[发明专利]一种金刚石基GaN‑HEMTs制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种金刚石基GaN-HEMTs制备方法。

背景技术

宽禁带半导体GaN高电子迁移率晶体管器件(HEMTs)具有高频、高击穿电压、高功率密度、高宽带等优异的性质。随着GaN-HEMTs器件朝着更小尺寸、更高频率和更大输出功率的方向发展，器件的散热问题制约了GaN-HEMTs性能的进一步提升。目前使用的GaN-HEMTs通常制备在碳化硅、硅和蓝宝石等衬底上，热量通过衬底耗散到热沉，然而即使散热性能最突出的碳化硅的热导率也只有140W/m·K，散热问题成为GaN器件应用亟需解决的瓶颈之一。

金刚石作为自然界中热导率最高的材料(2000W/m·K)，在GaN器件的散热应用上具有得天独厚的优势。然而将这两种材料联系在一起却面临巨大的挑战。

现有技术中，一种方法是在金刚石衬底上直接外延GaN-HEMT，由于金刚石衬底和GaN巨大的热失配和晶格失配，导致外延生长的GaN材料质量较差，无法满足高性能的器件制备要求。另一种方法是去除GaN衬底和部分缓冲层材料在背面外延金刚石热沉，这种方法需要将GaN外延材料粘附在临时载片上，需要开发耐高温的临时键合工艺和经济高效的载片分离工艺，现有技术中尚无相关记载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石基GaN-HEMTs制备方法，利用金刚石的高热导率解决大功率、高频GaN-HEMTs的散热问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种金刚石基GaN-HEMTs制备方法，包括以下步骤：

步骤1，清洗GaN圆片和临时载片表面；

步骤2，在临时载片表面制备一层介质层作为键合中间层；

步骤3，在临时载片表面注入氢离子，形成注入损伤层；

步骤4，将GaN圆片和临时载片表面用等离子体进行活化；

步骤5，将GaN圆片和临时载片正面相对在室温下进行预键合，并升温键合加固；

步骤6，将GaN圆片的衬底减薄抛光，然后通过反应等离子体刻蚀或化学腐蚀去除剩余衬底，并且停止在刻蚀停止层，得到以临时载片作为支撑的GaN圆片；

步骤7，减薄以临时载片作为支撑的GaN外延层背面，并对GaN背面和金刚石表面进行清洗；

步骤8，在以临时载片作为支撑的GaN外延层背面通过化学气相沉积生长一层介质层及金刚石衬底；

步骤9，将以临时载片为支撑的GaN外延层和金刚石结构在高温下退火，使得临时载片在注入损伤层发生剥离；

步骤10，通过反应等离子体刻蚀或化学腐蚀去除剩余的临时载片衬底；

步骤11，通过反应等离子体刻蚀或化学腐蚀去除GaN外延层表面的介质层，得到金刚石基GaN外延层圆片；

步骤12，在金刚石基GaN外延层圆片上制备GaN-HEMTs。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明通过晶圆级氧化物直接键合技术，实现耐高温的临时键合，避免了外延生长金刚石高温工艺对整体结构和GaN外延层的损伤；(2)以二氧化硅等介质为键合中间层的结构，有助于热失配材料界面的应力调控；(3)借助氢离子注入智能剥离技术，解决传统SiC载片研磨减薄去除过程中厚度均匀性的控制难题，避免对GaN外延层的损坏，实现工艺兼容且经济高效的载片剥离，最终获得高质量的金刚石衬底上GaN-HEMTs器件。

附图说明

图1是临时载片样品示意图。

图2是GaN外延片圆片样品示意图。

图3是临时载片正面沉积键合介质层示意图。

图4是临时载片正面注入氢离子示意图。

图5是将临时载片和GaN外延片正面相对键合示意图。

图6是减薄去除GaN外延片衬底示意图。

图7是以临时载片为支撑在GaN背面生长介质层和金刚石示意图。

图8是经高温退火临时载片在注入损伤区发生剥离示意图。

图9是去除剩余临时载片示意图。

图10去除键合介质层示意图。

图11是在金刚石基GaN制备HEMTs器件示意图。

具体实施方式

本发明的一种金刚石基GaN-HEMTs制备方法，包括以下步骤：

1)用稀释的盐酸清洗GaN圆片和临时载片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干，GaN圆片衬底为硅或碳化硅，临时载片为硅或碳化硅；盐酸浓度为5-10％；