CN111710595A - 高质量AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法，包括以下步骤：提供耐高温衬底；采用磁控溅射技术分别在所述衬底的正面和反面分别沉积AlN薄膜，厚度分别为0.1微米至1微米，形成低质量双面AlN模板；将得到的双面沉积的低质量AlN模板放入高温设备中进行退火处理，制备高质量双面AlN模板。本发明实现了对AlN模板的应力与晶圆翘曲比较好的控制，很好的避免了在芯片工艺制作过程中所导致的晶圆崩裂，并提高了器件性能。

Description

高质量AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法
技术领域
本发明涉及氮化物半导体制备技术领域，具体涉及一种高质量AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法。
背景技术
AlGaN基光电器件和电子器件具有节能环保等优点，在近几年得到大力发展。例如，AlGaN基紫外LED可替代传统汞灯作为紫外消毒杀菌光源，而AlGaN是制作微波传输器件的理想材料。在这些器件制作过程中，作为底层的AlN模板质量尤为重要。AlN模板的材料质量难以提高的原因在于外延层与衬底之间存在较大的热失配和晶格失配会导致较高的位错密度，而且Al原子的粘附系数较大，导致其较难在衬底表面进行迁移，在生长初期成核岛数量较多并且在生长过程中较难形成位错弯曲使其大量湮灭。为提升AlN模板的质量，研究人员提出了多种制备方法，包括插入层法、氨气调制法、NPSS衬底等。其中，高温处理法是一种简单易行的方法。
一般来说，由于AlN与异质衬底之间存在较大热失配和晶格失配，AlN模板经过高温处理后会具有较大压应力。AlN模板的应力作为表面能的一部分，对后续外延生长AlGaN时原子的迁移有较大影响。较大的应力会增加原子表面迁移势垒以限制原子在表面的迁移，导致在其上外延生长AlGaN时表面粗糙并产生较多缺陷，影响AlGaN薄膜质量，并最终影响其器件性能。并且这种较大的压应力导致整个晶圆的翘曲度较大，使得在芯片工艺制作过程中导致晶圆崩裂。
因此，提出一种高质量AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高质量AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法，包括以下步骤：
提供耐高温衬底；
采用磁控溅射技术分别在所述衬底的正面和反面分别沉积AlN薄膜，厚度分别为0.1微米至1微米，形成低质量双面AlN模板；
将得到的双面沉积的低质量AlN模板放入高温设备中进行退火处理，制备高质量双面AlN模板。
其中，经过所述高温退火后，反面AlN薄膜的厚度能够控制正面AlN薄膜的应力以及整个晶圆的翘曲度；正面AlN薄膜的厚度能够控制反面AlN薄膜的应力以及整个晶圆的翘曲度。
其中，所述衬底样式包括图形化衬底和平片衬底；衬底材料为蓝宝石、SiC、石英玻璃或金属耐高温材料。
其中，所述磁控溅射的温度为100℃-1000℃。
其中，所述高温退火的步骤中，在纯氮气或包含氮气的混合气氛下以保证较大的氮气压，进行1小时-5小时退火，退火温度为1000℃～2000℃。
其中，在所述高温退火的步骤中，将一片AlN模板的正面和反面分别与一片衬底的光滑表面或一片AlN模板的AlN面面对面叠在一起地放入高温设备中，或者在此双面AlN模板与衬底或AlN模板之间插入若干双面AlN模板，防止高温过程中AlN分解。
基于上述技术方案可知，本发明的AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
本发明实现了对AlN模板的应力与晶圆翘曲比较好的控制，很好的避免了在芯片工艺制作过程中所导致的晶圆崩裂，并提高了器件性能。
附图说明
图1是本发明实施例1AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例1中AlN模板放入高温炉的方式。
具体实施方式
本发明提供了一种高质量AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法。该高质量AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法包括：首先提供耐高温衬底，第二步在该衬底的正、反两面用磁控溅射技术分别沉积一定厚度的AlN薄膜。第三步为将第二步得到的AlN模板放入高温设备中进行退火获得高质量AlN模板。其中，一面AlN薄膜的厚度可以控制另一面AlN薄膜的应力并且控制整个AlN模板的翘曲度。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
需要说明的是，低质量定义成总位错密度在109em-2以上，即为第一预设范围；退火后的高质量定义成总位错密度降至109em-2以下，即为第二预设范围。
实施例1
下面将参考图1说明本发明的实施例，图1展示了本实施例提供的一种高质量AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法的核心思路，主要有四个重要步骤：第一步提供耐高温衬底；第二步在衬底的双面上采用磁控溅射技术分别沉积AlN以制备低质量的AlN模板；第三步将制备的双面沉积的低质量AlN模板放入高温设备中进行退火，制备高质量AlN模板。具体包括以下步骤：
