TWI876015B

TWI876015B - 氮化鋁基板的製造方法以及氮化鋁基板

Info

Publication number: TWI876015B
Application number: TW110111493A
Authority: TW
Inventors: 金子忠昭; 堂島大地; 松原萌子; 西尾佳高
Original assignee: 學校法人關西學院; 日商東洋鋁股份有限公司; 日商豊田通商股份有限公司
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2025-03-11
Also published as: CN115398604A; US20230212785A1; WO2021210395A1; JP7748604B2; EP4137624A4; TW202213663A; JPWO2021210395A1; EP4137624A1; US12325936B2

Abstract

本發明的所欲解決之課題為提供一種新穎的技術，能夠去除被導入至氮化鋁基板的應變層。為了解決上述課題，本發明是一種氮化鋁基板的製造方法，係包含：應變層去除步驟，係將前述氮化鋁基板在氮氛圍下熱處理，藉此去除前述氮化鋁基板的應變層。如此，本發明係能夠去除被導入至氮化鋁基板的應變層。

Description

氮化鋁基板的製造方法以及氮化鋁基板

本發明係關於一種氮化鋁基板的製造方法以及氮化鋁基板。

在半導體基板的製造中，在習知上採用藉由對半導體基板照射雷射以加工該半導體基板的手法。

於專利文獻1係揭示有一種發明，係將對於加工對象物具有吸收性的波長之雷射光線的聚光點定位在加工對象物的上表面，向加工對象物照射雷射光線且施予燒蝕(ablation)加工，以在加工對象物的上表面形成槽。另外，能夠理解為專利文獻1所記載的發明是可以針對公知的半導體材料應用的手法。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平10-305420號公報。

[發明所欲解決之課題]

然而，在針對上述加工對象物進行雷射光線的照射之手法中，應變(strain)可能會因為該照射而被導入至作為加工對象物的半導體基板。由於該應變為半導體基板中的差排(dislocation)之產生要因，因此較期望為去除該應變。以作為該應變的導入要因來說，不限於雷射光線的照射，假定有機械式研磨等公知的半導體製程(semiconductor process)。

例如，於在氮化鋁基板中產生了差排之情形下，有著該差排會被繼承至藉由將該氮化鋁基板作為基底基板之磊晶成長(epitaxial growth)所形成的成長層之疑慮。因此，較期望為去除上述應變。

本發明的所欲解決之課題為提供一種新穎的技術，能夠去除被導入至氮化鋁基板的應變層(strain layer)。 [用以解決課題之手段]

為了解決上述課題，本發明是一種氮化鋁基板的製造方法，係包含：應變層去除步驟，係將前述氮化鋁基板在氮氛圍(N ₂atmosphere)下熱處理，藉此去除前述氮化鋁基板的應變層。如此，本發明係能夠去除被導入至氮化鋁基板的應變層。

在本發明之一較佳形態中，前述應變層去除步驟係在1900℃以下之加熱溫度的條件下將前述氮化鋁基板熱處理。如此，本發明係能夠一邊抑制鋁微滴(Al droplet)產生一邊去除氮化鋁基板的應變層。

在本發明之一較佳形態中，前述應變層去除步驟係在10 kPa以上之氮背壓(N ₂backpressure)的條件下將前述氮化鋁基板熱處理。如此，本發明係能夠一邊抑制鋁微滴產生一邊去除氮化鋁基板的應變層。

在本發明之一較佳形態中進一步包含：加工步驟，係進行雷射加工，前述雷射加工係對前述氮化鋁基板照射雷射藉此將前述氮化鋁基板的一部分予以去除。如此，本發明係能夠一邊抑制鋁微滴產生一邊去除氮化鋁基板的應變層。

在本發明之一較佳形態中，前述加工步驟是在前述氮化鋁基板形成貫通孔的步驟。如此，本發明係能夠去除作為磊晶成長之基底基板的氮化鋁之應變層，因此能夠對磊晶成長中的差排導入之抑制作出貢獻。 [發明功效]

