ES2244055T3 - Recuperacion de sustratos de carburo de silicio con superficie util. - Google Patents
Recuperacion de sustratos de carburo de silicio con superficie util.Info
- Publication number
- ES2244055T3 ES2244055T3 ES98914546T ES98914546T ES2244055T3 ES 2244055 T3 ES2244055 T3 ES 2244055T3 ES 98914546 T ES98914546 T ES 98914546T ES 98914546 T ES98914546 T ES 98914546T ES 2244055 T3 ES2244055 T3 ES 2244055T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- layer
- silicon carbide
- group iii
- nitride
- epitaxial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 5
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 37
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 11
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 10
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000854350 Enicospilus group Species 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 TMG Chemical class 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000009365 direct transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K gallium trichloride Chemical compound Cl[Ga](Cl)Cl UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/931—Silicon carbide semiconductor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
La invención se refiere a un procedimiento para recuperar sustratos de carburo de silicio sobre superficies listas para usar, de estructuras heteroepitaxiales de nitruros del grupo III sobre sustratos de carburo de silicio. El procedimiento comprende someter a la capa epitaxial de nitruros del grupo III sobre un sustrato de carburo de silicio a una tensión que aumente suficientemente el número de dislocaciones de la capa epitaxial y hacer así que la capa epitaxial se someta al ataque y disolución en un ácido mineral, pero que no afecte al sustrato de silicio, y después poner en contacto la capa epitaxial con un ácido mineral para eliminar el nitruro del grupo III mientras permanece el sustrato de carburo de silicio inalterado.
Description
Recuperación de sustratos de carburo de silicio
con superficie útil.
La presente invención se refiere a la fabricación
de dispositivos semiconductores a partir de materiales de banda de
energía prohibida ancha y, en particular, se refiere a un método de
recuperación de sustratos de carburo de silicio a partir de
estructuras de material compuesto de tales sustratos con capas
epitaxiales de nitruros del grupo III.
La presente invención se refiere al reciente
aumento en la investigación, desarrollo, fabricación y uso de
dispositivos electrónicos fabricados a partir de semiconductores de
banda de energía prohibida ancha, específicamente los que incluyen
carburo de silicio (SiC) y nitruros del grupo III (es decir, el
grupo III de la tabla periódica: B, Al, Ga, In, Tl) tales como
nitruro de galio (GaN). Ambos materiales han generado tal interés
por varios motivos. El carburo de silicio es un material candidato
atractivo para aplicaciones de semiconductores debido a su banda de
energía prohibida ancha (2,99 eV para el SiC alfa a 300 K) y sus
demás excepcionales propiedades electrónicas, físicas, térmicas y
químicas.
El nitruro de galio, aunque no comparte todas las
mismas propiedades físicas que el carburo de silicio, ofrece la
ventaja electrónica de ser un emisor de transmisión directa de banda
de energía prohibida ancha (3,36 eV a 300 K). Dicho de manera algo
diferente, el carburo de silicio y el nitruro de galio son
materiales candidatos ideales para producir diodos emisores de luz
(LED) que, debido a su banda de energía prohibida ancha, pueden
emitir a energías superiores. En cuanto a las características de la
luz, una energía superior representa frecuencias superiores y
longitudes de onda más largas. En particular, el nitruro de galio y
el carburo de silicio tienen bandas de energía prohibida lo
suficientemente anchas como para permitirles emitir luz en la parte
del azul del espectro visible (es decir, a longitudes de onda de
entre aproximadamente 455 y 492 nanómetros, nm), un color que no
puede producirse directamente por la mayor parte de los demás
materiales semiconductores. En Sze, Physics of Semiconductor
Devices, (1981), y particularmente en el capítulo 12, páginas
681-742, se expone una meticulosa discusión sobre
dispositivos optoelectrónicos y su diseño, la teoría en que se basa
su funcionamiento, con discusiones relacionadas de fotodetectores en
el capítulo 13 (página 743) y celdas solares en el capítulo 14
(página 790). Tales antecedentes y teoría no se tratarán
adicionalmente en el presente documento más que lo necesario para
describir la presente invención.
