半導(dǎo)體襯底以及形成方法
【專利摘要】一種形成半導(dǎo)體襯底的方法，其包括在生長(zhǎng)過(guò)程中在生長(zhǎng)襯底上形成13-15族材料的基層，在生長(zhǎng)過(guò)程中形成覆蓋在基層上的具有遮罩區(qū)域和缺口區(qū)域的掩模，以及在生長(zhǎng)過(guò)程中有選擇地移除在掩模下面的基層的一部分。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體襯底以及形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文涉及形成半導(dǎo)體襯底的方法，尤其是，使用掩模形成半導(dǎo)體襯底的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體基化合物，包括13-15族材料(例如氮化鎵(GaN))、三元化合物(例如銦鎵氮(InGaN)和鎵鋁氮(GaAlN))以及甚至四元化合物(AlGaInN)，是直接帶隙半導(dǎo)體。這些材料被認(rèn)為具有短波長(zhǎng)發(fā)射的極大潛能，因此適用于制造發(fā)光二極管(LED)、激光管(LD)、UV探測(cè)器以及高溫電子器件。
[0003]然而，加工此類材料所帶來(lái)的困難(特別是此種材料的高質(zhì)量單晶形態(tài)的形成)阻礙了此類半導(dǎo)體材料的發(fā)展，而該種材料正是制造短波長(zhǎng)發(fā)射電子設(shè)備所必須的。GaN不是自然界出現(xiàn)的化合物，因此不能像硅、砷化鎵或藍(lán)寶石那樣從晶錠融化并拉出，因?yàn)樵诔合缕淅碚撊诨瘻囟瘸^(guò)其分解溫度。作為替代手段，工業(yè)界轉(zhuǎn)而通過(guò)外延生長(zhǎng)工藝形成體GaN(bulk GaN)晶體。然而，外延法也存在問(wèn)題，包括形成適用的低缺陷密度的體GaN材料。
[0004]擴(kuò)展缺陷(穿透位錯(cuò)(threadingdislocations)、堆垛層錯(cuò)(stacking faults)和反向邊界(antiphase boundaries))的存在導(dǎo)致器件的性能明顯惡化并且導(dǎo)致器件使用壽命的下降。更具體的說(shuō)，位錯(cuò)表現(xiàn)為非輻射中心，從而降低從這些材料制備的發(fā)光二極管和激光管的發(fā)光效率。這些位錯(cuò)還增加了暗電流。盡管穿透位錯(cuò)尚未阻止高亮度發(fā)光二極管的發(fā)展，這些位錯(cuò)導(dǎo)致了 p-n結(jié)器件(例如高電子遷移率晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管和其他電子器件)中過(guò)量的反向偏置漏電流。另外，位錯(cuò)可以充當(dāng)載流子的強(qiáng)散射中心，從而減低電子和空穴的遷移率，這限制了多種半導(dǎo)體器件的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種形成半導(dǎo)體襯底的方法，其包括在生長(zhǎng)過(guò)程中在生長(zhǎng)襯底上形成13-15族材料的基層，在生長(zhǎng)過(guò)程中形成覆蓋在基層上的包括遮罩區(qū)域和缺口區(qū)域的掩模，以及在生長(zhǎng)過(guò)程中有選擇地移除一部分在掩模下面的基層。
[0006]根據(jù)另一方面，一種形成半導(dǎo)體襯底的方法包括a)在生長(zhǎng)襯底上形成13-15族材料的基層，b)形成覆蓋基層的包括氮化物材料的掩模，和c)在形成掩模后刻蝕并有選擇地移除部分基層和掩模。步驟a)、b)和c)可以于生長(zhǎng)室內(nèi)在一次工序期間在原位進(jìn)行。
[0007]另一方面，一種形成半導(dǎo)體襯底的方法可以包括在生長(zhǎng)過(guò)程中在生長(zhǎng)襯底上形成包括GaN的基層，該生長(zhǎng)襯底具有藍(lán)寶石基襯底以及覆蓋生長(zhǎng)襯底并且淀積于基襯底和基層之間的緩沖層。該方法還包括形成覆蓋基層的包括遮罩區(qū)域和在遮罩區(qū)域中間的缺口區(qū)域的掩模，以及有選擇地移除在掩模下面的基層的一部分。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]通過(guò)參考附圖，本公開(kāi)可以被更好地理解，其大量的特征和益處也會(huì)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)變得明顯。
[0009]圖1包括流程圖，其提供了根據(jù)實(shí)施方式的形成用于電子器件的半導(dǎo)體襯底材料的方法。
[0010]圖2A-2D包括根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體襯底形成工藝的示意圖。
[0011]不同附圖中使用的相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相似或完全一致的項(xiàng)目。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下文大體上涉及襯底材料，特別是，包括半導(dǎo)體材料的襯底，該襯底材料可以包括多個(gè)半導(dǎo)體層(即半導(dǎo)體襯底)，并且涉及形成該種制品的方法。半導(dǎo)體襯底可以包括13-15族材料，其包括例如氮化鎵(GaN)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，所述13-15族材料包括的化合物包括至少一種元素周期表的13族元素以及至少一種元素周期表的15族元素，所述元素周期表基于2011年I月21日版IUPAC元素周期表。
[0013]圖1包括根據(jù)實(shí)施方式形成半導(dǎo)體襯底的方法的流程圖。如圖所示，工藝起始于步驟101，該步驟提供生長(zhǎng)襯底。生長(zhǎng)襯底可以是適于在其上支撐多個(gè)層的結(jié)構(gòu)。生長(zhǎng)襯底還可以提供適于在其上進(jìn)行半導(dǎo)體層的異質(zhì)外延生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)和表面。根據(jù)一種實(shí)施方式，生長(zhǎng)襯底可以是復(fù)合制品，其包括多于一種的材料類型或結(jié)構(gòu)。例如，生長(zhǎng)襯底可以包括基襯底以及覆蓋在基襯底上的緩沖層。
[0014]根據(jù)一種實(shí)施方式，基襯底可以包括無(wú)機(jī)材料。某些適用的無(wú)機(jī)材料可以包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、硼氧化物、氮氧化物以及它們的組合。某些實(shí)施例中，基襯底可以包括鋁，尤其是，可以包括單晶鋁(即藍(lán)寶石)。一種實(shí)施方式利用了主要由藍(lán)寶石組成的襯底。
[0015]生長(zhǎng)襯底的緩沖層可以覆蓋基襯底。參考圖2A，其根據(jù)實(shí)施方式圖示了半導(dǎo)體襯底200?？梢?jiàn)，半導(dǎo)體襯底200可以包括生長(zhǎng)襯底201，該生長(zhǎng)襯底201包括基襯底202和覆蓋在基襯底202上的緩沖層203。特別的，緩沖層203可以覆蓋基襯底202的上主表面，尤其是，緩沖層203可以直接接觸基襯底202的上主表面。
