自支撑氮化镓衬底的制作方法技术

本发明专利技术提供一种自支撑氮化镓衬底的制作方法，包括：1)提供一复合衬底，包括蓝宝石衬底以及氮化镓薄膜；2)于氮化镓薄膜上形成临时粘结层；3)将转移衬底通过临时粘结层键合于复合衬底上；4)通过激光剥离工艺剥离蓝宝石衬底；5)将承接衬底与氮化镓薄膜进行弱键合，并通过使临时粘结层失效以将转移衬底从氮化镓薄膜上剥离；6)在氮化镓薄膜上外延生长氮化镓外延层，通过氮化镓薄膜及氮化镓外延层与承接衬底之间晶格失配应力和/或热失配应力，使弱键合失效，以实现氮化镓薄膜与承接衬底之间的分离。本发明专利技术可有效克服晶格失配和热失配而导致异质氮化镓外延层厚度受限的缺陷，提高自支撑氮化镓衬底的质量，降低自支撑氮化镓衬底的制作成本。作成本。作成本。

【技术实现步骤摘要】
自支撑氮化镓衬底的制作方法


[0001]本专利技术属于半导体制造领域，特别是涉及一种自支撑氮化镓衬底的制作方法。

技术介绍

[0002]以氮化镓(GaN)及其合金为代表的第三代半导体材料是近十几年来国际上倍受重视的新型半导体材料，它具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、导热性能好、结构稳定等诸多优异性能，在光电子和微电子
都具有巨大的应用前景。光电子领域中，由于III族氮化物的禁带宽度在0.7
‑
6.2eV范围内连续可调，覆盖了从红光到紫外的波段，可制作绿色、蓝色乃至紫外波段发光器件以及白光照明。此外，最近兴起的紫外光LED在丝网印刷、聚合物固化、环境保护也显示了特殊的用途，极大的激发了研究人员的研究兴趣。GaN激光器在信息存储领域也大有作为，还可应用在医疗诊断、海底探潜和通讯等各个方面。
[0003]GaN体单晶的制备比较困难，难以得到大尺寸和质量比较好的体单晶GaN衬底，所以GaN的外延生长通常是以异质外延的方式进行的。但理论和实验都表明，采用GaN作衬底同质外延器件时，器件性能得到大幅度提高。因此制造自支撑GaN衬底成为人们关注的焦点。
[0004]目前大面积的GaN自支撑衬底通常都是通过在异质衬底上气相生长GaN厚膜，然后将原异质衬底分离后得到的。其中蓝宝石衬底是最常用的衬底。为了得到自支撑衬底，必须将蓝宝石衬底去除。蓝宝石质地坚硬，化学性质稳定，因此很难通过化学腐蚀或机械打磨的方法去除。目前常使用激光剥离的方法将GaN和蓝宝石衬底分离。但是激光剥离技术成本昂贵；并且在激光剥离的过程中，界面处GaN高温分解后产生的高压气体容易对制备的GaN自支撑衬底造成损伤，轻则在GaN自支撑衬底上产生大量的位错和微裂纹从而影响以后器件的质量，重则使GaN自支撑衬底完全碎裂从而大大降低成品率。
[0005]总的来说，异质材料外延进行外延生长时，由于晶格失配和热失配，会造成异质外延氮化镓厚度受限，同时解离氮化镓单晶的工艺难度较大，在大尺寸蓝宝石/氮化镓厚膜复合衬底(HVPE一次外延片)上表现尤其明显。

