專利名稱：一種制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種。本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件外延生長(zhǎng)新型襯底結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于常規(guī)襯底(Si、藍(lán)寶石等)與GaN外延層有不同的晶格失配和熱膨脹系數(shù)，生長(zhǎng)后在外延層會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。在某些領(lǐng)域，外延層中的應(yīng)力場(chǎng)不同程度地影響或者制約著半導(dǎo)體器件的性能。例如，發(fā)光二極管(LED)、場(chǎng)效應(yīng)管(TFT)等。異質(zhì)外延的應(yīng)力場(chǎng)成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的困擾問題之一。目前，科學(xué)研究者通過不同的途徑進(jìn)行應(yīng)力釋放，也 取得了突破性的進(jìn)展，在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用。然而，在某些領(lǐng)域由于存在異質(zhì)外延的應(yīng)力 場(chǎng)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)高性能的器件，從而無(wú)法應(yīng)用。隱形結(jié)構(gòu)襯底可能成為一種高效消除應(yīng)力場(chǎng)的新型襯底，通過多種技術(shù)途徑可以對(duì)普通襯底進(jìn)行性質(zhì)改變而形成隱形結(jié)構(gòu)襯底。然而，隱形結(jié)構(gòu)襯底還處于發(fā)展階段，其結(jié)構(gòu)還處于開發(fā)研究階段，另外其制備的方法還處于探索過程中。如何高效地制備有利于GaN異質(zhì)外延層應(yīng)力釋放的隱形結(jié)構(gòu)襯底仍然是一個(gè)有待探索的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目地在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種隱形結(jié)構(gòu)襯底的制備技術(shù)，其結(jié)合傳統(tǒng)的激光劃片技術(shù)特征，發(fā)明一種新型高效地制備隱形結(jié)構(gòu)襯底。本發(fā)明利用激光固有屬性，結(jié)合聚焦裝置，通過調(diào)節(jié)激光的能量，焦點(diǎn)等相關(guān)參數(shù)，在普通襯底上進(jìn)行定點(diǎn)定位地性能處理和改善，從而形成一種新型的隱形結(jié)構(gòu)襯底。隱形結(jié)構(gòu)襯底的性能改善層包括材料材質(zhì)物理化學(xué)等性能(晶格常數(shù)、晶相、楊氏模量、熱膨脹系數(shù))的變化以及形成空氣隙鏤空層等。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下方案
一種制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的方法，利用外延使用的隱形結(jié)構(gòu)襯底制備技術(shù)，通過深度可控自由聚焦激光系統(tǒng)來(lái)改變不同深度的材料性質(zhì)，達(dá)到特殊功能結(jié)構(gòu)襯底的制備效果，利用激光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效制備Si、藍(lán)寶石、SiC的III-V或者II-VI化合物隱形結(jié)構(gòu)襯底，其特征在于，制備方法的步驟如下
①、清潔好襯底備用；
②、激光發(fā)射器下面設(shè)置聚焦裝置，激光發(fā)射器內(nèi)設(shè)有能實(shí)現(xiàn)二維及三維可編程化圖形移動(dòng)的模塊，聚焦裝置設(shè)有聚焦深度可控模塊，在聚焦裝置設(shè)置普通襯底；
③、通過軟件進(jìn)行圖像化設(shè)計(jì)，并控制激光發(fā)射器的激光束通過聚焦裝置按照?qǐng)D像定位進(jìn)行聚焦，使激光束改變普通襯底聚焦處的材料性質(zhì)；
④、激光發(fā)射器設(shè)置設(shè)有步進(jìn)系統(tǒng)，激光束平面移動(dòng)通過X、Y坐標(biāo)的步進(jìn)系統(tǒng)來(lái)控制，步進(jìn)系統(tǒng)的方式包括連續(xù)掃描、間接掃描，步進(jìn)方向可調(diào)，聚焦裝置通過Z軸來(lái)控制激光束在普通襯底上的位置，從而定點(diǎn)定位地改變普通襯底的相關(guān)性能；⑤、激光源通過使用波長(zhǎng)(100-2000nm)或調(diào)節(jié)功率(lOmw-lOw)的激光發(fā)射器實(shí)現(xiàn)激光能量的制備，聚焦層在襯底內(nèi)部；
⑥、襯底材料性質(zhì)改變獲得包括密度、楊氏模量、晶格常數(shù)、晶相、化學(xué)鍵能、熱膨脹系數(shù)、原子構(gòu)成中的一種或多種組合，襯底材料性質(zhì)參數(shù)改變與外延材料參數(shù)匹配；