[0016]根據(jù)一種實(shí)施方式，生長(zhǎng)襯底201可以從制造商處得到，或者，可以在進(jìn)行其他工藝前形成。例如，緩沖層203可以用淀積工藝形成于基襯底202的上表面。例如，緩沖層203可以在反應(yīng)室內(nèi)淀積于基襯底202的上主表面。根據(jù)一種工藝，基襯底202可以裝載進(jìn)反應(yīng)室，而在反應(yīng)室內(nèi)提供了適用的環(huán)境之后，緩沖層203可以淀積于基襯底202上。根據(jù)一種實(shí)施方式，適用的淀積工藝可以包括化學(xué)氣相淀積。一種特定的實(shí)施例中，淀積工藝可以包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)。
[0017]某些實(shí)施例中，緩沖層203可以由多個(gè)膜形成。例如，如圖2A所示，緩沖層203可以包括膜204和膜206。根據(jù)實(shí)施方式，膜204或206中至少一個(gè)可以包括晶體材料。更具體的實(shí)施例中，可以直接接觸襯底201的表面的膜204可以包括硅，并可以主要由硅組成。膜204可以促進(jìn)襯底201和如上所述的覆蓋于膜204上半導(dǎo)體層的分離。
[0018]如圖2A所示，膜206可以覆蓋膜204，尤其是，可以直接接觸膜204。膜206可以具有適于其上的外延形成的晶體特征。特別地，一種實(shí)施方式中，膜204可以包括半導(dǎo)體材料。適用的半導(dǎo)體材料可以包括13-15族材料。一種具體實(shí)施例中，膜206可以包括氮化物材料。另一例子中，膜206可以包括鎵、鋁、銦以及它們的組合。一種【具體實(shí)施方式】中，膜206可以包括氮化鋁，尤其是，可以主要由氮化鋁組成。
[0019]相應(yīng)地，一種示意性的結(jié)構(gòu)中，緩沖層203可以這樣形成，使得膜204包括硅并且直接接觸襯底201的主表面。另外，膜206可以直接接觸膜204的表面而且包括氮化鋁。
[0020]在步驟101中提供了襯底之后，工藝?yán)^續(xù)到步驟103，該步驟形成覆蓋生長(zhǎng)襯底的基層。參考圖2A，半導(dǎo)體襯底200可以包括覆蓋生長(zhǎng)襯底201的基層205，該生長(zhǎng)襯底201包括基襯底202和緩沖層203。特別地，基層205可以這樣形成:其覆蓋緩沖層203的表面，尤其是，基層205可以直接接觸緩沖層203的膜206。
[0021]根據(jù)實(shí)施方式，適當(dāng)?shù)匦纬删彌_層203后，襯底201和緩沖層203就可以置于反應(yīng)室內(nèi)以進(jìn)行連續(xù)生長(zhǎng)工藝。連續(xù)生長(zhǎng)工藝可以包括不必將工件(例如半導(dǎo)體襯底)移出室的、在單一的室內(nèi)進(jìn)行的工藝。連續(xù)生長(zhǎng)工藝也可以包括諸如外延生長(zhǎng)工藝的生長(zhǎng)工藝，其可以形成一系列半導(dǎo)體層而不必將工件從生長(zhǎng)溫度顯著地冷卻，使得所有的層彼此可以在原位形成。連續(xù)生長(zhǎng)工藝還可以包括所有半導(dǎo)體層用同樣的工藝(例如氫化物氣相外延)、用同樣的溫度、在大體上相同的生長(zhǎng)溫度下形成的生長(zhǎng)工藝。
[0022]根據(jù)實(shí)施方式，連續(xù)生長(zhǎng)工藝可以利用外延生長(zhǎng)工藝。尤其是，連續(xù)生長(zhǎng)工藝可以包括氫化物氣相外延(HVPE)。相應(yīng)地，基層205可以通過(guò)外延生長(zhǎng)工藝形成，例如通過(guò)氫化物氣相外延(HVPE)工藝形成。此種工藝對(duì)于形成低缺陷密度而且厚的基層205尤其有用，特別是對(duì)于具有大于大約10-20微米的平均厚度的基層205尤其有用。
[0023]另外，基層205可以使用諸如化學(xué)氣相淀積的淀積工藝形成。一種特定的實(shí)施方式中，基層205可以通過(guò)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)形成。特定的實(shí)施例中，MOCVD可以用于形成特別薄的基層205，包括例如，具有小于大約10微米的，尤其是小于大約3微米的平均厚度的基層。
[0024]一個(gè)特定實(shí)施例中，基層205可以由13-15族材料組成。某些適用的13_15族材料可以包括氮化物材料。另外，基層205可以包括鎵。特定實(shí)施例中，基層205可以包括氮化鎵(GaN)，尤其是可以主要由氮化鎵組成。
[0025]形成基層205的特定方法可以被采用。例如，利用HVPE工藝時(shí)，基層材料的形成可以在多種生長(zhǎng)模式下進(jìn)行。例如，一種實(shí)施方式中，作為外延層形成的基層首先在3維(3D)生長(zhǎng)模式下生長(zhǎng)。3D生長(zhǎng)模式可以包括基層205的材料沿多個(gè)結(jié)晶方向的同時(shí)生長(zhǎng)。此種實(shí)施例中，基層205在3D生長(zhǎng)工藝下的形成可以包括在緩沖層203上島狀特征的自發(fā)形成。自發(fā)形成的島狀特征可以隨機(jī)分布在緩沖層203上，其定義了多種具有小面的平臺(tái)和平臺(tái)之間的凹谷。
[0026]作為另一種選擇，或者說(shuō)此外，基層205的形成可以包括2維(2D)生長(zhǎng)模式下的外延生長(zhǎng)。2D生長(zhǎng)模式的特征在于，在一個(gè)結(jié)晶方向上材料的優(yōu)先生長(zhǎng)以及沿其他結(jié)晶方向的晶體材料的受限生長(zhǎng)。例如，一種實(shí)施方式中，包括GaN的基層205在2D生長(zhǎng)模式下的形成包括GaN在C-平面(0001)上的優(yōu)先生長(zhǎng)，使得基層材料的豎直生長(zhǎng)相對(duì)于橫向生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)被穩(wěn)定。
[0027]基層的形成可以引入3D和2D生長(zhǎng)模式的組合。例如，基層205可以首先在3D生長(zhǎng)模式下形成，其中島狀特征作為材料非連續(xù)層自發(fā)形成于緩沖層203上。3D生長(zhǎng)模式之后，生長(zhǎng)參數(shù)被修改以轉(zhuǎn)換至2D生長(zhǎng)模式,其中豎直生長(zhǎng)相對(duì)于橫向生長(zhǎng)加速。從3D生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)換到2D生長(zhǎng)模式之后，自發(fā)形成的島可以合并成厚度均勻的連續(xù)層。組合3D和2D生長(zhǎng)模式可以促進(jìn)基層的形成，其中該基層具有需要的特性(例如特定的位錯(cuò)密度)。
[0028]某些生長(zhǎng)參數(shù)包括生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速度、氣相反應(yīng)物和非反應(yīng)物材料的壓強(qiáng)、反應(yīng)物與非反應(yīng)物材料在反應(yīng)氣氛中的比例、生長(zhǎng)室壓強(qiáng)以及它們的組合。這里所述的反應(yīng)物材料包括例如含氮材料(例如氨)。其他反應(yīng)物材料可以包括鹵化物相組分，包括例如，金屬鹵化物組分(例如氯化鎵)。非反應(yīng)物材料可以包括某些類型的氣體，包括例如稀有氣體、惰性氣體等等。特定的實(shí)施例中，非反應(yīng)物材料可以包括諸如氮和/或氫的氣體。
