CN114743862A - 半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法，包括：提供衬底；于衬底的表面形成图形化掩膜层；提供氢化物气相外延设备；将形成有图形化掩膜层的衬底置于衬底区；经由第一供气管路向镓舟区提供包括氯化氢的第一反应气体，并经由第二供气管路向衬底区提供包括氨气的第二反应气体，以形成氮化镓晶种层；停止向镓舟区提供第一反应气体，并停止向衬底区提供所述第二反应气体，经由第三供气管路向衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体，以将位于晶粒区域的氮化镓晶种层完全去除，或使得氮化镓晶种层位于晶粒区域的厚度小于氮化镓晶种层位于过生长区域的厚度；形成厚膜氮化镓层。本发明能够节约原料成本，提高厚膜氮化镓层的质量。

Description

半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法。
背景技术
与传统衬底材料相比，氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越特性，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系。
由于氮化镓单晶衬底制备困难，目前一般采用在蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓等异质衬底上生长氮化镓材料的异质外延的方法制备氮化镓单晶衬底，再通过剥离的方法将其从异质衬底上剥离得到氮化镓单晶衬底。在上述方法中，有一种使用掩膜进行氮化镓生长的技术，即在异质衬底上镀一层掩膜，氮化镓无法在该掩膜上外延生长，只能在掩膜开口内生长，最后通过横向外延过生长技术进行闭合。
然而，这种方法在生长初期容易导致开口处上方和掩膜上方(譬如横向闭合处)位错不一致，进而影响质量的提高，产品性能难以满足要求。
发明内容
基于此，有必要针对上述现有技术中的不足之处，提供一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法。
本申请根据一些实施例，提供一种半导体结构的制备方法，包括：
提供衬底；
于所述衬底的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有若干个开口；
提供氢化物气相外延设备，所述氢化物气相外延设备中设有间隔排布的衬底区及镓舟区；
将形成有所述图形化掩膜层的所述衬底置于所述衬底区；经由第一供气管路向所述镓舟区提供包括氯化氢的第一反应气体，并经由第二供气管路向所述衬底区提供包括氨气的第二反应气体，以于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成氮化镓晶种层，所述氮化镓晶种层包括位于所述开口内的晶粒区域及位于所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面的过生长区域，所述晶粒区域内的位错密度大于所述过生长区域内的位错密度；
停止向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并停止向所述衬底区提供所述第二反应气体，且经由第三供气管路向所述衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体，利用所述氯化氢刻蚀所述氮化镓晶种层，以将位于所述晶粒区域的所述氮化镓晶种层完全去除，或使得所述氮化镓晶种层位于所述晶粒区域的厚度小于所述氮化镓晶种层位于所述过生长区域的厚度；
形成厚膜氮化镓层，所述厚膜氮化镓层填满所述开口并覆盖保留的所述氮化镓晶种层。
上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，在图形化掩膜层背离衬底的表面及开口内形成氮化镓晶种层的过程中，由于刚开始氮化镓只在开口处进行生长，竖向生长速率较大，以及外延生长的氮化镓与异质衬底之间的晶格失配，导致大量位错随着氮化镓的生长在垂直方向上延伸，形成位错集中，位错密度较高的晶粒区域；当沉积的氮化镓厚度超过图形化掩膜层的厚度时，氮化镓在竖向生长，慢慢变厚的同时，开始横向外延生长，随着横向生长速率增大，横向外延生长足够时间时，相邻开口处的氮化镓晶粒开始接触、连接及融合，而竖向生长的位错密度无法大幅弯曲传导至横向生长区域，因而在横向生长区域的氮化镓位错密度较低，形成了位错密度相较于晶粒区域较低的过生长区域；而后，在对所得结构进行刻蚀，去除部分或全部晶粒区域的氮化镓晶种层之后，再以过生长区域的氮化镓晶种层为晶种，再次进行横向外延生长以形成厚膜氮化镓层，这样能够避免氮化镓生长初期开口处上方和图形化掩膜层上方(譬如横向闭合处)位错不一致，影响质量的提高，产品性能难以满足要求的问题，提高厚膜氮化镓层的晶体质量，同时，还有助于厚膜氮化镓层剥离。