[发明专利]硅基GaN薄膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别涉及一种硅基GaN薄膜的制造方法。

背景技术

GaN半导体材料具有禁带宽、热导率高、电子饱和漂移速度大和介电常数小等特点，在高亮度发光二极管、短波长激光二极管、高性能紫外探测器和高温、高频、大功率半导体器件领域有着广泛的应用前景。在大规模工业生产中，一般使用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)法在蓝宝石或碳化硅衬底上制备GaN薄膜，如图1所示，尽管这些衬底适于制备高质量的GaN薄膜，但是它的价格昂贵，面积小，无法实现大面积、低成本生产，与成熟的硅基大规模集成电路工艺也不兼容，对器件的制造也提出了难题。

硅具有物理性能好、质量高、成本低、集成工艺成熟、生产规模大等优点，在硅上外延生长GaN的前景诱人。但硅与GaN之间存在较大的晶格失配与热膨胀系数失配，因而外延过程中产生很大的应力，进而在外延层中诱生大量位错等缺陷，甚至导致外延层产生裂纹，如图2所示。人们通常采用低温缓冲层、侧向外延、以及多孔缓冲层等方法释放应力，尽管通过生长缓冲层缓解了Si衬底与外延层间的失配，但外延层中的位错密度仍然很高。我们希望继续探索其他新型的方法来释放硅基GaN薄膜中的应力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种硅基GaN薄膜的制造方法，能减少硅基上大面积生长的GaN薄膜产生缺陷或裂纹的风险。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种硅基GaN薄膜的制造方法，包括以下步骤：

一.在硅衬底背面形成带图形的光刻胶或硬掩模版；

二.利用带图形的光刻胶或硬掩模版作为刻蚀阻挡层，在硅衬底背面刻蚀出沟槽；

三.将所述光刻胶或硬掩模版去除；

四.在硅衬底正面上生长GaN薄膜。

也可以是，在步骤三之后，在沟槽中填充或生长加强薄膜，然后再进行步骤四。

本发明的硅基GaN薄膜的制造方法，首先利用深沟槽刻蚀方法在硅衬底背面形成沟槽，然后在带背面沟槽的硅衬底上生长GaN薄膜，由于硅衬底背面形成有沟槽，能减少硅衬底的强度，从而在硅衬底正面生长GaN薄膜时由于晶格失配和热失配产生应力的情况下，硅衬底能发生适当的形变来释放GaN与硅衬底之间的应力，减少硅基上大面积生长GaN薄膜时因应力过大而导致硅衬底正面生长的GaN薄膜产生缺陷或裂纹的风险，实现了与大规模集成电路工艺相适应的低成本硅基GaN薄膜生长。在生长的GaN薄膜之前，背面的沟槽中，可以不填充任何薄膜以利于应力的释放，也可以根据后续工艺过程对硅片强度的要求选择填充各种不同材质的加强薄膜，以便于后续工艺制程和减少碎片的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对本发明或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是在蓝宝石上制备GaN薄膜示意图；

图2是常规硅基GaN薄膜的制造方法，GaN外延层产生裂纹示意图；

图3是本发明的硅基GaN薄膜的制造方法，在硅衬底背面形成带图形的光刻胶或硬掩模版示意图；

图4是本发明的硅基GaN薄膜的制造方法，刻蚀出沟槽示意图；

图5是本发明的硅基GaN薄膜的制造方法，将光刻胶或硬掩模版去除示意图；

图6是本发明的硅基GaN薄膜的制造方法，在沟槽中填充或生长加强薄膜示意图；

图7是本发明的硅基GaN薄膜的制造方法，在硅衬底正面上生长GaN薄膜示意图；

图8A是沟槽形状是周期性排列的条形示意图；

图8B是沟槽形状是周期性排列的方形示意图；

图8C是沟槽形状是周期性排列的环形示意图；

图8D是沟槽形状是周期性排列的六边形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

硅基GaN薄膜的制造方法，包括以下步骤：

一.在硅衬底背面形成带图形的光刻胶或硬掩模版；