⑦、通過襯底材料所處的氣氛環(huán)境(氫氣、氮?dú)?、氧氣、氦氣、空?，配合激光聚焦裝置完成，得到隱形結(jié)構(gòu)襯底成品。在其中一些實(shí)施例中，所述步驟③激光束在普通襯底內(nèi)部聚焦，進(jìn)行單層性能改善，性能改變層經(jīng)過激光處理后，各方面的性能發(fā)生了相應(yīng)的改善，晶格常數(shù)、晶相、楊氏模量、熱膨脹系數(shù)，在一定氣氛下發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)重組改變材料性質(zhì)。在其中一些實(shí)施例中，所述步驟③在普通襯底內(nèi)部進(jìn)行多層或者周期性地改善。 在其中一些實(shí)施例中，所述步驟③性能改善層通過激光聚焦高溫方式使襯底內(nèi)部結(jié)構(gòu)重組或分解揮發(fā)形成空氣隙鏤空襯底層，最終形成性能等方面匹配的隱形結(jié)構(gòu)襯底。本發(fā)明通過深度可控自由聚焦激光系統(tǒng)來(lái)改變不同深度的材料性質(zhì)，達(dá)到特殊功能結(jié)構(gòu)襯底的制備效果，簡(jiǎn)化制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的工藝，提高加工效率，減少外延襯底加工的成本，實(shí)現(xiàn)高效改變普通襯底的物理化學(xué)等方面的性能。
圖I所示實(shí)施例的激光制備隱形結(jié)構(gòu)襯底示意圖。圖2所示實(shí)施例的激光制備隱形結(jié)構(gòu)襯底實(shí)現(xiàn)途徑。圖3所不實(shí)施例的隱形結(jié)構(gòu)襯底方案一。圖4所示實(shí)施例的隱形結(jié)構(gòu)襯底方案二。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征、技術(shù)手段以及所達(dá)到的具體目地、功能，解析本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神，藉由以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。本發(fā)明實(shí)施例的效果圖參見附圖I、附圖2，激光束通過透鏡進(jìn)行聚焦，使激光束聚焦在普通襯底上進(jìn)行物理或者化學(xué)等性能改變。激光束平面移動(dòng)通過X、Y坐標(biāo)的步進(jìn)系統(tǒng)來(lái)控制，步進(jìn)系統(tǒng)的方式包括連續(xù)掃描、間接掃描等，步進(jìn)方向可變等，聚焦裝置通過Z軸來(lái)控制激光束在普通襯底上的位置，從而定點(diǎn)定位地改變普通襯底的相關(guān)性能。本發(fā)明的激光聚焦層可以在普通襯底的任意位置，聚焦層可以在襯底內(nèi)部或者表面等。另一方面，激光源可以通過使用不同波長(zhǎng)或者調(diào)節(jié)功率的激光發(fā)射器實(shí)現(xiàn)不同條件激光能量的制備。利用激光制備的隱形結(jié)構(gòu)襯底如圖3所示，激光束在普通襯底內(nèi)部聚焦，進(jìn)行單層性能改善。性能改變層經(jīng)過激光處理后，各方面的性能發(fā)生了相應(yīng)的改善，例如晶格常數(shù)、晶相、楊氏模量、熱膨脹系數(shù)等，甚至在一定氣氛下發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)重組改變材料性質(zhì)。圖4是圖3的衍生制備思路，可以根據(jù)需要在普通襯底內(nèi)部進(jìn)行多層或者周期性地改善。另一方面，此前提及的性能改善層可以通過激光聚焦高溫等方式使襯底內(nèi)部結(jié)構(gòu)重組或分解揮發(fā)形成空氣隙鏤空襯底層。最終形成性能等方面匹配的隱形結(jié)構(gòu)襯底。通過本發(fā)明，利用激光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效制備Si、藍(lán)寶石、SiC等III-V或者II-VI化合物隱形結(jié)構(gòu)襯底。為隱形結(jié)構(gòu)襯底制備提供了一種可行性的新型技術(shù)。
本發(fā)明主要技術(shù)特征為通過深度可控自由聚焦激光系統(tǒng)來(lái)改變不同深度的材料性質(zhì)，達(dá)到特殊功能結(jié)構(gòu)襯底的制備效果，本發(fā)明使用于外延襯底的制備，具有聚焦深度可控模塊，能實(shí)現(xiàn)二維及三維可編程化圖形移動(dòng)的模塊，其材料性質(zhì)，其特征包括密度，楊氏模量，晶格常數(shù)，晶相，化學(xué)鍵能，熱膨脹系數(shù)，原子構(gòu)成中的一種或多種的任意組合；通過材料所處的氣氛配合激光聚焦裝置完成。本發(fā)明的隱形結(jié)構(gòu)襯底是一種新型的外延結(jié)構(gòu)襯底，在異質(zhì)外延中能實(shí)現(xiàn)良好的應(yīng)力釋放效果。本發(fā)明以激光為技術(shù)途徑，利用激光器的波長(zhǎng)和能量等特點(diǎn)，結(jié)合聚焦裝置，定點(diǎn)定位地對(duì)普通襯底進(jìn)行處理，達(dá)到改良普通襯底的性能，形成隱形結(jié)構(gòu)襯底。