上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，氨气与氯化氢及金属镓反应生成的氮化镓能够准确地沉积于图形化掩膜层的开口内，实现刚开始氮化镓只在开口处进行生长，竖向生长速率较大，而后在竖向生长，慢慢变厚的同时，再开始横向外延生长。上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，在形成氮化镓晶种层的过程中，通过第一供气管路向镓舟区提供第一反应气体，通过第二供气管路向衬底区提供第二反应气体；在去除氮化镓晶种层的过程中，通过第三供气管路提供第三反应气体，无需开炉操作；同时，通过第三供气管路向衬底区通入第三反应气体，去除氮化镓晶种层，能够避免第三反应气体与镓舟区的镓反应产生额外损耗，即节约原料成本，又可以确保对氮化镓晶种层的刻蚀效果。
在其中一个实施例中，所述第三供气管路向所述衬底区提供的所述氯化氢的流量为1sccm～100sccm；所述第三供气管路向所述衬底区提供的所述氯化氢的时间为10s～60min。
上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，氯化氢对位错密度较高的晶粒区域腐蚀速率更高，因而通过控制第三供气管路提供氯化氢的流量及时间，能够提高氯化氢的选择性腐蚀。
在其中一个实施例中，所述形成所述厚膜氮化镓层之前，还包括：
停止经由所述第三供气管路向所述衬底区提供所述第三反应气体。
在其中一个实施例中，经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述第三反应气体的同时，还经由所述第三供气管路向所述衬底区通入载气，刻蚀所述氮化镓晶种层之后且形成所述厚膜氮化镓层之前还包括：
停止经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述氯化氢气体，仅向经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述载气；
通入预设时间所述载气后，停止经由所述第三供气管路向所述衬底区提供所述第三反应气体。
上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，通过在载气气氛下保持预设时间，能够对刻蚀后的氮化镓晶种层表面进行清洗，这样，后续以过生长区域的氮化镓晶种层为晶种，再次进行横向外延生长以形成厚膜氮化镓层的过程中，晶种的质量更好，从而能够得到更高质量的厚膜氮化镓层，更加有助于厚膜氮化镓层剥离。
在其中一个实施例中，所述形成厚膜氮化镓层，包括：
继续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体，以于所述开口内及保留的所述氮化镓晶种层表面形成所述厚膜氮化镓层。
在其中一个实施例中，所述形成厚膜氮化镓层，包括：
继续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体，进行第一次厚膜氮化镓生长；
持续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并持续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体，进行第二次厚膜氮化镓生长，以得到所述厚膜氮化镓层；所述第二次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量大于所述第一次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量。
在其中一个实施例中，所述第一次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量为1sccm～100sccm，所述第一次厚膜氮化镓生长的时间为10min～5h；所述第二次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量为50sccm～1000sccm，所述第二次厚膜氮化镓生长的时间为1min～50h。
