金刚石上半导体衬底、用于制造金刚石上半导体衬底的前体及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种制造用于制造金刚石上半导体衬底110的前体105a的方法100，该方法包括：a)从基础衬底112开始；b)在该基础衬底上形成牺牲载流子层114，该牺牲载流子层包括单晶半导体；c)在该牺牲载流子层上形成单晶成核层116，该单晶成核层用于布置成使金刚石成核生长；以及d)在该单晶成核层上形成器件层118，该器件层包括一个单晶半导体层或多个单晶半导体层。体层。体层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金刚石上半导体衬底、用于制造金刚石上半导体衬底的前体及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种金刚石上半导体衬底、用于制造金刚石上半导体衬底的前体及其制造方法。

技术介绍

[0002]半导体晶片可用于制造电子器件，包括电源，RF和微波器件，也可用于制造光学器件，包括发光二极管和激光二极管。此类器件的效率和容量受到可从其中提取多少废热的限制。金刚石是热提取的良好候选者，特别是在这些晶片内用作传热层。
[0003]图1示意性地给出了一种用于在金刚石衬底10上生产半导体的已知方法。该衬底生产方法从提供一种包括Si(或其它)衬底12的生长结构开始，在Si衬底12上提供一个或多个过渡层14，在过渡层14上提供一个半导体器件层16，例如GaN器件层，半导体器件层16可以包含不同的外延层，例如GaN、AlGaN、InGaN或其它。器件层被布置为在其上形成电路，例如通过沉积、去除、图案化或电性能改变等方式。过渡层14被布置为在Si衬底12和半导体器件层16之间提供一些晶格匹配或应变匹配。
[0004]在步骤40中，处理晶片18被附接到器件层16上。这通常涉及一个诸如旋涂玻璃的附接层，或者在其它实施例中，附接可以通过晶片接合界面(wafer bonded interface)来提供。
[0005]在步骤42中，去除Si衬底12。
[0006]在步骤44中，去除该过渡层14或每个过渡层14。
[0007]在步骤46中，在半导体器件层16的露出侧上沉积一层无定形成核层20。露出侧是与附接处理晶片18的侧面相反的一侧。无定形成核层20被布置以使金刚石成核和生长。
[0008]在步骤48中，将金刚石层22生长到无定形成核层20上。
[0009]在步骤50中，去除处理晶片18。去除处理晶片18之后，提供金刚石上半导体衬底10。可以准备半导体器件层16露出的表面以用于进一步处理，例如通过清洁，例如以去除保护层。金刚石上半导体衬底结构10随后可用于高端RF和其它器件的处理。

技术实现思路

[0010]根据一个方面，本专利技术提供一种制造用于制造金刚石上半导体衬底的前体的方法，该方法包括：
[0011]a)从基础衬底开始；
[0012]b)在该基础衬底上形成牺牲载流子层，该牺牲载流子层包括一个单晶半导体；
[0013]c)在该牺牲载流子层上形成单晶成核层，该单晶成核层布置成使金刚石生长成核；以及
[0014]d)在该单晶成核层上形成器件层，该器件层包括一个单晶半导体层或多个单晶半导体层。
[0015]有利地，本专利技术的方法导致一种改进的前体，与现有技术相比，其随后导致在金刚石衬底上更好或更有效地生产最终半导体。该前体更好因为它是根据本专利技术的方法形成的。特别地，如将变得显而易见的，在前体的各层之间以及在前体的露出表面处的表面边界由于其随后的预期用途(与提供合适的器件层表面结合，形成合适的表面以供金刚石生长成核)而比现有的晶片更好。
[0016]该方法可选地包括连续生长牺牲载流子层、之后成核层、之后器件层，以实现步骤b)至d)。可选地，连续生长包括在生长室中执行步骤b)至d)，并且在执行步骤b)至d)期间不从生长室中去除正在制造的前体。
[0017]可选地，形成单晶成核层的步骤包括经由2D或3D生长或逐层生长来沉积成核层，优选地通过2D或逐层生长。
[0018]可选地，连续生长包括合理地晶格匹配牺牲载流子层与单晶成核层，以及单晶成核层与器件层。
[0019]该方法可选地包括：
[0020]·
