电子器件的金刚石基衬底制造技术

本发明专利技术涉及一种用于制造半导体层或器件的衬底的制造方法，包括下述步骤：提供包括适合用作用于ＣＶＤ金刚石合成的衬底的至少一个第一表面的硅晶片；在所述硅晶片的第一表面上生长具有预定厚度并具有生长面的ＣＶＤ金刚石层；将硅晶片的厚度减少至预定水平；以及在所述硅晶片上提供第二表面，所述第二表面适用于进一步合成至少一个半导体层或者在所述第二表面自身上合成电子器件，所述至少一个半导体适用于电子器件，并且本发明专利技术涉及适合于ＧａＮ器件生长的包含紧密附着在硅表面上的ＣＶＤ金刚石层的衬底。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及提供在其上可以制造半导体器件的衬底的方法，该衬底 显示改善的导热率。特别地，本专利技术涉及在其上可以制造氮化镓(GaN)半导体器件的改善的衬底。技术背景电子器件的性能与在它们的制造中所使用的材料的热性质强烈相 关。特别地，对于高功率器件，越有效地去除它们所产生的过剩热，则 它们的工作温度就越低，它们的效率就越大，并且它们的寿命就越长。 随着器件变得越来越小以及功率密度升高，对器件操作的热方面的管理 就变得日益重要。本专利技术特别适用的一类半导体器件是使用氮化镓作为半导体组份的 那些器件。氮化镓(GaN)是具有使其很好地适用于高功率高亮度发光 二极管(LED)以及高功率高频率(1-100 GHz)器件例如p型高电子 迁移率晶体管(HEMT)的电子性质的宽带隙半导体材料。当前可获得 的GaN器件使用在包括六方蓝宝石、六方形碳化硅和{111}硅的多种 单晶衬底上外延生长的六方氮化镓单晶层。但是，对于这些的每一个都 有缺点。典型的配置是例如300 nm厚的衬底材料的晶片，在其上生长 具有大约1 nm量级的厚度的AlGaN緩冲层，其中改变铝的浓度以控制 晶格参数并减少界面应变，然后，最终在緩沖层上生长典型地可以具有10-50 nm厚度的器件质量层GaN。在其上生长GaN器件的衬底需要担当热扩散器(但通常称作散热 器)，也就是最初扩散然后去除来自GaN器件中的热点(一般地在结 处产生)的热量。蓝宝石和硅是容易获得且相对便宜的，所以蓝宝石倾 向于用作LED的衬底(其中光通过衬底，即衬底需要在可见光谱中是透明的)，而硅用作高功率射频(RF)器件的衬底(硅具有比蓝宝石高 的导热率，所以在产生更多热量的应用中是更好的)。但是，硅和蓝宝 石都限制在它们之上生长的GaN器件的功率输出，因为硅或蓝宝石都 不具有非常高的导热率(分别是<150 W/m.K和<45 W/m.K)。 GaN自 身的导热率没有那么高，典型地大约130 W/m.K。单晶六方碳化硅(典 型地4H或6H多型)是透明的且具有高的导热率(>500 W/m.K),所 以如果它在大直径和低成本方面是容易获得的，那么它将对于所有GaN 器件都是优选的衬底。但是，情况不是这样。众所周知的，可以在多晶和单晶硅衬底上生长CVD金刚石，并且 CVD金刚石可以具有超过1000 W/m.K的导热率，其中最好的材料具 有超过1800 W/m.K的导热率。较少有人知道CVD金刚石和硅在热膨 胀系数方面相当好地匹配，这允许在硅表面上生长厚的金刚石层。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种用于制造半导体层或器件的衬底的制造方 法，包括下述步骤—提供包括适合于用作CVD金刚石合成的衬底的至少一个第一表 面的硅晶片，—在所述硅晶片的所述第一表面上生长具有预定厚度并具有生长 面的CVD金刚石层，-将所述硅晶片的厚度减少至预定水平，以及一在所述硅晶片上提供第二表面，所述第二表面适用于进一步合成至少一个半导体层或者在所述第二表面自身上合成电子器件，所述至少一个半导体适用于电子器件。