基于同样的发明构思，本申请还根据一些实施例，提供一种半导体结构，所述半导体结构采用前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备而得到。
基于同样的发明构思，本申请还根据一些实施例，提供一种自支撑氮化镓层的制备方法，包括：
采用前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备所述半导体结构；
将所述半导体结构进行降温处理，使得所述厚膜氮化镓层自动剥离，以得到自支撑氮化镓层。
基于同样的发明构思，本申请还根据一些实施例，提供一种自支撑氮化镓层，其特征在于，所述自支撑氮化镓层采用前述实施例提供的自支撑氮化镓层的制备方法制备而得到。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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为本申请其中一个实施例提供的半导体结构的制备方法的流程图；
图2为本申请其中一个实施例提供的半导体结构的制备方法中，步骤S20所得结构的截面结构示意图；
图3至图5为本申请其中一个实施例提供的半导体结构的制备方法中，步骤S30所得结构的截面结构示意图；
图6为本申请其中一个实施例提供的半导体结构的制备方法中，步骤S40所得结构的截面结构示意图；
图7至图8为本申请其中一个实施例提供的半导体结构的制备方法中，步骤S50所得结构的截面结构示意图；其中，图8亦为本申请其中一个实施例提供的半导体结构的截面结构示意图；
图9为本申请其中一个实施例提供的半导体结构的制备方法中，步骤S60的流程图；
图10为本申请其中一个实施例提供的自支撑氮化镓层的制备方法的流程图。
附图标记说明：
10、衬底；20、图形化掩膜层；30、开口；40、氮化镓晶种层；401、晶粒区域；402、过生长区域；50、厚膜氮化镓层。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
应当明白，当元件或层被称为在其它元件或层的表面时，其可以直接地在其它元件或层的表面，或者可以存在居间的元件或层。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
传统制备氮化镓单晶衬底的方法在生长初期容易导致开口处上方和掩膜上方(譬如横向闭合处)位错不一致，进而影响质量的提高，产品性能难以满足要求。
基于现有技术中的上述不足之处，本申请根据一些实施例，提供一种半导体结构的制备方法。具体的，如图1所示，该制备方法可以包括如下步骤：
S10：提供衬底；
S20：于衬底的表面形成图形化掩膜层，图形化掩膜层内具有若干个开口；
S30：提供氢化物气相外延设备，氢化物气相外延设备中设有间隔排布的衬底区及镓舟区；
S40：将形成有图形化掩膜层的衬底置于衬底区；经由第一供气管路向镓舟区提供包括氯化氢的第一反应气体，并经由第二供气管路向衬底区提供包括氨气的第二反应气体，以于开口内及所述图形化掩膜层背离衬底的表面形成所述氮化镓晶种层，氮化镓晶种层包括位于开口内的晶粒区域及位于图形化掩膜层背离衬底的表面的过生长区域，晶粒区域内的位错密度大于过生长区域内的位错密度；
S50：停止向所镓舟区提供第一反应气体，并停止向衬底区提供第二反应气体，且经由第三供气管路向衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体，利用氯化氢刻蚀氮化镓晶种层，以将位于晶粒区域的氮化镓晶种层完全去除，或使得氮化镓晶种层位于晶粒区域的厚度小于氮化镓晶种层位于过生长区域的厚度；
S60：形成厚膜氮化镓层，厚膜氮化镓层填满开口并覆盖保留的氮化镓晶种层。
在图形化掩膜层背离衬底的表面及开口内形成氮化镓晶种层的过程中，由于刚开始氮化镓只在开口处进行生长，竖向生长速率较大，以及外延生长的氮化镓与异质衬底之间的晶格失配，导致大量位错随着氮化镓的生长在垂直方向上延伸，形成位错集中，位错密度较高的晶粒区域；当沉积的氮化镓厚度超过图形化掩膜层的厚度时，氮化镓在竖向生长，慢慢变厚的同时，开始横向外延生长，随着横向生长速率增大，横向外延生长足够时间时，相邻开口处的氮化镓晶粒开始接触、连接及融合，而竖向生长的位错密度无法大幅弯曲传导至横向生长区域，因而在横向生长区域的氮化镓位错密度较低，形成了位错密度相较于晶粒区域较低的过生长区域；上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，在对所得结构进行刻蚀，去除部分或全部晶粒区域的氮化镓晶种层之后，再以过生长区域的氮化镓晶种层为晶种，再次进行横向外延生长以形成厚膜氮化镓层，这样能够避免氮化镓生长初期开口处上方和图形化掩膜层上方(譬如横向闭合处)位错不一致，影响质量的提高，产品性能难以满足要求的问题，提高厚膜氮化镓层的晶体质量，同时，还有助于厚膜氮化镓层剥离。