TW201413807A - 第ｉｉｉ族氮化物晶圓及其製造方法 - Google Patents

第ｉｉｉ族氮化物晶圓及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201413807A
TW201413807A TW102130676A TW102130676A TW201413807A TW 201413807 A TW201413807 A TW 201413807A TW 102130676 A TW102130676 A TW 102130676A TW 102130676 A TW102130676 A TW 102130676A TW 201413807 A TW201413807 A TW 201413807A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
group iii
iii nitride
wafer
layer
nitride wafer
Prior art date
Application number
TW102130676A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI621163B (zh
Inventor
Tadao Hashimoto
Edward Letts
Sierra Hoff
Original Assignee
Sixpoint Materials Inc
Seoul Semiconductor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=48050922&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=TW201413807(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Sixpoint Materials Inc, Seoul Semiconductor Co Ltd filed Critical Sixpoint Materials Inc
Publication of TW201413807A publication Critical patent/TW201413807A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI621163B publication Critical patent/TWI621163B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
    • C30B7/10—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions by application of pressure, e.g. hydrothermal processes
    • C30B7/105—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions by application of pressure, e.g. hydrothermal processes using ammonia as solvent, i.e. ammonothermal processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/08—Etching
    • C30B33/10—Etching in solutions or melts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02013—Grinding, lapping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02019—Chemical etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本發明揭示一種其中一個表面可在視覺上區別於另一表面之第III族氮化物晶圓(例如GaN、AlN、InN及其合金)。在藉由機械方法(例如多線鋸)自第III族氮化物塊晶切割該晶圓後，化學蝕刻該晶圓以使該晶圓之一表面可在視覺上區別於另一表面。本發明亦揭示一種製造該等晶圓之方法。

Description

第III族氮化物晶圓及其製造方法 [相關申請案之交叉參考]
本申請案主張由Tadao Hashimoto、Edward Letts及Sierra Hoff於2012年8月28日申請之名為「GROUP III NITRIDE WAFER AND ITS PRODUCTION METHOD」之美國申請案第61/694,119號之優先權，該案之全文係以引用方式併入本文中，就如同在下文中完全闡述一般。
本申請案係與以下美國專利申請案相關：由Kenji Fujito、Tadao Hashimoto及Shuji Nakamura於2005年7月8日申請之名為「METHOD FOR GROWING GROUP III-NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA USING AN AUTOCLAVE」且代理案號係30794.0129-WO-01(2005-339-1)之PCT實用新型專利申請案第US2005/024239號；由Tadao Hashimoto、Makoto Saito及Shuji Nakamura於2007年4月6日申請之名為「METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS」且代理案號係30794.179-US-U1(2006-204)之美國實用新型專利申請案第11/784,339號，該申請案根據35 U.S.C.Section 