CN101333658A - 高温原位减薄硅基底的装置和方法 - Google Patents

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CN101333658A CNA2007101180054A CN200710118005A CN101333658A CN 101333658 A CN101333658 A CN 101333658A CN A2007101180054 A CNA2007101180054 A CN A2007101180054A CN 200710118005 A CN200710118005 A CN 200710118005A CN 101333658 A CN101333658 A CN 101333658A
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刘祥林
杨少延
焦春美
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Abstract

一种高温原位减薄硅基底的装置和使用该装置的方法，该装置包括：一石墨基座，该石墨基座为圆柱形或圆盘形；该石墨基座上面有一凹部，用于承载硅基底；该石墨基座与硅基底之间有一缝隙，该缝隙为腐蚀气体通道；在该石墨基座的中心纵向有一圆孔，该圆孔为腐蚀气体通道；沿该石墨基座的圆周纵向有多数的通孔，该通孔为腐蚀气体通道。

Description

高温原位减薄硅基底的装置和方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种高温原位减薄硅基底的装置和方法。
背景技术
氮化镓(GaN)是一种重要的半导体材料，但目前很难通过提拉法等技术得到GaN衬底，目前一般采用卤化物气相外延(HVPE)、MO-HVPE(金属有机化学气相沉积和氢化物气相外延复合)方法制备GaN衬底。用HVPE方法在硅(Si)基底(Si，厚度约为400微米)上生长GaN衬底(厚度400～500微米)，一般的顺序是：HVPE生长GaN完毕先将材料降温取出，再用酸液腐蚀Si基底并将Si基底衬底清除。由于Si和GaN之间存在热膨胀失配，降温产生的应力分布在GaN外延层和Si基底中，容易造成GaN厚膜龟裂。
图1为常规的HVPE设备或是MO-HVPE设备中的石墨装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温原位减薄硅基底的装置和方法，当HVP E生长GaN完毕，样品在高温下先将Si基底减薄到50微米以下甚至彻底清除，然后再降温取出，避免由于Si和GaN之间的热膨胀失配造成GaN厚膜龟裂。
为了达到以上目的，本发明提供一种高温原位减薄硅基底的装置，其特征在于，包括：
一石墨基座，该石墨基座为圆柱形或圆盘形；
该石墨基座上面有一凹部，用于承载硅基底；
该石墨基座与硅基底之间有一缝隙，该缝隙为腐蚀气体通道；
在该石墨基座的中心纵向有一圆孔，该圆孔为腐蚀气体通道；
沿该石墨基座的圆周纵向有多数的通孔，该通孔为腐蚀气体通道。
其中所述的缝隙的间距为0.1毫米～2毫米。
其中所述的多数的通孔是均匀的分布在石墨基座的圆周内侧上。
其中所述的腐蚀气体为氯化氢、氟化氢或氯气气体。
本发明提供一种高温原位减薄硅基底的方法，该方法是采用如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将硅基底放在石墨基座上；
步骤2：向石墨基座上的圆孔通入腐蚀气体；
步骤3：将硅基底减薄；
步骤4：降温取出。
其中通过控制腐蚀气体的流量和时间，在高温下将硅基底减薄至50微米以下或彻底清除。
其中所述的腐蚀气体为氯化氢、氟化氢或氯气气体。
本发明的技术特点是：将减薄Si基底装置与HVPE或是MO-HVPE设备复合在一起，实现原位减薄Si基底功能，减少GaN的龟裂，提高6aN厚膜质量。
附图说明
为了更好的说明本发明的具体技术内容，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为常规的HVPE设备或是MO-HVPE设备中的石墨装置；
图2为本发明能实现高温原位减薄Si基底的石墨装置。
其中，1为石墨基座，2为Si基底，3为圆孔(腐蚀气体通道)，4为多数通孔(腐蚀气体通道)，5为缝隙(腐蚀气体通道)。
具体实施方式
请参阅图2所示，本发明一种高温原位减薄硅基底的装置，包括：
一石墨基座1，该石墨基座1为圆柱形或圆盘形；
该石墨基座1上面有一凹部，用于承载硅基底2；
该石墨基座1与硅基底2之间有一缝隙5，该缝隙5为腐蚀气体通道，该缝隙5的间距为0.1毫米～2毫米；
在该石墨基座1的中心纵向有一圆孔3，该圆孔3为腐蚀气体通道；
所述的该腐蚀气体为氯化氢、氟化氢或氯气气体；
沿该石墨基座1的圆周纵向有多数的通孔4，该通孔4为腐蚀气体通道，该多数的通孔4是均匀的分布在石墨基座1的圆周上。
本发明提供一种高温原位减薄硅基底的方法，该方法是采用如前述的高温原位减薄硅基底的装置，包括如下步骤：
步骤1：将硅基底2放在石墨基座1上；
步骤2：向石墨基座1上的圆孔3通入腐蚀气体，通过控制腐蚀气体的流量和时间，在高温下将硅基底减薄至50微米以下或彻底清除；
步骤3：将硅基底2减薄；
步骤4：降温取出。
所述的腐蚀气体为氯化氢、氟化氢或氯气气体。
本发明高温原位减薄Si基底方法是在原来的HVPE或是MO-HVPE设备上将石墨装置(如图1所示)改为具有高温减薄Si基底功能的石墨装置(如图2所示)，即将高温减薄Si基底装置与气相沉积设备复合在一起。腐蚀气体(本实施例为氯化氢(HCl)气体)在进入腐蚀气体通道之前由质量流量控制器控制其流量，流量可以连续可调。腐蚀气体由圆孔3进入，经缝隙5，通过通孔4排出，当腐蚀气体流经Si基底2背面的时候，对Si基底2产生腐蚀作用，通过控制进入腐蚀气体的流量和时间，可以控制对Si基底2的腐蚀强度，将Si基底2减薄到50微米以下甚至将Si基底2彻底清除。
由于在Si基底2和石墨基座1中间有一缝隙5，这一缝隙5会造成石墨基座1和Si基底2之间存在温差。如缝隙5的间隙为0.2毫米时，该缝隙5会造成Si基底2温度比石墨基座1的温度低40℃左右(在1000℃下)，材料生长时为了达到衬底合适的温度，只需要将石墨基座1的温度提高40℃即可。在高温原位腐蚀Si基底2时，在1000℃下由腐蚀气体圆孔3通入腐蚀气体，腐蚀气体在Si基底2背部流动并腐蚀Si基底2。需要指出的是，如果有少许腐蚀气体泄漏到样品正面，可在反应室内仍通入大流量(比腐蚀气体流量大10倍以上)的氨气进行保护。由于存在过量的氨气对腐蚀气体进行中和，即使有少许腐蚀气体泄漏到样品正面也不会对GaN厚膜进行腐蚀。
以上提出以通入氯化氢来高温原位腐蚀Si基底2，实际上也可以通入其他气体(如氟化氢、氯气等对Si有腐蚀作用的气体)，这也在本发明的技术范围。
采用此高温原位减薄Si基底方法的具体操作步骤如下：
(1)在气相外延设备HVPE或是MO-HVPE设备中生长完GaN厚膜后，将Ga源关闭，向石墨基座1上的圆孔3中通入腐蚀气体(HCl)，将Si基底2减薄到50微米以下。
(2)关闭腐蚀气体(HCl)，降温，待温度降至100度左右，将GaN厚膜从反应室取出。