上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，采用氢化物气相外延法(HVPE，HydrideVapor Phase Epitaxy)制备氮化镓晶种层40，不仅生长速率高，而且设备成本较低；同时，氨气与氯化氢及金属镓反应生成的氮化镓能够准确地沉积于图形化掩膜层20的开口30内，实现刚开始氮化镓只在开口30处进行生长，竖向生长速率较大，而后在竖向生长，慢慢变厚的同时，再开始横向外延生长。
对于步骤S10，请参阅图1中的S10步骤及图2，提供衬底10。
本申请对于衬底10的材质并不做具体限定，衬底10可以包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、砷化镓衬底、氮化铝衬底或氮化镓衬底中的一种或几种。
对于步骤S20，请参阅图1中的S20步骤及图2，于衬底10的表面形成图形化掩膜层20，图形化掩膜层20内具有若干个开口30。
本申请对于图形化掩膜层20的结构并不做具体限定，图形化掩膜层20可以为单层结构，此时，图形化掩膜层20可以为金属掩膜层、金属合金掩膜层、硅基氧化物掩膜层、硅基氮化物掩膜层、金属氧化物掩膜层或金属氮化物掩膜层等等中的任一种；图形化掩膜层20还可以是多层结构，此时，图形化掩膜层20中的每层均可以金属掩膜层、金属合金掩膜层、硅基氧化物掩膜层、硅基氮化物掩膜层、金属氧化物掩膜层或金属氮化物掩膜层等等中的任一种。需要说明的是，若图形化掩膜层20为多层结构，图形化掩膜层20中各层图形原则上一致，即使用同一图形的掩膜版进行制作图形化掩膜层20，但可以根据工艺允许其各层图形与所用掩膜版图形有不超过20％的形变量为合格。
具体的，图形化掩膜层20可以包括氧化硅层(SiO2)、硅的氮化物层(SiNx，x＝1,2,3或4)、氧化钛层、钛的氮化物层、氧化锆层、锆的氮化物层、氧化铬层、铬的氮化物层或钨的氮化物层(WNx，x＝1,2,3或4)等等中的一种或几种；更为具体的，图形化掩膜层20可以包括碳化硅层、氮化硅层、氮化钨层或氧化铬层等等中的一种或几种。
本申请对于图形化掩膜层20的厚度亦不做具体限定。在其中一个实施例中，图形化掩膜层20的厚度可以为10nm～1000nm，譬如，图形化掩膜层20的厚度可以为10nm、50nm、70nm、300nm、500nm、700nm或1000nm等等。优选地，图形化掩膜层20的厚度为50～700nm，更为优选地，图形化掩膜层20的厚度为70～300nm，譬如，图形化掩膜层20的厚度可以为70nm、100nm、200nm或300nm等等。可以理解，上述数据仅作为示例，在实际实施例中图形化掩膜层20的厚度可以根据实际需要进行设定，并不以上述数据为限。
在其他实施例中，图形化掩膜层20还可以包括钛层、镍层、钨层、铬层、钴层或金层等等中的一种或几种；更为具体的，图形化掩膜层20包括钛层、镍层、钨层、铬层、钴层或金层。
本申请对于形成图形化掩膜层20的方式亦不做具体限定。可以采用但不限于分子束外延、蒸镀或溅射等工艺形成图形化掩膜层20。
同时，需要说明的是，开口30的形状可以根据实际需要进行设定，开口30的形状可以为圆形、椭圆形或边数大于3的等边形。
在其中一个实施例中，图形化掩膜层20内可以包括多个开口30，多个开口30可以规则排布，譬如，可以呈矩阵排列或六边形阵列排列等等；在其中一个实施例中，开口30图形的外切圆或者能覆盖住开口30的最小圆的直径在1um～100um之间，譬如，最小圆的直径可以为1μm、20μm、50μm、80μm或100μm等等；在另一个实施例中，相邻各开口30的中心距离可以均相等，具体可以为1μm～100μm，更为具体的，相邻各开口30的中心距离可以为1μm、20μm、50μm、80μm或100μm等等；在另一个实施例中，也可以为相邻各开口30中心的横向距离相同，且相邻各开口30中心的纵向距离相同，但横向距离与纵向距离可以为不同；或者，所有的开口30中，从任一开口30中心到另一相邻开口30中心的距离不超过5个不同的数据；在其他可能的实施例中，开口30的形状可以呈条状开口，条状开口的宽度可以为1μm～10μm，具体可以为1μm、5μm或10μm，相邻开口30之间的间距可以为1μm～10μm，具体可以为1μm、5μm或10μm。