第一步，提供耐高温衬底，衬底样式包括图形化衬底和平片衬底。衬底材料包括蓝宝石、SiC、石英玻璃、金属等耐高温材料。优选的采用双面抛光的蓝宝石衬底。
第二步，采用磁控溅射技术在第一步所述衬底的两面上分别沉积AlN以制作AlN模板，沉积厚度为10nm-2000nm。优选的，先沉积反面再沉积正面，且正面沉积AlN的厚度为200nm，反面AlN厚度为200nm用以控制晶圆的翘曲度。溅射温度100℃-1000℃，优选地，温度为600℃。沉积时所用气体为含有氮气地混合气体，气流量为1sccm-5000sccm，优选地氮气和氧气，流量分别为100sccm和1sccm。溅射功率为10W-5000W，优选地为2000W。
第三步，将第二步制备的AlN模板放入高温设备中进行高温退火，制作高质量的AlN模板。如图2所示，将一片AlN模板的正面和背面分别与一片衬底的光滑表面面对面叠在一起地放入高温设备中，或者在AlN模板与衬底之间插入若干双面AlN模板，防止高温过程中AlN分解。在高温退火过程中通入包含氮气地气体，优选的，通入纯N2气。高温退火时气压为10mbar-2000mbar，优选的1000mbar。高温退火温度为1500-1900℃，优选的为1700℃。退火持续时间为0.5小时-5小时，优选的，3小时。最终获得无翘曲的AlN模板。
实施例2
下面将参考图1说明本发明的实施例，图1展示了本实施例提供的一种高质量AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法的核心思路，主要有四个重要步骤：第一步提供耐高温衬底；第二步在衬底的双面上采用磁控溅射技术分别沉积AlN以制备低质量的AlN模板；第三步将制备的双面沉积的低质量AlN模板放入高温设备中进行退火，制备高质量AlN模板。
具体包括以下步骤：
第一步，提供耐高温衬底，衬底样式包括图形化衬底和平片衬底。衬底材料包括蓝宝石、SiC、石英玻璃、金属等耐高温材料。优选的采用双面抛光的蓝宝石衬底。
第二步，采用磁控溅射技术在第一步所述衬底的两面上分别沉积AlN以制作AlN模板，沉积厚度为10nm-2000nm。优选的，先沉积反面再沉积正面，且正面沉积AlN的厚度为200nm，反面AlN厚度为300nm用以控制正面AlN层为弱压应力。溅射温度100℃-1000℃，优选地，温度为600℃。沉积时所用气体为含有氮气地混合气体，气流量为1sccm-5000sccm，优选地氮气和氧气，流量分别为100sccm和1sccm。溅射功率为10W-5000W，优选地为2000W。
第三步，将第二步制备的AlN模板放入高温设备中进行高温退火，制作高质量的AlN模板。如图2所示，将一片AlN模板的正面和背面分别与一片衬底的光滑表面面对面叠在一起地放入高温设备中，或者在AlN模板与衬底之间插入若干双面AlN模板，防止高温过程中AlN分解。在高温退火过程中通入包含氮气地气体，优选的，通入纯N2气。高温退火时气压为10mbar-2000mbar，优选的1000mbar。高温退火温度为1500-1900℃，优选的为1700℃。退火持续时间为0.5小时-5小时，优选的，3小时。在此AlN模板上能生长高质量AlGaN外延薄膜。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供耐高温衬底；
采用磁控溅射技术分别在所述衬底的正面和反面分别沉积AlN薄膜，厚度分别为0.1微米至1微米，形成总位错密度为第一预设范围的双面AlN模板；
将得到的双面沉积的总位错密度为第一预设范围的AlN模板放入高温设备中进行退火处理，制备总位错密度为第二预设范围的双面AlN模板。
2.如权利要求1所述的AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法，其特征在于，经过所述高温退火后，反面AlN薄膜的厚度能够控制正面AlN薄膜的应力以及整个晶圆的翘曲度；正面AlN薄膜的厚度能够控制反面AlN薄膜的应力以及整个晶圆的翘曲度。
3.如权利要求1所述的AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法，其特征在于，所述衬底样式包括图形化衬底和平片衬底；衬底材料为蓝宝石、SiC、石英玻璃或金属耐高温材料。
4.如权利要求1所述的AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法，其特征在于，所述磁控溅射的温度为100℃-1000℃。
5.如权利要求1所述的AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法，其特征在于，所述高温退火的步骤中，在纯氮气或包含氮气的混合气氛下以保证较大的氮气压，进行1小时-5小时退火，退火温度为1000℃～2000℃。
6.如权利要求1所述的AlN模板的应力与晶圆翘曲控制方法，其特征在于，在所述高温退火的步骤中，将一片AlN模板的正面和反面分别与一片衬底的光滑表面或一片AlN模板的AlN面面对面叠在一起地放入高温设备中，或者在此双面AlN模板与衬底或AlN模板之间插入若干双面AlN模板，防止高温过程中AlN分解。
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