Claims (7)

1、一种高温原位减薄硅基底的装置，其特征在于，包括：
一石墨基座，该石墨基座为圆柱形或圆盘形；
该石墨基座上面有一凹部，用于承载硅基底；
该石墨基座与硅基底之间有一缝隙，该缝隙为腐蚀气体通道；
在该石墨基座的中心纵向有一圆孔，该圆孔为腐蚀气体通道；
沿该石墨基座的圆周纵向有多数的通孔，该通孔为腐蚀气体通道。
2、根据权利要求1所述的高温原位减薄硅基底的装置，其特征在于，其中所述的缝隙的间距为0.1毫米～2毫米。
3、根据权利要求1所述的高温原位减薄硅基底的装置，其特征在于，其中所述的多数的通孔是均匀的分布在石墨基座的圆周内侧上。
4、根据权利要求1所述的高温原位减薄硅基底的装置，其特征在于，其中所述的腐蚀气体为氯化氢、氟化氢或氯气气体。
5、一种高温原位减薄硅基底的方法，该方法是采用如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将硅基底放在石墨基座上；
步骤2：向石墨基座上的圆孔通入腐蚀气体；
步骤3：将硅基底减薄；
步骤4：降温取出。
6、根据权利要求5所述的高温原位减薄硅基底的方法，其特征在于，其中通过控制腐蚀气体的流量和时间，在高温下将硅基底减薄至50微米以下或彻底清除。
7、根据权利要求5所述的高温原位减薄硅基底的方法，其特征在于，其中所述的腐蚀气体为氯化氢、氟化氢或氯气气体。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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