[0029]基層205形成期間，包括基層205在3D生長(zhǎng)模式下生長(zhǎng)期間，生長(zhǎng)溫度可以為至少大約750°C。其他實(shí)施方式中，生長(zhǎng)溫度可以更高，例如至少大約800°C、至少大約850°C、至少大約875°C、至少大約90(TC或者甚至至少大約925°C。根據(jù)一種形成方法，基層205形成期間的生長(zhǎng)溫度可以為不超過(guò)大約1200°C，例如不超過(guò)大約1150°C，不超過(guò)大約1125°C，不超過(guò)大約1050°C或者甚至不超過(guò)大約1000°C。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，生長(zhǎng)溫度可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0030]對(duì)于某些工藝，可以改變生長(zhǎng)溫度以促成3D和2D生長(zhǎng)模式之間的轉(zhuǎn)換。例如，從3D轉(zhuǎn)換到2D生長(zhǎng)模式時(shí)，溫度可以改變至少大約5°C，例如改變至少大約10°C、至少大約15°C、至少大約20°C、至少大約30°C、至少大約35°C或者甚至至少大約40°C。其他實(shí)施方式中，從3D轉(zhuǎn)換到2D生長(zhǎng)模式時(shí)，溫度可以改變不超過(guò)大約100°C，例如改變不超過(guò)大約90°C、不超過(guò)大約80°C、不超過(guò)大約70°C或者甚至不超過(guò)大約60°C。生長(zhǎng)溫度的改變可以包括從3D轉(zhuǎn)換到2D生長(zhǎng)模式時(shí)生長(zhǎng)溫度的增加。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，生長(zhǎng)溫度的改變可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0031]根據(jù)實(shí)施方式，基層205的形成工藝可以以至少50每小時(shí)微米的生長(zhǎng)速度進(jìn)行。其他實(shí)施方式中，形成基層205的速度可以更快，例如至少大約75每小時(shí)微米、至少大約100每小時(shí)微米、至少大約150每小時(shí)微米、至少大約200每小時(shí)微米或者甚至至少大約250每小時(shí)微米。另一實(shí)施方式中，形成基層205的工藝可以以不超過(guò)大約I每小時(shí)毫米的速度進(jìn)行，例如以不超過(guò)750每小時(shí)微米、不超過(guò)500每小時(shí)微米或者甚至不超過(guò)大約300每小時(shí)微米的速度進(jìn)行。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，形成基層的工藝可以以在上述任意最大和最小值之間的范圍內(nèi)的速率進(jìn)行。
[0032]對(duì)于某些工藝，可以改變生長(zhǎng)速度以促成3D和2D生長(zhǎng)模式之間的轉(zhuǎn)換。例如，從3D轉(zhuǎn)換到2D生長(zhǎng)時(shí)，生長(zhǎng)速度可以改變至少大約5每小時(shí)微米，例如至少大約10每小時(shí)微米、至少大約15每小時(shí)微米、至少大約20每小時(shí)微米、至少大約40每小時(shí)微米、至少大約50每小時(shí)微米或者甚至至少大約75每小時(shí)微米。其他實(shí)施方式中，從3D轉(zhuǎn)換到2D生長(zhǎng)時(shí)，生長(zhǎng)速度可以改變不超過(guò)大約200每小時(shí)微米，例如不超過(guò)大約175每小時(shí)微米，不超過(guò)大約150每小時(shí)微米，不超過(guò)大約125每小時(shí)微米或者甚至不超過(guò)大約100每小時(shí)微米。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，生長(zhǎng)速度的改變可以是，從3D轉(zhuǎn)換到2D生長(zhǎng)模式時(shí)生長(zhǎng)速度的降低。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，生長(zhǎng)速度的改變可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0033]根據(jù)其他實(shí)施方式，從3D轉(zhuǎn)換到2D生長(zhǎng)模式的過(guò)程可以由生長(zhǎng)速度至少2倍的改變引發(fā)。例如，從3D生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)換到2D生長(zhǎng)模式時(shí)，生長(zhǎng)速度可以減小至少2倍。其他實(shí)施方式中，生長(zhǎng)速度可以減小至少大約3倍、至少大約4倍或者甚至至少大約5倍。特定的實(shí)施例中，生長(zhǎng)速度減小不超過(guò)大約8倍、不超過(guò)大約7倍或者不超過(guò)大約6倍。
[0034]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，轉(zhuǎn)換生長(zhǎng)模式時(shí)，可以改變一個(gè)或多個(gè)上述因素。例如，可以改變生長(zhǎng)溫度，同時(shí)保持生長(zhǎng)速度穩(wěn)定?；蛘?，可以改變生長(zhǎng)速度同時(shí)維持生長(zhǎng)溫度。而在另一實(shí)施方式中，生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)溫度都可以改變，以完成生長(zhǎng)模式的改變。
[0035]基層205可以這樣形成:使得其具有特定的厚度以促進(jìn)根據(jù)本文實(shí)施方式的后續(xù)工藝和高質(zhì)量材料的形成。例如，基層205可以具有不超過(guò)大約5毫米的平均厚度。其他實(shí)施方式中，基層205可以具有不超過(guò)大約3毫米的平均厚度，例如不超過(guò)大約2毫米、不超過(guò)大約I毫米、不超過(guò)大約0.5毫米、不超過(guò)大約0.2毫米、不超過(guò)大約100微米、不超過(guò)大約50微米、不超過(guò)大約I微米或者甚至不超過(guò)大約0.1微米的平均厚度。其他實(shí)施方式中，基層205可以這樣形成:其具有至少大約I納米的平均厚度，例如至少大約10納米、至少大約20納米、至少大約50納米或者甚至至少大約70納米的平均厚度。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，基層205可以這樣形成:其具有在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)的平均厚度。
[0036]基層205可以這樣形成:其具有特定的位錯(cuò)密度。基層205的位錯(cuò)密度可以在形成時(shí)在基層的上表面測(cè)量。測(cè)量位錯(cuò)密度的適用方法包括，室溫下操作的陰極發(fā)光顯微鏡，以及按IOkeV電子束、光斑尺寸70操作的無(wú)單色儀多色光檢測(cè)，其中所用設(shè)備為可從JEOL公司購(gòu)得的SEM JSM-5510。對(duì)于大約IO8CnT2的位錯(cuò)密度測(cè)量，放大率為4000X而典型的面積為700 μ m2。對(duì)于大約IO6CnT2的位錯(cuò)密度測(cè)量，典型的放大率為500-1000X而典型的面積為 0.1mm2。
