一种金刚石基氮化镓晶圆制备方法及金刚石基氮化镓晶圆技术

本申请提供一种金刚石基氮化镓制备方法及金刚石基氮化镓晶圆

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石基氮化镓晶圆制备方法及金刚石基氮化镓晶圆


[0001]本申请涉及半导体器件工艺
，尤其涉及一种金刚石基氮化镓晶圆制备方法及金刚石基氮化镓晶圆
。

技术介绍

[0002]氮化镓作为宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大
、
击穿场强高
、
电子饱
、
漂移速度高和热导率高等诸多优点，因此在高速大功率开关
、
射频功率器件制造等领域具有很大的潜力
。
传统的氮化镓器件一般是采用硅衬底或者碳化硅衬底，但是由于硅和碳化硅两种材料的热导率很差，使得氮化镓器件的输出功率仅在3‑
5W/mm
，远低于实验室验证的
42W/mm
理论输出功率，使其应用受到限制
。
[0003]金刚石具有很高的热导率
(800
‑
2000W/mK)
，所以目前通常使用高热导率的金刚石材料代替硅和碳化硅材料作为氮化镓器件的散热衬底，当前实现金刚石晶圆与氮化镓晶圆结合的方式主要有三种，第一种是在金刚石晶圆上直接外延氮化镓，这种方法生长过程复杂，同时晶格失配会产生很大的位错密度，导致生长的氮化镓材料质量差
。
第二种是在氮化镓晶圆生长金刚石，但是由于生长金刚石需要采用超过
600
摄氏度的化学气相淀积技术，这会不可避免的出现影响金刚石的质量的成核层和热应力
。
第三种是利用介质层将金刚石和氮化镓进行键合，目前这种方式是应用较为广泛的一种，且已经有大量文献和专利对其进行了研究，但是在现有研究结果中，获取用于键合的晶圆级的薄层氮化镓仍是十分困难的，这严重限制了金刚石基氮化镓的应用前景
。
[0004]目前获取晶圆级薄层氮化镓的方式，主要是先将氮化镓晶圆临时键合到载体上，然后通过减薄
、
抛光
、
干法刻蚀和化学机械抛光等工艺手段去除氮化镓晶圆的硅衬底或者碳化硅衬底，但是在去除氮化镓衬底的过程中会不可避免的引入不可控的
、
不均匀的应力，尤其是当硅基氮化镓或者碳化硅基氮化镓晶圆在减薄
、
抛光工艺过程中剩余的衬底厚度小于
30
微米时，应力问题会导致薄层氮化镓晶圆出现断裂和褶皱的现象，无法获取完整的用于键合的薄层氮化镓晶圆
。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种金刚石基氮化镓晶圆制备方法及金刚石基氮化镓晶圆，以解决现有技术中由于应力问题使用于键合的薄层氮化镓晶圆不完整的问题
。
[0006]第一方面，本申请提供了一种金刚石基氮化镓晶圆制备方法，包括：
[0007]将碳化硅基氮化镓晶圆和金刚石晶圆进行键合，所述碳化硅基氮化镓晶圆包括氮化镓晶圆和碳化硅衬底；
[0008]将预设注入能量的氢离子从所述碳化硅衬底的第一表面注入所述碳化硅衬底，得到具有离子注入层的碳化硅衬底；所述第一表面为接触所述氮化镓晶圆的碳化硅衬底表面；所述第二表面为远离所述氮化镓晶圆的碳化硅衬底表面；所述预设注入能量与所述碳化硅衬底的厚度呈正相关；
[0009]利用热处理将所述碳化硅衬底从所述离子注入层处剥离，得到金刚石基氮化镓晶圆
。
[0010]第二方面，本申请提供了一种金刚石基氮化镓晶圆，所述金刚石基氮化镓晶圆应用如上第一方面任一项所述的方法制备
。
[0011]本申请提供一种金刚石基氮化镓晶圆制备方法，该方法根据碳化硅衬底的厚度确定氢离子的预设注入能量，能够使得热处理后剥离的碳化硅衬底的厚度是可控的，避免了在氮化镓晶圆衬底厚度过薄时，由减薄和抛光工艺带来的不可控应力导致薄层氮化镓出现断裂和褶皱，从而获得完整且键合良好的金刚石基氮化镓晶圆
。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0013]图1是本申请实施例提供的金刚石基氮化镓晶圆制备方法的实现流程图；
[0014]图2是本申请实施例提供的碳化硅基氮化镓的结构示意图；
[0015]图3是本申请实施例提供的金刚石晶圆的结构示意图；
[0016]图4是本申请实施例提供的氮化镓晶圆表面溅射介质层的结构示意图；
[0017]图5是本申请实施例提供的金刚石晶圆表面溅射介质层的结构示意图；
[0018]图6是本申请实施例提供的带有碳化硅衬底的金刚石基氮化镓晶圆的结构示意图；
[0019]图7是本申请实施例提供的具有离子注入层的带有碳化硅衬底的金刚石基氮化镓晶圆的结构示意图；
[0020]图8是本申请实施例提供的氢离子注入的方向示意图；
[0021]图9是本申请实施例提供的金刚石基氮化镓晶圆的结构示意图
。
具体实施方式
[0022]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构
、
技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例
。
然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请
。
在其它情况中，省略对众所周知的系统
、
装置
、
电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述
。
[0023]为使本申请的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明
。
[0024]图1为本申请实施例提供的金刚石基氮化镓晶圆制备方法的实现流程图，详述如下：
[0025]在步骤
101
中，将碳化硅基氮化镓晶圆和金刚石晶圆进行键合，碳化硅基氮化镓晶圆包括氮化镓晶圆和碳化硅衬底
。
[0026]其中，键合，是将两片表面清洁
、
原子级平整的同质或异质半导体材料经表面清洗和活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力
、
分子力甚至原子力使晶片键合成为一
体的技术
。
[0027]具体的，参照图2，第一表面可以为器件的上表面，第二表面可以为器件的下表面，可以理解的，第一表面也可以为器件的下表面，第二表面为器件的上表面；以下以第一表面为上表面，第二表面为下表面为例对本实施例提供的方法进行解释说明
。
[0028]参照图2，碳化硅基氮化镓晶圆1包括氮化镓晶圆
11
和碳化硅衬底
12。
碳化硅衬底
12
的下表面与氮化镓晶圆
11
的上表面接触，即碳化硅衬底
12
在氮化镓晶圆的上方
。
参照图3，图3示出了金刚石晶圆2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
至9中任一项所述的金刚石基氮化镓晶圆制...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋洁晶，武毅畅，周国，廖龙忠，秦龙，李波，宋红伟，胡多凯，付兴中，张力江，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：