119(e)主張由Tadao Hashimoto、Makoto Saito及Shuji Nakamura於2006年4月7日申請之名為「METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS」且代理案號係30794.179-US-P1(2006-204)之美國臨時專利申請案第60/790,310號的權益；由Tadao Hashimoto及Shuji Nakamura於2007年9月19日申請之名為「GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD」且代理案號係30794.244-US-P1(2007-809-1)之美國實用新型專利申請案第60/973,662號；由Tadao Hashimoto於2007年10月25日申請之名為「METHOD FOR GROWING GROUP III-NITRIDE CRYSTALS IN A MIXTURE OF SUPERCRITICAL AMMONIA AND NITROGEN,AND GROUP III-NITRIDE CRYSTALS GROWN THEREBY」且代理案號係30794.253-US-U1(2007-774-2)之美國實用新型專利申請案第11/977,661號；由Tadao Hashimoto、Edward Letts及Masanori Ikari於2008年2月25日申請之名為「METHOD FOR PRODUCING GROUP III-NITRIDE WAFERS AND GROUP III-NITRIDE WAFERS」且代理案號係62158-30002.00之美國實用新型專利申請案第61/067,117號；由Edward Letts、Tadao Hashimoto及Masanori Ikari於2008年6月4日申請之名為「METHODS FOR PRODUCING IMPROVED CRYSTALLINITY GROUP III-NITRIDE CRYSTALS FROM INITIAL GROUP III-NITRIDE SEED BY AMMONOTHERMAL GROWTH」且代理案號係62158-30004.00之美國實用新型專利申請案第61/058,900號；由Tadao Hashimoto、Edward Letts及Masanori Ikari於2008年6月4日申請之名為「HIGH-PRESSURE VESSEL FOR GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS AND METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS USING HIGH-PRESSURE VESSEL AND GROUP III NITRIDE CRYSTAL」且代理案號係62158-30005.00之美國實用新型專利申請案第61/058,910號；由Tadao Hashimoto、Masanori Ikari及Edward Letts於2008年6月12日申請之名為「METHOD FOR TESTING III-NITRIDE WAFERS AND III-NITRIDE WAFERS WITH TEST DATA」且代理案號係62158-30006.00之美國實用新型專利申請案第61/131,917號；該等申請案之全文係以引用方式併入本文中，就如同在下文中完全闡述一般。
本發明係關於一種用於製造各種裝置(包括光電子及電子裝置，例如發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)、光探測器及電晶體)之半導體晶圓。更特定言之，本發明係關於一種由第III族氮化物組成的複合半導體晶圓。
(注意：本專利申請案參考如藉由括號內之數字(例如[x])所指示之若干公開案及專利案。此等公開案及專利案之列表可見於標題為「參考文獻」之部分中。)
氮化鎵(GaN)及其相關第III族氮化物合金係各種光電子及電子裝置(例如LED、LD、微波功率電晶體及日盲式光探測器)的重要材料。然而，大多數此等裝置係磊晶生長於異質基板(或晶圓)(例如藍寶石及碳化矽)上，因為GaN晶圓與此等異質磊晶基板相比極為昂貴。第III族氮化物的異質磊晶生長導致高度缺陷或甚至破裂的薄膜，從而阻礙獲得高端電子裝置(例如高功率微波電晶體)。
為解決所有因異質磊晶而引起的基本問題，必須使用自第III族氮化物塊晶切割的第III族氮化物晶圓。對於大多數裝置而言，GaN晶 圓係有利，因為其相對容易控制該晶圓的傳導性且GaN晶圓將提供與大多數裝置層之最小晶格/熱失配。然而，由於高熔點及在高溫下的高氮蒸氣壓，因此難以生長GaN塊晶。目前，大多數市售GaN晶圓係由稱為氫化物氣相磊晶法(HVPE)之方法製得。HVPE係氣相磊晶薄膜生長法，因此難以製造塊狀第III族氮化物晶體。由於晶體厚度之限制，線缺陷(例如位錯)及晶界之典型密度係在105cm-2高端至106cm-2低端之級別。
為獲得位錯及/或晶界密度小於106cm-2之高品質GaN晶圓，已開發稱為氨熱生長之新穎方法[1-6]。此外，存在其他塊體生長法(例如高壓溶液生長法或助熔劑法)[7-10]。可藉由氨熱生長或其他塊體生長法獲得位錯及/或晶界密度小於106cm-2之高品質GaN晶圓。然而，利用塊體生長方法製造晶圓產生一個在使用HVPE逐個製造晶圓時未出現的新問題。在HVPE中，第III族氮化物的厚膜係磊晶生長在基板(例如藍寶石或砷化鎵)上。然後，藉用機械或化學方法移除該基板。依此方式，該第III族氮化物晶圓的一面可明顯地區別於該晶圓之另一面，因為磊晶生長薄膜之頂面通常顯示結晶特徵(例如小凸起)。相反地，利用塊體生長法製造晶圓通常包含自生長的塊狀晶體切割晶圓。通常藉由多線鋸將塊狀晶體切割成晶圓。由於多線鋸係機械切割方法，因此即使該晶圓具有極性，切割出的晶圓的兩個表面也變得難以區分。因為區分一個表面與另一表面對晶圓製造之後續製程非常重要，所以製造具有可區別表面之的晶圓係重要。