步骤b)包括形成所述单晶牺牲载流子层，所述单晶牺牲载流子层具有小于第一阈值位错密度的位错密度，例如109cm
‑2；
[0021]·
步骤c)包括形成所述单晶成核层，所述单晶成核层具有小于第二阈值位错密度的位错密度，例如0.5
×
109cm
‑2；以及
[0022]·
步骤d)包括形成所述单晶器件层，所述单晶器件层具有小于第三阈值位错密度的位错密度，例如108cm
‑2。
[0023]可选地，在步骤a)之后和步骤b)之前，该方法包括在基础衬底和牺牲载流子层之间形成一个或多个过渡层，该一个或多个过渡层被布置成促进从基础衬底到牺牲载流子层的过渡，并且可选地，其中促进过渡包括减轻牺牲载流子层的应变或成核生长或两者兼具。
[0024]该方法可选地包括在器件层上接合或形成处理层。
[0025]该方法可选地包括去除基础衬底，进一步可选地采用化学方法或者通过机械抛光或者通过它们的组合来去除。
[0026]可选地，该方法包括例如通过选择性蚀刻来选择性地去除一个或多个过渡层。
[0027]可选地，该方法包括例如通过选择性蚀刻来选择性地去除牺牲载流子层，其中选择性的去除工艺在成核层或过渡层停止。
[0028]可选地，步骤b)包括由第一材料形成牺牲载流子层，使得牺牲载流子层具有第一去除率，并且其中步骤c)包括由第二材料形成成核层，使得成核层具有第二去除率，其中第一去除率与第二去除率不同。
[0029]根据另一方面，提供了一种制造金刚石上半导体衬底的方法，该方法包括上面提到的方面的方法，并且进一步包括在选择性的去除牺牲载流子层之后将金刚石层(例如合成金刚石层)生长到成核层上。可选地，该方法包括在其上生长金刚石层之前用等离子体或类似物对成核层进行预处理——进一步可选地，在AlN成核层的情况下，该方法包括通过用N2和/或H2等离子体处理AlN成核层一段时间来预处理成核层。
[0030]该方法可选地包括去除处理层，可选地，为选择性去除。
[0031]可选地，步骤d)包括由第三材料形成器件层，使得器件层具有第三去除率，接合或形成处理层包括接合或形成包括第四材料的处理层，从而使得处理层具有第四去除率，其
中第四去除率不同于第三去除率。
[0032]该方法可选地包括以下任何一项或多项：
[0033]·
该基础衬底包括Si衬底、SiC衬底、AlN复合材料或蓝宝石衬底；
[0034]·
所述单晶牺牲载流子层包括SiC、GaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、BN、BAlN、ScN、Si及其合金，Ga2O3、Al2O3、MgO及其合金；并且可选地，该单晶牺牲载流子层具有超过100nm的厚度；
[0035]·
所述单晶成核层包括SiC、GaN、AlN、AlGaN、ScN、BN、HfN、ZrN、InN、Si、Ge、TiN或其合金，以及基于氧化物的材料，例如Ga2O3、Al2O3、MgO及其合金，以及可选地：
[0036]◆
该单晶成核层具有5nm至100nm的厚度，例如5nm至50nm；和/或
[0037]◆
该单晶成核层具有5至600W/m
·
K的热导率；
[0038]·
所述单晶器件层包含SiC、GaN、AlN本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造用于制造金刚石上半导体衬底的前体的方法，所述方法包括：a)从基础衬底开始；b)在所述基础衬底上形成牺牲载流子层，所述牺牲载流子层包括单晶半导体；c)在所述牺牲载流子层上形成单晶成核层，所述单晶成核层布置成使金刚石生长成核；以及d)在所述单晶成核层上形成器件层，所述器件层包括一个单晶半导体层或多个单晶半导体层。2.根据权利要求1所述的方法，包括连续生长所述牺牲载流子层、之后所述成核层、之后所述器件层，以实现步骤b)至d)。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述连续生长包括在生长室中执行步骤b)至d)，并且在执行步骤b)至d)期间不从所述生长室去除正在制造的前体。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述形成所述单晶成核层的步骤包括经由2D或3D生长或逐层生长来沉积所述成核层，优选地通过2D或逐层生长。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述连续生长包括合理地晶格匹配所述牺牲载流子层与所述单晶成核层，以及所述单晶成核层与所述器件层。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：步骤b)包括形成所述单晶牺牲载流子层，所述单晶牺牲载流子层具有小于第一阈值位错密度的位错密度，例如为109cm