En resumen, sin embargo, el carburo de silicio es
un emisor indirecto, lo que significa que una parte de la energía
generada por cada transición se genera como energía vibracional en
lugar de como luz emitida. En comparación, el nitruro de galio es un
emisor directo en el que toda la energía generada por una transición
se emite como luz. Por tanto, para cualquier corriente de entrada
dada, el nitruro de galio ofrece la posibilidad de LED más eficaces,
que el carburo de silicio. Hasta la fecha, sin embargo, no se ha
producido el nitruro de galio en forma cristalina a granel y, por
tanto, con el fin de formar un LED u otro dispositivo
optoelectrónico a partir de nitruro de galio, deben formarse capas
epitaxiales de nitruro de galio sobre algún material de sustrato
adecuado.
De manera convencional, el zafiro ha sido el
material de sustrato preferido para el nitruro de galio debido a sus
propiedades físicas y debido a la coincidencia generalmente
satisfactoria de la red cristalina entre el nitruro de galio y el
zafiro (Al_{2}O_{3}). Sin embargo, el zafiro no puede hacerse
electrónicamente conductor y, por tanto, la geometría física de los
LED formados a partir de capas epitaxiales de nitruro de galio sobre
sustratos de zafiro son normalmente de la variedad del "mismo
lado" en lugar de la geometría de LED "vertical"
generalmente más preferida. Tal como se utiliza en el presente
documento, el término "vertical" se refiere a un LED en el que
pueden situarse contactos óhmicos en las caras opuestas del
dispositivo en lugar de sobre una cara común.
En consecuencia, y además de sus propiedades
electrónicas ventajosas propias, el carburo de silicio proporciona
un excelente material de sustrato para dispositivos de nitruro de
galio y otros nitruros del grupo III. En consecuencia, muchos de los
recientes avances en la producción de LED azules se han basado en
una combinación de tales capas epitaxiales de nitruro de galio sobre
sustratos de carburo de silicio.
Aunque la fabricación de tales dispositivos de
GaN-SiC ha progresado rápidamente, el crecimiento
epitaxial de tales materiales, tales como nitruro de galio sobre
carburo de silicio, continúa representando un procedimiento
complicado, y uno en el que una proporción sustancial de intentos
produce precursores de dispositivos que son insatisfactorios por uno
o más motivos.
Más particularmente, un LED de GaN sobre SiC
normalmente consiste en un sustrato de SiC con un contacto óhmico
posterior, una o más capas intermedias ("buffer layers") sobre
el sustrato de SiC que proporcionan una transición de la red
cristalina entre el SiC y el GaN, y al menos dos capas epitaxiales
de nitruro de galio sobre la capa intermedia. Las capas de nitruro
de galio incluyen al menos una capa de tipo p y una capa de tipo n,
adyacentes entre sí, para formar la unión p-n del
dispositivo. Normalmente se hace un contacto óhmico superior a la
capa superior de nitruro de galio, o en algunos casos a otro
material que por algún otro motivo deseado forma la capa superior
del dispositivo.
Tal como conocen bien los expertos habituales en
esta industria, los sustratos de semiconductores normalmente se
cortan a partir de cristales a granel en la forma de discos
circulares, denominados generalmente como "obleas", sobre los
que se forman otras capas diversas, tales como capas epitaxiales de
GaN. Debido a que el crecimiento a granel del carburo de silicio y
la preparación de obleas de carburo de silicio son ambos
procedimientos que representan un importante desafío técnico e
inversión económica, las obleas son, a su vez, bastante valiosas.
Sin embargo, si tras hacer crecer las capas epitaxiales de nitruro
de galio sobre la oblea de SiC, se encuentra que son defectuosas o
simplemente insatisfactorias, desde el punto de vista de la calidad
deseada, la oblea completa se convierte en un producto de
desecho.
Por tanto, existe la necesidad de eliminar
nitruro de galio de carburo de silicio de una manera que conserve la
oblea de carburo de silicio. De manera bastante interesante, el
reciente éxito del crecimiento epitaxial de alta calidad de nitruro
de galio sobre carburo de silicio ha agravado este problema.