本發明揭示一種其中一個表面可在視覺上區別於另一表面之第III族氮化物晶圓。在藉由機械方法(例如多線鋸)自第III族氮化物塊晶切割該晶圓後，蝕刻(較佳地，化學蝕刻)該晶圓，以使該晶圓之一表面可在視覺上區別於另一表面。本發明亦揭示一種製造該等晶圓之方 法。
1‧‧‧第一層(圖1)；Ga面(+極性表面)(圖3)
1a‧‧‧第一層表面
2‧‧‧第二層(圖1)；N面(-極性表面)(圖3)
2a‧‧‧第二層表面
3‧‧‧第三層
現在參照圖式，其中相同的參考數字在全文中代表相應的部件：圖1係本發明之第III族氮化物晶圓圖。在該圖中，各數字代表如下：1.第一層
1a.第一層表面
2.第二層
2a.第二層表面
3.第三層
圖2係製造本發明第III族氮化物晶圓之典型製程流程。
圖3係H3PO4蝕刻後的GaN晶圓的圖片。在該圖中，各數字代表如下：4. Ga面(+極性表面)
5. N面(-極性表面)
概述
本發明之第III族氮化物晶圓提供一種其中一個表面可在視覺上區別於另一表面的晶圓。該第III族氮化物晶圓適合製造多種光電子及電子裝置。不同於使用氣相磊晶之晶圓製造方法，藉由塊體生長方法(例如氨熱生長)生長第III族氮化物(例如GaN、AlN、InN或該第III族氮化物之合金)之塊晶。然後，藉由機械方法(例如多線鋸)自塊晶切割第III族氮化物晶圓。切割後，該晶圓之兩個表面顯得幾乎相同，因為該等表面因該機械處理而變得粗糙。為區別該兩個表面，化學蝕刻該等晶圓。在適當的化學蝕刻後，該晶圓之一個表面可在視覺上區別於 另一表面。
為製造適用於後續裝置製造的第III族氮化物晶圓，將該晶圓之一表面抛光。本發明使得可用視覺辨別應抛光的表面，以便可避免加工不當表面的錯誤。
本發明之技術描述
本發明提供一種其中一個表面可在視覺上區別於另一表面之第III族氮化物晶圓，以便進一步的抛光處理將在不發生加工不當面之錯誤下進行。圖1顯示本發明之一實例。當使用(例如)鋸或雷射自晶錠切割晶圓時，高定向多或單晶第III族氮化物之晶圓狀層(3)係夾於所形成的第一層(1)及第二層(2)之間。化學蝕刻該晶圓，以使第一層之表面(1a)可在視覺上區別於第二層之表面(2a)。一個表面與另一表面的區別通常在於粗糙度、光或顏色反射率的不同。
普通相的第III族氮化物晶體具有纖鋅礦結構且該晶體沿c-軸具有極性。若自第III族氮化物塊晶切割下的第III族氮化物晶圓具有c-平面定向(垂直於c-軸切割之晶圓)或半極性定向(不平行及垂直於c-軸切割之晶圓)，則該晶圓具有極性，即：一個表面係+極性(或第III族面)，且另一表面係-極性(或N面)。即使具有足夠大誤切的非極性a-或m-平面亦可變成極性。由於+極性表面上的化學、電子、物理、機械、及/或光學性質係不同於彼等-極性表面上者，因此對於裝置製造而言，加工正確表面係十分重要。然而，在切割製程之後，該兩個表面顯得幾乎相同，因為該切割係藉由機械方法進行。合適的蝕刻(例如化學蝕刻)使得一個表面在視覺上不同於另一表面，因此消除了進一步加工必須在哪個表面上進行的模糊性。
圖2顯示製造本發明晶圓之方法之一實例。首先，藉由塊體生長方法(例如氨熱生長、助熔劑生長或高壓溶液生長)生長第III族氮化物(例如GaN)之塊晶。接著，藉由(例如)機械方法(如多線鋸)自該第III族 氮化物塊晶切割較佳定向之晶圓。切割後，該等晶圓之兩個表面由於切割所產生的機械損傷而變得粗糙。由於該損傷，該等晶圓之此表面損傷層可為多晶相及/或非晶相。由於此機械或損傷，即使該等晶圓具有極性，兩個表面亦顯得幾乎相同。然後，充分蝕刻該等晶圓，以使其一個表面可在視覺上區別於另一表面。可利用酸、鹼或其他種類的濕或乾蝕刻劑進行蝕刻。若需要，可提高蝕刻劑的溫度以加快該處理。蝕刻可移除一些或所有損傷層。可蝕刻一個層之第III族極性面或另一層的N極性面。此外，該第一及第二層均可經蝕刻，只要該兩個層的表面外觀變得不同即可。
實例1
使用多晶GaN作為營養物、超臨界氨作為溶劑及鈉(相對於氨為5莫耳%)作為礦化劑，藉由氨熱法在GaN晶種上生長GaN塊晶。溫度係在500至550℃之間且壓力係在170至240MPa之間。晶體厚度係6.9mm，且表面積為約100mm2。自002平面之X射線繞射的半高全寬(FWHM)係900arcsec。由此FWHM數值，吾人估算出線缺陷及晶界之密度小於106cm-2。雖然未藉由光學及電測量分析該晶體之特徵，但預期彼等特徵係GaN塊晶的典型特徵。例如，預期光致發光或陰極發光展現來自約370nm之帶邊發射、約400nm之藍光發射的冷光及/或約600nm之黃色冷光。預期導電類型係n型或n+型，其中載體濃度為1017至1020cm-3。預期該晶體之光吸收係數為50cm-1或更小。該晶體之晶格常數係51.84790nm(就c晶格而言)及31.89343nm(就a晶格而言)。GaN的晶格常數可根據生長條件在10%的範圍內變化。
藉由多線鋸將該晶體切割成c-平面晶圓。晶圓厚度為約500微米，且由此特定晶體製得8塊晶圓。吾人可藉由改變線間距製造不同厚度的晶圓。另外，若晶體更厚或線更細，則可獲得更多晶圓。切割後，由於表面損傷，該等晶圓之兩個表面顯得極為相似。將切割的晶 圓置於晶圓載體中。再將該等載體中的晶圓浸入含於超音波浴中的丙酮中，以自晶圓去除金剛石漿液及有機物質。重複超音波浴中之丙酮清洗，直到金剛石漿液及有機物質被完全去除。若需要，可用纖維擦拭物擦拭晶圓表面。接著，將該等載體中之晶圓浸入含於超音波浴中的異丙醇中以去除丙酮，然後用去離子水進行清洗。在用鼓風機或於烘箱中輕微乾燥該等載體中之晶圓後，將載體中之晶圓浸入190℃之85重量% H3PO4中達30秒。再用去離子水清洗該等晶圓。蝕刻後，N面(-極性表面)因為化學蝕刻而變得光亮，而Ga面(+極性表面)之外觀未改變。如圖3所示，Ga面無法良好地反射光，而N面良好地反射光，故該表面可在視覺上辨別。
雖未分析兩個晶圓之表面的細節，但可進行N面的蝕刻，因為該表面受到機械及/或熱切割加工(即切割)的損傷。因此，本發明的蝕刻技術較佳利用機械方法自晶錠切割晶圓，然後採取較佳的化學蝕刻處理。該化學蝕刻亦可有效地完全或部分去除第III族氮化物晶圓之損傷層。
