本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，尤其涉及一種III族氮化物襯底及其制備方法。
背景技術(shù)：
GaN等III族氮化物材料的外延生長(zhǎng)優(yōu)選采用同質(zhì)的自支撐襯底。但是自支撐襯底價(jià)格昂貴，限制了這種襯底得到廣泛應(yīng)用。由于自支撐襯底通常是采用HVPE等快速生長(zhǎng)手段獲得的，因此厚度通常在500微米左右甚至更厚。如果能夠?qū)⑵錅p薄，就可以獲得多片襯底，從而降低每一片襯底的成本。但減薄后的襯底機(jī)械強(qiáng)度降低，導(dǎo)致容易碎裂。因此，如何提高用于外延的III族氮化物襯底的機(jī)械強(qiáng)度，是現(xiàn)有技術(shù)亟待解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種高機(jī)械強(qiáng)度的襯底以及提高用于外延的III族氮化物襯底的機(jī)械強(qiáng)度的方法。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種III族氮化物襯底，所述襯底的III族元素面與氮面之間的粗糙度均小于0.2nm。
一般而言，III族氮化物襯底的III族元素面或者氮面是進(jìn)一步外延的基礎(chǔ)，表面通過(guò)研磨拋光工藝，去除了所有的損傷層。另外一面由于不需要進(jìn)行后續(xù)的外延伸生長(zhǎng)，一般做到光學(xué)級(jí)拋光或者研磨即可，存在一定的損傷層。與此同時(shí)，損傷層中存在大量晶體缺陷，將會(huì)導(dǎo)致表面應(yīng)力的產(chǎn)生。通過(guò)對(duì)上述表面缺陷的去除，降低III族元素面與氮面之間的表面粗糙度，達(dá)到去除表面應(yīng)力的目的，降低GaN襯底在后續(xù)使用過(guò)程中的開裂概率。
上述損傷層的去除，對(duì)于薄層III族氮化物襯底材料尤為關(guān)鍵。當(dāng)III族氮化物襯底的直徑不大于2英寸，厚度范圍處于30微米-150微米之間；當(dāng)III族氮化物襯底的直徑不大于4英寸，厚度范圍處于30微米-250微米之間時(shí)；當(dāng)III族氮化物襯底的直徑不大于6英寸，厚度范圍處于30微米-350微米之間時(shí)；必須將表面損傷層去除，使得III族元素面與氮面之間的粗糙度均小于0.2nm，達(dá)到去除表面應(yīng)力的目的，降低GaN襯底在后續(xù)使用過(guò)程中的開裂概率。
本發(fā)明還提供了一種III族氮化物襯底的制備方法，包括如下步驟：提供一外延生長(zhǎng)形成的III族氮化物襯底；沿平行于所述襯底的外延生長(zhǎng)面的方向切割所述襯底，以獲得一帶有外延生長(zhǎng)面的切割后襯底薄片；取所述襯底薄片，去除被切割表面上由于切割形成的表面損傷層。
本發(fā)明將切割表面平坦化，則不會(huì)在表面造成額外的應(yīng)力。由于外延表面是平整的，因此兩側(cè)的表面都不會(huì)有額外的應(yīng)力，降低了襯底薄片進(jìn)一步實(shí)施同質(zhì)外延時(shí)發(fā)生碎裂的可能。
附圖說(shuō)明
附圖1所示是本發(fā)明一具體實(shí)施方式所述方法的實(shí)施步驟示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的III族氮化物襯底及其制備方法的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說(shuō)明。
附圖1所示是本發(fā)明一具體實(shí)施方式所述方法的實(shí)施步驟示意圖。步驟S10，提供一外延生長(zhǎng)形成的III族氮化物襯底；步驟S11，沿平行于所述襯底的外延生長(zhǎng)面的方向切割所述襯底，以獲得一帶有外延生長(zhǎng)面的襯底薄片；步驟S12，取所述襯底薄片，去除被切割表面上由于切割形成的表面損傷層。
步驟S10中，所述III族氮化物襯底選自于GaN、AlN、和InN中的任意一種，或者由上述材料組合形成的多元化合物，例如AlxGa1-xN、InxGa1-xN、或者AlxInyGa1-x-yN等，III族元素之間的比例可以根據(jù)實(shí)際情況作出調(diào)整。上述材料所構(gòu)成的襯底具有不同的兩個(gè)表面，其一為III族元素面，另一個(gè)為氮面。對(duì)于HVPE以及MOCVD等外延手段來(lái)說(shuō)，外延生長(zhǎng)完畢后的表面通常是III族元素面。