Concretamente, las capas epitaxiales de nitruro de galio (y otros
nitruros del grupo III) de alta calidad requeridas para producir LED
apropiados, son de manera similar mucho más resistentes a las
técnicas normales (normalmente ataque químico por vía húmeda o por
vía seca) utilizadas para eliminar el material no deseado en
procedimientos de semiconductores convencionales. Se expone una
meticulosa discusión sobre el ataque iónico reactivo de capas
epitaxiales de nitruro de galio (y otros nitruros del grupo III) de
alta calidad y el efecto que la calidad de la película tiene sobre
la velocidad del ataque químico en Hughes et al., Reactive
Ion Etching on AlN, AlGaN, y GaN Using BCl_{3}, Proceedings of
the First International Symposium on Gallium Nitride and Related
Materials, Boston, MA, EE.UU. (27.11.-01.12.1995), 395, MATERIAL
RES. SOC'Y SYMP. PROC. 757-762 (1996). Tal como se
indica en el artículo al que se ha hecho referencia anteriormente,
la velocidad de ataque químico de AlN, AlGaN y GaN, depende
enormemente de la calidad de la película.
Por tanto, es un objeto de la presente invención
proporcionar un método para recuperar sustratos de carburo de
silicio con superficie útil a partir de estructuras
heteroepitaxiales de nitruros del grupo III sobre sustratos de
carburo de silicio, particularmente cuando las capas de nitruros del
grupo III son materiales cristalinos de alta calidad.
La invención satisface este objeto con el método
de recuperación de tales sustratos sometiendo una capa epitaxial de
nitruro del grupo III sobre un sustrato de carburo de silicio a una
tensión que aumenta suficientemente el número de dislocaciones en la
capa epitaxial para hacer la capa epitaxial objeto de ataque y
disolución en un ácido mineral, pero que por lo demás no afecta al
sustrato de carburo de silicio, y posteriormente poniendo en
contacto la capa epitaxial con un ácido mineral para eliminar el
nitruro del grupo III, mientras queda el sustrato de carburo de
silicio sin afectar.
La invención es un método de recuperación de
sustratos de carburo de silicio con superficie útil a partir de
estructuras heteroepitaxiales de nitruros del grupo III sobre
sustratos de carburo de silicio. El método comprende someter una
capa epitaxial de nitruro del grupo III sobre un sustrato de carburo
de silicio a una tensión que aumenta suficientemente el número de
dislocaciones en la capa epitaxial para hacer la capa epitaxial
objeto de ataque y disolución en un ácido mineral, pero que por lo
demás no afecta al sustrato de carburo de silicio. Posteriormente,
se pone en contacto la capa epitaxial con un ácido mineral para
eliminar el nitruro del grupo III, mientras queda el sustrato de
carburo de silicio sin afectar.
Debido a que el nitruro de galio es el nitruro
del grupo III utilizado más comúnmente para LED, la memoria
descriptiva se referirá a menudo al nitruro de galio. Sin embargo,
se entenderá que la invención engloba todos los nitruros del grupo
III descritos anteriormente, incluyendo nitruros binarios, ternarios
y terciarios. Tales nitruros binarios también incluyen nitruro de
aluminio (AlN) y nitruro de indio (InN). Los nitruros ternarios
incluyen los denominados frecuentemente como "nitruro de aluminio
y galio" y que se designan normalmente mediante la fórmula
empírica Al_{x}Ga_{1-x}N. Se entenderá que esta
fórmula general se utiliza para hacer referencia a una variedad de
compuestos de nitruro de aluminio y galio que son similares de
muchas maneras, pero que difieren según las fracciones atómicas de
aluminio y galio, con propiedades algo diferentes también.
Los nitruros terciarios del grupo III hacen
referencia, por ejemplo, a nitruro de indio, aluminio y galio, que
se designa de manera similar como
In_{x}Al_{y}Ga_{1-x-y}N. Los
motivos para utilizar nitruro de galio, nitruro de aluminio y galio
o cualquier otro nitruro ternario o terciario se exponen a modo de
ejemplo, pero ciertamente no limitante, en las patentes de los
EE.UU. números 5.523.589; 5.592.501 y 5.739.554; todas las cuales
son de cesionario común con la presente invención.
