DE-102018213434-B4 - Verfahren zur Herstellung von Galliumnitridsubstrat unter Verwendung der Multiionimplantation

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats (100), wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Bindungsoxidfilms (120) auf einem ersten Galliumnitrid (110); Durchführen einer ersten Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids (110), auf der der Bindungsoxidfilm. (120) gebildet ist, mindestens einmal, um eine beschädigte Schicht (113) zu bilden, wodurch ein Durchbiegen des ersten Galliumnitrids (110) aufgehoben wird; Durchführen einer zweiten Ionenimplantation für die Oberfläche des ersten Galliumnitrids (110), auf der der Bindungsoxidfilm (120) gebildet ist, um eine Blasenschicht (114) zu bilden; Verbinden des Bindungsoxidfilms (120) des ersten Galliumnitrids (110) an ein temporäres Substrat (130); Trennen des ersten Galliumnitrids (110) unter Verwendung der Blasenschicht (114), um eine Keimschicht (115) zu bilden; und Ermöglichen des Wachstums eines zweiten Galliumnitrids (140) unter Verwendung der Keimschicht (115), um Galliumnitrid in Masse zu bilden, wobei beim Bilden der beschädigten Schicht (113) eine Dicke der beschädigten Schicht (113) gemäß einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation gesteuert wird, wobei die zweite Ionenimplantation bei einer Beschleunigungsspannung durchgeführt wird, die niedriger als die der ersten Ionenimplantation ist, wobei die Blasenschicht (114) an einer Position gebildet wird, die im Vergleich zu einer Position der beschädigten Schicht (113) näher zu der Oberfläche des ersten Galliumnitrids (110) ist, auf der der Bindungsoxidfilm (120) gebildet ist, wobei bei dem Durchführen der zweiten Ionenimplantation die Blasenschicht (114) in einer Tiefe von 0,1 µm bis 4 µm von der Oberfläche des ersten Galliumnitrids (110) gebildet wird, wobei eine Wärmebehandlung bei 400 °C bis 800 °C für die Blasenschicht (114) durchgeführt wird, wobei das erste Galliumnitrid (110) eine N-Fläche (111) und eine Ga-Fläche (112) umfasst, wobei bei dem Durchführen der zweiten Ionenimplantation die Blasenschicht (114) auf der Ga-Fläche (112) des ersten Galliumnitrids (110) gebildet wird, wobei das zweite Galliumnitrid (140) unter Verwendung der Ga-Fläche (112) des ersten Galliumnitrids (110) als Keimschicht (115) wachsen gelassen wird.

