具有热沉结构的GaN器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有热沉结构的GaN器件及其制备方法，该器件依次包括：Cu热沉衬底、CuIn金属间化合物层、种子层、粘附层、SiC衬底层及功能层。通过裂解工艺，利用离子注入在SiC衬底层内形成缺陷层，然后在应力诱导产生层的应力作用下使SiC衬底层在缺陷层处裂解，达到衬底减薄的效果同时还可回收SiC衬底，节省工艺成本，且SiC衬底层减薄的厚度可以通过离子注入的能量、剂量来确定，工艺简单，更避免了现有采用研磨工艺减薄过程中引入的杂质颗粒；另外，利用Cu/In合金键合，缓解了热沉结构键合过程中功能层开裂的风险，工艺可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
具有热沉结构的GaN器件及其制备方法
本专利技术属于半导体器件
，特别是涉及一种具有热沉结构的GaN器件及其制备方法。
技术介绍
作为第三代半导体的杰出代表，GaN(氮化镓)的室温禁带宽度为3.45eV，远大于Si和GaAs的禁带宽度，使得其电场击穿强度比之大了一个数量级，非常适合制作高耐压大功率器件。除了很大的禁带宽度这一优势外，GaN还具备很高的电子饱和速度及热导率，使它十分适合于微波/毫米波大功率应用的场合。GaN电力电子开关器件，AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管HEMT及GaNMMIC单片微波集成电路(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuits，MMIC)在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了得天独厚的优势，追求器件高频率、高压、高功率吸引了众多的研究。然而，GaN器件工作过程中的温度升高会影响器件性能，特别是对于大功率GaNHEMT器件，自热效应会导致热量在器件有源区中心迅速积聚，引起器件性能恶化失效。因此对器件进行及时散热至关重要。为了提高器件高温可靠性，减小器件热阻，大功率GaN器件往往采用背面减薄然后附加高导热的热沉结构来减小器件热阻，在制备过程中，需要对衬底进行减薄，传统方法利用CMP研磨进行，往往需要将几百微米的衬底从背面研磨减薄至100μm-150μm甚至几十微米，对于诸如价格十分昂贵的SiC衬底来说，不但衬底坚硬难减，对材料来说也是巨大的浪费，工艺成本较高。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有热沉结构的GaN器件及其制备方法，用于解决现有技术中GaN器件在形成热沉结构时，采用CMP工艺减薄衬底工艺成本较高且浪费材料等的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有热沉结构的GaN器件的制备方法，所述制备方法包括：提供GaN器件结构，所述GaN器件结构依次包括SiC衬底层及功能层；提供临时键合片，并将所述功能层与所述临时键合片键合；于所述SiC衬底层背面进行离子注入，以在所述SiC衬底层内形成缺陷层；于所述SiC衬底层背面沉积应力诱导产生层，当所述应力诱导产生层产生的应力使所述SiC衬底层自所述缺陷层开始分裂，产生分裂口时，停止所述应力诱导产生层的沉积，然后自该分裂口插入隔离物以完成所述SiC衬底层的减薄；于减薄后的所述SiC衬底层背面进行平坦化处理；于平坦化处理后的所述SiC衬底层背面依次形成粘附层、种子层及Cu层；提供Cu热沉衬底，并于所述Cu热沉衬底上形成In层；将所述Cu热沉衬底的所述In层与所述SiC衬底层的所述Cu层进行键合，并在键合面形成CuIn金属间化合物层，从而形成具有热沉结构的GaN器件。可选地，所述功能层为HEMT器件层；形成所述具有热沉结构的GaN器件后还包括去除所述临时键合片的步骤。可选地，于所述SiC衬底层背面进行离子注入时采用的注入离子为质子。可选地，于所述SiC衬底层背面沉积应力诱导产生层的具体步骤包括：采用溅射工艺于所述SiC衬底层背面沉积Ti层及第一Ni层；采用电镀工艺于所述第一Ni层上沉积第二Ni层，当所述SiC衬底层自所述缺陷层开始分裂，产生所述分裂口时，停止所述第二Ni层的沉积。可选地，采用溅射工艺形成所述粘附层及所述种子层，且所述粘附层的材料为Ti，所述种子层的材料为Au或Cu；采用电镀工艺形成所述Cu层。可选地，所述粘附层的厚度介于10nm～50nm之间，所述种子层的厚度介于50nm～200nm之间，所述Cu层的厚度介于45μm～55μm之间。可选地，于所述Cu热沉衬底上形成所述In层前，还包括对所述Cu热沉衬底进行电抛光处理的步骤，以使所述Cu热沉衬底的表面粗糙度介于100nm～200nm之间。可选地，采用热蒸镀工艺形成所述In层；将所述In层与所述Cu层进行键合的具体步骤包括，先在200℃～250℃之间的温度下使所述Cu层与熔融的所述In层粘合5min～10min，然后降温至145℃～155℃之间继续粘合70min～90min。本专利技术还提供一种具有热沉结构的GaN器件，所述器件依次包括：Cu热沉衬底、CuIn金属间化合物层、种子层、粘附层、SiC衬底层及功能层。可选地，所述CuIn金属间化合物层包括Cu11In9金属间化合物层及Cu9In4金属间化合物层。如上所述，本专利技术的具有热沉结构的GaN器件及其制备方法，通过裂解工艺，利用离子注入在SiC衬底层内形成缺陷层，然后在应力诱导产生层的应力作用下使SiC衬底层在缺陷层处裂解，达到衬底减薄的效果同时还可回收SiC衬底，节省工艺成本，且SiC衬底层减薄的厚度可以通过离子注入的能量、剂量来确定，工艺简单，更避免了现有采用研磨工艺减薄过程中引入的杂质颗粒；另外，利用Cu/In合金键合，缓解了热沉结构键合过程中功能层开裂的风险，工艺可靠性高。