本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種藍(lán)寶石襯底制備工藝。

背景技術(shù)：

藍(lán)寶石硬度高、熔點(diǎn)高、透光性好，化學(xué)性能穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、光學(xué)、信息等高技術(shù)領(lǐng)域。

通常，gan基材料和器件的外延層主要生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上。藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn)：首先，藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過程中；最后，藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底。

氮化鎵外延片是指在一定條件下，將氮化鎵材料分子有規(guī)則排列定向生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上。隨著氮化鎵外延片由二寸向四寸、六寸以及更大尺寸方向發(fā)展，利用長(zhǎng)晶爐生長(zhǎng)出的藍(lán)寶石襯底在外延爐生長(zhǎng)過程中由于受熱不均、反復(fù)經(jīng)受高低溫度變化，極易發(fā)生裂片，造成產(chǎn)品良率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述問題，提供一種缺陷少、結(jié)晶質(zhì)量高的藍(lán)寶石襯底制備工藝。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種藍(lán)寶石襯底制備工藝，包括以下步驟：

(1)加料：將經(jīng)過提純的藍(lán)寶石原料經(jīng)高溫處理后用去離子水清洗，然后烘干放入長(zhǎng)晶爐內(nèi)；

(2)熔化：關(guān)閉長(zhǎng)晶爐并抽成真空后充入高純氦氣進(jìn)行保壓，然后打開鎢絲加熱器電源，加熱至一次預(yù)設(shè)溫度，然后降至室溫，再次加熱至二次預(yù)設(shè)溫度，降至室溫，將長(zhǎng)晶爐抽成真空，再次將氦氣充入長(zhǎng)晶爐，加熱至熔化溫度以上，將藍(lán)寶石原料熔化，得藍(lán)寶石熔體；

(3)縮頸生長(zhǎng)：當(dāng)藍(lán)寶石熔體的溫度穩(wěn)定之后，將籽晶慢慢浸入藍(lán)寶石熔體中，縮頸生長(zhǎng)時(shí)將籽晶快速向上提升，使長(zhǎng)出的籽晶的直徑縮??；

(4)放肩生長(zhǎng)：縮頸生長(zhǎng)完成后，降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小；

(5)等徑生長(zhǎng)：放肩生長(zhǎng)結(jié)束，借著拉速與溫度的不斷調(diào)整，使晶棒直徑維持在一固定值生長(zhǎng)；

(6)尾部生長(zhǎng)：等徑生長(zhǎng)結(jié)束，將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點(diǎn)而與藍(lán)寶石熔體液面分開，長(zhǎng)完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時(shí)間后取出。