可选的，在图形化掩膜层20中，开口30的面积可以占图形化掩膜层20总面积的30％～90％；在其中一个实施例中，开口30的面积占图形化掩膜层20总面积的40％～80％，具体的，可以为40％、50％或60％等等。
对于步骤S30，请参阅图1中的S30步骤，提供氢化物气相外延设备，所述氢化物气相外延设备中设有间隔排布的衬底区及镓舟区。
对于步骤S40，请参阅图1中的S40步骤及图3至图5，将形成有图形化掩膜层的衬底置于衬底区；经由第一供气管路向镓舟区提供包括氯化氢的第一反应气体，并经由第二供气管路向衬底区提供包括氨气的第二反应气体，以于开口内及图形化掩膜层背离衬底的表面形成氮化镓晶种层40，氮化镓晶种层40包括位于开口30内的晶粒区域401及位于图形化掩膜层20背离衬底10的表面的过生长区域402，晶粒区域401内的位错密度大于过生长区域402内的位错密度。
具体的，在图形化掩膜层20背离衬底10的表面及开口30内形成氮化镓晶种层40的过程中，由于刚开始氮化镓只在开口30处进行生长，如图3所示，竖向生长速率较大，以及外延生长的氮化镓与异质衬底10之间的晶格失配，导致大量位错随着氮化镓的生长在垂直方向上延伸，形成位错集中，位错密度较高的晶粒区域401；当沉积的氮化镓厚度超过图形化掩膜层20的厚度时，氮化镓在竖向生长，慢慢变厚的同时，开始横向外延生长，随着横向生长速率增大，横向外延生长足够时间时，如图4所示，相邻开口30处的氮化镓晶粒开始接触、连接及融合，而竖向生长的位错密度无法大幅弯曲传导至横向生长区域，因而，如图5所示，在横向生长区域的氮化镓位错密度较低，形成了位错密度相较于晶粒区域401较低的过生长区域402。
可以理解，本申请对于氮化镓晶种层40的生长工艺条件并不做具体限定。
在其中一个实施例中，氮化镓晶种层40的生长温度可以根据实际需要进行设定；具体的，氮化镓晶种层40的生长温度大于800℃。
在其中一个实施例中，向氢化物气相外延设备中通入的第一反应气体及第二反应气体的流量可以根据实际需要进行设定；具体的，第二反应气体的流量可以为0.5slm(Standard Liter per Minute，标准升每分钟)～30slm，譬如，第二反应气体的流量可以为0.5slm、10slm、20slm或30slm等等；第一反应气体的流量可以为20sccm(Standard CubicCentimeter per Minute，标准毫升每分钟)～1000sccm，譬如，第一反应气体的流量可以为20sccm、100sccm、250sccm、500sccm、750sccm或1000sccm等等。
在其中一个实施例中，氮化镓晶种层40的生长时间可以根据实际需要进行设定；具体的，该生长时间可以为10min～5h，譬如，氮化镓晶种层40的生长时间可以为10min、30min、1h、3h或5h等等。
可以理解，上述数据仅作为示例，在实际实施例中氮化镓晶种层40的生长工艺条件并不以上述数据为限。
在其中一个实施例中，氮化镓晶种层40的厚度也可以根据实际需要进行设定；具体的，氮化镓晶种层40的厚度可以为1μm～250μm，譬如1μm、5μm、10μm、15μm、100μm、150μm、100μm或250μm等等。可以理解，上述数据仅作为示例，在实际实施例中氮化镓晶种层40的厚度可以根据实际需要进行设定，并不以上述数据为限。
在其中一个实施例中，在向氢化物气相外延设备中通入第一反应气体及第二反应气体的同时，还向氢化物气相外延设备中通入载气。
本申请对于载气的种类并不做具体限定。具体的，所用载气可以包括氢气、氮气、氦气和氩气中的一种或几种。可以理解，在实际实施例中载气的种类可以根据实际需要进行设定。更为具体的，在其中一个实施例中，所用载气包括氢气。
对于步骤S50，请参阅图1中的S50步骤及图6，停止向镓舟区提供第一反应气体，并停止向衬底区提供所述第二反应气体，且经由第三供气管路向衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体，利用第三反应气体中的氯化氢刻蚀氮化镓晶种层，以将位于晶粒区域401的氮化镓晶种层40完全去除，或使得氮化镓晶种层40位于晶粒区域401的厚度小于氮化镓晶种层40位于过生长区域402的厚度。
具体的，第三供气管路可以为与第一供气管路及第二供气管路相独立的独立供气管路，第三供气管路的出气口直接延伸至衬底区，以确保第三反应气体不经过镓舟区直接到达衬底区。