根據所揭示的技術，能夠提供一種新穎的技術，能夠去除被導入至氮化鋁基板的應變層。

在一併結合圖式及申請專利範圍時，藉由參酌以下所記載的用以實施發明的形態，能夠明瞭其他的課題、特徵及優點。

以下參照隨附圖式來詳細地說明本發明之氮化鋁基板的製造方法之理想的實施形態。

本發明的技術性範圍並非限定於隨附圖式所示的實施形態，在申請專利範圍所記載的範圍內能夠適宜變更。

本說明書隨附的圖式為概念圖，各構件之相對的尺寸等並不限定本發明。

在本說明書中，雖以說明發明為目的而有基於圖式的上下來指稱上或下之情形，但並非基於本發明之氮化鋁基板的使用態樣等之間的關係將上下予以限定。

另外，在以下之實施形態的說明以及隨附圖式中，對同樣的構成附加同一符號且省略重複的說明。

＜氮化鋁基板的製造方法＞圖1以及圖2係表示本發明的實施形態之氮化鋁基板(以下簡單記為「AlN基板」)的製造方法之步驟。

實施形態之AlN基板的製造方法係包含：應變層去除步驟S12，係將AlN基板10熱處理，藉此將由加工步驟S11導入至AlN基板10的應變層12予以去除。

又，實施形態之AlN基板的製造方法係可進一步包含進行以下之雷射加工的加工步驟S11：對AlN基板10照射雷射L，藉此將AlN基板10的一部分予以去除。

又，能夠理解為本實施形態是去除由雷射加工導入至AlN基板10的應變層12的方法，且包含：應變層去除步驟S12，係在進行對AlN基板10的雷射加工之後，將AlN基板10熱處理。

AlN基板10(相當於AlN晶圓)可以是單晶AlN基板，也可以是多晶AlN基板，也可以是由體結晶(bulk crystal)加工而成的晶圓、基板，也可以是包含磊晶成長層的晶圓、基板，也可以是方晶圓。

AlN基板10係於其結晶同質異形體(crystal polymorphism)沒有限制。又，AlN基板10係於其偏離方向(off-direction)、偏離角(off-angle)沒有限制。

又，AlN基板10係於其晶圓尺寸沒有限制。又，AlN基板10係於其膜厚沒有限制。

又，AlN基板10係於其摻雜濃度(doping concentration)沒有限制。又，AlN基板10係於其摻雜物(dopant)元素沒有限制。

以下，針對實施形態之各步驟詳細地說明。

加工步驟S11是進行以下的雷射加工之步驟：對AlN基板10照射雷射L，藉此將AlN基板10的一部分予以去除。

本說明書中的說明裡的「雷射加工」係指以下加工：將對於作為加工對象物之AlN基板10具有吸收性的波長之雷射光線的聚光點定位於AlN基板10的上表面或內部，對AlN基板10照射雷射光線，藉此進行AlN基板10之上表面上的槽之形成或AlN基板10之內部的損傷區域之形成。

又，雷射加工係指以下手法：將具有與構成加工對象物之材料中的結合能量同等的能量之光波對著加工對象物一邊控制雷射照射部分(相當於聚光點)一邊照射且聚光，藉此將加工對象物的一部分選擇性地加工。

又，加工步驟S11較佳為對AlN基板10照射具有532 nm之波長的雷射L之步驟。

雷射L之波長較佳為808 nm以下，又較佳為650 nm以下，又較佳為635 nm以下，又較佳為589 nm以下，又較佳為532 nm以下，又較佳為473 nm以下，又較佳為460 nm以下，又較佳為445 nm以下，又較佳為405 nm以下。

又，雷射L之波長較佳為355 nm以上，又較佳為405 nm以上，又較佳為445 nm以上，又較佳為460 nm以上，又較佳為532 nm以上，又較佳為589 nm以上，又較佳為635 nm以上，又較佳為650 nm以上。