附图说明图1显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法的工艺流程图。图2显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S1步骤所呈现的结构示意图。图3显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S2步骤所呈现的结构示意图。图4显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S3步骤中离子注入方向的结构示意图。图5显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S3步骤中形成缺陷层的结构示意图。图6显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S4步骤中形成分裂口的结构示意图。图7显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S4步骤中插入隔离物的结构示意图。图8显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S6步骤所呈现的结构示意图。图9显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S7步骤所呈现的结构示意图。图10显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S8步骤中In层与Cu层进行键合时所呈现的结构示意图。图11显示为本专利技术实施例一的具有热沉结构的GaN器件的制备方法中S8步骤中In层与Cu层进行键合后形成CuIn金属间化合物层所呈现的结构示意图，其中，图11还显示为本专利技术实施例二的具有热沉结构的GaN器件。元件标号说明100GaN器件结构101SiC衬底层102功能层103临时键合片104缺陷层105应力诱导产生层106Ti层107第一Ni层108第二Ni层109分裂口110隔离物111粘附层112种子层113Cu层114Cu热沉衬底115In层116CuIn金属间化合物层S1～S8步骤具体实施方式以下通过特定的具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有热沉结构的GaN器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：/n提供GaN器件结构，所述GaN器件结构依次包括SiC衬底层及功能层；/n提供临时键合片，并将所述功能层与所述临时键合片键合；/n于所述SiC衬底层背面进行离子注入，以在所述SiC衬底层内形成缺陷层；/n于所述SiC衬底层背面沉积应力诱导产生层，当所述应力诱导产生层产生的应力使所述SiC衬底层自所述缺陷层开始分裂，产生分裂口时，停止所述应力诱导产生层的沉积，然后自该分裂口插入隔离物以完成所述SiC衬底层的减薄；/n于减薄后的所述SiC衬底层背面进行平坦化处理；/n于平坦化处理后的所述SiC衬底层背面依次形成粘附层、种子层及Cu层；/n提供Cu热沉衬底，并于所述Cu热沉衬底上形成In层；/n将所述Cu热沉衬底的所述In层与所述SiC衬底层的所述Cu层进行键合，并在键合面形成CuIn金属间化合物层，从而形成具有热沉结构的GaN器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有热沉结构的GaN器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供GaN器件结构，所述GaN器件结构依次包括SiC衬底层及功能层；
提供临时键合片，并将所述功能层与所述临时键合片键合；
于所述SiC衬底层背面进行离子注入，以在所述SiC衬底层内形成缺陷层；
于所述SiC衬底层背面沉积应力诱导产生层，当所述应力诱导产生层产生的应力使所述SiC衬底层自所述缺陷层开始分裂，产生分裂口时，停止所述应力诱导产生层的沉积，然后自该分裂口插入隔离物以完成所述SiC衬底层的减薄；
于减薄后的所述SiC衬底层背面进行平坦化处理；
于平坦化处理后的所述SiC衬底层背面依次形成粘附层、种子层及Cu层；
提供Cu热沉衬底，并于所述Cu热沉衬底上形成In层；
将所述Cu热沉衬底的所述In层与所述SiC衬底层的所述Cu层进行键合，并在键合面形成CuIn金属间化合物层，从而形成具有热沉结构的GaN器件。


2.根据权利要求1所述的具有热沉结构的GaN器件的制备方法，其特征在于：所述功能层为HEMT器件层；形成所述具有热沉结构的GaN器件后还包括去除所述临时键合片的步骤。


3.根据权利要求1所述的具有热沉结构的GaN器件的制备方法，其特征在于：于所述SiC衬底层背面进行离子注入时采用的注入离子为质子。


4.根据权利要求1所述的具有热沉结构的GaN器件的制备方法，其特征在于，于所述SiC衬底层背面沉积应力诱导产生层的具体步骤包括：
采用溅射工艺于所述SiC衬底层背面沉积Ti层及第一Ni层；
采用电镀工艺于所述第一Ni层上沉积第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫炯炯，王志宇，陈华，刘家瑞，郁发新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33