可藉由磨削、研磨及抛光該晶圓之Ga面或N面來製備具有適於裝置製造之表面的高品質GaN晶圓。由於該表面之外觀不同，因此將大幅減少抛光不當表面之錯誤，從而提高生產率。
優點及改良
本發明提供其中一個面可在視覺上區別於另一面之第III族氮化物晶圓。由於自切割製程過渡至抛光製程包括晶圓的再安裝，因此使各表面可在視覺上相互區別係非常重要。本發明的第III族氮化物晶圓將提高第III族氮化物晶圓(例如GaN)的總體生產率。
可能的改變
雖然較佳實施例已描述GaN基板，但該基板可為各種組成之第III族氮化物合金，例如AlN、AlGaN、InN、InGaN或GaAlInN。
雖然較佳實施例已描述氨熱生長法作為塊體生長法，但亦可使用其他生長方法，例如高壓溶液生長法、助熔劑生長法、氫化物氣相磊晶法、物理氣相傳輸法或昇華生長法。
雖然較佳實施例已描述c-平面晶圓，但本發明亦可適用於其他定向(例如半極性平面，包括10-1-1平面、20-2-1平面、11-21平面及11-22平面)。另外，本發明亦適用於自基底平面(例如c-平面、m-平面、a-平面及半極性平面)具有取向誤差之晶圓，只要該晶圓具有+極性(Ga面)及-極性(N面)表面即可。
雖然較佳實施例已描述藉由多線鋸進行切割，但亦可使用其他切割方法(如內片鋸、外片鋸及單線鋸)。另外，本發明亦適用於其他機械方法(如磨削及薄化)。
雖然較佳實施例已描述藉由熱磷酸進行蝕刻，但亦可使用其他酸性蝕刻劑，例如鹽酸、硫酸、硝酸、氢氟酸及其混合物。亦可使用鹼性蝕刻劑，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、其水溶液、其無水溶液及其低共熔溶液。另外，可使用其他蝕刻劑(如過氧化氫、碘基溶液)，只要一個表面變得可在視覺上區別於另一表面即可。
參考文獻
以下參考文獻係以引用的方式併入本文中：
[1]R.Dwiliski,R.Doradziski,J.Garczyski,L.Sierzputowski,Y.Kanbara，美國專利案第6,656,615號。
[2]R.Dwiliski,R.Doradziski,J.Garczyski,L.Sierzputowski,Y.Kanbara，美國專利案第7,132,730號。
[3]R.Dwiliski,R.Doradziski,J.Garczyski,L.Sierzputowski,Y.Kanbara，美國專利案第7,160,388號。
[4]K.Fujito,T.Hashimoto,S.Nakamura，國際專利申請案號PCT/US2005/024239、WO07008198。
[5]T.Hashimoto,M.Saito,S.Nakamura，國際專利申請案號PCT/US2007/008743、WO07117689。另外參見US20070234946、2007年4月6日申請之美國申請案第11/784,339號。
[6]D' Eyelyn，美國專利案第7,078,731號。
[7].S.Porowski,MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor,Res.4S1,(1999)G1.3。
[8]T.Inoue,Y.Seki,O.Oda,S.Kurai,Y.Yamada,and T.Taguchi,Phys.Stat.Sol.(b),223(2001)p.15。
[9]M.Aoki,H.Yamane,M.Shimada,S.Sarayama,and F.J.DiSalvo,J.Cryst.Growth 242(2002)p.70。
[10]T.Iwahashi,F.Kawamura,M.Morishita,Y.Kai,M.Yoshimura,Y.Mori,and T.Sasaki,J.Cryst Growth 253(2003)p.1。
1‧‧‧第一層
1a‧‧‧第一層表面
2‧‧‧第二層
2a‧‧‧第二層表面
3‧‧‧第三層

Claims (35)

  1. 一種第III族氮化物晶圓，其具有GaxAlyIn1-x-yN(0x1，0x+y1)之組成，其中兩個表面均經機械方法粗糙化，且該等表面經化學處理以使一個表面視覺上區別於另一表面。
  2. 如請求項1之第III族氮化物晶圓，其中該機械方法包括自第III族氮化物之塊晶切割該晶圓。
  3. 如請求項1之第III族氮化物晶圓，其中該機械方法係磨削該晶圓。
  4. 如請求項1或請求項2之第III族氮化物晶圓，其中藉由多線鋸自第III族氮化物之塊晶切割該晶圓。
  5. 如請求項1至4中任一項之第III族氮化物晶圓，其中該化學處理係蝕刻。
  6. 如請求項5之第III族氮化物晶圓，其中該蝕刻係利用濕蝕刻劑進行。
  7. 如請求項6之第III族氮化物晶圓，其中該濕蝕刻劑包括磷酸。
  8. 如請求項1至7中任一項之第III族氮化物晶圓，其中該化學處理係在50℃或更高溫度之磷酸或其混合物中進行蝕刻。
  9. 如請求項1至8中任一項之第III族氮化物晶圓，其中定向係具有-10度至+10度之取向誤差之c-平面。
  10. 如請求項1至8中任一項之第III族氮化物晶圓，其中定向係具有-10度至+10度之取向誤差之半極性平面。
  11. 如請求項1至8中任一項之第III族氮化物晶圓，其中定向係具有-10度至-0.1度或+0.1度至+10度之取向誤差之非極性平面。
  12. 如請求項1至11中任一項之第III族氮化物晶圓，其中表面積係大於100mm2。
  13. 如請求項1至12中任一項之第III族氮化物晶圓，其中該組成係GaN。
  14. 一種第III族氮化物晶圓，其包含位於高定向多或單晶第III族氮化物之第三層之相對面上的受損第III族氮化物之第一層及第二層，其中該第一層及第二層係由機械方法形成，且該第二層之表面係藉由化學蝕刻而可在視覺上區別於該第一層之表面。
  15. 如請求項14之第III族氮化物晶圓，其中自第III族氮化物之塊晶切割該晶圓。