Aunque los inventores no desean ceñirse a ninguna
teoría particular de esta invención, parece que los recientes éxitos
en el crecimiento de cristales de nitruros del grupo III sobre
carburo de silicio han producido capas de nitruros del grupo III de
alta calidad cuya estructura cristalina es menos sensible al ataque
químico por vía húmeda de lo que lo son las capas de nitruros del
grupo III producidas mediante otras técnicas. Por tanto, aunque se
ha reconocido en un sentido que el nitruro de galio y otros nitruros
del grupo III son menos sensibles al ataque químico por vía húmeda,
los nitruros del grupo III de calidad superior no son tan sensibles.
En consecuencia, parece que estas capas epitaxiales de nitruro de
galio de calidad superior deben llevarse físicamente a una calidad
inferior ("la etapa de tensión") antes de que puedan atacarse
satisfactoriamente con un ataque químico por vía húmeda tal como un
ácido mineral.
Además, se entenderá que los defectos a los que
se hace referencia en el presente documento, aunque frecuentemente
se etiquetan como "dislocaciones" incluyen, pero sin limitarse
a ellos, deslizamientos, dislocaciones de borde y dislocaciones
helicoidales.
En consecuencia, en realizaciones preferidas de
la invención, existen varias técnicas para aplicar la tensión.
Una primera técnica consiste en elevar la
temperatura del sustrato y las capas epitaxiales hasta una
temperatura suficiente para disociar el nitruro de galio. En
realizaciones más preferidas, esta técnica comprende el
calentamiento del sustrato y las capas epitaxiales hasta una
temperatura de aproximadamente 1000ºC en presencia de oxígeno o
argón. El equipo utilizado para estas etapas de calentamiento es por
lo demás el convencional en esta técnica, y puede utilizarse para
practicar la invención sin demasiada experimentación.
En otra realización, la etapa de tensión
comprende exponer el sustrato y las capas epitaxiales a un recocido
térmico rápido (RTA). Tal como se utiliza en el presente documento,
el recocido térmico rápido se refiere a la técnica generalmente bien
conocida en las técnicas de semiconductores en las que se coloca un
artículo, tal como un material semiconductor, en un dispositivo que,
debido a sus capacidades físicas, puede elevar la temperatura del
material semiconductor muy rápidamente; es decir, del orden de
aproximadamente 10ºC por segundo. De nuevo, aunque no se desea
ceñirse a ninguna teoría particular, parece que cuando se somete el
desajuste reticular entre el nitruro de galio y el carburo de
silicio (incluso en presencia de una capa intermedia) a tal tensión
térmica rápida (que no se espera en ningún uso ordinario del
dispositivo), el desajuste crea o aumenta el número de defectos en
el cristal, particularmente defectos de dislocación, que permiten al
ácido mineral atacar y eliminar el nitruro del grupo III.
En algunas realizaciones, el recocido térmico
rápido se lleva a cabo a una presión relativamente baja (por
ejemplo, de aproximadamente 1,3 x 10^{-4}Pa (10^{-6} torr)),
mientras que en otras circunstancias, el recocido térmico rápido se
lleva a cabo en una atmósfera ambiental (aire) a altas temperaturas
(por ejemplo, de 1050ºC).
Aún en otra realización, la etapa de someter la
capa de nitruro del grupo III a tensión puede comprender someter a
abrasión física la capa, por ejemplo, bombardeándola con polvos de
carburo de silicio u óxido de aluminio. Sin embargo, actualmente
parece que tales métodos de abrasión física también pueden producir
un daño subyacente al sustrato de carburo de silicio, que es un
resultado menos deseable.
En las realizaciones preferidas del método, la
etapa de poner en contacto la capa epitaxial con un ácido mineral
comprende poner en contacto la capa con ácido fosfórico
(H_{3}PO_{4}). De la manera más preferida, se utiliza
H_{3}PO_{4} al 85%, calentado hasta aproximadamente 170ºC, para
eliminar las capas epitaxiales de nitruro. En una realización
preferida, el aparato de ataque químico comprende un vaso de
precipitados de cuarzo y un condensador Wollam. El condensador
mantiene la disolución de H_{3}PO_{4} al 85% evitando que se
evapore.