优选地，所述珪是单晶硅。优选地，所述硅晶片被处理，使得至少相对的大表面U本平行的。平行的意思是指每个表面的角度相对于所 述晶片的相对表面不大于5度，更优选地不大于3度，最优选地不大于 l度。术语晶片，，应当含括这样的硅板，其中， 一个维度(优选地高度)比其他两个维度小至少2倍，更优选地小至少5倍，最优选地小至少IO 倍。在本专利技术的优选实施方案中，CVD金刚石层的生长面被处理，以变成基本平整的且平行于所述硅晶片的所述第一表面。优选地，所述硅晶片的所述第二表面与所述晶片的第一表面相对。 优选地，所述金刚石层的所述生长面抵靠着基本平的参考板设置。 优选地且特别地，在计划随后的半导体层生长并且所述随后的半导体层(一层或多层)是GaN的情况中，单晶硅晶片是{111}单晶硅晶片。这不排除硅单晶晶片的其他取向例如{100}、 {110}或任何其他取向的4吏用。优选地，根据本专利技术的第一方面的方法还包括可任选地使用AlGaN 緩沖层在所ii^晶片的所述第二表面上生长GaN的步骤。根据本专利技术的第一方面的优选实施方案，提供了一种制造GaN材 料的方法，包括下述步骤-提供单晶硅晶片，其已被处理，使得大的Ull)表面是平行的 且至少第一表面处于适合用作CVD金刚石合成的衬底的条件，一在所述单晶硅晶片的所述第一表面上生长具有预定厚度并具有 生长面的CVD金刚石层，-将所述硅晶片的厚度减少至预定水平，-在所述硅晶片上提供适合于进一步合成适用于电子器件中的半 导体层的第二表面，以及-可任选地使用AlGaN緩冲层，在所述珪晶片的所述第二表面上 生长GaN。优选地，{111}单晶硅晶片上的CVD金刚石层的厚度大于100 jim，优选地大于300 jim，较优选地大于400nm，更优选地大于500 Hm，并且最优选地大于550 nm。使得表面适合于CVD金刚石的沉积的对所述珪晶片的所述第一表 面的处理可以通过本领域中已知的技术来实施，所述技术包括金刚石 锯成薄晶片；机械研磨以保证晶片是平整的且具有平行表面；以及化学抛光以保证表面没有因M处理而引入的缺陷。优选地，所述CVD金刚石层的所述生长面被处理，以变成基本平 整的且与所述硅晶片的所述第 一表面平行。使所述CVD金刚石层的所述生长面是基本平整且与所述第一 (上)硅表面(参考表面)平行的处理可以使用本领域中众所周知的金 刚石处理技术来实施。已处理的金刚石面可以抵靠着基本平的参考板i殳置。所述硅晶片的厚度的减少可以通过使用本领域中众所周知的宝石技 术来实施。优选地，所迷硅晶片被减薄，直到其小于50nm厚，优选地 小于20nm厚，更优选地小于10jim厚，并且最优选地小于5 jim厚。本专利技术提供将减薄硅晶片的暴露(第二)表面成为适合于硅基电子 器件的随后制造以及其它半导体层例如GaN的沉积的步骤。所需步骤 在这两种情况中是相同的且是本领域中熟知的。在专利技术的优选实施方案中，将GaN层沉积到减薄硅晶片的(第 二)制备表面上，其中可任选地，GaN层的沉积在AlGaN緩冲层之后 或者与AlGaN緩冲层结合在一起。在优选实施方案情况下的结果是适合于GaN器件制造的衬底，该 GaN器件包括紧密地附着在薄(优选地<20 nm)单晶{111}硅晶片的 表面上的体型多晶CVD金刚石层(优选地>300 jun厚)。(术语紧密地 附着应当包括键合。)该衬底具有远远高于碳化硅的热性能。而且，它更便宜且在大直径 方面容易获得。