上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，在形成氮化镓晶种层的过程中，通过第一供气管路向镓舟区提供第一反应气体，通过第二供气管路向衬底区提供第二反应气体；在去除氮化镓晶种层的过程中，通过第三供气管路提供第三反应气体，无需开炉操作将衬底去除，避免造成二次污染；同时，通过第三供气管路向衬底区通入第三反应气体，去除氮化镓晶种层，能够避免第三反应气体与镓舟区的镓反应产生额外损耗，即节约原料成本，又可以确保对氮化镓晶种层的刻蚀效果。
氯化氢对位错密度较高的晶粒区域腐蚀速率较高，上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，利用生长气体氯化氢进行原位腐蚀，无需开炉操作，也无需为腐蚀提供额外的气体或气路，操作方便；通过控制氯化氢的流量及腐蚀时间，氮化镓晶种层40中晶粒区域的氮化镓被腐蚀得更快，进而晶粒区域的氮化镓晶种层40逐渐减少而内凹或被全部腐蚀掉，过生长区域的氮化镓由于晶体质量比较好，且腐蚀速率较小而被保留，使得过生长区域的氮化镓晶种层40厚度与晶粒区域相比较大，这样在后续工艺中，能够以高质量的过生长区域的氮化镓晶种层40为晶种进行再次进行氮化镓的横向外延过生长以形成厚膜氮化镓层50，进一步提升厚膜氮化镓层50的晶体质量。
可以理解，停止向镓舟区提供第一反应气体，并停止向衬底区提供第二反应气体的操作可以与经由第三供气管路向衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体的操作同时进行；也可以先停止向镓舟区提供第一反应气体，并停止向衬底区提供第二反应气体，保持一定时间之后，再经由第三供气管路向衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体。
本申请对于第三供气管路向衬底区提供的氯化氢的流量大小并不做具体限定；在其中一个实施例中，第三供气管路向衬底区提供的氯化氢流量为1sccm～100sccm，譬如，氯化氢的流量可以为1sccm、25sccm、50sccm、75sccm或100sccm等等。本申请对于第三供气管路向衬底区提供氯化氢的时间也并不做具体限定；在其中一个实施例中，第三供气管路向衬底区提供氯化氢的时间为10s～60min，譬如第三供气管路向衬底区提供氯化氢的时间可以为10s、5min、15min、30min或60min等等。
上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，氯化氢对位错密度较高的晶粒区域腐蚀速率更高，因而通过控制第三供气管路提供氯化氢的流量及时间，能够提高氯化氢的选择性腐蚀。
在其中一个实施例中，该制备方法在刻蚀氮化镓晶种层40之后且形成厚膜氮化镓层50之前，还可以包括如下步骤：
停止经由第三供气管路向衬底区提供第三反应气体。
在另一个实施例中，经由第三供气管路向衬底区通入第三反应气体的同时，还经由第三供气管路向衬底区通入载气；此时，刻蚀氮化镓晶种层之后且形成厚膜氮化镓层之前还包括：
停止经由第三供气管路向衬底区通入氯化氢气体，仅向经由第三供气管路向衬底区通入载气；
通入预设时间载气后，停止经由第三供气管路向衬底区提供第三反应气体。
上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，通过在载气气氛下保持预设时间，能够对刻蚀后的氮化镓晶种层表面进行清洗，这样，后续以过生长区域的氮化镓晶种层为晶种，再次进行横向外延生长以形成厚膜氮化镓层的过程中，晶种的质量更好，从而能够得到更高质量的厚膜氮化镓层，更加有助于厚膜氮化镓层剥离。
本申请对于仅经由第三供气管路向衬底区通入载气的预设时间并不做具体限定；具体的，预设时间可以为1min～30min，譬如1min、5min、15min或30min等等；可以理解，上述数据仅作为示例，在实际实施例中仅经由第三供气管路向衬底区通入载气的时间可以根据实际需要进行设定，并不以上述数据为限。
仅经由第三供气管路向衬底区通入载气过程中，载气的流量并不做具体限定；具体的，仅经由第三供气管路向衬底区通入载气过程中载气的流量可以与其他步骤(譬如，步骤S302)中载气的流量相同，也可以不同。
本申请对于载气的种类并不做具体限定。具体的，所用载气可以包括氢气、氮气、氦气和氩气中的一种或几种；可以理解，在实际实施例中载气的种类可以根据实际需要进行设定；更为具体的，在其中一个实施例中，所用载气包括氢气。
对于步骤S60，请参阅图1中的S60步骤及图7至图8，形成厚膜氮化镓层50，厚膜氮化镓层50填满开口30并覆盖保留的氮化镓晶种层40。