Tal como se indicó anteriormente, la dificultad
para eliminar el nitruro de galio del sustrato se refiere de nuevo a
la calidad de la capa epitaxial de nitruro de galio que, a su vez,
se refiere de nuevo al método mediante el que se produce. Por tanto,
en otro aspecto, la invención comprende la etapa de depositar la
capa epitaxial de nitruro del grupo III sobre el sustrato antes de
la etapa de someter la capa a tensión. Más particularmente, se ha
encontrado que las capas epitaxiales de nitruros del grupo III de
alta calidad electrónicamente y, por tanto, las más difíciles de
eliminar, tienden a producirse mediante deposición química en fase
de vapor mediante organometálicos (MOCVD), y normalmente son de
calidad superior a las producidas mediante epitaxia en fase de vapor
(VPE). Aunque estos procedimientos son similares en gran medida, tal
como se utiliza en el presente documento, la epitaxia en fase de
vapor se refiere a procedimientos tales como aquellos en los que se
burbujea un gas (tal como una mezcla de cloruro de hidrógeno e
hidrógeno) a través de galio líquido para producir un vapor de
cloruro de galio, que luego se dirige para reaccionar con un gas que
contiene nitrógeno, normalmente amoniaco (NH_{3}), para formar
nitruro de galio. Algunos procedimientos de VPE parecen formar
intrínsecamente dislocaciones y tienden a capturar átomos de cloro o
iones cloruro en el material resultante.
Alternativamente, MOCVD utiliza un compuesto
organometálico (en el que el elemento del grupo III es el metal) en
la fase de vapor. En cierta medida, el compuesto en fase de vapor se
disociará para formar radicales metálicos. Estos radicales
reaccionan, a su vez, con el gas que contiene nitrógeno (de nuevo
normalmente amoniaco) para formar el nitruro del grupo III. El
trimetilgalio ("TMG", (CH_{3})_{3}Ga) es una fuente
organometálica preferida para el galio.
Por tanto, en la presente invención la etapa de
depositar la capa epitaxial de nitruro del grupo III sobre el
sustrato de carburo de silicio comprende preferiblemente MOCVD. A su
vez, la MOCVD se lleva a cabo preferiblemente a partir de la
reacción en fase de vapor entre un compuesto orgánico del grupo III
tal como TMG, y amoniaco (NH_{3}).
Sin embargo, se entenderá que la invención no
está limitada por el método en el que se depositan capas de nitruro
del grupo III. Otros métodos apropiados pueden incluir (pero sin
limitarse a ellos) la epitaxia de haces moleculares (MBE), la VPE
mencionada anteriormente y la epitaxia en fase líquida (LPE).
También se ha llegado a reconocer en los últimos
años que una capa o capas intermedias situadas entre el sustrato de
carburo de silicio y las capas epitaxiales de nitruro de galio
pueden mejorar enormemente la calidad de esas capas epitaxiales. Por
tanto, una realización preferida de la invención comprende además
depositar tal capa intermedia sobre el sustrato de carburo de
silicio antes de la etapa de depositar las capas epitaxiales de
nitruro del grupo III. Se describen capas intermedias adecuadas en
varias de las patentes ya citadas así como en la patente de los
EE.UU. número 5.393.993, que es de cesionario común con la presente
invención, y que se incorpora en su totalidad como referencia al
presente documento. El método de la invención también elimina estas
capas intermedias.
En resumen, la invención produce una oblea de
carburo de silicio que es, por lo demás, indistinguible de las
obleas que nunca han llevado capas epitaxiales de nitruro del grupo
III. Tales obleas recuperadas pueden utilizarse o tratarse en
consecuencia de la misma manera que las obleas "nuevas",
ofreciendo así beneficios significativos en la eficacia y economía
de la producción de obleas y dispositivos.
En la memoria descriptiva, se han expuesto
realizaciones preferidas y de ejemplo, que se han incluido a modo de
ejemplo y sin limitación, exponiéndose el alcance de la invención en
las siguientes reivindicaciones.