  16. 如請求項14或15之第III族氮化物晶圓，其中藉由多線鋸自第III族氮化物之塊晶切割該晶圓。
  17. 如請求項14至16中任一項之第III族氮化物晶圓，其中該化學蝕刻使用酸或鹼。
  18. 如請求項17之第III族氮化物晶圓，其中該化學蝕刻使用磷酸或其混合物。
  19. 如請求項17或18之第III族氮化物晶圓，其中該化學蝕刻使用50℃或更高溫度下的磷酸或其混合物。
  20. 如請求項14至19中任一項之第III族氮化物晶圓，其中該晶圓之表面積係大於100mm2。
  21. 如請求項14至20中任一項之第III族氮化物晶圓，其中該第三層的線缺陷及晶界密度係小於106cm-2。
  22. 如請求項14至21中任一項之第III族氮化物晶圓，其中該第III族氮化物係GaN。
  23. 一種製造具有第一層及第二層(各包含受損或部分受損的第III族氮化物層)及包含高定向多或單晶第III族氮化物之第三層之第III族氮化物晶圓的方法，其包括：(a)藉由機械方法自第III族氮化物之塊狀晶錠切割晶圓； (b)在使該第二層之表面視覺上可區別於該第一層之表面的情況下化學蝕刻該晶圓。
  24. 如請求項23之方法，其中使用多線鋸自該晶錠切割該晶圓。
  25. 如請求項23或24之方法，其中該化學蝕刻使用磷酸或其混合物。
  26. 如請求項23至25中任一項之方法，其中該化學蝕刻使用50℃或更高溫度下的磷酸或其混合物。
  27. 如請求項23至26中任一項之方法，其中該第三層的線缺陷及晶界密度係小於106cm-2。
  28. 如請求項23至27中任一項之方法，其中該第III族氮化物係GaN。
  29. 如請求項28之方法，其包括生長第III族氮化物之塊晶以形成晶錠之步驟，其中該第III族氮化物塊晶之生長使用超臨界氨且包括以下步驟：(a)將含Ga營養物裝入高壓反應器中；(b)將至少一個晶種加入該高壓反應器中；(c)添加提高含Ga營養物於該超臨界氨中之溶解作用之化學添加劑；(d)將氨裝入該高壓反應器中；(e)密封該高壓反應器；(f)對氨提供足夠熱以產生超臨界狀態；(g)使該含Ga營養物溶解於該超臨界氨中；(h)使GaN在該晶種上結晶。
  30. 一種製造第III族氮化物晶圓的方法，其包括：去除如請求項14至22中任一項之晶圓之第一層或第二層及使具有足以製造裝置之表面品質之第三層曝露。
  31. 如請求項30之方法，其中該去除製程包括磨削。
  32. 如請求項30之方法，其中該去除製程包括研磨。
  33. 如請求項30之方法，其中該去除製程包括抛光。
  34. 如請求項30之方法，其中該去除製程包括化學機械抛光。
  35. 如請求項30至34中任一項之方法，其中該第III族氮化物係GaN。
TW102130676A 2012-08-28 2013-08-27 第ｉｉｉ族氮化物晶圓及其製造方法 TWI621163B (zh)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261694119P 2012-08-28 2012-08-28
US61/694,119 2012-08-28
US13/834,871 US9543393B2 (en) 2006-04-07 2013-03-15 Group III nitride wafer and its production method
US13/835,636 2013-03-15
US13/834,871 2013-03-15
US13/835,636 US8921231B2 (en) 2006-04-07 2013-03-15 Group III nitride wafer and its production method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201413807A true TW201413807A (zh) 2014-04-01
TWI621163B TWI621163B (zh) 2018-04-11

Family

ID=48050922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102130676A TWI621163B (zh) 2012-08-28 2013-08-27 第ｉｉｉ族氮化物晶圓及其製造方法

Country Status (8)

Country Link
US (2) US9543393B2 (zh)
EP (1) EP2890537A1 (zh)
JP (1) JP6144347B2 (zh)
KR (1) KR101895035B1 (zh)
CN (1) CN104781057B (zh)
IN (1) IN2015DN02030A (zh)
TW (1) TWI621163B (zh)
WO (1) WO2014035481A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI836391B (zh) 2022-03-29 2024-03-21 兆遠科技股份有限公司 脆軟基板及脆軟基板製作方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9518340B2 (en) 2006-04-07 2016-12-13 Sixpoint Materials, Inc. Method of growing group III nitride crystals
US20150337457A1 (en) * 2006-04-07 2015-11-26 Sixpoint Materials, Inc. Group iii nitride bulk crystals and their fabrication method
US9202872B2 (en) 2006-04-07 2015-12-01 Sixpoint Materials, Inc. Method of growing group III nitride crystals