[0037]例如，從基層205的上表面測(cè)量，基層205具有的位錯(cuò)密度可以不超過(guò)大約IxlO8位錯(cuò)/cm2。其他實(shí)施方式中，基層205的位錯(cuò)密度可以更小,例如不超過(guò)大約IxlO7位錯(cuò)/cm2、不超過(guò)大約6xl06位錯(cuò)/cm2或者甚至不超過(guò)大約IxlO6位錯(cuò)/cm2?；鶎?05具有的位錯(cuò)密度可以為至少大約IxlO5位錯(cuò)/cm2,例如至少2xl05位錯(cuò)/cm2、至少3xl05位錯(cuò)/cm2或者甚至至少5x10s位錯(cuò)/cm2。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，基層具有的位錯(cuò)密度可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0038]再參考圖1，在步驟103中形成覆蓋緩沖層的基層之后，工藝?yán)^續(xù)到步驟105，該步驟形成覆蓋基層的掩模。形成掩模的工藝可以包括在生長(zhǎng)室內(nèi)引入一種或多種特定的化學(xué)物質(zhì)。根據(jù)【具體實(shí)施方式】，形成掩模的工藝可以包括在生長(zhǎng)室內(nèi)提供含硅材料。特定實(shí)施例中，含硅材料可以在生長(zhǎng)過(guò)程中使用的生長(zhǎng)室原位提供。特別地，含硅材料可以在生長(zhǎng)過(guò)程中引入，其中基層205的生長(zhǎng)可以被中斷以引入含硅材料。
[0039]—種實(shí)施方式中，含娃材料可以包括氫。某些工藝中，含娃材料可以包括娃和氫的組合，例如包括硅烷(SiH4)。特別地，一種非限制性的實(shí)施方式中，含硅材料可以主要由硅燒組成。
[0040]除了引入含硅材料，還可以在生長(zhǎng)室引入其他材料以促進(jìn)掩模的形成。例如，生長(zhǎng)室可以包括含氮材料，尤其是，包括氫的含氮材料。例如，含氮材料可以包括氨(nh3)。一種【具體實(shí)施方式】中，含氮材料可以主要由氨組成。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，掩模的形成可以是含氮材料與含娃材料之間化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。例如,一種具體實(shí)施例中，含娃材料可以與含氮材料反應(yīng)形成氮化硅(SiNx)材料，其中掩模可以包括氮化硅。
[0041]參考圖2B，其提供了在根據(jù)實(shí)施方式的加工期間的部分半導(dǎo)體襯底的橫截面視圖。如圖所示，半導(dǎo)體襯底220可以包括生長(zhǎng)襯底201，覆蓋生長(zhǎng)襯底201的基層205，以及掩模221，該掩模221具有覆蓋基層205的上表面224的遮罩區(qū)域222和缺口(gap)區(qū)域223。根據(jù)實(shí)施方式，掩模221可以在與形成基層205時(shí)所用的生長(zhǎng)溫度大體接近的溫度下形成。例如，形成掩模的工藝可以在形成基層205時(shí)所用的生長(zhǎng)溫度的800°C的溫度下進(jìn)行。其他實(shí)施方式中，形成掩模的工藝可以在生長(zhǎng)溫度的600°C內(nèi)的溫度下進(jìn)行，例如在生長(zhǎng)溫度的至少500°C內(nèi)、生長(zhǎng)溫度的至少大約400°C內(nèi)、生長(zhǎng)溫度的至少300°C內(nèi)或者甚至生長(zhǎng)溫度的至少大約200°C內(nèi)進(jìn)行。
[0042]根據(jù)實(shí)施方式，遮罩區(qū)域222可以包括硅和氮。一種實(shí)施例中，遮罩區(qū)域222可以用氮化硅(SiNx)形成，尤其是，遮罩區(qū)域222可以主要由氮化硅組成。
[0043]如圖所示，遮罩區(qū)域222可以這樣形成:使得其具有相對(duì)彼此的隨機(jī)取向(orientation) 0例如，遮罩區(qū)域222可以實(shí)質(zhì)上不具備短程有序或長(zhǎng)程有序。特別地，遮罩區(qū)域222可以相對(duì)彼此這樣分布:使得其不存在可辨別的圖案或重復(fù)的分布。此外，遮罩區(qū)域222可以具有彼此之間的如同缺口區(qū)域223的尺寸所限定的隨機(jī)間距。
[0044]遮罩區(qū)域222可以具有相對(duì)彼此和相對(duì)于基層205的任意結(jié)晶方向的不同尺寸。例如,每個(gè)遮罩區(qū)域可以具有至少大約0.5納米或至少大約I納米的寬度(W)。每個(gè)遮罩區(qū)域可以具有亞微米尺寸的寬度(W)，例如，不超過(guò)大約0.8微米、不超過(guò)大約0.5微米或者甚至不超過(guò)大約0.1微米的寬度。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，遮罩區(qū)域222中的大多數(shù)具有的尺寸可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0045]另外，遮罩區(qū)域222可以由缺口區(qū)域223限定，該缺口區(qū)域223在遮罩區(qū)域222之間延伸并且定義了開(kāi)口(opening)，基層205的上表面224可以在該開(kāi)口處沒(méi)有被遮罩區(qū)域222覆蓋，并且可以在該開(kāi)口處暴露。缺口區(qū)域223可以在基層205的表面224相對(duì)于彼此隨機(jī)放置。這就是說(shuō)，在特定實(shí)施例中，缺口區(qū)域223可以具有相對(duì)彼此的不同寬度和取向。缺口區(qū)域223也可以具有相對(duì)于基層205的一個(gè)或多個(gè)結(jié)晶方向的隨機(jī)取向，例如缺口區(qū)域不必與基層的任意結(jié)晶方向或平面對(duì)準(zhǔn)。
[0046]根據(jù)實(shí)施方式，每一個(gè)缺口區(qū)域223可以具有至少大約0.5納米或至少大約I納米的寬度(wg)。每個(gè)缺口區(qū)域可以具有亞微米尺寸的寬度(Wg)，例如，不超過(guò)大約0.8微米、不超過(guò)大約0.5微米或者甚至不超過(guò)大約0.1微米的寬度。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，缺口區(qū)域223中的大多數(shù)具有的尺寸可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0047]另一實(shí)施方式中，掩模221可以這樣形成:其使得遮罩區(qū)域222具有特定的平均厚度(tm)。根據(jù)實(shí)施方式，形成的遮罩區(qū)域222可以具有小于基層平均厚度(tb)的平均厚度。其他實(shí)施例中，形成的遮罩區(qū)域222可以具有小于大約0.5微米的平均厚度，例如小于大約0.3微米、小于大約0.1微米或者甚至小于大約0.08微米的平均厚度。遮罩區(qū)域222可以具有至少大約0.001微米的平均厚度。根據(jù)實(shí)施方式，遮罩區(qū)域222可以具有在上述任意最大和最小值之間的范圍內(nèi)的平均厚度。