Claims (9)
1. Método de recuperación de sustratos de carburo
de silicio con superficie útil a partir de estructuras
heteroepitaxiales de nitruros del grupo III sobre sustratos de
carburo de silicio, eliminando los nitruros de los sustratos;
caracterizado por:
someter una capa epitaxial de nitruro del grupo
III sobre un sustrato de carburo de silicio a una tensión que
aumenta suficientemente el número de dislocaciones en la capa
epitaxial para hacer la capa epitaxial objeto de ataque y disolución
en un ácido mineral, pero que por lo demás no afecta al sustrato de
carburo de silicio; y
posteriormente poner en contacto la capa
epitaxial con un ácido mineral para eliminar el nitruro del grupo
III, mientras queda el sustrato de carburo de silicio sin
afectar.
2. Método según la reivindicación 1, en el que la
etapa de someter la capa de nitruro del grupo III a una tensión
comprende someter una capa de Al_{x}Ga_{1-x}N a
una tensión.
3. Método según la reivindicación 1, en el que la
etapa de someter la capa de nitruro del grupo III a una tensión
comprende someter una capa de nitruro de galio a una tensión.
4. Método según la reivindicación 1, en el que la
etapa de tensión comprende calentar el sustrato y la capa epitaxial
hasta una temperatura suficiente para hacer que la capa epitaxial se
disocie.
5. Método según la reivindicación 1, en el que la
etapa de tensión comprende someter al sustrato y la capa epitaxial a
un recocido térmico rápido.
6. Método según la reivindicación 5, en el que el
recocido térmico rápido se lleva a cabo a baja presión.
7. Método según la reivindicación 5, en el que el
recocido térmico rápido se lleva a cabo en una atmósfera ambiental a
alta temperatura.
8. Método según la reivindicación 1, en el que la
etapa de poner en contacto la capa epitaxial con un ácido mineral
comprende poner en contacto la capa con ácido fosfórico concentrado
caliente.
9. Método según la reivindicación 1, en el que la
etapa de someter la capa de nitruro del grupo III a una tensión
comprende someter a abrasión física la capa.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/840,961 US5923946A (en) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | Recovery of surface-ready silicon carbide substrates |
| US840961 | 1997-04-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2244055T3 true ES2244055T3 (es) | 2005-12-01 |
Family
ID=25283677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES98914546T Expired - Lifetime ES2244055T3 (es) | 1997-04-17 | 1998-04-07 | Recuperacion de sustratos de carburo de silicio con superficie util. |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5923946A (es) |
| EP (1) | EP0976162B1 (es) |
| JP (1) | JP4063336B2 (es) |
| KR (1) | KR100569796B1 (es) |
| CN (1) | CN1123073C (es) |
| AT (1) | ATE299296T1 (es) |
| AU (1) | AU6887498A (es) |
| CA (1) | CA2286019C (es) |
| DE (1) | DE69830788T2 (es) |
| ES (1) | ES2244055T3 (es) |
| TW (1) | TW385487B (es) |
| WO (1) | WO1998047185A1 (es) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5679152A (en) * | 1994-01-27 | 1997-10-21 | Advanced Technology Materials, Inc. | Method of making a single crystals Ga*N article |
| US6533874B1 (en) | 1996-12-03 | 2003-03-18 | Advanced Technology Materials, Inc. | GaN-based devices using thick (Ga, Al, In)N base layers |
| CN1142598C (zh) | 1997-07-25 | 2004-03-17 | 日亚化学工业株式会社 | 氮化物半导体发光器件 |
| US6459100B1 (en) * | 1998-09-16 | 2002-10-01 | Cree, Inc. | Vertical geometry ingan LED |