WO2014035481A1 (en) 2012-08-28 2014-03-06 Sixpoint Materials, Inc. Group iii nitride wafer and its production method
CN104781454A (zh) 2012-09-26 2015-07-15 希波特公司 第iii族氮化物晶片和制造方法与测试方法
WO2015107813A1 (ja) 2014-01-17 2015-07-23 三菱化学株式会社 ＧａＮ基板、ＧａＮ基板の製造方法、ＧａＮ結晶の製造方法および半導体デバイスの製造方法
JP6292080B2 (ja) * 2014-08-21 2018-03-14 三菱ケミカル株式会社 非極性または半極性ＧａＮ基板
WO2018118220A1 (en) 2016-12-23 2018-06-28 Sixpoint Materials, Inc. Electronic device using group iii nitride semiconductor and its fabrication method
CN106783579B (zh) * 2016-12-29 2019-12-13 苏州纳维科技有限公司 Iii族氮化物衬底及其制备方法
WO2019066787A1 (en) 2017-09-26 2019-04-04 Sixpoint Materials, Inc. CRYSTALLINE GERM FOR THE GROWTH OF A SOLID GALLIUM NITRIDE CRYSTAL IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND METHOD OF MANUFACTURE
CN108074834A (zh) * 2018-01-08 2018-05-25 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种用于具有极性的异形晶片的极性面判定方法
KR102126186B1 (ko) * 2018-06-27 2020-06-24 경희대학교 산학협력단 질화 갈륨 기판의 제조 방법

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5984998A (en) 1997-11-14 1999-11-16 American Iron And Steel Institute Method and apparatus for off-gas composition sensing
KR20030024834A (ko) * 2000-08-07 2003-03-26 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드 양측 폴리싱을 이용한 반도체 웨이퍼 처리 방법
US7072034B2 (en) * 2001-06-08 2006-07-04 Kla-Tencor Corporation Systems and methods for inspection of specimen surfaces
RU2296189C2 (ru) 2001-06-06 2007-03-27 АММОНО Сп.з о.о. Способ и устройство для получения объемного монокристаллического галлийсодержащего нитрида (варианты)
US6488767B1 (en) * 2001-06-08 2002-12-03 Advanced Technology Materials, Inc. High surface quality GaN wafer and method of fabricating same
JP4693351B2 (ja) * 2001-10-26 2011-06-01 アンモノ・スプウカ・ジ・オグラニチョノン・オドポヴィエドニアウノシツィオン エピタキシャル成長用基板
US7638346B2 (en) 2001-12-24 2009-12-29 Crystal Is, Inc. Nitride semiconductor heterostructures and related methods
US7022992B2 (en) 2002-01-17 2006-04-04 American Air Liquide, Inc. Method and apparatus for real-time monitoring of furnace flue gases
TWI334890B (en) 2002-12-11 2010-12-21 Ammono Sp Zoo Process for obtaining bulk mono-crystalline gallium-containing nitride, eliminating impurities from the obtained crystal and manufacturing substrates made of bulk mono-crystalline gallium-containing nitride
US7098487B2 (en) 2002-12-27 2006-08-29 General Electric Company Gallium nitride crystal and method of making same
US7323256B2 (en) 2003-11-13 2008-01-29 Cree, Inc. Large area, uniformly low dislocation density GaN substrate and process for making the same