步驟S11中，沿平行于所述襯底的外延生長(zhǎng)面的方向切割所述襯底，以獲得一帶有外延生長(zhǎng)面的切割后襯底薄片。本具體實(shí)施方式中，外延生長(zhǎng)面為III族元素面。切割可以采用線鋸或者激光切割的方式實(shí)施。切割后獲得的襯底薄片的氮面是被切割面，粗糙度較大。本具體實(shí)施方式中，切割面距離所述襯底的III族元素面的范圍是厚度范圍是30微米-350微米，對(duì)于小于兩英寸的襯底，改厚度范圍還可以進(jìn)一步減小至小于150微米。上述步驟實(shí)施完畢后獲得一III族氮化物襯底薄片。被切割后的另一部分襯底在表面拋光后如果厚度能夠滿足再次切割的要求，則仍然可以繼續(xù)實(shí)施切割。
步驟S12中，上述切割后的III族氮化物襯底薄片，對(duì)于需要后續(xù)進(jìn)行外延生長(zhǎng)的表面，一般會(huì)采用研磨拋光工藝，完全去除表面損傷層，滿足后續(xù)外延生長(zhǎng)的需要；另外一面，為了節(jié)約加工成本，一般做到光學(xué)級(jí)拋光即可，其典型的表面粗糙度在1nm左右，仍存在厚度較薄的損傷層。上述損傷層導(dǎo)致的表面應(yīng)力，對(duì)于III族氮化物襯底薄片而言，存在巨大的影響。不僅造成襯底的翹曲表達(dá)，也會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的外延生長(zhǎng)和器件加工過(guò)程中的開裂，對(duì)制造良率造成影響。
取所述薄片，進(jìn)一步去除不需要進(jìn)行外延生長(zhǎng)表面的損傷層。所述去除切割損傷層的方法選自于機(jī)械拋光和化學(xué)機(jī)械拋光的組合。其中機(jī)械拋光能夠無(wú)選擇的減薄該表面，但同時(shí)還會(huì)殘留一薄層表面損傷層，同時(shí)通過(guò)化學(xué)拋光的方式，進(jìn)一步將機(jī)械損傷層去除，實(shí)現(xiàn)表面損傷層完全去除的效果。在表面損傷層完全去除的情況下，表面的粗糙度一般小于0.2nm，其平整度優(yōu)于光學(xué)級(jí)拋光表面。除了機(jī)械拋光和化學(xué)拋光的組合以外，采用機(jī)械拋光和濕法腐蝕、等離子體干法刻蝕等技術(shù)手段相組合的方法，也可以實(shí)現(xiàn)表面粗糙度小于0.2nm，達(dá)到均勻去除表面損傷層的效果。
等離子體干法刻蝕的工藝雖然是各項(xiàng)同性的腐蝕工藝，但對(duì)損傷形成的凹陷處由于刻蝕有效氣體的流動(dòng)受阻導(dǎo)致濃度降低，因此腐蝕速率會(huì)小于其他部分，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后也可以形成平整表面。并且等離子體干法刻蝕的時(shí)間短且是非機(jī)械方式，不會(huì)在實(shí)施的過(guò)程中造成薄片的碎裂，因此是優(yōu)選的實(shí)施方式。由于氮面容易實(shí)施拋光和刻蝕，因此優(yōu)選外延表面是III族元素面，而被切割面為氮面的襯底來(lái)實(shí)施本具體實(shí)施方式。
研究發(fā)現(xiàn)，外延薄片發(fā)生碎裂的原因有一部分是由于襯底表面損傷所帶來(lái)的應(yīng)力引起的。因此本具體實(shí)施方式將切割表面平坦化，則不會(huì)在表面造成額外的應(yīng)力。由于外延表面是平整的，因此兩側(cè)的表面都不會(huì)有額外的應(yīng)力，降低了襯底薄片進(jìn)一步實(shí)施同質(zhì)外延時(shí)發(fā)生碎裂的可能。實(shí)驗(yàn)表明，本具體實(shí)施方式所述方法能夠滿足范圍是厚度范圍是30微米-350微米，對(duì)于不大于兩英寸的襯底，該厚度范圍還可以進(jìn)一步減小至小于150微米。上述步驟實(shí)施完畢后的襯底薄片在進(jìn)一步實(shí)施同質(zhì)外延時(shí)不會(huì)再碎裂。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。