作為例子，雷射L之波長是被分類為可見光區之波長帶中的波長。

又，加工步驟S11係可基於公知或慣用的光學系統來實施。

加工步驟S11係可因應雷射L之波長等來適宜採用公知的光源。

關於在加工步驟S11中所用的雷射L，對其活性介質、振盪形態、重複頻率、脈衝寬度(pulse width)、束點徑(beam spot diameter)、輸出功率(output power)以及偏光特性沒有限制。

在加工步驟S11中所用的光學系統係適宜具有公知或慣用的鏡子、具備對準(alignment)用的軸旋轉馬達等之掃描器(scanner)、聚光透鏡(condensing lens)以及光柵(grating)。

關於在加工步驟S11中所用的光學系統之聚光用透鏡，其倍率以及數值孔徑(NA(Numerical Aperture))沒有限制。

又，加工步驟S11是在AlN基板10形成貫通孔11的步驟。

能夠理解為：在此，加工步驟S11是藉由形成貫通孔11使AlN基板10的強度降低之脆加工步驟。

另外，加工步驟S11係在貫通孔11的形成中，將雷射照射部分(相當於聚光點)於AlN基板10的膜厚方向掃描。

貫通孔11只要是使AlN基板10之強度降低的形狀(圖案(pattern))則能夠採用。

又較期望為，在將AlN基板10當作基底基板的磊晶成長中，設定為可得到所期望的成長層之形狀(圖案)。

此時，加工步驟S11係因應於上述形狀(圖案)，將雷射L在AlN基板10之面內掃描。

另外，較期望為實施形態係根據AlN基板10、該成長層的半導體材料之物理性質(結晶方位等)、成長手法採用最佳的圖案。另外，對該形狀(圖案)之寬度以及深度沒有限制。

又，加工步驟S11是將AlN基板10之表面加工成台面(mesa)狀的步驟。

本說明書中的說明裡的「台面狀」係指：相當於凹凸形狀，且對該凹凸形狀中的上壁以及側壁所成的角沒有限制。

又，對加工步驟S11中的加工深度沒有限制。另外，在加工步驟S11是將AlN基板10之表面加工成台面狀的步驟時，加工步驟S11係在AlN基板10的表面形成凹部以取代上述貫通孔11。

又，加工步驟S11係將雷射L的焦點從AlN基板10的表面(相當於上表面)往底面(相當於下表面)掃描，藉此形成貫通孔11或凸部。

加工步驟S11係能夠適宜採用例如日本專利特開平10-305420號公報、特開2002-192370號公報以及特開2016-111147號公報等所記載之方法等公知技術的至少一部分。

能夠理解為：作為例子，本發明之實施形態中的加工步驟S11係相當於脆加工步驟。

應變層去除步驟S12是以下步驟：將AlN基板10熱處理，藉此將由加工步驟S11導入至AlN基板10的應變層12予以去除。

另外，能夠理解為：作為例子，應變層12係相當於損傷層。

又，應變層去除步驟S12係能夠採用以下手段：將AlN基板10熱處理，藉此蝕刻AlN基板10。此時，應變層去除步驟S12係能夠適宜採用公知或慣用的熱處理機構。

又，應變層去除步驟S12只要是能夠去除應變層12之手段，則當然能夠採用。

又，應變層去除步驟S12是藉由熱蝕刻去除應變層12之步驟。

又，應變層去除步驟S12是將AlN基板10在氮氛圍下(N ₂氛圍下)蝕刻的步驟。另外，本說明書中的說明裡的「氮氛圍」係相當於包含氮之氣相種的蒸氣壓。

另外，作為例子，應變層去除步驟S12是以下步驟：將AlN基板10收容於高熔點容器，將包含AlN基板10的該高熔點容器熱處理。另外，在AlN基板10的加熱環境中，產生的氣體係被適宜地排氣。

另外，應變層去除步驟S12所去除的應變層12之膜厚係可適宜設定。能夠理解為：此時，應變層去除步驟S12係藉由調整加熱溫度、氮背壓等各種參數(parameter)，能夠實現所期望的蝕刻率(etching rate)。