KR100541111B1 (ko) 2004-06-25 2006-01-11 삼성전기주식회사 다파장 반도체 레이저 제조방법
DE102004039076A1 (de) 2004-08-12 2006-02-23 Sms Demag Ag Berührungslose Abgasmessung mittels FTIR-Spektroskopie an metallurgischen Aggregaten
US20060124956A1 (en) 2004-12-13 2006-06-15 Hui Peng Quasi group III-nitride substrates and methods of mass production of the same
JP4849296B2 (ja) 2005-04-11 2012-01-11 日立電線株式会社 ＧａＮ基板
JP4792802B2 (ja) 2005-04-26 2011-10-12 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物結晶の表面処理方法
WO2007008198A1 (en) 2005-07-08 2007-01-18 The Regents Of The University Of California Method for growing group iii-nitride crystals in supercritical ammonia using an autoclave
JP4696886B2 (ja) * 2005-12-08 2011-06-08 日立電線株式会社 自立した窒化ガリウム単結晶基板の製造方法、および窒化物半導体素子の製造方法
US8435879B2 (en) 2005-12-12 2013-05-07 Kyma Technologies, Inc. Method for making group III nitride articles
JP4803717B2 (ja) 2005-12-13 2011-10-26 株式会社タカトリ ワイヤソー
US7878883B2 (en) 2006-01-26 2011-02-01 Memc Electronics Materials, Inc. Wire saw ingot slicing system and method with ingot preheating, web preheating, slurry temperature control and/or slurry flow rate control
JP4930081B2 (ja) * 2006-04-03 2012-05-09 住友電気工業株式会社 ＧａＮ結晶基板
US9518340B2 (en) 2006-04-07 2016-12-13 Sixpoint Materials, Inc. Method of growing group III nitride crystals
EP2004882A2 (en) 2006-04-07 2008-12-24 The Regents of the University of California Growing large surface area gallium nitride crystals
US9202872B2 (en) 2006-04-07 2015-12-01 Sixpoint Materials, Inc. Method of growing group III nitride crystals
US8357243B2 (en) 2008-06-12 2013-01-22 Sixpoint Materials, Inc. Method for testing group III-nitride wafers and group III-nitride wafers with test data
CN101432471A (zh) 2006-04-28 2009-05-13 住友电气工业株式会社 制作氮化镓结晶的方法及氮化镓晶片
JP5332168B2 (ja) * 2006-11-17 2013-11-06 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法
WO2008088838A1 (en) 2007-01-17 2008-07-24 Crystal Is, Inc. Defect reduction in seeded aluminum nitride crystal growth
CN100592539C (zh) * 2007-09-12 2010-02-24 泰谷光电科技股份有限公司 发光二极管元件的制造方法
JP4395812B2 (ja) 2008-02-27 2010-01-13 住友電気工業株式会社 窒化物半導体ウエハ−加工方法
WO2009149300A1 (en) * 2008-06-04 2009-12-10 Sixpoint Materials High-pressure vessel for growing group iii nitride crystals and method of growing group iii nitride crystals using high-pressure vessel and group iii nitride crystal
EP2281076A1 (en) * 2008-06-04 2011-02-09 Sixpoint Materials, Inc. Methods for producing improved crystallinty group iii-nitride crystals from initial group iii-nitride seed by ammonothermal growth