本發(fā)明改變傳統(tǒng)的隱形結(jié)構(gòu)襯底制備方法，簡(jiǎn)化制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的工藝，提高加工效率，減少外延襯底加工的成本，實(shí)現(xiàn)高效改變普通襯底的物理化學(xué)等方面的性能。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的方法，利用外延使用的隱形結(jié)構(gòu)襯底制備技術(shù)，通過深度可控自由聚焦激光系統(tǒng)來(lái)改變不同深度的材料性質(zhì)，達(dá)到特殊功能結(jié)構(gòu)襯底的制備效果，利用激光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效制備Si、藍(lán)寶石、SiC的III-V或者II-VI化合物隱形結(jié)構(gòu)襯底，其特征在于，制備方法的步驟如下 ①、清潔好襯底備用； ②、激光發(fā)射器下面設(shè)置聚焦裝置，激光發(fā)射器內(nèi)設(shè)有能實(shí)現(xiàn)二維及三維可編程化圖形移動(dòng)的模塊，聚焦裝置設(shè)有聚焦深度可控模塊，在聚焦裝置設(shè)置普通襯底； ③、通過軟件進(jìn)行圖像化設(shè)計(jì)，并控制激光發(fā)射器的激光束通過聚焦裝置按照?qǐng)D像定位進(jìn)行聚焦，使激光束改變普通襯底聚焦處的材料性質(zhì)； ④、激光發(fā)射器設(shè)置設(shè)有步進(jìn)系統(tǒng)，激光束平面移動(dòng)通過X、Y坐標(biāo)的步進(jìn)系統(tǒng)來(lái)控制，步進(jìn)系統(tǒng)的方式包括連續(xù)掃描、間接掃描，步進(jìn)方向可調(diào)，聚焦裝置通過Z軸來(lái)控制激光束在普通襯底上的位置，從而定點(diǎn)定位地改變普通襯底的相關(guān)性能； ⑤、激光源通過使用波長(zhǎng)100-2000nm或調(diào)節(jié)功率IOmw-IOw的激光發(fā)射器實(shí)現(xiàn)激光能量的制備，聚焦層在襯底內(nèi)部； ⑥、襯底材料性質(zhì)改變獲得包括密度、楊氏模量、晶格常數(shù)、晶相、化學(xué)鍵能、熱膨脹系數(shù)、原子構(gòu)成中的一種或多種組合； ⑦、通過襯底材料所處的氣氛環(huán)境，配合激光聚焦裝置完成，得到隱形結(jié)構(gòu)襯底成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的方法，其特征在于，所述步驟③激光束在普通襯底內(nèi)部聚焦，進(jìn)行單層性能改善，性能改變層經(jīng)過激光處理后，各方面的性能發(fā)生了相應(yīng)的改善，晶格常數(shù)、晶相、楊氏模量、熱膨脹系數(shù)，在一定氣氛下發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)重組改變材料性質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的方法，其特征在于，所述步驟③在普通襯底內(nèi)部進(jìn)行多層或者周期性地改善。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的方法，其特征在于，所述步驟③性能改善層通過激光聚焦高溫方式使襯底內(nèi)部結(jié)構(gòu)重組或分解揮發(fā)形成空氣隙鏤空襯底層，最終形成性能等方面與需要的外延生長(zhǎng)層匹配的隱形結(jié)構(gòu)襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的方法，其特征在于，所述步驟⑦中的氣氛是氫氣、氮?dú)?、氧氣、氦氣、空氣?br>
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的方法，形成一種新型的隱形結(jié)構(gòu)襯底。本發(fā)明利用激光發(fā)射器下面設(shè)置聚焦裝置，激光發(fā)射器內(nèi)設(shè)有能實(shí)現(xiàn)二維及三維可編程化圖形移動(dòng)的模塊，聚焦裝置設(shè)有聚焦深度可控模塊，在聚焦裝置設(shè)置普通襯底；激光發(fā)射器的激光束通過聚焦裝置的透鏡進(jìn)行聚焦，使激光束聚焦在普通襯底上進(jìn)行物理或者化學(xué)性能改變；得到隱形結(jié)構(gòu)襯底成品。本發(fā)明通過深度可控自由聚焦激光系統(tǒng)來(lái)改變不同深度的材料性質(zhì)，簡(jiǎn)化制備隱形結(jié)構(gòu)襯底的工藝，提高加工效率，減少外延襯底加工的成本。
文檔編號(hào)B23K26/14GK102962588SQ201210533750
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者羅睿宏, 梁智文, 張國(guó)義 申請(qǐng)人:東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司