應變層去除步驟S12中的AlN基板10之加熱溫度較佳為2000℃以下，又較佳為1900℃以下，又較佳為1800℃以下，又較佳為1700℃以下。

又，加熱溫度較佳為1400℃以上，又較佳為1500℃以上，又較佳為1600℃以上。

應變層去除步驟S12所進行的AlN基板10之熱處理中的氮背壓較佳為10 ²kPa以下，又較佳為90 kPa以下，又較佳為70 kPa以下，又較佳為50 kPa以下，又較佳為20 kPa以下，又較佳為10 kPa以下，又較佳為1 kPa以下，又較佳為10 ²Pa以下，又較佳為10 Pa以下，又較佳為1 Pa以下，又較佳為10 ^-1Pa以下，又較佳為10 ^-2Pa以下。

又，氮背壓較佳為10 ^-3Pa以上，又較佳為10 ^-2Pa以上，又較佳為10 ^-1Pa以上，又較佳為10 Pa以上，又較佳為10 ²Pa以上，又較佳為1 kPa以上，又較佳為10 kPa以上，又較佳為20 kPa以上，又較佳為50 kPa以上，又較佳為70 kPa以上，又較佳為90 kPa以上。

根據本發明，藉由包含將AlN基板10熱處理的應變層去除步驟S12，能夠將由雷射加工導入至AlN基板10的應變層12予以去除。

另外，根據本發明的實施形態，作為例子，去除了應變層12之AlN基板10係可提供為碳化矽(SiC)以及AlN等半導體材料之磊晶成長的基底基板。

＜實施例1＞舉出實施例1來更具體地說明本發明。

(AlN基板10) 半導體材料：AlN。基板尺寸：橫寬10 mm × 縱寬 10 mm × 厚度 524 μm。

(加工步驟S11) 實施例之加工步驟S11是對AlN基板10照射雷射L來形成貫通孔11之步驟。

(雷射加工條件) 波長：532 nm。輸出功率：3W／cm ²。點徑：40 μm。

(加熱條件) 將已以上述條件配置的AlN基板10用以下的條件加熱處理。加熱溫度：1800℃。加熱時間：10 min。蝕刻量：10 μm。氮背壓：30 kPa。另外，為了實現以下的蝕刻量，對應變層去除步驟S12適宜設定溫度梯度(temperature gradient)。

圖3係表示經過了加工步驟S11的AlN基板10之剖面光學顯微鏡像以及拉曼分光映射像(mapping image)。

圖4係表示經過了加工步驟S11以及應變層去除步驟S12的AlN基板10之剖面光學顯微鏡像以及拉曼分光映射像。

圖3以及圖4係分別表示AlN表面1000以及AlN表面1001。另外，圖4係表示藉由應變層去除步驟S12，AlN表面1000被蝕刻且形成有AlN表面1001之情形。

另外，這裡的「拉曼分光映射像」係指，E ₂高峰(E ₂high peak)(相當於660 cm ^-1以下)中的半峰全幅值(FWHM；full width at half maximum)之映射結果。

根據圖3以及圖4，能夠理解為：在加工步驟S11中產生於AlN表面1000的凹部附近之應變層12(相當於AlN表面1000附近的FWHM大且結晶性差的區域)係藉由應變層去除步驟S12而被去除。

＜實施例2＞舉出實施例2來更具體地說明本發明。

(AlN基板10) 半導體材料:AlN。基板尺寸：橫寬10 mm × 縱寬 10 mm × 厚度 524 μm。

將已以上述條件配置的AlN基板10之Al面(0001)在應變層去除步驟S12中用以下的複數個條件加熱處理。

(加熱條件1) 加熱溫度：1900℃。加熱時間：10 min。氮背壓：90 kPa。

(加熱條件2) 加熱溫度：1700℃。加熱時間：10 min。氮背壓：10 kPa。

(加熱條件3) 加熱溫度：1700℃。加熱時間：10 min。氮背壓：90 kPa。

(加熱條件4) 加熱溫度：1800℃。加熱時間：10 min。氮背壓：10 kPa。

圖5係表示以加熱條件1熱蝕刻過的AlN基板10之SEM(Scanning Election Microscope；掃描式電子顯微鏡)像。根據圖5，能夠理解為：在以加熱條件1熱蝕刻過的AlN基板10之表面上，伴隨著氮脫離之鋁微滴的形成得以抑制。