本申请对于形成厚膜氮化镓层50的方式并不做具体限定；具体的，可以在刻蚀氮化镓晶种层40的步骤完成后，继续经由第一供气管路向镓舟区提供第一反应气体，并继续经由第二供气管路向衬底区提供第二反应气体，以于开口内及保留的氮化镓晶种层40表面形成厚膜氮化镓层50。
在其中一个实施例中，请参阅图9，步骤S60可以包括：
S601：继续经由第一供气管路向镓舟区提供第一反应气体，并经由第二供气管路向衬底区提供第二反应气体，进行第一次厚膜氮化镓生长；
S602：持续经由第一供气管路向镓舟区提供第一反应气体，并持续经由第二供气管路向衬底区提供第二反应气体，进行第二次厚膜氮化镓生长，以得到厚膜氮化镓层；第二次厚膜氮化镓生长过程中第一反应气体的气体流量大于第一次厚膜氮化镓生长过程中第一反应气体的气体流量。
可以理解，本申请对于厚膜氮化镓层50的生长工艺条件并不做具体限定。
在其中一个实施例中，厚膜氮化镓层50的生长温度可以根据实际需要进行设定；具体的，厚膜氮化镓层50的生长温度大于900℃。
本申请对于第一次厚膜氮化镓生长过程中第一反应气体的气体流量的大小及第二次厚膜氮化镓生长过程中第一反应气体的气体流量的大小均不做具体限定，只要能够满足第二次厚膜氮化镓生长过程中第一反应气体的气体流量大于第一次厚膜氮化镓生长过程中第一反应气体的气体流量即可；在其中一个实施例中，第一次厚膜氮化镓生长过程中第一反应气体的气体流量为1sccm～100sccm，譬如1sccm、25sccm、50sccm、75sccm或100sccm等等；第二次厚膜氮化镓生长过程中第一反应气体的气体流量为50sccm～1000sccm，譬如50sccm、125sccm、250sccm、500sccm或1000sccm等等。
本申请对于第一次厚膜氮化镓生长的时间及第二次厚膜氮化镓生长的时间也均不做具体限定；在其中一个实施例中，第一次氮化镓生长的时间为10min～5h，譬如10min、45min、1.5h、3h、4h或5h等等；第二次氮化镓生长的时间为1min～50h，譬如1min、30min、1h、5h、10h、20h、30h、40h或50h等等。
可以理解，上述数据仅作为示例，在实际实施例中厚膜氮化镓层50的生长工艺条件并不以上述数据为限。
本申请还根据一些实施例，提供一种半导体结构。请参阅图8，该半导体结构采用如前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备而得到，前述半导体结构的制备方法所能实现的技术效果，该半导体结构也均能实现，此处不再详述。
本申请还根据一些实施例，提供一种自支撑氮化镓层的制备方法。请参阅图10，该自支撑氮化镓层的制备方法可以包括如下步骤：
S1：采用前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备半导体结构；
S2：将半导体结构进行降温处理，使得厚膜氮化镓层50自动剥离，以得到自支撑氮化镓层。
上述自支撑氮化镓层的制备方法中，采用前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备半导体结构，因此，前述半导体结构的制备方法所能实现的技术效果，该自支撑氮化镓层的制备方法也均能实现，此处不再详述；通过降温处理，厚膜氮化镓层50能够由于与衬底10之间的热失配，而被自动剥离下来。
本申请还根据一些实施例，提供一种自支撑氮化镓层，该自支撑氮化镓层采用前述实施例提供的自支撑氮化镓层的制备方法制备而得到，因此，前述自支撑氮化镓层的制备方法所能实现的技术效果，该自支撑氮化镓层也均能实现，此处不再详述。
应该理解的是，虽然图1、图9及图10的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1、图9及图10中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
于所述衬底的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有若干个开口；
提供氢化物气相外延设备，所述氢化物气相外延设备中设有间隔排布的衬底区及镓舟区；
将形成有所述图形化掩膜层的所述衬底置于所述衬底区；经由第一供气管路向所述镓舟区提供包括氯化氢的第一反应气体，并经由第二供气管路向所述衬底区提供包括氨气的第二反应气体，以于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成氮化镓晶种层，所述氮化镓晶种层包括位于所述开口内的晶粒区域及位于所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面的过生长区域，所述晶粒区域内的位错密度大于所述过生长区域内的位错密度；