CN106867595A (zh) 2008-06-20 2017-06-20 伊内奥斯生物股份公司 通过气化和发酵将二氧化碳封存到醇中的方法
US20120000415A1 (en) * 2010-06-18 2012-01-05 Soraa, Inc. Large Area Nitride Crystal and Method for Making It
JP5475772B2 (ja) 2008-07-11 2014-04-16 サンーゴバン アブレイシブズ，インコーポレイティド ワイヤスライシングシステム
US8979999B2 (en) 2008-08-07 2015-03-17 Soraa, Inc. Process for large-scale ammonothermal manufacturing of gallium nitride boules
JP2011530471A (ja) 2008-08-07 2011-12-22 ソラア インコーポレーテッド 大規模アンモノサーマル法による窒化ガリウムボウルの製造方法
US8148801B2 (en) * 2008-08-25 2012-04-03 Soraa, Inc. Nitride crystal with removable surface layer and methods of manufacture
US8680581B2 (en) 2008-12-26 2014-03-25 Toyoda Gosei Co., Ltd. Method for producing group III nitride semiconductor and template substrate
CN102362016B (zh) 2009-01-30 2014-10-22 Amg艾迪卡斯特太阳能公司 晶种层和晶种层的制造方法
WO2010113237A1 (ja) 2009-04-03 2010-10-07 パナソニック株式会社 窒化物系半導体素子およびその製造方法
JP2011100860A (ja) * 2009-11-06 2011-05-19 Sumitomo Electric Ind Ltd イオン注入ｉｉｉ族窒化物半導体基板ならびにｉｉｉ族窒化物半導体層接合基板およびｉｉｉ族窒化物半導体デバイスの製造方法
JP5471387B2 (ja) * 2009-12-09 2014-04-16 三菱化学株式会社 Ｉｉｉ族窒化物結晶半導体基板の製造方法、及びｉｉｉ族窒化物結晶半導体基板
JP5757068B2 (ja) 2010-08-02 2015-07-29 住友電気工業株式会社 ＧａＮ結晶の成長方法
WO2014035481A1 (en) 2012-08-28 2014-03-06 Sixpoint Materials, Inc. Group iii nitride wafer and its production method
CN104781454A (zh) 2012-09-26 2015-07-15 希波特公司 第iii族氮化物晶片和制造方法与测试方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI836391B (zh) 2022-03-29 2024-03-21 兆遠科技股份有限公司 脆軟基板及脆軟基板製作方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6144347B2 (ja) 2017-06-07
KR20150088993A (ko) 2015-08-04
EP2890537A1 (en) 2015-07-08
US9543393B2 (en) 2017-01-10
CN104781057A (zh) 2015-07-15
KR101895035B1 (ko) 2018-09-04
IN2015DN02030A (zh) 2015-08-14
JP2015529626A (ja) 2015-10-08
US8921231B2 (en) 2014-12-30
CN104781057B (zh) 2018-04-24
TWI621163B (zh) 2018-04-11
WO2014035481A1 (en) 2014-03-06
US20140061662A1 (en) 2014-03-06
US20140065796A1 (en) 2014-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI621163B (zh) 第ｉｉｉ族氮化物晶圓及其製造方法
TWI596244B (zh) 第ｉｉｉ族氮化物晶圓及製造方法與檢測方法
JP6333427B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物結晶を成長させる方法
JP2015529190A5 (zh)
JP6541229B2 (ja) 窒化ガリウムおよび金属酸化物の複合基板
EP3094766B1 (en) Group iii nitride bulk crystals and fabrication method
US9834863B2 (en) Group III nitride bulk crystals and fabrication method
JP2019011245A (ja) ビスマスでドープされた半絶縁ｉｉｉ族窒化物ウエハおよびその生産方法
US20160076168A1 (en) Substrates for growing group iii nitride crystals and their fabrication method
KR20170036055A (ko) Ⅲ족 질화물 결정 성장용 기판 및 그 제조 방법
WO2016118862A1 (en) Seed selection and growth methods for reduced-crack group iii nitride bulk crystals