[0048]根據(jù)實(shí)施方式，形成掩模221的工藝可以在特定的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)進(jìn)行。例如，此時(shí)長(zhǎng)包括適于引入用來(lái)形成掩模221的材料的時(shí)間。這樣，在至少一種實(shí)施方式中，形成掩模221的工藝持續(xù)的時(shí)長(zhǎng)可以為不超過(guò)大約60分鐘，例如不超過(guò)大約20分鐘、不超過(guò)大約10分鐘或者甚至不超過(guò)大約5分鐘。
[0049]另外，可以控制生長(zhǎng)室內(nèi)的其他工藝條件以促進(jìn)掩模221適當(dāng)?shù)匦纬伞＠?，掩模形成期間生長(zhǎng)室內(nèi)氣氛的壓強(qiáng)可以在大約50和大約80托之間。
[0050]在步驟105中形成掩模之后，工藝?yán)^續(xù)到步驟107，該步驟有選擇地移除部分基層。根據(jù)實(shí)施方式，有選擇地移除部分基層的工藝可以包括刻蝕工藝。根據(jù)實(shí)施方式，刻蝕工藝可以包括在生長(zhǎng)室內(nèi)弓I入刻蝕劑材料。某些適用的刻蝕劑材料可以包括包括鹵素元素的組分，尤其是可以包括氯。其他實(shí)施方式中，刻蝕劑材料可以包括氫。一種示意性的實(shí)施方式中，刻蝕劑材料可以包括氯化氫(HCl)，尤其是，可以主要由氯化氫組成。
[0051 ] 某些實(shí)施例中，刻蝕劑材料可以包括材料的組合。例如，刻蝕劑材料可以包括氯化氫和含氮材料的組合。一種適用的含氮材料可以包括氨(nh3)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，特定的實(shí)施例中，刻蝕劑材料可以以氣相粒子引入到生長(zhǎng)室中。其他實(shí)施方式中，根據(jù)工藝條件，刻蝕劑材料可以為液相形態(tài)。
[0052]根據(jù)一種實(shí)施方式，有選擇地移除部分基層的工藝可以在大體上與生長(zhǎng)溫度相同的溫度下進(jìn)行。其他實(shí)施方式中，有選擇地移除部分基層的工藝可以在更高的溫度下進(jìn)行，尤其是，在接近形成基層205時(shí)所用的生長(zhǎng)溫度下進(jìn)行。例如，有選擇地移除部分基層的工藝可以在生長(zhǎng)溫度的800°C內(nèi)進(jìn)行，例如在生長(zhǎng)溫度的600°C內(nèi)、生長(zhǎng)溫度的500°C內(nèi)、生長(zhǎng)溫度的400 V內(nèi)、生長(zhǎng)溫度的300V內(nèi)、生長(zhǎng)溫度的200 V內(nèi)、生長(zhǎng)溫度的100°C內(nèi)或者甚至生長(zhǎng)溫度的50°C內(nèi)進(jìn)行。一種非限制性實(shí)施方式中，有選擇地移除部分基層的工藝可以在600°C和1100°C之間的溫度下進(jìn)行。
[0053]如圖本文所述，有選擇地移除部分基層的工藝可以包括刻蝕操作。特別地，刻蝕工藝可以選擇性地移除基層205的一部分。根據(jù)實(shí)施方式，刻蝕工藝持續(xù)的時(shí)長(zhǎng)可以不超過(guò)大約2小時(shí)，例如不超過(guò)大約100分鐘，不超過(guò)大約90分鐘，不超過(guò)大約70分鐘，不超過(guò)大約60分鐘，甚至不超過(guò)30分鐘，甚至不超過(guò)10分鐘或者甚至不超過(guò)I分鐘。特別地，刻蝕的時(shí)長(zhǎng)取決于某些其他因素，包括例如生長(zhǎng)室內(nèi)刻蝕劑材料的濃度。
[0054]圖2C包括，根據(jù)實(shí)施方式進(jìn)行有選擇地移除部分基層的工藝之后的半導(dǎo)體襯底的橫截面圖。如圖所示，半導(dǎo)體襯底250可以包括生長(zhǎng)襯底201、覆蓋生長(zhǎng)襯底201的基層205以及覆蓋基層205的掩模221。如圖所示，有選擇地移除基層205的一部分的工藝可以包括在基層205的上表面224形成凹陷253。根據(jù)實(shí)施方式，凹陷253可以這樣形成:使得其具有取決于工藝條件的特定的深度。特定實(shí)施例中，凹陷253可以具有取決于工藝條件的、相對(duì)彼此的不同的深度。
[0055]根據(jù)一種非限定性實(shí)施方式，凹陷253可以具有小于基層205的平均厚度(tb)的平均深度(d)。特定實(shí)施例中，凹陷253可以這樣形成:使得其具有的平均深度小于大約10微米，例如小于大約8微米、小于大約5微米、小于大約2微米、小于大約I微米、小于大約
0.8微米、小于大約0.5微米，或者甚至小于大約0.5微米或者甚至小于大約0.2微米。但是，凹陷253的平均深度可以為至少大約I納米。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，凹陷253的深度可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0056]某些其他實(shí)施例中，盡管圖2C沒(méi)有顯示，至少部分凹陷253可以延伸基層205的全部厚度。這就是說(shuō)，例如，有選擇地移除基層205的一部分的工藝期間，在某些區(qū)域，大體上所有的基層可以被移除，直到一部分在下面的緩沖層203暴露出來(lái)。特定實(shí)施例中，緩沖層203可以起到刻蝕停止層的作用，當(dāng)刻蝕劑材料到達(dá)緩沖層203時(shí)該緩沖層限制了凹陷253的深度。該種實(shí)施方式對(duì)于具有特定厚度的基層205來(lái)說(shuō)尤其適用，例如，對(duì)于具有小于大約10微米，諸如小于大約5微米、小于大約I微米或者甚至小于大約0.1微米的平均厚度的基層205來(lái)說(shuō)尤其適用。特別地，特定實(shí)施例中，刻蝕工藝可以這樣進(jìn)行:其使得凹陷253可以具有大體上等同于(在測(cè)得數(shù)據(jù)的10%以內(nèi)或者甚至在測(cè)得數(shù)據(jù)的5%以內(nèi))遮罩區(qū)域222和缺口區(qū)域223的平均寬度的深度(d)。
[0057]有選擇地移除基層205的一部分的工藝可以包括有選擇地移除基層205的上表面224的一部分。特別地，有選擇地移除的工藝可以包括有選擇地移除基層205的上表面224上的高位錯(cuò)密度區(qū)域254。例如，刻蝕劑材料可以有選擇地移除基層205的上表面224上的、相較于區(qū)域255的具有高位錯(cuò)密度(即高缺陷密度(concentration))的區(qū)域,所述區(qū)域255為基層205的上表面224上的具有低缺陷密度(concentration)的區(qū)域(即低位錯(cuò)密度區(qū)域)。這樣，有選擇地移除的工藝可以移除上表面224上的高缺陷區(qū)域，促進(jìn)了基層205的新的(例如，已刻蝕的)上表面的形成，該新的上表面具有相較于選擇性移除工藝之前的上表面224的整體上(in totality)顯著降低的缺陷密度(concentration)。
[0058]根據(jù)實(shí)施方式，有選擇地移除基層205的一部分的工藝還可以包括有選擇地移除掩模221的一部分，尤其是，遮罩區(qū)域222的一部分。例如，如圖2C所示，在具有高位錯(cuò)密度的區(qū)域254內(nèi)，區(qū)域254內(nèi)的部分遮罩區(qū)域(之前圖示為遮罩區(qū)域222)可以被移除，使得遮罩部分252在加工之后留存。如圖2C所示，遮罩部分252表示因?yàn)檫x擇性地移除基層205的一部分而至少已部分地移除并且減小了尺寸的遮罩區(qū)域222。