Inventors

• Jea Gun Park
• Jae Hyoung Shim
• Tae Hun Shim

Assignees

• INDUSTRY-UNIVERSITY COOPERATION FOUNDATION HANYANG UNIVERSITY

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20180809

Priority Date

20180529

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats (100), wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Bindungsoxidfilms (120) auf einem ersten Galliumnitrid (110); Durchführen einer ersten Ionenimplantation für eine Oberfläche des ersten Galliumnitrids (110), auf der der Bindungsoxidfilm. (120) gebildet ist, mindestens einmal, um eine beschädigte Schicht (113) zu bilden, wodurch ein Durchbiegen des ersten Galliumnitrids (110) aufgehoben wird; Durchführen einer zweiten Ionenimplantation für die Oberfläche des ersten Galliumnitrids (110), auf der der Bindungsoxidfilm (120) gebildet ist, um eine Blasenschicht (114) zu bilden; Verbinden des Bindungsoxidfilms (120) des ersten Galliumnitrids (110) an ein temporäres Substrat (130); Trennen des ersten Galliumnitrids (110) unter Verwendung der Blasenschicht (114), um eine Keimschicht (115) zu bilden; und Ermöglichen des Wachstums eines zweiten Galliumnitrids (140) unter Verwendung der Keimschicht (115), um Galliumnitrid in Masse zu bilden, wobei beim Bilden der beschädigten Schicht (113) eine Dicke der beschädigten Schicht (113) gemäß einer Beschleunigungsspannung der ersten Ionenimplantation gesteuert wird, wobei die zweite Ionenimplantation bei einer Beschleunigungsspannung durchgeführt wird, die niedriger als die der ersten Ionenimplantation ist, wobei die Blasenschicht (114) an einer Position gebildet wird, die im Vergleich zu einer Position der beschädigten Schicht (113) näher zu der Oberfläche des ersten Galliumnitrids (110) ist, auf der der Bindungsoxidfilm (120) gebildet ist, wobei bei dem Durchführen der zweiten Ionenimplantation die Blasenschicht (114) in einer Tiefe von 0,1 µm bis 4 µm von der Oberfläche des ersten Galliumnitrids (110) gebildet wird, wobei eine Wärmebehandlung bei 400 °C bis 800 °C für die Blasenschicht (114) durchgeführt wird, wobei das erste Galliumnitrid (110) eine N-Fläche (111) und eine Ga-Fläche (112) umfasst, wobei bei dem Durchführen der zweiten Ionenimplantation die Blasenschicht (114) auf der Ga-Fläche (112) des ersten Galliumnitrids (110) gebildet wird, wobei das zweite Galliumnitrid (140) unter Verwendung der Ga-Fläche (112) des ersten Galliumnitrids (110) als Keimschicht (115) wachsen gelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Krümmungsgrad des ersten Galliumnitrids (110) gemäß der Dicke der beschädigten Schicht (113) gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Ionenimplantation für die Blasenschicht (114) unter Verwendung von mindestens einem von Wasserstoff, Helium, Stickstoff und Argon durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verbinden 5 Stunden lang bei 200 °C bis 450 °C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei das temporäre Substrat (130) ferner entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das temporäre Substrat (130) einen amorphen Dünnfilm auf einer Oberfläche davon umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 6 , wobei der amorphe Dünnfilm mindestens eines von Siliziumoxid (SiO x ), Siliziumnitrid (SiN x ) und Siliziumoxinitrid (SiON) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das temporäre Substrat (130) mindestens eines von Saphir, Galliumarsenid (GaAs), Spinell, Silizium (Si), Indiumphosphid (InP) und Siliziumkarbid (SiC) ist.