技术实现思路

[0006]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自支撑氮化镓衬底的制作方法，用于解决现有技术中厚度较大的氮化镓外延层与蓝宝石衬底存在较大的晶格失配和热失配而导致异质外延氮化镓厚度受限的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种自支撑氮化镓衬底的制作方法，所述制作方法包括：1)提供一复合衬底，所述复合衬底包括蓝宝石衬底以及形成于所述蓝宝石衬底上的氮化镓薄膜；2)于所述氮化镓薄膜上形成临时粘结层；3)提供一转移衬底，将所述转移衬底通过所述临时粘结层键合于所述复合衬底上；4)通过激光剥离工艺剥离所述蓝宝石衬底，显露出所述氮化镓薄膜；5)提供一承接衬底，将所述承接衬底与所述氮化镓
薄膜进行弱键合，并使所述临时粘结层失效以将所述转移衬底从所述氮化镓薄膜上剥离；6)在所述氮化镓薄膜上外延生长氮化镓外延层，所述氮化镓外延层生长至一定厚度后，通过所述氮化镓薄膜及所述氮化镓外延层与所述承接衬底之间晶格失配应力和热失配应力，使所述氮化镓薄膜与所述承接衬底之间的弱键合状态失效，以实现所述氮化镓薄膜与所述承接衬底之间的分离，获得自支撑氮化镓衬底。
[0008]可选地，步骤5)包括：于所述承接衬底表面形成第一金属栅格，于所述氮化镓薄膜表面形成第二金属栅格，将所述第一金属栅格与所述第二金属栅格层叠后，通过键合工艺使所述第一金属栅格与所述第二金属栅格相互扩散以使所述承接衬底与所述氮化镓薄膜弱键合，同时所述键合工艺使所述临时粘结层失效而将所述转移衬底从所述氮化镓薄膜上剥离。
[0009]可选地，所述键合工艺的温度低于所述第一金属栅格与所述第二金属栅格的熔化温度。
[0010]可选地，所述第一金属栅格的材料包括Ti、Cr及Mo中的一种，所述第二金属栅格的材料包括Ti、Cr及Mo中的一种。
[0011]可选地，于所述承接衬底表面形成第一金属栅格包括：于所述承接衬底表面形成光刻胶层，通过曝光工艺和显影工艺后于所述承接衬底上形成栅格槽状的光刻图形；通过蒸镀工艺及金属剥离工艺于所述承接衬底表面形成第一金属栅格；于所述氮化镓薄膜表面形成第二金属栅格包括：于所述氮化镓薄膜表面形成光刻胶层，通过曝光工艺和显影工艺后于所述氮化镓薄膜上形成栅格槽状的光刻图形；通过蒸镀工艺和金属剥离工艺于所述氮化镓薄膜表面形成第二金属栅格。
[0012]可选地，所述第一金属栅格与所述第二金属栅格的形状和大小相同，且在所述承接衬底与所述氮化镓薄膜进行键合时，所述第一金属栅格与所述第二金属栅格对准重合。
[0013]可选地，步骤2)通过旋涂工艺于所述氮化镓薄膜上形成临时粘结层，所述临时粘结层包括环氧树脂及高温蜡中的一种。
[0014]可选地，所述转移衬底、承接衬底的材料包括蓝宝石、硅及石英中的一种。
[0015]可选地，步骤4)还包括对显露的所述氮化镓薄膜表面进行酸洗的步骤，以去除所述氮化镓薄膜表面残余的金属镓。
[0016]可选地，步骤6)通过氢化物气相外延工艺在所述氮化镓薄膜上外延生长氮化镓外延层。
[0017]如上所述，本专利技术的自支撑氮化镓衬底的制作方法，具有以下有益效果：
[0018]本专利技术通过承接衬底和金属栅格，将原本的蓝宝石衬底与氮化镓外延层之间由化学键强结合状态改变为由金属栅格实现的弱键合状态，使得氮化镓薄膜与承接衬底之间处于弱连接状态，从而在氢化物气相外延工艺生长氮化镓外延层时减弱承接衬底的晶格束缚，可以使氮化镓外延层生长至较厚状态，并在一并厚度时，利用晶格失配应力和热失配应力，突破氮化镓薄膜与承接衬底之间的弱连接状态，实现氮化镓外延层与承接衬底的分离，仅需通过一次性外延生长便可获得厚度较大的氮化镓外延层。本专利技术可有效克服晶格失配和热失配而导致异质氮化镓外延层厚度受限的缺陷，提高自支撑氮化镓衬底的质量，降低自支撑氮化镓衬底的制作成本。
附图说明
[0019]图1～图9显示为本专利技术的自支撑氮化镓衬底的制作方法各步骤所呈现的结构示意图。
[0020]元件标号说明
[0021]101
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
蓝宝石衬底
[0022]102
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
氮化镓薄膜
[0023]103
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转移衬底
[0024]104
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
临时粘结层
[0025]105
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
承接衬底
[0026]106
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一金属栅格
[0027]107
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二金属栅格
[0028]108
ꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑氮化镓衬底的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：1)提供一复合衬底，所述复合衬底包括蓝宝石衬底以及形成于所述蓝宝石衬底上的氮化镓薄膜；2)于所述氮化镓薄膜上形成临时粘结层；3)提供一转移衬底，将所述转移衬底通过所述临时粘结层键合于所述复合衬底上；4)通过激光剥离工艺剥离所述蓝宝石衬底，显露出所述氮化镓薄膜；5)提供一承接衬底，将所述承接衬底与所述氮化镓薄膜进行弱键合，并使所述临时粘结层失效以将所述转移衬底从所述氮化镓薄膜上剥离；6)在所述氮化镓薄膜上外延生长氮化镓外延层，所述氮化镓外延层生长至一定厚度后，通过所述氮化镓薄膜及所述氮化镓外延层与所述承接衬底之间晶格失配应力和热失配应力，使所述氮化镓薄膜与所述承接衬底之间的弱键合状态失效，以实现所述氮化镓薄膜与所述承接衬底之间的分离，获得自支撑氮化镓衬底。2.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓衬底的制作方法，其特征在于：步骤5)包括：于所述承接衬底表面形成第一金属栅格，于所述氮化镓薄膜表面形成第二金属栅格，将所述第一金属栅格与所述第二金属栅格层叠后，通过键合工艺使所述第一金属栅格与所述第二金属栅格相互扩散以使所述承接衬底与所述氮化镓薄膜弱键合，同时所述键合工艺使所述临时粘结层失效而将所述转移衬底从所述氮化镓薄膜上剥离。3.根据权利要求2所述的自支撑氮化镓衬底的制作方法，其特征在于：所述键合工艺的温度低于所述第一金属栅格与所述第二金属栅格的熔化温度。4.根据权利要求2所述的自支撑氮化镓衬底的制作方法，其特征在于：所述第一金属栅格的材料包括Ti、Cr及Mo中...

【专利技术属性】
技术研发人员：任俊杰，王帅，
申请(专利权)人：东莞市中镓半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：