| US6503769B2 (en) * | 1998-10-26 | 2003-01-07 | Matsushita Electronics Corporation | Semiconductor device and method for fabricating the same |
| JP3770014B2 (ja) | 1999-02-09 | 2006-04-26 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
| KR100683877B1 (ko) | 1999-03-04 | 2007-02-15 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 레이저소자 |
| US6995032B2 (en) * | 2002-07-19 | 2006-02-07 | Cree, Inc. | Trench cut light emitting diodes and methods of fabricating same |
| AU2003301057A1 (en) * | 2002-12-20 | 2004-07-22 | Cree, Inc. | Methods of forming semiconductor mesa structures including self-aligned contact layers and related devices |
| US20050079642A1 (en) * | 2003-10-14 | 2005-04-14 | Matsushita Elec. Ind. Co. Ltd. | Manufacturing method of nitride semiconductor device |
| US7008861B2 (en) * | 2003-12-11 | 2006-03-07 | Cree, Inc. | Semiconductor substrate assemblies and methods for preparing and dicing the same |
| JP2006253172A (ja) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Toshiba Corp | 半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光素子の製造方法 |
| US20060267043A1 (en) * | 2005-05-27 | 2006-11-30 | Emerson David T | Deep ultraviolet light emitting devices and methods of fabricating deep ultraviolet light emitting devices |
| TWI362769B (en) | 2008-05-09 | 2012-04-21 | Univ Nat Chiao Tung | Light emitting device and fabrication method therefor |
| TW201310692A (zh) * | 2011-08-31 | 2013-03-01 | Solution Chemicals Inc | Ｌｅｄ之基板重製方法 |
| CN102593285B (zh) * | 2012-03-06 | 2014-07-09 | 华灿光电股份有限公司 | 一种回收图形化蓝宝石衬底的方法 |
| KR101226905B1 (ko) * | 2012-07-31 | 2013-01-29 | 주식회사 세미콘라이트 | 3족 질화물 반도체 증착용 기판의 재생 방법 |
| KR101226904B1 (ko) * | 2012-07-31 | 2013-01-29 | 주식회사 세미콘라이트 | 3족 질화물 반도체 증착용 기판의 재생 방법 |
| CN103730548B (zh) * | 2013-12-28 | 2016-07-06 | 福建省诺希新材料科技有限公司 | 一种利用高温氧化性气体回收图案化蓝宝石衬底的方法 |
| TWI737610B (zh) * | 2015-05-20 | 2021-09-01 | 美商納諾光子公司 | 用於改進發光二極體之效率的程序 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50113500A (es) * | 1974-02-15 | 1975-09-05 | ||
| US3923567A (en) * | 1974-08-09 | 1975-12-02 | Silicon Materials Inc | Method of reclaiming a semiconductor wafer |
| US4009299A (en) * | 1975-10-22 | 1977-02-22 | Motorola, Inc. | Tin strip formulation for metal to glass seal diodes |
| JPS5343480A (en) * | 1976-10-01 | 1978-04-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Etching method of gallium nitride |
| JPS60960B2 (ja) * | 1979-12-17 | 1985-01-11 | 松下電器産業株式会社 | 窒化ガリウム発光素子アレイの製造方法 |
| DE3725346A1 (de) * | 1987-07-30 | 1989-02-09 | Nukem Gmbh | Verfahren zur wiederverwendung von silizium-basismaterial einer metall-isolator-halbleiter-(mis)-inversionsschicht-solarzelle |
| JPH02228470A (ja) * | 1989-03-02 | 1990-09-11 | Toshiba Corp | スパッタターゲット |
| US5030536A (en) * | 1989-12-26 | 1991-07-09 | Xerox Corporation | Processes for restoring amorphous silicon imaging members |
| US5131979A (en) * | 1991-05-21 | 1992-07-21 | Lawrence Technology | Semiconductor EPI on recycled silicon wafers |
| US5393993A (en) * | 1993-12-13 | 1995-02-28 | Cree Research, Inc. | Buffer structure between silicon carbide and gallium nitride and resulting semiconductor devices |
| EP0668611A1 (en) * | 1994-02-22 | 1995-08-23 | International Business Machines Corporation | Method for recovering bare semiconductor chips from plastic packaged modules |
| US5523589A (en) * | 1994-09-20 | 1996-06-04 | Cree Research, Inc. | Vertical geometry light emitting diode with group III nitride active layer and extended lifetime |
