体器件的制备对GaN晶片的表面质量要求是极高的是很重要的，晶片表面质量的好坏不仅直接影响了后期外延薄膜的质量，也决定了是否可以用于器件的制备。高质量晶片是半导体器件制作的基础。一般来说GaN晶片需要经过切割、研磨、抛光后才能达到此要求。但GaN是一种高硬脆材料，加工难度非常大，效率非常低，晶锭切割时的进刀速度等工艺参数以及晶体生长时过大的残余应力会产生裂纹，研磨抛光时磨抛时的磨料粒度和力度等工艺参数也会容易导致裂纹，划痕以及一些其他损伤，造成晶体的成品率低；而且化学机械抛光工艺复杂，成本高，因此GaN晶体的加工仍是一个影响其应用的难点。
[0004]由此可见，现有晶片处理过程中仍存在一些问题，后续的晶体使用如衬底生长、器件制备以及性能测试等有很大的影响，因此，有必要提出一种新的方法获得高质量的GaN晶片。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决现有的GaN晶片后处理过程（切割、研磨抛光）引入新的裂纹以及表面损伤，导致晶片恶化无法应用于后续器件的制备等问题，本专利技术在晶锭切割前以及晶片精抛前引入高温退火工艺，提供一种减少GaN单晶衬底裂纹以及表面损伤层的制备方法，通过退火工艺消除晶片表面的加工损伤，提高晶片质量的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种利用高温退火装置减少氮化镓单晶衬底裂纹以及表面损伤层的制备方法，包括以下步骤：（1）晶锭退火：将GaN晶锭放置在圆形刚玉板上，置于真空气氛管式炉内，在氩气或氮气气氛下进行退火处理，退火温度为700
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1000℃，退火时间为2
‑
24h；（2）晶锭切割：使用石蜡将晶锭固定在样品台上，按照需求在金刚石线切割机上进行切割，得到目标尺寸晶片；（3）晶片研磨抛光：将获得的晶片使用石蜡固定在石英板上，置于研磨抛光夹具上，配置好相应的研磨液和抛光液，依次在金刚石盘、铜盘、氧化铝盘进行研磨抛光处理；（4）晶片退火：将磨抛后GaN晶片放置在圆形刚玉板上，置于真空气氛管式炉内，在氩气或氮气气氛下进行退火处理，退火温度为600
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800℃，退火时间为0.5
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6h；
（5）晶片精抛：将退火后的晶片置于研磨抛光夹具上，配置好抛光液，在聚氨酯垫上进行最后的精抛，直至表面无划痕以及其他损伤存在。
[0007]根据本专利技术，优选的，所述步骤（1）中晶锭退火的升温速率为5
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10℃/min；退火温度为800℃
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900℃，退火时间为2
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5h。
[0008]根据本专利技术，优选的，所述步骤（1）和（4）中所述退火过程中的保护气氛为Ar，N2中至少一种。
[0009]根据本专利技术，优选的，所述步骤（1）和（4）中所述退火过程中的反应气氛流速为1
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10mL/min，保证石英管内反应气氛更加均匀。
[0010]根据本专利技术，优选的，所述步骤（2）中获得的晶片尺寸在切割时根据需求对金刚石线切割机设置相应的参数。
[0011]根据本专利技术，优选的，所述步骤（3）和（5）中对于不同的晶片要选择不同材质的研磨盘、抛光垫以及介质。
[0012]根据本专利技术，优选的，所述步骤（4）中晶片退火的升温速率为5
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10℃/min；退火温度为800℃，退火时间为3h。
[0013]有益效果本专利技术公开了一种减少GaN单晶衬底裂纹以及表面损伤层的制备方法，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、第一次的晶锭退火可以消除晶体生长过程中产生的应力，减小晶体切割过程中晶片的裂纹，可以获得较大尺寸晶片；第二次的晶片退火可以去除晶片表面研磨抛光引入的结构缺陷、表面和亚表面损伤层，提高结晶质量，从而获得高质量晶片，简化了操作，节约了后续抛光效率低的问题。通过引入两次退火工艺，有效的克服了裂纹导致的晶片破碎，晶片表面质量不高的问题，由此方法获得晶片可以直接用于半导体工艺。
[0014]2、退火除了对晶片表面状态进行改善，还对晶体中大量的结构缺陷进行调控均匀化，以获得理想状态的晶片，方便后续应用于器件制作中。