所述步驟(1)中高溫處理控制溫度在1100～1200℃。

所述步驟(2)中一次預(yù)設(shè)溫度1200～1250℃。

所述步驟(2)中加熱至一次預(yù)設(shè)溫度后，降至室溫時(shí)降溫速率為50℃/min。

所述步驟(2)中二次預(yù)設(shè)溫度1800～1850℃。

所述步驟(2)中加熱至二次預(yù)設(shè)溫度后，降至室溫時(shí)降溫速率為100℃/min。

所述步驟(2)中融化溫度至少在2050℃以上。

所述步驟(3)中籽晶的直徑縮小至5～8mm。

所述步驟(5)中等徑生長(zhǎng)時(shí)控制直徑為二寸、四寸、六寸或八寸。

所述步驟(5)中等徑生長(zhǎng)時(shí)晶棒直徑在固定值正、負(fù)2mm之間波動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果為：將藍(lán)寶石原料送入長(zhǎng)晶爐前進(jìn)行高溫處理，釋放藍(lán)寶石原料內(nèi)部應(yīng)力，減少長(zhǎng)晶時(shí)產(chǎn)生的位錯(cuò)，改善結(jié)晶質(zhì)量；用去離子水進(jìn)行清洗去除藍(lán)寶石原料表面附著的各種離子，避免雜質(zhì)混入晶棒內(nèi)；熔化時(shí)通過兩次升溫、降溫最后再升至熔化溫度以上，減少藍(lán)寶石襯底受熱時(shí)內(nèi)部熱應(yīng)變，進(jìn)而避免裂片，同時(shí)提高高溫條件下的熱導(dǎo)率(外延爐中生長(zhǎng)外延層時(shí)，最高溫度可達(dá)到1300℃)，使藍(lán)寶石襯底自身受熱更為均勻；本發(fā)明制得的藍(lán)寶石襯底內(nèi)部缺陷少，結(jié)晶質(zhì)量高，適合制作大尺寸外延片，能夠有效的避免裂片的發(fā)生。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種藍(lán)寶石襯底制備工藝，包括以下步驟：

(1)加料：將藍(lán)寶石原料經(jīng)1100℃高溫處理后，用去離子水清洗，然后烘干放入長(zhǎng)晶爐內(nèi)；

(2)熔化：關(guān)閉長(zhǎng)晶爐并抽成真空后充入高純氦氣進(jìn)行保壓，然后打開鎢絲加熱器電源，加熱至1200℃，然后以50℃/min速率降至室溫，再次加熱至1800℃，以100℃/min速率降至室溫，將長(zhǎng)晶爐抽成真空，再次將氦氣充入長(zhǎng)晶爐，加熱至熔化溫度2050℃以上，將藍(lán)寶石原料熔化，得藍(lán)寶石熔體；

(3)縮頸生長(zhǎng)：當(dāng)藍(lán)寶石熔體的溫度穩(wěn)定之后，將籽晶慢慢浸入藍(lán)寶石熔體中，由于籽晶與藍(lán)寶石熔體接觸時(shí)的熱應(yīng)力，會(huì)使籽晶產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)必須利用縮頸生長(zhǎng)使之消失掉，縮頸生長(zhǎng)時(shí)將籽晶快速向上提升，使長(zhǎng)出的籽晶的直徑縮小至5mm，由于位錯(cuò)線與生長(zhǎng)軸成一個(gè)交角，只要縮頸夠長(zhǎng)，位錯(cuò)便能長(zhǎng)出晶體表面，產(chǎn)生零位錯(cuò)的晶體；

(4)放肩生長(zhǎng)：縮頸生長(zhǎng)完成后，降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大??；

(5)等徑生長(zhǎng)：放肩生長(zhǎng)結(jié)束，借著拉速與溫度的不斷調(diào)整，使晶棒直徑維持在四寸生長(zhǎng)，等徑生長(zhǎng)時(shí)晶棒直徑在固定值正負(fù)2mm之間波動(dòng)，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分，藍(lán)寶石片取自于等徑部分；

(6)尾部生長(zhǎng)：在長(zhǎng)完等徑部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么熱應(yīng)力將使得晶棒出現(xiàn)位錯(cuò)與滑移線，于是為了避免此問題的發(fā)生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點(diǎn)而與液面分開，這一過程稱之為尾部生長(zhǎng)，長(zhǎng)完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時(shí)間后取出，即完成一次生長(zhǎng)周期。

實(shí)施例2

一種藍(lán)寶石襯底制備工藝，包括以下步驟：

(1)加料：將藍(lán)寶石原料經(jīng)1150℃高溫處理后，用去離子水清洗，然后烘干放入長(zhǎng)晶爐內(nèi)；

(2)熔化：關(guān)閉長(zhǎng)晶爐并抽成真空后充入高純氦氣進(jìn)行保壓，然后打開鎢絲加熱器電源，加熱至1225℃，然后以50℃/min速率降至室溫，再次加熱至1825℃，以100℃/min速率降至室溫，將長(zhǎng)晶爐抽成真空，再次將氦氣充入長(zhǎng)晶爐，加熱至熔化溫度2050℃以上，將藍(lán)寶石原料熔化，得藍(lán)寶石熔體；

