一种复合衬底及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种复合衬底及其制备方法，所述复合衬底包括：从下到上依次设置的衬底层

【技术实现步骤摘要】
一种复合衬底及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其是涉及一种复合衬底及其制备方法
。

技术介绍

[0002]近年来，以氮化镓
(GaN)
为代表的第三代半导体材料在国际上受到广泛重视，基于
GaN
材料制备的器件已在半导体照明
、
全彩显示
、
生物医疗
、
新能源以及军事等领域得到广泛应用
。
目前业界
GaN
的制备方案多采用异质外延方案，原因是
GaN
单晶衬底的价格及其昂贵，尚未开发出一种价格低廉，质量优异的单晶
GaN
衬底制备工艺
。
异质外延存在的一个普遍而且极为关键的问题是
GaN
外延层内有因晶格失配和热适配而产生的残余应力，很大程度的影响其器件性能及可靠性，制约了
GaN
材料在半导体领域的发展，限制了材料本身非常优异的特性的发挥
。
[0003]基于
Si
和蓝宝石衬底外延
GaN
薄膜由于晶格失配和热失配过大，在
GaN
薄膜的生长过程中产生的应力会在薄膜中引入大量的缺陷劣化薄膜品质，
SiC
衬底虽然热导率高，晶格匹配性优异，但是
SiC
衬底价格高昂，晶圆尺寸小
(3
‑4英寸为主
)。Ga2O3衬底虽然与
GaN
晶格失配小
(2.6
％
)
，但是
Ga2O3衬底与
GaN
热失配较大
(65
％
)
意味着
GaN
的生长温度越高，由于热失配导致的应力就会越大，这不利于
MOCVD
等高温生长办法，并且
Ga2O3衬底的热导率较差降低外延片的热导性能，制约了外延片在大功率高频率领域的应用
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种复合衬底及其制备方法
。
[0005]第一方面，本申请提供一种复合衬底，所述复合衬底包括：从下到上依次设置的衬底层
、
键合界面层和氧化镓薄膜；其中，所述键合界面层为对所述衬底层与氧化镓晶圆真空键合而成
、
所述氧化镓薄膜为氧化镓键合晶片经离子注入剥离后退火处理形成
。
[0006]结合第一方面，所述键合界面层的材质为非氧化物时，所述键合界面层的厚度为0‑
10nm。
[0007]结合第一方面，所述键合界面层的材质为氧化物时，界面厚度为
100
‑
800nm。
[0008]结合第一方面，所述键合界面层耐热温度为
1100℃。
[0009]第二方面，本申请提供一种复合衬底的制备方法，所述方法包括：
[0010]提供衬底层和氧化镓晶圆；
[0011]向所述氧化镓晶圆注入氢离子和
/
或氦离子至预设深度；
[0012]将所述衬底层和所述氧化镓晶圆的键合面进行化学机械抛光处理，等离子体处理后真空键合形成氧化镓键合晶片；
[0013]对所述氧化镓键合晶片进行退火处理以剥离氧化镓薄膜，得到上述的复合衬底
。
[0014]结合第二方面，将所述衬底层和所述氧化镓晶圆的键合面进行化学机械抛光处理的步骤，包括：
[0015]对所述衬底层和所述氧化镓晶圆的键合面进行化学抛光处理以使所述键合面的
表面粗糙度小于
0.2nm。
[0016]结合第二方面，所述等离子体包括氮气
、
氧气
、
氦气中的一种或多种，所述真空处理的真空度为1×
10
‑7‑1×
10
‑8mabr。
[0017]结合第二方面，对所述氧化镓键合晶片进行退火处理以剥离氧化镓薄膜，得到如上述的复合衬底的步骤，包括：
[0018]所述退火温度为
1000
‑
1100℃
，所述退火处理时间为
30min。
[0019]结合第二方面，对所述氧化镓键合晶片进行退火处理以剥离氧化镓薄膜，得到复合衬底的步骤之后，还包括：
[0020]对所述复合衬底进行氮化镓高温外延生长，以得到具有满足预设工艺要求的氮化镓外延片
。
[0021]结合第二方面，所述复合衬底中氧化镓薄膜层厚度为
50
‑
1000nm
，所述氮化镓外延片中氮化镓薄膜层厚度为3‑6μ
m
，缺陷密度1×
10
‑8‑5×
10
‑8/cm2。
[0022]本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术提供了一种复合衬底及其制备方法，所述复合衬底包括：从下到上依次设置的衬底层
、
键合界面层和氧化镓薄膜；其中，所述键合界面层为对所述衬底层与氧化镓晶圆真空键合而成
、
所述氧化镓薄膜为氧化镓键合晶片经离子注入剥离后退火处理形成
。
[0023]本申请通过对所述衬底层和所述氧化镓晶圆的键合面真空键合制备的氧化镓复合衬底的键合界面可耐
1100℃
高温键合界面不脱离，实现了能耐
1100℃
的高温稳定的性能，基于该复合衬底外延生长的氮化镓薄膜不仅减少了传统衬底导致的较大晶格失配，还进一步避免了单一氧化镓衬底与氮化镓材料巨大的热失配和热导率低的问题，从而提高了
GaN
外延片的尺寸和晶体质量，该衬底制备工艺步骤简单，通过不断剥离氧化镓单晶衬底有效降低了衬底成本，提高了复合衬底的耐高温性能
。
[0024]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解
。
本专利技术的目的和其他优点在说明书
、
权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得
。
[0025]为使本专利技术的上述目的
、
特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下
。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0027]图1为本专利技术实施例提供1的复合衬底的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例提供2的复合衬底的制备方法的流程图；
[0029]图3为本专利技术实施例提供3的
β
‑
Ga2O3/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合衬底，其特征在于，所述复合衬底包括：从下到上依次设置的衬底层
、
键合界面层和氧化镓薄膜；其中，所述键合界面层为对所述衬底层与氧化镓晶圆真空键合而成
、
所述氧化镓薄膜为氧化镓键合晶片经离子注入剥离后退火处理形成
。2.
根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述键合界面层的材质为非氧化物时，所述键合界面层的厚度为0‑
10nm。3.
根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述键合界面层的材质为氧化物时，界面厚度为
100
‑
800nm。4.
根据权利要求2或3所述的复合衬底，其特征在于，所述键合界面层耐热温度为
1000
‑
1100℃。5.
一种复合衬底的制备方法，其特征在于，所述方法包括：提供衬底层和氧化镓晶圆；向所述氧化镓晶圆注入氢离子和
/
或氦离子至预设深度；将所述衬底层和所述氧化镓晶圆的键合面进行化学机械抛光处理，等离子体处理后真空键合形成氧化镓键合晶片；对所述氧化镓键合晶片进行退火处理以剥离氧化镓薄膜，得到如权利要求1‑4任一项所述的复合衬底
。6.
根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢逸帆，李成果，魏强民，黄俊，杨冰，
申请(专利权)人：湖北九峰山实验室，
类型：发明
国别省市：