[0015]3、该方法不仅可以应用于GaN晶体，还可以应用于其他大多数化合物半导体的晶体处理上，且操作方便，设备简单，具有很大的适用性和可行性。
附图说明
[0016]图1为本专利技术退火处理装置的结构示意图；图2为本专利技术方法的流程示意图；图3为未加退火处理，切割、研磨、抛光后得到的晶片的扫描测试图；图4为是实例一所得到的晶片的显微镜测试图；图中，1：加热炉体；2：尾气处理装置；3：刚玉板；4：GaN晶锭或GaN晶片。
具体实施方式
[0017]以下，将详细地描述本专利技术。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许专利技术人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本专利技术的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本
专利技术的范围，从而应当理解的是，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
[0018]以下实施例仅是作为本专利技术的实施方案的例子列举，并不对本专利技术构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本专利技术的实质和构思的范围内的修改均落入本专利技术的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
[0019]实施例1一种利用高温退火装置减少GaN单晶衬底裂纹以及表面损伤层的的制备方法，包括以下步骤：（1）晶锭退火：将GaN晶锭放置在圆形刚玉板上，置于真空气氛管式炉内，在N2气氛下进行退火处理，退火温度为900℃，退火时间为3h；（2）晶锭切割：使用石蜡将晶锭固定在样品台上，按照需求在金刚石多线切割机和单线切割机上进行切割，得到目标尺寸为10mm
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10mm的晶片；（3）晶片研磨抛光：将获得的晶片使用石蜡固定在石英板上，置于研磨抛光夹具上，配置好相应的研磨液和以金刚石粉为介质的抛光液，依次在金刚石盘、铜盘、氧化铝盘进行研磨抛光处理；（4）晶片退火：将磨抛后GaN晶片放置在圆形刚玉板上，置于真空气氛管式炉内，在氩气或氮气气氛下进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间为1h；（5）晶片精抛：将退火后的晶片置于研磨抛光夹具上，配置好以氧化铝为介质，高锰酸钾为氧化剂的酸性抛光液，在聚氨酯垫上进行最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减少GaN单晶衬底裂纹以及表面损伤层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）晶锭退火：将GaN晶锭放置在圆形刚玉板上，置于真空气氛管式炉内，在氩气或氮气气氛下进行退火处理，退火温度为700
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1000℃，退火时间为2
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24h；（2）晶锭切割：使用石蜡将退火处理后的晶锭固定在样品台上，按照需求在金刚石线切割机上进行切割，得到目标尺寸晶片；（3）晶片研磨抛光：将切割获得的晶片使用石蜡固定在石英板上，置于研磨抛光夹具上，配置好相应的研磨液和抛光液，依次在金刚石盘、铜盘、氧化铝盘进行研磨抛光处理；（4）晶片退火：将研磨抛光后的GaN晶片放置在圆形刚玉板上，置于真空气氛管式炉内，在氩气或氮气气氛下进行退火处理，退火温度为600
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800℃，退火时间为0.5
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6h；（5）晶片精抛：将退火后的晶片置于研磨抛光夹具上，配置好抛光液，在聚氨酯垫上进行最后的精抛，直至表面无划痕以及其他损伤存在。2.根据权利要求1所述的减少GaN单晶衬底裂纹以及表面损伤层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，晶锭退火的升温速率为5
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【专利技术属性】
技术研发人员：俞娇仙，李秋波，张雷，马景云，王守志，王国栋，刘光霞，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：