| SE9501312D0 (sv) * | 1995-04-10 | 1995-04-10 | Abb Research Ltd | Method for procucing a semiconductor device |
-
1997
- 1997-04-17 US US08/840,961 patent/US5923946A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-04-07 AT AT98914546T patent/ATE299296T1/de not_active IP Right Cessation
- 1998-04-07 WO PCT/US1998/006836 patent/WO1998047185A1/en active IP Right Grant
- 1998-04-07 CA CA002286019A patent/CA2286019C/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-07 EP EP98914546A patent/EP0976162B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-07 AU AU68874/98A patent/AU6887498A/en not_active Abandoned
- 1998-04-07 JP JP54398498A patent/JP4063336B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-07 CN CN98804197A patent/CN1123073C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-07 KR KR1019997009641A patent/KR100569796B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1998-04-07 ES ES98914546T patent/ES2244055T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-07 DE DE69830788T patent/DE69830788T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-17 TW TW087105882A patent/TW385487B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU6887498A (en) | 1998-11-11 |
| KR20010006551A (ko) | 2001-01-26 |
| CA2286019C (en) | 2003-10-07 |
| TW385487B (en) | 2000-03-21 |
| WO1998047185A1 (en) | 1998-10-22 |
| KR100569796B1 (ko) | 2006-04-10 |
| DE69830788T2 (de) | 2006-05-04 |
| JP4063336B2 (ja) | 2008-03-19 |
| US5923946A (en) | 1999-07-13 |
| EP0976162B1 (en) | 2005-07-06 |
| EP0976162A1 (en) | 2000-02-02 |
| JP2001525121A (ja) | 2001-12-04 |
| DE69830788D1 (de) | 2005-08-11 |
| CN1252895A (zh) | 2000-05-10 |
| CA2286019A1 (en) | 1998-10-22 |
| CN1123073C (zh) | 2003-10-01 |
| ATE299296T1 (de) | 2005-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2244055T3 (es) | Recuperacion de sustratos de carburo de silicio con superficie util. | |
| JP4741506B2 (ja) | 大面積で均一な低転位密度ＧａＮ基板およびその製造プロセス | |
| KR100691159B1 (ko) | 질화갈륨계 반도체의 제조 방법 | |
| KR101020958B1 (ko) | 산화갈륨기판 제조방법, 발광소자 및 발광소자 제조방법 | |
| JPH03218625A (ja) | ｐ形窒化ガリウム系化合物半導体結晶の作製方法 | |
| WO2005088687A1 (ja) | 窒化ガリウム系半導体基板の作製方法 | |
| JP3729065B2 (ja) | 窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法及び窒化物半導体エピタキシャルウェハ | |
| US20060130745A1 (en) | Domain epitaxy for thin film growth | |
| JP3658756B2 (ja) | 化合物半導体の製造方法 | |
| JP2004288934A (ja) | サファイア基板とその製造方法、エピタキシャル基板および半導体装置とその製造方法 | |
| JP3975700B2 (ja) | 化合物半導体の製造方法 | |
| JP2002274997A (ja) | ＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法 | |
| JP2004307253A (ja) | 半導体基板の製造方法 | |
| JP2005005723A (ja) | 窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法及び窒化物半導体エピタキシャルウェハ | |
| JP2008273792A (ja) | 金属窒化物層の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体およびその製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体製造用基板 | |
| JP4192430B2 (ja) | 窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法 | |
| KR101055763B1 (ko) | 이온주입층을 사용하여 기판에서 질화물 반도체층을분리하는 방법 | |
| JP2004099405A (ja) | 窒化物半導体積層体及びその成長方法 | |
| KR101155061B1 (ko) | 질화물 반도체 기판 및 이의 제조방법 | |
| KR101967716B1 (ko) | 질화갈륨 웨이퍼의 제조방법 | |
| KR20060072693A (ko) | 질화갈륨(ＧａＮ)기판 및 그의 제조 방법 | |
| Miskys | New Substrates for Epitaxy of Group III Nitride Semiconductors: Challenges and Potential | |
| JP2003218043A (ja) | ＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法 | |
| Hattori et al. | Structure, Morphology, and Stoichiometry of GaN (0001) Surfaces Through Various Cleaning Procedures | |
| Lee | Aluminum nitride epitaxy on (0001) sapphire |