[发明专利]半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法

说明书

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；包括如下步骤：提供衬底；于衬底上形成多层图形化掩膜层；多层图形化掩膜层包括上下叠置的第一图形化掩膜层及第二图形化掩膜层，第一图形化掩膜层与第二图形化掩膜层具有不同的热膨胀系数。上述实施例中的半导体结构的制备方法通过制备包括不同热膨胀系数的图形化掩膜层的多层图形化掩膜层，利用各层图形化掩膜层热膨胀系数的不同，可以逐渐缓解整个多层图形化掩膜层与在其上外延的氮化镓层的热膨胀系数差异，使得在降温剥离氮化镓层的过程中，氮化镓层受到的弯曲应力较小，氮化镓层不会因受到的弯曲应力太大而造成裂片，使得氮化镓层可以整片剥离，具有较高的良率。

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

第三代半导体材料由于能量禁带一般大于3.0电子伏，又被称为宽禁带半导体；相比于传统的硅基和砷化镓基半导体材料，宽禁带半导体(例如碳化硅、氮化镓、氮化铝及氮化铟等)由于具有特有的禁带范围、优良的光、电学性质和优异的材料性能，能够满足大功率、高温高频和高速半导体器件的工作要求，在汽车及航空工业、医疗、通讯、军事、普通照明及特殊条件下工作的半导体器件等方面既有十分广泛的应用前景。

氮化镓作为典型的第三代半导体材料，具有直接带隙宽、热导率高等优异性能而受到广泛关注。氮化镓相较于第一代和第二代半导体材料除了具有更宽的禁带(在室温下其禁带宽度为3.4eV)，可以发射波长较短的蓝光，其还具有高击穿电压、高电子迁移率、化学性质稳定、耐高温及耐腐蚀等特点。因此，氮化镓非常适合用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝、绿光和紫外光电子器件。目前，氮化镓半导体材料的研究和应用已成为全球半导体研究的前沿和热点。

然而，目前氮化镓的单晶生长困难、价格昂贵，大规模和的同质外延的生长目前仍没有可能。目前，氮化镓的生长大多仍采用异质外延，所选用的异质衬底有硅衬底、碳化硅衬底和蓝宝石衬底；在异质衬底上生长氮化镓会带来晶格失配和热失配导致器件中存在残余应力影响其性能。为了进一步提高器件性能，需要将氮化镓从异质衬底上剥离以得到自支撑氮化镓层。

目前所采用的剥离工艺中，所使用的掩膜层基本为单层掩膜层，由于掩膜层自身特性或者热膨胀系数与掩膜层上外延生长的氮化镓层有很大差异，导致在降温剥离的过程中外延的氮化镓层容易承受更大的弯曲(如压应力或张力)应力而造成碎片，这种情况在制备大尺寸(譬如，4英寸及以上)自支撑氮化镓层的情况中尤为明显，在氮化镓层进行剥离时容易造成碎片，氮化镓不能整片剥离，良率较低。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中的上述问题提供一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种半导体结构的制备方法，包括如下步骤：

提供衬底；

于所述衬底上形成多层图形化掩膜层；所述多层图形化掩膜层包括上下叠置的第一图形化掩膜层及第二图形化掩膜层，所述第一图形化掩膜层与所述第二图形化掩膜层具有不同的热膨胀系数。

上述实施例中的半导体结构的制备方法通过制备包括不同热膨胀系数的图形化掩膜层的多层图形化掩膜层，利用各层图形化掩膜层热膨胀系数的不同，可以逐渐缓解整个多层图形化掩膜层与在其上外延的氮化镓层的热膨胀系数差异，使得在降温剥离氮化镓层的过程中，氮化镓层受到的弯曲应力较小，氮化镓层不会因受到的弯曲应力太大而造成裂片，使得氮化镓层可以整片剥离，具有较高的良率。

在其中一个实施例中，于所述衬底上形成所述多层图形化掩膜层之前还包括于所述衬底的表面形成氮化物缓冲层的步骤，于所述衬底的表面形成所述氮化物缓冲层包括如下步骤：

于所述衬底上形成至少一层In_yGa_zN层，其中，0≤y≤1，0≤z≤1且y+z＝1；所述多层图形化掩膜层形成于所述氮化物缓冲层的表面。