[0059]有選擇地移除部分基層的工藝可以包括上表面224的各向異性刻蝕，使得具有高位錯(cuò)密度的區(qū)域在具有低位錯(cuò)密度的區(qū)域之前被有選擇地移除。如圖2C所示，有選擇地移除部分基層的工藝可以包括各向同性刻蝕工藝，其中遮罩區(qū)域222下面的基層205的一部分可以被移除。例如，刻蝕劑材料可以在移除遮罩部分252之前有選擇地移除基層205的一部分，使得遮罩部分252可以遍布并覆蓋基層205上的材料已被完全移除的區(qū)域。
[0060]再參考圖1，在步驟107中有選擇地移除部分基層后，工藝?yán)^續(xù)到步驟109，該步驟形成外延層。外延層可以這樣形成:其覆蓋遮罩部分252和基層205。特別地，外延層可以這樣形成:其在加工后從基層205的已修飾的(例如，已刻蝕的)上表面外延生長(zhǎng)。特別地，外延層可以從基層205的具有顯著低位錯(cuò)密度的區(qū)域形成，因?yàn)檫x擇性移除工藝消除了基層205的大部分高位錯(cuò)密度區(qū)域。
[0061]參考圖2D，其圖示了外延層271，該外延層271在釋放(release)基層205和遮罩部分252上形成。具體實(shí)施例中，外延層271可以這樣形成:其在遮罩部分252中間直接接觸基層205的上表面。外延層271可以首先從形成于基層205表面的凹陷253生長(zhǎng)。如圖所示，在外延層217生長(zhǎng)的初始階段期間，空隙(void)可以在遮罩部分252中間形成?？障犊赡?但不是必定)存在于最終制品中。
[0062]形成外延層271的工藝可以包括利用本文所述的一種或多種生長(zhǎng)模式的外延生長(zhǎng)工藝。例如，外延層271的形成可以包括通過(guò)3D生長(zhǎng)模式、2D生長(zhǎng)模式或3D和2D生長(zhǎng)模式的組合的形成。一種實(shí)施方式中，外延層271的形成完全在2D生長(zhǎng)模式下完成。
[0063]外延層271的形成可以通過(guò)連續(xù)生長(zhǎng)工藝進(jìn)行，使得外延層271和其他半導(dǎo)體層(例如，基層205)在原位形成。特別地，該工藝可以是連續(xù)的，并在與基層205的形成、掩模221的形成以及外延層271的形成期間相同的生長(zhǎng)室內(nèi)進(jìn)行。
[0064]根據(jù)實(shí)施方式，外延層271可以包括13-15族材料。特定的實(shí)施例中，外延層可以包括氮化物材料。另一實(shí)施例中，外延層可以包括鎵，尤其是，可以包括氮化鎵。某些外延層可以主要由氮化鎵組成。
[0065]—種實(shí)施方式中，夕卜延層271可以以大體上與基層205相同的速度生長(zhǎng)。外延層271可以這樣形成:其具有至少與基層205相同的平均厚度(te)，并且可以具有遠(yuǎn)大于基層205平均厚度的平均厚度。例如，外延層271可以這樣形成:其具有至少大約5微米的平均厚度。其他實(shí)施方式中，該平均厚度可以更大，例如至少大約10微米、至少大約50微米、至少大約100微米、至少大約200微米、至少大約400微米、至少大約500微米或者甚至至少大約800微米。外延層271可以這樣形成:其具有的平均厚度不超過(guò)大約10毫米，例如不超過(guò)大約5毫米、不超過(guò)大約3毫米或者甚至不超過(guò)大約2毫米。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，外延層271具有的平均厚度可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0066]外延層271可以這樣形成:其具有在上表面測(cè)量的特定的位錯(cuò)密度。例如，外延層271具有的位錯(cuò)密度可以不超過(guò)大約IxlO8位錯(cuò)/cm2，例如不超過(guò)大約IxlO7位錯(cuò)/cm2或者甚至不超過(guò)大約IxlO6位錯(cuò)/cm2。其他實(shí)施方式中，外延層271具有的位錯(cuò)密度可以為至少大約IxlO5位錯(cuò)/cm2,例如至少2xl05位錯(cuò)/cm2或者甚至至少5xl05位錯(cuò)/cm2。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)至IJ，外延層271具有的位錯(cuò)密度可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0067]形成工藝期間，包括例如基層205、掩模221和外延層271的形成工藝期間，生長(zhǎng)襯底201可以從基層205分離。緩沖層203的一部分，尤其是緩沖層203內(nèi)的膜的分解(dissociation)可以促進(jìn)該分離。根據(jù)實(shí)施方式，緩沖層203可以包括膜，例如硅的膜，在連續(xù)生長(zhǎng)工藝期間利用的更高溫度下該膜會(huì)熱分解。熱分解促進(jìn)了襯底201和多個(gè)半導(dǎo)體層的分離。相應(yīng)地，連續(xù)生長(zhǎng)工藝完成時(shí)，基層205、掩模221和外延層271可以從襯底201完全地移除。
[0068]實(shí)施例
[0069]根據(jù)實(shí)施方式，一件樣品通過(guò)在藍(lán)寶石襯底上用MOVPE首先生長(zhǎng)包含兩部分的緩沖層形成。該緩沖層包括直接在藍(lán)寶石襯底上的硅的第一層，以及之后的AlN的外延生長(zhǎng)。藍(lán)寶石襯底裝載到MOVPE反應(yīng)器之后，在硅膜的生長(zhǎng)之前藍(lán)寶石襯底必須在N2氣氛下退火。優(yōu)選溫度為870°C。在100托的N2氣氛中，娃的生長(zhǎng)從娃燒的熱解中形成,其生長(zhǎng)至大約0.4微米的厚度。
[0070]溫度上升到大約1140°C，生長(zhǎng)氣體仍然是70托的純N2。首先在生長(zhǎng)室引入NH3,之后，引入TMAl有機(jī)金屬材料以開(kāi)始在娃上形成AlN層。生長(zhǎng)大約20分鐘后，0.2微米厚的AlN層淀積在Si層頂部，其形成了緩沖層。
[0071]3-10微米厚的基層通過(guò)使用MOCVD形成在緩沖層上。形成基層后，在生長(zhǎng)室內(nèi)同時(shí)引入大約1000°c的硅烷(SiH4)和NH3大約30分鐘以形成SiNx掩模。生長(zhǎng)室首先清洗用來(lái)生長(zhǎng)GaN基層的氣體成分。掩模具有SiNx納米網(wǎng)的形式，其特征在于，其遮罩區(qū)域具有不同的尺寸、形狀和相對(duì)彼此的取向。掩模中的缺口區(qū)域的尺寸為大約I納米到100納米。遮罩區(qū)域具有大約I和50納米之間的厚度。
[0072]形成掩模后，晶片被帶至HVPE生長(zhǎng)室，并使用HCl進(jìn)行刻蝕工藝。生長(zhǎng)室內(nèi)可以存在一些NH3。刻蝕工藝有選擇地移除相較于具有更低位錯(cuò)密度(concentration)的基層上表面區(qū)域的具有更大位錯(cuò)密度(concentration)的基層上表面區(qū)域。在大約400到1000°C下，刻蝕進(jìn)行大約I到10分鐘，這從基層表面移除了少于大約I微米深的GaN。緩沖層對(duì)于形成于掩模之下的基層的很深的某些凹陷充當(dāng)刻蝕停止層。
[0073]刻蝕工藝之后，形成了基層的多孔的GaN上表面，其具有含低位錯(cuò)密度的高質(zhì)量GaN框架。外延層通過(guò)HVPE在掩模的缺口區(qū)域(即開(kāi)口)從低位錯(cuò)密度區(qū)域形成。外延層使用與GaN基層的生長(zhǎng)相同的參數(shù)形成，包括至少一次3D和2D生長(zhǎng)模式之間的轉(zhuǎn)換，例如包括使用下面的順序(的至少一部分):350 μ m3D+50 μ m2D+350 μ m3D+50 μ m2D+200 μ m3D。外延層這樣形成:其具有至少I毫米的厚度。
