智能基板制造技术

本发明专利技术是一种智能基板，由一单晶板体、一剥离层与一接合层所组成，其中，该剥离层的材质是二维材料且沉积于该单晶板体的表面，该剥离层包含有多个二维材料的单层，该接合层的材质是三族氮化物且沉积于该剥离层的表面。借此，可于该智能基板上形成三族氮化物磊晶或半导体元件后转植到其他载板，相较使用碳化硅基板可大幅降低成本。板可大幅降低成本。板可大幅降低成本。

【技术实现步骤摘要】
智能基板


[0001]本专利技术与半导体制程使用的基板有关，特别是指一种智能基板。

技术介绍

[0002]高功率元件例如应用在高频功率的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMTs)或者氮化镓萧特基二极管(GaN Schottkybarrier Diode)，抑或是蓝光激光磊晶结构，制造过程中磊晶所使用的基板材质主要为单晶硅(Si)、单晶碳化硅(SiC)或单晶蓝宝石(Sapphire)，这些传统材质基板中，硅与氮化镓的晶格常数与热膨胀系数的差异大(17％与54％)，容易让氮化镓产生缺陷，甚至破裂，蓝宝石的散热性不佳，只有单晶碳化硅的晶格常数不匹配度较低且导热性较佳，为磊晶品质较佳的选择，然而，单晶碳化硅基板的价格非常高，特别是高频功率应用的碳化硅磊晶基板必须为半绝缘，以6吋晶圆为例其价格约为硅基板的50倍，因此，业界长期以来有寻找替代方案的需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的一目的在于提供一种智能基板，可于其上形成三族氮化物磊晶或半导体元件后转植到其他载板，相较碳化硅基板可大幅降低成本。
[0004]为了达成上述目的，本专利技术的智能基板由一单晶板体、一剥离层与一接合层所组成，其中，该剥离层的材质是二维材料且沉积于该单晶板体的表面，该剥离层包含有多个二维材料的单层，该接合层的材质是三族氮化物且沉积于该剥离层的表面。借此，可于该智能基板上形成三族氮化物磊晶或半导体元件后转植到其他载板，相较使用碳化硅基板可大幅降低成本。
附图说明
[0005]图1为本专利技术一较佳实施例的智能基板的剖视图。
[0006]【符号说明】
[0007]1智能基板
[0008]10单晶板体
[0009]20剥离层
[0010]21单层
[0011]30接合层
具体实施方式
[0012]以下通过一较佳实施例配合附图，详细说明本专利技术的
技术实现思路
及特征，如图1所示，是本专利技术一较佳实施例所提供的智能基板1，是由一单晶板体10、一剥离层20与一接合层30所组成。
[0013]该单晶板体10的材质是蓝宝石，可采C面蓝宝石(c
‑
plane sapphire)或A方向错切
C面蓝宝石(miscut c
‑
plane sapphire toward A)，除此之外亦可采用而不限于石英、氮化铝于硅晶圆(AlN(0001)on Si(111))或3C晶系碳化硅于硅晶圆(3C
‑
SiC(111)on Si(111))，其中氮化铝与3C碳化硅为单晶。
[0014]该剥离层20的材质是二维材料且以化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或原子层沉积(ALD)法直接沉积于该单晶板体10的表面，该二维材料可为烯族(Xenes)、硫属化合物(chalcogenides)或二维氧化物(2D oxides)。
[0015]其中烯族例如但不限于硅烯、锗烯、锡烯、硼烯、黑磷(磷烯)、锑烯、铋烯、碲烯、六方氮化硼(h
‑
BN)又称为白石墨烯(white graphene)、硼碳氮(BCN)及碳化钛(TiC)。
[0016]硫属化合物包含有过渡金属硫属化合物(transition metal dichalcogenides,TMDs)、三族硫属化合物与五族硫属化合物，其中过渡金属硫属化合物具有通式MX2，其中M为过渡金属原子例如但不限于锰(Mn)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Zr)、铌(Nb)、鎝(Tc)、钽(Ta)、铪(Hf)、钨(W)或铼(Re)，X为硫属原子例如但不限于硒(Se)、硫(S)或碲(Te)，常用的过渡金属硫属化合物包含但不限于二硫化钼(MoS2)、二硫化钨钼(MoWS2)、二硫化钨(WS2)、二硒化钼(MoSe2)、二硒化钨钼(MoWSe2)、二硒化钨(WSe2)、二碲化钼(MoTe2)与二碲化钨(WTe2)等；三族硫属化合物例如但不限于硫化镓(GaS)、硒化镓(GaSe)或硒化铟(InSe)；五族硫属化合物则例如但不限于碲化铋(Bi2Te3),硒化铋(Bi2Se3)或三碲化二锑(Sb2Te3)。