圖6係表示以加熱條件2熱蝕刻過的AlN基板10之SEM像。根據圖6，能夠理解為：在以加熱條件2熱蝕刻過的AlN基板10之表面上，鋁微滴的形成得以抑制。

圖7係表示以加熱條件3熱蝕刻過的AlN基板10之SEM像。根據圖7，能夠理解為：在以加熱條件3熱蝕刻過的AlN基板10之表面上，鋁微滴的形成得以抑制。

圖8係表示以加熱條件4熱蝕刻過的AlN基板10之SEM像。根據圖8，能夠理解為：在以加熱條件4熱蝕刻過的AlN基板10之表面上，鋁微滴比起其他的加熱條件1至加熱條件3之情況形成得多。

根據圖5、圖6、圖7以及圖8，能夠理解為：藉由低加熱溫度及／或高氮背壓，能夠抑制在氮氛圍下的AlN基板10之熱蝕刻中的鋁微滴形成。

另外，能夠理解為：本發明的實施形態之AlN基板10上的鋁微滴之形成例如成為該AlN基板上之磊晶成長中的成長層之品質提升的阻礙。

根據本發明，能夠將由加工所致的圖案形成之過程中被導入至氮化鋁基板的應變層予以去除。

藉此，能夠將圖案的上壁以及側壁各自的附近中的差排等缺陷之密度予以減低，且能夠將成長面會從上壁及／或側壁推進的結晶成長(相當於磊晶成長)中的差排等缺陷之繼承予以抑制。

10:AlN基板(氮化鋁基板) 11:貫通孔 12:應變層 1000,1001:AlN表面 L:雷射 S11:加工步驟 S12:應變層去除步驟

[圖1]是說明實施形態之氮化鋁基板的製造方法之說明圖。 [圖2]是說明實施形態之加工步驟以及應變層去除步驟的說明圖。 [圖3]是實施例1之氮化鋁基板的觀察像以及拉曼(Raman)分光測定結果。 [圖4]是實施例1之氮化鋁基板的觀察像以及拉曼分光測定結果。 [圖5]是以實施例2之加熱條件1熱處理過的氮化鋁基板之觀察像。 [圖6]是以實施例2之加熱條件2熱處理過的氮化鋁基板之觀察像。 [圖7]是以實施例2之加熱條件3熱處理過的氮化鋁基板之觀察像。 [圖8]是以實施例2之加熱條件4熱處理過的氮化鋁基板之觀察像。

10:AlN基板(氮化鋁基板)

11:貫通孔

S11:加工步驟

S12:應變層去除步驟

Claims

一種氮化鋁基板的製造方法，係包含：應變層去除步驟，係將氮化鋁基板在氮氛圍下熱蝕刻，藉此去除前述氮化鋁基板的應變層；前述熱蝕刻係在條件a或者條件b的條件下進行：前述條件a係加熱溫度為1700℃以下且氮背壓為1kPa以上；前述條件b係氮背壓為20kPa以上。
如請求項1所記載之氮化鋁基板的製造方法，其中進一步包含：加工步驟，係進行雷射加工，前述雷射加工係對前述氮化鋁基板照射雷射藉此將前述氮化鋁基板的一部分予以去除。
如請求項2所記載之氮化鋁基板的製造方法，其中前述加工步驟是在前述氮化鋁基板形成貫通孔的步驟。
一種氮化鋁基板，係由請求項1至3中任一項所記載之氮化鋁基板的製造方法所製造。