[0074]本文的實(shí)施方式表不不同于現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案。盡管之前某些ELO生長(zhǎng)工藝?yán)昧搜谀?，此種掩模通過(guò)特定工藝(包括光刻)形成，以促進(jìn)形成具有精確地形成的開(kāi)口的掩模，該開(kāi)口具有受控的間距參數(shù)和與下面材料(例如，藍(lán)寶石或GaN)的結(jié)晶方向的對(duì)準(zhǔn)。本申請(qǐng)公開(kāi)了形成包括多個(gè)層和介于中間的掩模的復(fù)合半導(dǎo)體襯底的工藝，該掩模在生長(zhǎng)工藝中間形成，用來(lái)改進(jìn)最終外延層的質(zhì)量。特別地，形成掩模的方法和在形成掩模之后有選擇地移除部分下面的層的工藝可以按流水加工的形式進(jìn)行并且再改進(jìn)最終形成的外延層的質(zhì)量。本文實(shí)施方式的工藝?yán)昧松L(zhǎng)參數(shù)的特定組合，包括生長(zhǎng)速度、反應(yīng)物材料的比例、非反應(yīng)物材料的比例、生長(zhǎng)模式、生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)壓強(qiáng)、材料成分、掩模形成條件和刻蝕條件。
[0075]前述事項(xiàng)中，提及的特定的實(shí)施方式以及某些部件的連接都是示意性的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，提到被結(jié)合或連接的部件是為了公開(kāi)上述部件間的直接連接，或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)介于中間的部件的間接連接，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這是為了執(zhí)行本文所述的方法。同樣地，上面公開(kāi)的主題被認(rèn)為是示意性的，而不是限制性的，所附權(quán)利要求意圖覆蓋在本發(fā)明的真正范圍內(nèi)的所有這些修改、改進(jìn)和其他實(shí)施方式。這樣，在法律允許的最大限度下，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同形式的最寬泛的可允許的解釋決定，而不會(huì)被前述的具體描述所限制或限定。
[0076]遵照專利法提供了發(fā)明摘要，應(yīng)當(dāng)理解為，此摘要不會(huì)用以解釋或限定權(quán)利要求的范圍或含義。另外，前述的具體描述中，為了本公開(kāi)行文方便，多種特征可能被組合起來(lái)，或在一個(gè)單獨(dú)的實(shí)施方式中描述。本公開(kāi)不能被解釋為有這樣的意圖，所要求的實(shí)施方式需要除每一項(xiàng)權(quán)利要求所述的特征外的其他特征。而是，如同權(quán)利要求反映的，發(fā)明主題涉及的特征可能少于任一公開(kāi)的實(shí)施方式的全部特征。這樣，權(quán)利要求被包含于【具體實(shí)施方式】，每一項(xiàng)權(quán)利要求本身分別限定所要求的主題。
【權(quán)利要求】
1.一種形成半導(dǎo)體襯底的方法，所述方法包括: 在生長(zhǎng)過(guò)程中在生長(zhǎng)襯底上形成13-15族材料的基層； 在生長(zhǎng)過(guò)程中形成包括遮罩區(qū)域和缺口區(qū)域的掩模，所述掩模覆蓋所述基層；以及 在生長(zhǎng)過(guò)程中有選擇地移除在所述掩模下面的所述基層的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生長(zhǎng)襯底包括基襯底，所述基襯底包括無(wú)機(jī)材料，其中所述基襯底包括選自氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、硼氧化物、氮氧化物以及它們的組合的材料，其中所述基襯底包括氧化鋁，其中所述基襯底包括藍(lán)寶石，其中所述基襯底主要由藍(lán)寶石組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生長(zhǎng)襯底包括緩沖層，所述緩沖層在基層下面而覆蓋基襯底，其中所述緩沖層直接接觸基襯底的表面，其中所述緩沖層的形成包括淀積覆蓋所述基襯底的主表面的材料，其中所述淀積包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述緩沖層包括多層膜，其中所述多層膜中的至少一層膜包括13-15族材料，其中所述多層膜中的所述至少一層膜包括氮化物材料，其中所述至少一層膜包括選自Ga、Al、In以及它們的組合的元素，其中所述多層膜中的至少一層膜包括晶體材料，其中所述多層膜中的至少一層膜包括硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述緩沖層包括: 包括硅的第一層膜，所述硅直接接觸所述基襯底的表面；和 包括13-15族材料的第二層膜，所述13-15族材料直接接觸所述第一層膜的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基層的形成包括氫化物氣相外延(HVPE)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基層包括13-15族材料，其中所述基層包括氮化物材料，其中所述基層包括鎵，其中所述基層包括氮化鎵，其中所述基層主要由氮化鎵組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基層包括不超過(guò)大約5毫米的平均厚度，其中所述基層包括不超過(guò)大約3毫米、不超過(guò)大約2毫米、不超過(guò)大約I毫米、不超過(guò)大約0.5毫米的平均厚度，而且其中所述基層具有至少大約I納米、至少大約10納米、至少大約50納米、至少大約70納米的平均厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基層包括在上表面測(cè)得的不超過(guò)大約IxlO8位錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度、不超過(guò)大約IxlO7位錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度，以及至少大約IxlO5位錯(cuò)/cm2、至少大約2xl05位錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基層的形成以至少大約50微米/小時(shí)的速度進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基層的形成包括在三維生長(zhǎng)模式下的形成，其中所述基層的形成包括自發(fā)形成過(guò)程，所述自發(fā)形成過(guò)程包括島狀特征的形成，所述島狀特征包括半導(dǎo)體材料，其中所述形成還包括所述島狀特征合并為半導(dǎo)體材料的連續(xù)層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述掩模的形成包括在生長(zhǎng)過(guò)程中在生長(zhǎng)室內(nèi)提供含娃材料，其中所述含娃材料包括氫，其中所述含娃材料包括硅烷(SiH4),其中所述含硅