[0017]二维氧化物的例包含铅、磷与过渡金属等的氧化物，例如但不限于：二氧化锰(MnO2)、氧化铅(PbO)、三氧化钼(MoO3)、二氧化钛(TiO2)等。
[0018]该剥离层20包含有多个二维材料的单层21，单层21层内为共价键的单晶，具有强韧的材料强度，单层21与单层21之间则通过凡德瓦力的弱键结合，使得彼此易于分离。单层21的厚度约为0.6～0.8nm，该剥离层20有二个或二个以上单层21，因此厚度大于1nm，上限无限制，惟以3～20nm较佳。
[0019]该接合层30的材质是三族氮化物且沉积于该剥离层20的表面，该三族氮化物例如但不限于氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铝镓(Al
x
Ga1‑
x
N)、氮化铟镓(In
x
Ga1‑
x
N)或氮化铝铟(Al
x
In1‑
x
N)。由于上述三族氮化物的晶格常数与该剥离层20的二维材料匹配度高，详如表一所列，故可于该剥离层20上形成高品质的三族氮化物磊晶。
[0020]表一
[0021][0022]由于接合层30为高品质的三族氮化物磊晶，故后续可在该接合层30上成长高品质的氮化铝、氮化镓、氮化铝镓、氮化铟镓、氮化铝铟等，并在后续半导体制程中制作氮化镓高电子迁移率晶体管元件、氮化镓萧特基二极管、或是蓝光激光磊晶结构，完成元件制程后，利用二维材料单层21与单层21之间为凡德瓦力容易分离的特性，可以转植法(Exfoliation)将该剥离层20上方的元件剥离转植至特定应用载板，例如RF高频电路应用可转植至高导热又绝缘的载板，高功率电路或是激光封装应用可转植至高导热导电的载板等，应用可不受限于磊晶成长时的单晶板体10材料，不仅可取代现行常用昂贵的碳化硅基板以降低制造成本，更可弹性搭配不同特性的载板使元件发挥出更佳的效能。
[0023]当该接合层30采用三元三族氮化物时，甚至可通过其中二原子的配比来调整晶格常数，使得与后续要成长在该接合层30上的磊晶层的晶格常数匹配度更高。例如可改变氮化铝镓中铝与镓的配比在范围调整晶格常数，或可改变氮化铟镓中铟与镓的配比在范围调整晶格常数，或可改变氮化铝铟中铝与铟的配比在范围调整晶格常数。借此，本专利技术的智能基板可配合下游客户的需求挑选适当的接合层30材质以及晶格匹配度高的二维材料作为剥离层20，以于后续成长客户所需的半导体元件，不仅可符合客户的需求，又能降低成本，从而达成本专利技术的目的。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能基板，其特征在于，由一单晶板体、一剥离层与一接合层所组成，其中，该剥离层的材质是二维材料且沉积于该单晶板体的表面，该剥离层包含有多个二维材料的单层，该接合层的材质是三族氮化物且沉积于该剥离层的表面。2.根据权利要求1所述的智能基板，其特征在于，该二维材料为烯族(Xenes)、硫属化合物(chalcogenides)或二维氧化物(2Doxides)。3.根据权利要求1所述的智能基板，其特征在于，该二维材料是为过渡金属硫属化合物MX2，其中M为过渡金属原子锰(Mn)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Zr)、铌(Nb)、鎝(Tc)、钽(Ta)、铪(Hf)、钨(W)或铼(Re)，X为硫族原子硒(Se)、硫(S)或碲(Te)。4.根据权利要求3所述的智能基板，其特征在于，该过渡金属硫属化合物为二硫化钼(MoS2)、二硫化钨钼(MoWS2)、二硫化钨(WS2)、二硒化钼(MoSe2)、二硒化钨钼(MoWSe2)或二硒化钨(WSe2)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的智能基板，其特征在于，该单晶板体的材质是蓝宝石、石英、氮化铝于硅晶圆(AlNonSi)或3C晶系...

【专利技术属性】
技术研发人员：何焱腾，陈乃榕，
申请(专利权)人：瑞砻科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：