(3)縮頸生長(zhǎng)：當(dāng)藍(lán)寶石熔體的溫度穩(wěn)定之后，將籽晶慢慢浸入藍(lán)寶石熔體中，由于籽晶與藍(lán)寶石熔體接觸時(shí)的熱應(yīng)力，會(huì)使籽晶產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)必須利用縮頸生長(zhǎng)使之消失掉，縮頸生長(zhǎng)時(shí)將籽晶快速向上提升，使長(zhǎng)出的籽晶的直徑縮小至7mm，由于位錯(cuò)線與生長(zhǎng)軸成一個(gè)交角，只要縮頸夠長(zhǎng)，位錯(cuò)便能長(zhǎng)出晶體表面，產(chǎn)生零位錯(cuò)的晶體；

(4)放肩生長(zhǎng)：縮頸生長(zhǎng)完成后，降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大??；

(5)等徑生長(zhǎng)：放肩生長(zhǎng)結(jié)束，借著拉速與溫度的不斷調(diào)整，使晶棒直徑維持在六寸生長(zhǎng)，等徑生長(zhǎng)時(shí)晶棒直徑在固定值正負(fù)2mm之間波動(dòng)，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分，藍(lán)寶石片取自于等徑部分；

(6)尾部生長(zhǎng)：在長(zhǎng)完等徑部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么熱應(yīng)力將使得晶棒出現(xiàn)位錯(cuò)與滑移線，于是為了避免此問題的發(fā)生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點(diǎn)而與液面分開，這一過程稱之為尾部生長(zhǎng)，長(zhǎng)完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時(shí)間后取出，即完成一次生長(zhǎng)周期。

實(shí)施例3

一種藍(lán)寶石襯底制備工藝，包括以下步驟：

(1)加料：將藍(lán)寶石原料經(jīng)1200℃高溫處理后，用去離子水清洗，然后烘干放入長(zhǎng)晶爐內(nèi)；

(2)熔化：關(guān)閉長(zhǎng)晶爐并抽成真空后充入高純氦氣進(jìn)行保壓，然后打開鎢絲加熱器電源，加熱至1250℃，然后以50℃/min速率降至室溫，再次加熱至1850℃，以100℃/min速率降至室溫，將長(zhǎng)晶爐抽成真空，再次將氦氣充入長(zhǎng)晶爐，加熱至熔化溫度2050℃以上，將藍(lán)寶石原料熔化，得藍(lán)寶石熔體；

(3)縮頸生長(zhǎng)：當(dāng)藍(lán)寶石熔體的溫度穩(wěn)定之后，將籽晶慢慢浸入藍(lán)寶石熔體中，由于籽晶與藍(lán)寶石熔體接觸時(shí)的熱應(yīng)力，會(huì)使籽晶產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)必須利用縮頸生長(zhǎng)使之消失掉，縮頸生長(zhǎng)時(shí)將籽晶快速向上提升，使長(zhǎng)出的籽晶的直徑縮小至8mm，由于位錯(cuò)線與生長(zhǎng)軸成一個(gè)交角，只要縮頸夠長(zhǎng)，位錯(cuò)便能長(zhǎng)出晶體表面，產(chǎn)生零位錯(cuò)的晶體；

(4)放肩生長(zhǎng)：縮頸生長(zhǎng)完成后，降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大?。?/p>

(5)等徑生長(zhǎng)：放肩生長(zhǎng)結(jié)束，借著拉速與溫度的不斷調(diào)整，使晶棒直徑維持在八寸生長(zhǎng)，等徑生長(zhǎng)時(shí)晶棒直徑在固定值正負(fù)2mm之間波動(dòng)，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分，藍(lán)寶石片取自于等徑部分；

(6)尾部生長(zhǎng)：在長(zhǎng)完等徑部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么熱應(yīng)力將使得晶棒出現(xiàn)位錯(cuò)與滑移線，于是為了避免此問題的發(fā)生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點(diǎn)而與液面分開，這一過程稱之為尾部生長(zhǎng)，長(zhǎng)完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時(shí)間后取出，即完成一次生長(zhǎng)周期。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來限制本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。