材料主要由硅烷組成，所述方法還包括在包括含氮材料的生長(zhǎng)室內(nèi)提供含硅材料，其中所述含氮材料包括氫，其中所述含氮材料包括NH3，其中所述含氮材料主要由NH3組成，其中所述NH3與硅烷反應(yīng)形成氮化硅(SiNx)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述遮罩區(qū)域包括氮化硅(SiNx)，其中所述遮罩區(qū)域主要由氮化硅組成，其中所述方法包括首先形成掩模然后移除部分基層，其中所述遮罩區(qū)域包括相對(duì)于彼此的隨機(jī)取向，其中所述遮罩區(qū)域包括相對(duì)于彼此的隨機(jī)尺寸，其中所述缺口區(qū)域具有相對(duì)于彼此的隨機(jī)尺寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中有選擇地移除部分所述基層包括刻蝕，其中所述刻蝕包括刻蝕劑材料，所述刻蝕劑包括齒族元素，其中所述齒族元素包括氯(Cl)，其中所述刻蝕劑材料包括氫，其中所述刻蝕劑材料包括氯化氫(HCl)，其中所述刻蝕劑材料主要由氯化氫組成，其中所述刻蝕劑材料包括氣相粒子，其中所述刻蝕在包括氨(NH3)的氣氛中進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在生長(zhǎng)溫度下進(jìn)行有選擇地移除部分所述基層，其中刻蝕在生長(zhǎng)溫度的800°C內(nèi)、在所述生長(zhǎng)溫度的600°C內(nèi)、在所述生長(zhǎng)溫度的500°C內(nèi)、在所述生長(zhǎng)溫度的400°C內(nèi)、在所述生長(zhǎng)溫度的300°C內(nèi)、在所述生長(zhǎng)溫度的200°C內(nèi)、在所述生長(zhǎng)溫度的100°C內(nèi)、在所述生長(zhǎng)溫度的50°C內(nèi)的溫度下進(jìn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中有選擇地移除部分所述基層包括在所述基層的上表面形成凹陷，其中至少部分所述凹陷延伸所述基層的全部厚度，其中進(jìn)行部分所述基層的移除直到部分所述基層暴露，其中所述緩沖層為刻蝕停止層，其中所述凹陷具有小于所述基層平均厚度的平均深度，其中所述凹陷具有小于大約10微米、小于大約8微米、小于大約5微米、小于大約2微米、小于大約I微米、小于大約0.8微米、小于大約0.5微米、小于大約0.2微米的平均深度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中有選擇地移除部分所述基層包括在不超過(guò)大約2小時(shí)、不超過(guò)大約100分鐘、不超過(guò)大約30分鐘的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)刻蝕所述基層的上表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中有選擇地移除部分所述基層包括有選擇地在所述基層的上表面移除高位錯(cuò)密度區(qū)域，其中所述有選擇地移除包括在所述基層的相較于具有較低缺陷密度的上表面的區(qū)域的具有較高缺陷密度的所述上表面的部分的各向異性刻蝕。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中有選擇地移除部分所述基層還包括移除部分所述掩模，移除部分所述遮罩區(qū)域，其中有選擇地移除部分所述基層還包括移除一部分在遮罩區(qū)域下面的上表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述遮罩區(qū)域具有小于所述基層平均厚度的平均厚度，其中所述遮罩區(qū)域具有小于大約0.5微米的平均厚度，例如小于大約0.3微米、小于大約0.1微米、小于大約0.08微米和小于大約0.001微米的平均厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括形成覆蓋所述掩模和基層的外延層，其中所述外延層包括氮化物材料，其中所述外延層包括鎵，其中所述外延層包括氮化鎵，其中所述外延層主要由氮化鎵組成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述外延層包括至少大于5微米、至少大約10微米、至少大約100微米、至少大約200微米、至少大約400微米、至少大約500微米或者甚至至少大約800微米的平均厚度，以及不超過(guò)大約10毫米的平均厚度，例如不超過(guò)大約5毫米、不超過(guò)大約3毫米的平均厚度。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述外延層包括小于所述基層上表面位錯(cuò)密度的上表面位錯(cuò)密度，其中所述外延層包括在上表面測(cè)量的不超過(guò)大約IxlO8位錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度，其中所述外延層包括不超過(guò)大約IxlOM立錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度，其中所述外延層包括不超過(guò)大約SxlO6位錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度，其中所述外延層包括至少大約IxlO5位錯(cuò)/cm2的位錯(cuò)密度。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述外延層的形成在三維生長(zhǎng)模式下進(jìn)行，其中所述形成包括在二維生長(zhǎng)模式下形成所述外延層，其中所述形成包括相對(duì)于工藝參數(shù)在所述外延層的生長(zhǎng)期間改變至少一個(gè)生長(zhǎng)工藝參數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其還包括在所述基層、掩模和外延層中的至少一個(gè)的形成時(shí)從所述生長(zhǎng)襯底分離所述基層、掩模和外延層，其中所述分離包括在所述生長(zhǎng)襯底和所述基層之間的緩沖層的至少一部分的熱分解。
26.—種形成半導(dǎo)體襯底的方法，所述方法包括: a)在生長(zhǎng)襯底上形成13-15族材料的基層； b)形成覆蓋所述基層的包括氮化物材料的掩模； c)形成所述掩模后刻蝕并且有選擇地移除部分所述基層和所述掩模；以及 其中步驟a)、b)和c)可以于生長(zhǎng)室內(nèi)在一次工序期間在原位進(jìn)行。
27.一種形成半導(dǎo)體 襯底的方法，所述方法包括: 在生長(zhǎng)過(guò)程中在生長(zhǎng)襯底上形成包括GaN的基層，所述生長(zhǎng)襯底包括: 藍(lán)寶石基襯底；和 覆蓋所述生長(zhǎng)襯底并淀積于所述基襯底和所述基層之間的緩沖層； 形成覆蓋所述基層的包括遮罩區(qū)域和缺口區(qū)域的掩模，所述缺口區(qū)域在所述遮罩區(qū)域中間；以及 有選擇地移除在所述掩模下面的所述基層的一部分。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103959439SQ201280056740
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月21日
【發(fā)明者】J-P·福里, B·博蒙 申請(qǐng)人:圣戈班晶體及檢測(cè)公司