CN108878595B - 衬底、半导体器件及衬底制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种衬底、半导体器件及衬底制作方法,该衬底包括蓝宝石衬底、以及形成于蓝宝石衬底上的图形化的AlN薄膜。该半导体器件包括所述的衬底、以及形成于所述衬底上的外延层。衬底的制作方法包括:先蒸镀掩膜材料,然后再进行干法刻蚀掩膜,再通过湿法腐蚀AlN,最后在除去掩膜材料,从而形成图形化AlN薄膜的方法。本发明使用常规的工艺,就可以在AlN/蓝宝石模板上制备出图形化的AlN薄膜。使用的是干法刻蚀与湿法腐蚀结合的方法,既保证刻蚀精度又保证刻蚀速率。对于制备工艺的要求十分简单,且测试手段方便。本发明使用了在AlN/蓝宝石模板上通过刻蚀AlN,制备AlN薄膜上周期性的图形,从而达到提高晶体生长质量,提高器件效率的目的。

Description

衬底、半导体器件及衬底制作方法
技术领域
本申请属于半导体技术领域,特别是涉及一种衬底、半导体器件及衬底制作方法。
背景技术
AlN是III-V族半导体材料中禁带最宽的半导体之一,室温下禁带宽度约为6.2eV,是一种直接带隙半导体材料,带间跃迁发射波长对应深紫外波段;AlN具有良好的化学稳定性、高热导率、热稳定性、良好的介电性能,以及良好的物理性质,如击穿场强高、热导率大、电子饱和漂移速度快等,在深紫外LED、紫外LD、声表面波器件及高频大功率器件领域具有很好的应用前景。虽然近年来AlN基器件的研究取得了一定的进展,但高质量AlN材料的制备成为目前阻碍AlN基器件发展的重要问题之一,因此制备出高质量AlN材料十分重要,而这也是业界一直渴望解决的难题。
图形化衬底,是在衬底上生长一层掩膜材料,用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形,利用ICP刻蚀技术刻蚀衬底,并去掉掩膜,从而在衬底材料上形成一定图形的方法。图形化衬底技术可以有效地减少外延材料的位错和缺陷,在氮化物器件制备中得到了广泛的应用。图形化蓝宝石衬底(PSS)是目前广泛用作III-V族LED器件氮化物外延薄膜的一种方法。PSS上生长的LED的出射光亮度比传统的LED大大提高,同时反向漏电流减小,LED的寿命也得到了延长。
然而,由于蓝宝石具有稳定的化学和物理性质,使得很难进行刻蚀和图形化制作。所以找出一种在AlN/蓝宝石模板上形成AlN薄膜图形化的方法十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种衬底、半导体器件及衬底制作方法,以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开一种衬底,包括蓝宝石衬底、以及形成于蓝宝石衬底上的图形化的AlN薄膜。
优选的,在上述的衬底中,所述AlN薄膜的厚度为3-15μm。
相应的,本申请还公开了一种半导体器件,包括所述的衬底、以及形成于所述衬底上的外延层。
优选的,在上述的半导体器件中,该半导体器件包括III-V族LED器件。
本申请还公开了一种衬底的制作方法,包括步骤:
(1)、在蓝宝石衬底表面制作AlN薄膜,形成模板;
(2)、在模板上形成掩膜材料,并进行干法刻蚀掩膜;
(3)、通过湿法腐蚀AlN薄膜;
(4)、除去掩膜材料,在蓝宝石衬底表面形成图形化AlN薄膜。
优选的,在上述的衬底的制作方法中,所述掩膜材料为SiNx或SiO2掩膜材料,厚度为1~3μm,x>0。
优选的,在上述的衬底的制作方法中,干法刻蚀掩膜后形成的掩膜图形为周期性或阵列分布的:条形、圆形或六角平行四边形。
优选的,在上述的衬底的制作方法中,所述步骤(1)中,采用HVPE方法在蓝宝石表面生长AlN薄膜。
优选的,在上述的衬底的制作方法中,在模板上形成掩膜材料之前还包括步骤:
对模板使用丙酮超声3~5min,再使用异丙醇超声3~5min,最后用去离子水冲洗并用氮气吹干。
优选的,在上述的衬底的制作方法中,所述步骤(3)包括:将样品浸入3~8mol/L的KOH/NaOH溶液中,在60-90℃条件下加热。
本申请还公开了一种衬底的制作方法,包括步骤:
s1、在蓝宝石衬底表面制作AlN薄膜,形成AlN/蓝宝石模板;
s2、对AlN/蓝宝石模板使用丙酮超声3~5min,再使用异丙醇超声3-5min,最后用去离子水冲洗并用氮气吹干;
s3、通过PECVD或ICPCVD在AlN/蓝宝石模板上蒸镀一层SiNx或SiO2掩膜材料,厚度为1-3μm,x>0;
s4、使用紫外光刻技术在样品上作出光刻胶掩膜图形;
s5、通过RIE刻蚀有光刻胶掩膜图形的样品,时间为6~13min,然后将样品放到丙酮中超声3~5min,再用异丙醇超声3~5min,来除去光刻胶,将光刻胶上的图形转移到掩膜材料上面;
s6、将样品通过ICP180刻蚀0.5~3min,除去表面50~150nm的一层AlN材料;
s7、将样品浸入3~8mol/L的KOH/NaOH溶液中,在60~90℃条件下加热。
s8、用HF浸泡样品1~3min,除去表面的掩膜材料,得到图形化AlN薄膜。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明使用常规的工艺,就可以在AlN/蓝宝石模板上制备出图形化的AlN薄膜。使用的是干法刻蚀与湿法腐蚀结合的方法,既保证刻蚀精度又保证刻蚀速率。对于制备工艺的要求十分简单,且测试手段方便。本发明打破了传统的图形化衬底仅利用蓝宝石衬底形成周期性图形的特点。而是使用了在AlN/蓝宝石模板上通过刻蚀AlN,制备AlN薄膜上周期性的图形,从而达到提高晶体生长质量,提高器件效率的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中图形化衬底的制作流程示意图;
图2所示为本发明具体实施例中制作的各种图形化的AlN薄膜光镜图。
具体实施方式
本申请实施例公开一种衬底,包括蓝宝石衬底、以及形成于蓝宝石衬底上的图形化的AlN薄膜。
优选的,所述AlN薄膜的厚度为3-15μm。
本申请还公开了一种半导体器件,包括所述的衬底、以及形成于所述衬底上的外延层。
该技术方案中,半导体器件优选为III-V族LED器件。在一些实施例中,半导体器件还可以为声表面波器件、高频大功率器件等其他AlN基器件。
本申请还公开了一种衬底的制作方法,先蒸镀掩膜材料,然后再进行干法刻蚀掩膜,再通过湿法腐蚀AlN,最后在除去掩膜材料,从而形成图形化AlN薄膜的方法,使用该方法,可以获得在AlN/蓝宝石模板上的图形化AlN薄膜。
本发明通过下列实施例作进一步说明:根据下述实施例,可以更好地理解本发明。然而,本领域的技术人员容易理解,实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
图形化AlN薄膜的制作方法包括步骤:
s1、在蓝宝石衬底上通过HVPE生长AlN薄膜材料,形成AlN/蓝宝石模板,晶体质量很高;
s2、对AlN/蓝宝石模板使用丙酮超声3~5min,再使用异丙醇超声3-5min,最后用去离子水冲洗并用氮气吹干;
s3、通过PECVD或ICPCVD在AlN/蓝宝石模板上蒸镀一层SiNx或SiO2掩膜材料,厚度为1-3μm,x>0;
s4、使用紫外光刻技术在样品上作出具有周期性的条形、圆形或六角平行四边形等结构的光刻胶掩膜图形;
s5、通过RIE刻蚀有光刻胶掩膜图形的样品,时间为6~13min,然后将样品放到丙酮中超声3~5min,再用异丙醇超声3~5min,来除去光刻胶,将光刻胶上的图形转移到掩膜材料上面;
s6、将样品通过ICP180刻蚀0.5~3min,除去表面很薄的一层AlN材料(厚度大约50~150nm),以除去表面的致密氧化层;
s7、将样品浸入装有3~8mol/L的KOH/NaOH烧杯中,放入60~90℃,优选为80℃的水浴锅加热,对于斜切角蓝宝石衬底生长的样品加热时间为120-200min,对于(0001)蓝宝石衬底生长的样品加热时间为25-60min;
s8、用HF浸泡样品1~3min,除去表面的掩膜材料,得到图形化AlN薄膜;
s9、使用光镜测试制备的在AlN/蓝宝石模板上的图形化AlN薄膜,如图2所示。
由图2可知,我们通过干法刻蚀与湿法腐蚀结合的方法,在AlN/蓝宝石模板上成功的制备出各种形状的图形化AlN薄膜。
在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
最后,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (6)