‑2；步骤c)包括形成所述单晶成核层，所述单晶成核层具有小于第二阈值位错密度的位错密度，例如为0.5
×
109cm
‑2；以及步骤d)包括形成所述单晶器件层，所述单晶器件层具有小于第三阈值位错密度的位错密度，例如为108cm
‑2。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，在步骤a)之后和步骤b)之前，在所述基础衬底和所述牺牲载流子层之间形成一个或多个过渡层，所述一个或多个过渡层被布置成促进从所述基础衬底到所述牺牲载流子层的过渡，并且可选地，其中促进过渡包括减轻牺牲载流子层的应变或成核生长或二者兼具。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在所述器件层上接合或形成处理层。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括去除所述基础衬底，可选地用化学方法或者通过机械抛光或者通过二者的组合来去除。10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，包括：例如通过选择性蚀刻来选择性去除所述一个或多个过渡层。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：例如通过选择性蚀刻来选择性地去除所述牺牲载流子层，其中所述选择性的去除工艺在所述成核层或所述过渡层停止。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤b)包括由第一材料形成所述牺牲载流子层，使得所述牺牲载流子层具有第一去除率，并且其中步骤c)包括由第二材料形成所述成核层，使得所述成核层具有第二去除率，其中所述第一去除率与所述第二去除率不同。13.一种制造金刚石上半导体衬底的方法，所述方法包括如权利要求12所述的方法，并且还包括在所述选择性去除所述牺牲载流子层之后，将金刚石层，例如合成金刚石层，生长
到所述成核层上。14.根据权利要求13所述的方法，包括去除所述处理层，可选地，为选择性去除。15.根据权利要求8至14中的任一项所述的方法，其中步骤d)包括由第三材料形成所述器件层，使得所述器件层具有第三去除率，接合或形成所述处理层包括接合或形成具有第四材料的所述处理层，使得所述处理层具有第四去除率，其中所述第四去除率不同于所述第三去除率。16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，任意一项或多项：
·
所述基础衬底包括Si衬底、SiC衬底、AlN复合材料或蓝宝石衬底；
·
所述单晶牺牲载流子层包括SiC、GaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、BN、BAlN、ScN、Si及其合金，Ga2O3、Al2O3、MgO及其合金；并且可选地，所述单晶牺牲载流子层具有超过100nm的厚度；
·
所述单晶成核层包括SiC、GaN、AlN、AlGaN、ScN、BN、HfN、ZrN、InN、Si、Ge、TiN或其合金，以及基于氧化物的材料，例如Ga2O3、Al2O3、MgO及其合金，以及可选地：
◆
具有5nm至100nm的厚度，例如5nm至50nm；和/或
◆
具有5至600W/m
·
K的热导率；
·
所述单晶器件层包括SiC、GaN、AlN、InN、BN、Si及其合金，Ga2O3、Al2O3、MgO及其合...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：布里斯托大学，
类型：发明
国别省市：