停止向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并停止向所述衬底区提供所述第二反应气体，且经由第三供气管路向所述衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体，利用所述氯化氢刻蚀所述氮化镓晶种层，以将位于所述晶粒区域的所述氮化镓晶种层完全去除，或使得所述氮化镓晶种层位于所述晶粒区域的厚度小于所述氮化镓晶种层位于所述过生长区域的厚度；
形成厚膜氮化镓层，所述厚膜氮化镓层填满所述开口并覆盖保留的所述氮化镓晶种层。
2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第三供气管路向所述衬底区提供的所述氯化氢的流量为1sccm～100sccm；所述第三供气管路向所述衬底区提供的所述氯化氢的时间为10s～60min。
3.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述形成所述厚膜氮化镓层之前，还包括：
停止经由所述第三供气管路向所述衬底区提供所述第三反应气体。
4.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述第三反应气体的同时，还经由所述第三供气管路向所述衬底区通入载气，刻蚀所述氮化镓晶种层之后且形成所述厚膜氮化镓层之前还包括：
停止经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述氯化氢气体，仅向经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述载气；
通入预设时间所述载气后，停止经由所述第三供气管路向所述衬底区提供所述第三反应气体。
5.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述形成厚膜氮化镓层，包括：
继续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体，以于所述开口内及保留的所述氮化镓晶种层表面形成所述厚膜氮化镓层。
6.根据权利要求5所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述形成厚膜氮化镓层，包括：
继续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体，进行第一次厚膜氮化镓生长；
持续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并持续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体，进行第二次厚膜氮化镓生长，以得到所述厚膜氮化镓层；所述第二次厚膜氮化镓生长过程中所述氯化氢的气体流量大于所述第一次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量。
7.根据权利要求6所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第一次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量为1sccm～100sccm，所述第一次厚膜氮化镓生长的时间为10min～5h；所述第二次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量为50sccm～1000sccm，所述第二次厚膜氮化镓生长的时间为1min～50h。
8.一种半导体结构，其特征在于，所述半导体结构采用如权利要求1至7中任一项所述的半导体结构的制备方法制备而得到。
9.一种自支撑氮化镓层的制备方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求1至7中任一项所述的半导体结构的制备方法制备所述半导体结构；
将所述半导体结构进行降温处理，使得所述厚膜氮化镓层自动剥离，以得到自支撑氮化镓层。
10.一种自支撑氮化镓层，其特征在于，所述自支撑氮化镓层采用如权利要求9所述的自支撑氮化镓层的制备方法制备而得到。
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