根据本专利技术的第二方面，提供了适合于GaN器件生长的衬底，该 衬底包含紧密附着在硅晶片的表面上的CVD金刚石层。该晶片优选地 是单晶硅晶片，最优选地是单晶{111}硅晶片。对于才艮据本专利技术的方法的优化存在几个参数。首先，通过与硅接触的金刚石的成核层获得良好的导热率是有利 的。成核层优选地是完全致密的。这可以通过高成核密度来最好地获 得。高成核密度可以通过例如本领域中已知的那些引晶方法来获得，典 型地使用合适的金刚石磨粒以及机械地或通过其他装置(例如使用超声 波处理)使用该磨粒来磨光硅的表面。控制生长的初始金刚石的条件也 是重要的。成核密度可以用例如通过刻蚀并然后对暴露表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造半导体层或器件的衬底的制造方法，包括下述步骤：－提供包括适合于用作ＣＶＤ金刚石合成的衬底的至少一个第一表面的硅晶片，－在所述硅晶片的第一表面上生长具有预定厚度并具有生长面的ＣＶＤ金刚石层，－将硅晶片的厚度 减少至预定水平，以及－在所述硅晶片上提供第二表面，所述第二表面适用于进一步合成至少一个半导体层或者在所述第二表面自身上合成电子器件，所述至少一个半导体适用于电子器件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2005-3-21 0505752.61. 一种用于制造半导体层或器件的村底的制造方法，包括下述步-提供包括适合于用作CVD金刚石合成的衬底的至少一个第一表 面的硅晶片，一在所述硅晶片的第一表面上生长具有预定厚度并具有生长面的 CVD金刚石层，-将硅晶片的厚度减少至预定水平，以及一在所述硅晶片上提供第二表面，所述第二表面适用于进一步合 成至少一个半导体层或者在所述第二表面自身上合成电子器件，所述至 少 一个半导体适用于电子器件。2. 如权利要求l所述的方法，其中所述硅是单晶硅。3. 如权利要求1和2中的任一个所述的方法，其中所述硅晶片被 处理，使得至少相对的大表面是基本平行的。4. 如前述权利要求中的任一个所述的方法，其中所述CVD金刚石 层的所述生长面被处理，以变得基本平整且平行于的硅晶片的所述第一 表面。5. 如前述权利要求中的任一个所迷的方法，其中所迷硅晶片的所 述第二表面与所述晶片的所述第 一表面相对。6. 如前述权利要求中的任一个所述的方法，其中所述单晶硅晶片 是U11}单晶硅晶片。7. 如前述权利要求中的任一个所述的方法，还包括将所述金刚石 层的所述生长面抵靠着基本平的参考板设置的步骤。8. 如前述权利要求中的任一个所述的方法，还包括在所迷硅晶片 的所述第二表面上生长GaN的步骤。9. 如前述权利要求8所述的方法，其中使用AlGaN緩沖层。10. —种制造GaN材料的方法，包括下述步骤一提供单晶硅晶片，其已被处理，使得大的Uil)表面是平行的且至少第一表面处于适合用作用于CVD金刚石合成的衬底的条件，—在所述单晶硅晶片的第一表面上生长具有预定厚度并具有生长面的CVD金刚石层，-将所述硅晶片的厚度减少至预定水平，-在所述硅晶片上提供第二表面，该第二表面适合合成适用于电 子器件中的半导体层，以及-在所述硅晶片的所述第二表面上生长GaN。11. 如权利要求10所迷的方法，还包括处理所迷CVD...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁J怀特海德，克里斯托弗JH沃特，吉奥弗瑞A斯卡丝布鲁克，
申请(专利权)人：六号元素有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]