Description

Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats unter Verwendung einer Vielzahl von Ionenimplantations-verfahren und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Galliumnitridsubstrats mit hoher Qualität und geringer Defektdichte durch Verhindern des Verbiegens und Reißens des Galliumnitridsubstrats. Beschreibung des verwandten Standes der Technik Die Leistung und Lebensdauer von Halbleitervorrichtungen, wie etwa Laserdioden und Leuchtdioden, werden durch verschiedene Faktoren bestimmt, die die Vorrichtung bilden, und werden insbesondere durch ein Basissubstrat beeinflusst, auf dem Elemente gestapelt sind. Es sind mehrere Verfahren zur Herstellung eines hochqualitativen Halbleitersubstrats vorgeschlagen worden. Außerdem nimmt das Interesse an III-V-Verbindungshalbleitersubstraten zu. Ein Galliumnitridsubstrat (GaN) ist ein typisches Gruppe-III-V-Verbindungshalbleitersubstrat. Zusätzlich zu einem GaAs-Substrat und einem InP-Substrat wird das GaN-Substrat geeigneterweise für eine Halbleitervorrichtung verwendet. Die Herstellungskosten des GaN-Substrats sind jedoch viel höher als diejenigen des GaAs-Substrats oder des InP-Substrats. In GaN-Substraten ist eine Kristallwachstumsgeschwindigkeit gering, da das Kristallwachstum durch ein Dampfphasenverfahren wie Hydriddampfphasenepitaxie (HVPE) oder metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) erreicht wird. Zum Beispiel kann lediglich eine kristalline GaN-Masse mit einer Dicke von etwa 10 mm in einer Kristallwachstumszeit von 100 Stunden erhalten werden. Aus einem Kristall mit einer solchen Dicke kann lediglich eine kleine Anzahl von GaN-Substraten, z. B. 10 GaN-Substraten, mit einer Dicke von etwa 200 µm bis 400 µm erhalten werden. Wenn jedoch die Dicke von GaN-Filmen, die aus der kristallinen GaN-Masse ausgeschnitten sind, reduziert wird, um eine größere Anzahl von GaN-Substraten zu erhalten, wird die mechanische Festigkeit verringert, so dass selbsttragende Substrate nicht gebildet werden können. Dementsprechend bestand ein Bedarf an einem Verfahren, das in der Lage ist, die Festigkeit von aus einer kristallinen GaN-Masse ausgeschnittenen dünnen GaN-Filmen zu garantieren. Herkömmlicherweise wurde ein Substratherstellungsverfahren zum Verbinden eines GaN-Dünnfilms an ein Substrat mit einer chemischen Zusammensetzung, die sich von GaN unterscheidet, verwendet, um die Festigkeit eines GaN-Dünnfilms zu verstärken. Gebundene Substrate, die mit diesem Verfahren hergestellt wurden, zeigten jedoch das Problem, dass ein Substrat, das ein von einem GaN-Dünnfilm unterschiedlicher Typ ist, in einem Prozess des Laminierens einer Halbleiterschicht auf dem GaN-Dünnfilm leicht von dem GaN-Dünnfilm abgelöst wird. Um diese Probleme anzugehen, haben die JP 2011 - 243 968. A, die KR 10 1 581 044 B1 und die JP 2012 - 243 792 A Verfahren zum Trennen eines Dünnfilms durch Ionenimplantation vorgeschlagen. Bei solchen herkömmlichen Dünnfilmtrennverfahren unter Verwendung von Ionenimplantation werden Wasserstoff-, Helium- oder Stickstoffionen in eine Oberfläche der kristallinen GaN-Masse implantiert, um mit einem Substrat verbunden zu werden, das ein von der kristallinen GaN-Masse unterschiedlicher Typ ist, um eine beschädigte Schicht zu bilden und die kristalline GaN-Masse einschließlich der darauf gebildeten beschädigten Schicht wird direkt an das Substrat verbunden und dann einer Wärmebehandlung unterzogen, gefolgt von Abtrennen der kristallinen GaN-Masse auf der beschädigten Schicht, um ein mit einem dünnen GaN-Film verbundenes Substrat herzustellen. Die herkömmlichen Verfahren schädigen jedoch Kristalle innerhalb der kristallinen GaN-Masse, wodurch sie zu einer Erscheinungsverformung, wie einer Durchbiegung, führen. Da es unmöglich ist, kristalline GaN-Masse zu recyceln, steigen zusätzlich die Herstellungskosten. Die DE 10 2006 007 293 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Quasi-Substratwafers und einen unter Verwendung eines solchen Quasi-Substratwafers hergestellten Halbleiterkörper. Die EP 2 157 602 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Galliumnitridwafern. O. Moutanabbir (Moutanabbir, O. [u.a.]: Stress adjustment and bonding of H-implanted 2 in. freestanding GaN wafer: The concept of double-sided splitting. In: Electrochemical and Solid-State Letters (ESL), VOL. 12, 2009, No. 4, S. H105-H108. - ISSN 1099-0062 (P); 1944-8775 (E). DOI: 10.1149/1.3066081) schlug auch ein Verfahren zur Herstellung eines GaN-Substrats . vor, bei dem Wasserstoffionen in beide Seiten eines GaN-Substrats implantiert werden, um das Durchbiegen eines GaN-Substrats zu reduzieren. Dieses Verfahren zeigte jedoch das Problem, dass mehrere Schichten eines GaN-Substrats aufgrund von Wasserstoffionen, die auf beiden Seiten des GaN-Substrats implantiert sind, beschädigt werden und somit die Qualität des GaN-Substrats verschlechtert wird. Zusätzlich zeigte das Verfahren ein Problem, dass ein Prozes