半导体外延结构的刻蚀方法、二次外延方法及应用与流程

本发明涉及半导体，特别是外延生长，尤其涉及一种半导体外延结构的刻蚀方法、二次外延方法及应用。

背景技术：

1、iii-v族基器件，例如gan基第三代半导体材料禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性质，广泛应用于制备高频、高功率、耐高温的微电子器件，实现发光波长覆盖整个可见光波段的光电子器件，在航空航天军事领域以及日常照明与显示等商业领域具有巨大的应用前景。

2、随着半导体应用领域不断扩大，各企业纷纷扩大外延片产能和外延片研发投入的同时都会存在大量的规格外产品造成外延片报废，比如外延片的波长均匀性、表面缺陷等造成的报废，尤其是目前正在广泛开发的大尺寸外延片，衬底成本所占比例越来越高，如何实现规格外的外延片回收再利用是降低外延片生产成本的关键，是各企业迫切希望解决的难题。

3、针对上述问题，目前采用的大多数方式为将报废外延片回收再利用，一种方法是可以利用机械研磨、抛光的方法实现衬底回收再利用，但机械加工会造成衬底表面不同程度的损伤；另一种方法可以把报废的外延片放入到外延刻蚀炉，高温下将外延层分解来得到可以重复利用的衬底，但是刻蚀后的衬底外延二次生长后外延表面具有更多的表面缺陷，尤其长条划痕(＞1cm)，不仅衬底没有二次利用，反而造成二次外延生长的外延片二次报废，造成人力、物力，进一步加剧提高了生产成本，降低了企业产品价格竞争力。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种半导体外延结构的刻蚀方法、二次外延方法及应用。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、第一方面，本发明提供一种氮化镓外延层的刻蚀方法，包括：

4、1)提供半导体外延片，所述半导体外延片的表层为缺陷外延层，所述缺陷外延层的表面具有缺陷结构；

5、2)在保护性气氛中及第一温度条件下，以含氧前驱体对所述缺陷外延层进行处理，以使所述缺陷结构侧面覆盖形成氧结构；

6、3)在第二温度条件下，以刻蚀性气体将所述氧结构侧向刻蚀去除；

7、4)循环重复步骤2)-步骤3)一个以上周期，直至将所述缺陷外延层刻蚀去除。

8、进一步地，所述缺陷结构包括表面坑洞、颗粒、划痕、角锥以及裂纹中的任意一种或两种以上的组合。

9、进一步地，所述含氧前驱体包括氧气或含氧化合物，所述含氧化合物在第一温度条件下会气化；所述含氧化合物包括醇、醚、酯以及金属有机化合物中的任意一种或两种以上的组合；所述第一温度为650-950℃。

10、进一步地，所述刻蚀性气体包括氢气；所述第二温度为950-1400℃。

11、进一步地，所述缺陷外延层的材质包括iii-v族化合物。

12、进一步地，所述刻蚀方法还包括：在对所述缺陷外延层进行刻蚀的过程中，通过反射曲线监控刻蚀状况，当所述反射曲线的高度保持稳定时，中止对所述缺陷外延层的刻蚀。

13、第二方面，本发明还提供一种半导体外延结构的二次外延方法，包括：采用上述刻蚀方法对半导体外延片进行刻蚀；在经过刻蚀的半导体外延片表面生长二次外延层。

14、进一步地，所述缺陷外延层的刻蚀与所述二次外延层的生长在同一外延设备中进行。

15、进一步地，步骤5)具体包括：至少向所述生长腔室内输入iii族源和v族源，以在经过刻蚀的半导体外延片表面生长半导体外延层。

16、第三方面，本发明提供一种由上述刻蚀/二次外延方法制得的半导体外延结构。

17、基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

18、本发明提供的刻蚀方法利用外延层表面的缺陷结构易于氧化学吸收的高倾向性使缺陷结构侧面形成氧结构覆盖，进一步通过与刻蚀性气体的反应对外延层进行侧向刻蚀，氧结构覆盖使得刻蚀处理的难度得以降低，因此对刻蚀条件的要求也得以降低。

19、本发明提供的二次外延方法采用原位侧向刻蚀形成二次外延生长基底，在外延基底上原位生长半导体外延层，无需刻蚀后外延片转移、清洗、烘干的步骤，此外，极大缩短外延片二次生长利用的周期，提高外延片重复利用效率。

20、由于刻蚀条件要求得以降低，因此上述刻蚀方法和二次外延方法可以在同一个外延生长设备中进行，免去了转移等工序，在节约时间的同时，避免了对外延片的污染，进而提高了二次外延质量。

21、此外，本发明解决了常规mocvd工艺中刻蚀性气体只能对外延层中缺陷的局部区域刻蚀，难以对整个外延层表面进行刻蚀的问题，再者，经过原位侧向刻蚀可以将具有缺陷的外延片重复使用，极大地降低生产成本，提高了企业产品的价格竞争力。

22、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

技术特征：

1.一种半导体外延结构的刻蚀方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述缺陷结构包括表面坑洞、颗粒、划痕、角锥以及裂纹中的任意一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述含氧前驱体包括氧气或含氧化合物，所述含氧化合物在第一温度条件下会气化；

4.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀性气体包括氢气；

5.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述缺陷外延层的材质包括iii-v族化合物。

6.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，还包括：在对所述缺陷外延层进行刻蚀的过程中，通过反射曲线监控刻蚀状况，当所述反射曲线的高度保持稳定时，中止对所述缺陷外延层的刻蚀。

7.一种半导体外延结构的二次外延方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的二次外延方法，其特征在于，所述缺陷外延层的刻蚀与所述二次外延层的生长在同一外延设备中进行。

9.根据权利要求7所述的二次外延方法，其特征在于，具体包括：

10.由权利要求l-6中任意一项所述的刻蚀方法或由权利要求7-9中任意一项所述的二次外延方法制得的半导体外延结构。

技术总结
本发明公开了一种半导体外延结构的刻蚀方法、二次外延方法及应用。所述刻蚀方法包括：提供半导体外延片，表层为缺陷外延层；以含氧前驱体对所述缺陷外延层进行处理，使所述缺陷结构侧面覆盖形成氧结构；以刻蚀性气体将所述氧结构侧向刻蚀去除；循环重复一个以上周期，直至将所述缺陷外延层刻蚀去除。本发明提供的刻蚀方法利用含氧前驱体在缺陷处形成氧结构覆盖，使得刻蚀处理的难度得以降低；二次外延方法极大缩短外延片二次生长利用的周期，提高外延片重复利用效率；解决了常规工艺难以对整个外延层表面进行刻蚀的问题，极大地降低了生产成本，提高了企业产品的价格竞争力。

技术研发人员：闫其昂,王国斌
受保护的技术使用者：江苏第三代半导体研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25