[发明专利]可分离多层GaN衬底及其制作方法、半导体芯片制作方法

说明书

本发明公开了一种可分离的多层GaN衬底，至少包括三层结构，其中包括GaN基层，位于该GaN基层上的氮化物牺牲层，位于该氮化物牺牲层上的GaN功能层，其中所述GaN功能层上设有开窗，所述开窗内设有金属电极，所述金属电极欧姆接触在所述氮化物牺牲层上，这样可以有效改善化学腐蚀氮化物牺牲层时GaN基层出现裂纹的情况，并且对器件寿命具有有效延长。本发明可以通过去除氮化物牺牲层，将GaN基层和功能层分离，分离后的GaN基层可以反复利用，极大地降低了GaN器件的制作成本。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种可分离多层GaN衬底及其制作方法和一种半导体芯片的制作方法。

背景技术

GaN作为第三代半导体产业的核心关键材料，具备极高的电-光转换效率、低功耗等优异性能，是未来新一代光电子、功率电子和高频微电子的核心基础。

目前主流的制备自支撑GaN衬底的方法是氢化物气相外延法（HVPE），该方法的所有反应是在HVPE设备的石英管中进行的，该反应设备中分为两个不同温度区域。

首先，将金属Ga放置在石英管的850℃温度区，衬底放置在1050℃温度区，之后将作为反应物的氨气NH₃和氯化氢气体HCl从石英管的左端先通入850℃温度区，该区域发生以下化学反应：

2Ga(l)+2HCl(g)＝2GaCl(g)+H₂(g) (1-1)

上述得到的反应物GaCl气体通过混合适量H₂的N₂作为载气引导进入1050℃高温区，与NH₃发生反应：

GaCl(g)+NH₃(g)＝GaN(s)+HCl(g)+H₂(g) (1-2)

这两个反应生成了GaN材料，构成了HVPE外延GaN的生长机制。对于不同的金属掺杂，HCl气体分两路，一路与金属镓反应，另外一路与掺杂金属（镁、铁、锰、锗）反应获得掺杂源，或者是采用SiH₄气体实现硅掺杂。

通过HVPE设备在异质衬底上外延生长GaN厚膜，然后再经过对衬底分离、外形加工、研磨抛光后获得自支撑GaN衬底。由于该生长过程是一种CVD反应过程，对原料的利用率非常低，因此自支撑GaN衬底制造成本比较高。

其次，自支撑GaN衬底一般用于制造高电子迁移率晶体管（HEMT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、蓝绿光激光器（LD）。该过程一般采用金属有机气相外延法（MOCVD）在自支撑GaN衬底上外延器件结构，然后经过电极制备、衬底减薄、裂片等工艺制备出所需芯片。该过程一般会将300-400μm厚度的自支撑GaN衬底减薄到100μm左右再裂片成芯片。

以上工艺过程会磨掉200-300μm厚度的自支撑GaN衬底，对于制造成本来说，是一项明显的浪费。

为此，在CN110085518的专利申请文件中，记载了一种可以分离的多层GaN衬底，通过将用来支撑作用的部分衬底分离后反复使用，达到降低GaN衬底成本的效果。

然而在现有技术中，存在如下的问题：

第一、由于整个衬底需要全部浸入腐蚀液中，如果不控制好腐蚀选择性，会对上下的GaN层同样造成腐蚀，导致衬底损坏；

第二、GaN衬底在外延器件结构过程中，特别是蓝光绿光激光器外延过程中，容易引入应力。位于内部的牺牲层较难被腐蚀，容易出现牺牲层腐蚀不完全，从而会使得腐蚀完后上下GaN层出现碎裂，特别是上层GaN功能层。