[发明专利]半导体外延生长衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体外延生长的生长衬底。

背景技术

为了降低生产成本，使得LED进入通用照明领域，LED行业正在经历采用大尺寸的生长衬底的发展过程。生长衬底的尺寸越大，均匀性问题越重要，只有解决了大尺寸生长衬底的外延生长的均匀性问题，采用大尺寸生长衬底以便降低成本的优势才能充分表现出来。

在外延生长时，生长衬底的第二主表面接触加热的石墨盘，温度较高；生长衬底的第一主表面散热，并接触气体，温度较低，两个主表面之间的温度差使得生长衬底翘曲。另外，外延层与生长衬底的热涨系数不同，每个生长衬底的内部应力、厚度及厚度均匀性等各不相同，因此，每片生长衬底在外延生长过程中，会发生翘曲，而且，翘曲的形状和程度各不相同，这就使得每片生长衬底的温度场的分布不同，导致外延片上的每个芯片的性能不同。只是单纯改进设备，很难完全解决同一外延片上的芯片的性能的均匀性问题。

因此，需要改进生长衬底。在这个方向，已经有一些努力。

为了局部化和最小化晶格常数和热涨系数的失配的效应，中国专利申请2005100089317提出一种生长衬底，即，首先在生长衬底上通过刻蚀形成阱，没有刻蚀到的地方形成阱壁，然后进行外延生长，外延层同时生长在阱和阱壁的顶部，形成一个整体外延层。其缺点是：形成阱和阱壁的工艺对生长衬底造成的污染和损伤，影响后续的外延生长的外延层的性能；不能减小生长衬底的两个主表面之间的温度差造成的生长衬底翘曲。

为了在硅衬底上制造无裂纹的外延层，中国专利200610072230.4提出一种在生长衬底上形成沟槽和台面的方法，首先在生长衬底上形成沟槽和台面图形，然后进行外延生长，每个台面上形成一个芯片，形成在台面上的外延层和形成在沟槽底部的外延层不连接。其缺点是：形成沟槽和台面的工艺对生长衬底造成的污染和损伤，影响后续的外延生长的外延层的性能；沟槽的深度大于外延层的厚度，增加刻蚀的成本；不能减小生长衬底的两个主表面之间的温度差造成的生长衬底翘曲；每个台面上生长一个芯片，沟槽的面积占整个生长衬底的面积的比例大，降低了产品率，而且，由于外延生长的边缘效应，生长在台面上的外延层的性能降低。

因此，需要一种新的划分成子区域的生长衬底，即具有划分成子区域的生长衬底的优点，又具有生长衬底没有被污染和损伤以及减小生长衬底的翘曲等优点，使得划分成子区域的生长衬底成为可以量产的产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种划分成子区域的生长衬底，以减少生长衬底翘曲，改进生长衬底内部的温度场分布不均匀性的现象，从而使同一个外延片上的芯片的性能均匀，并且改善芯片的性能，因此，使得这一种划分成子区域的生长衬底可以应用于大批量、低成本的生产。

本发明提供一种新的划分成子区域的生长衬底，即，通过刻蚀在生长衬底的第一主表面(顶面)上形成沟槽，并且在沟槽的底面上形成氧化物覆盖层或氮化物覆盖层，沟槽把生长衬底分成至少两个个子区域，最后进行生长衬底制造工艺的抛光工艺过程。生长衬底的第二主表面(底面)在外延生长时接触石墨盘。

这样制造的生长衬底的原理和优势在于，

(1)最后进行的抛光工艺过程消除了在生长衬底上形成沟槽和形成氧化物覆盖层或氮化物覆盖层时造成的对子区域的表面的污染和对子区域的表面的晶体的损伤，因此，后续生长的外延层的性能得到保证和提高，因而可以量产。

(2)氧化物覆盖层或氮化物覆盖层的导热系数远小于生长衬底(包括氮化镓生长衬底、蓝宝石生长衬底、硅生长衬底、石墨生长衬底、氧化铝陶瓷生长衬底、氮化铝陶瓷生长衬底、氧化锌生长衬底)的导热系数，使得沟槽的底面与生长衬底的底面的温度差小于子区域的顶面和子区域的底面的温度差，每个子区域的顶面和底面之间的温度差造成的翘曲力量与相邻的子区域的顶面和底面之间的温度差造成的翘曲力量将至少部分抵消。

(3)与整个生长衬底相比较，每个子区域的尺寸比较小，因此，由于每个子区域的顶面和底面之间的温度差造成的每个子区域的翘曲程度较小。

(4)每个子区域上的外延层对其下面的生长衬底的拉伸或挤压作用与相邻的子区域上的外延层对其下面的生长衬底的拉伸或挤压作用相互抵消。

(5)与整个生长衬底相比较，每个子区域的尺寸比较小，因此，由于每个子区域的外延层与生长衬底的热涨系数的失配造成的每个子区域的翘曲程度较小。