1.一种衬底的制作方法,其特征在于,包括步骤:
(1)、在蓝宝石衬底表面制作AlN薄膜,形成模板;
(2)、在模板上形成掩膜材料,并进行干法刻蚀掩膜;
(3)、通过湿法腐蚀AlN薄膜;
(4)、除去掩膜材料,在蓝宝石衬底表面形成图形化AlN薄膜。
2.根据权利要求1所述的衬底的制作方法,其特征在于:所述掩膜材料为SiNx或SiO2掩膜材料,厚度为1-3μm,x>0。
3.根据权利要求1所述的衬底的制作方法,其特征在于:所述步骤(1)中,采用HVPE方法在蓝宝石表面生长AlN薄膜。
4.根据权利要求1所述的衬底的制作方法,其特征在于:在模板上形成掩膜材料之前还包括步骤:
对模板使用丙酮超声3-5min,再使用异丙醇超声3-5min,最后用去离子水冲洗并用氮气吹干。
5.根据权利要求1所述的衬底的制作方法,其特征在于:所述步骤(3)包括:将样品浸入3-8mol/L的KOH/NaOH溶液中,在60-90℃条件下加热。
6.一种衬底的制作方法,其特征在于,包括步骤:
s1、在蓝宝石衬底表面制作AlN薄膜,形成AlN/蓝宝石模板;
s2、对AlN/蓝宝石模板使用丙酮超声3-5min,再使用异丙醇超声3-5min,最后用去离子水冲洗并用氮气吹干;
s3、通过PECVD或ICPCVD在AlN/蓝宝石模板上蒸镀一层SiNx或SiO2掩膜材料,厚度为1-3μm,x>0;
s4、使用紫外光刻技术在样品上作出光刻胶掩膜图形;
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