[發(fā)明專利]將碳化硅薄層移植到其他襯底上的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910196328.4
• 申請日: 2009-09-24
• 公開（公告）號: CN102034692A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳炯
• 申請（專利權(quán)）人: 上海凱世通半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/265;H01L21/301
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 徐茂泰;張妍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種將碳化硅薄層移植到其他襯底上的方法。

背景技術(shù)

節(jié)能燈的節(jié)能效果相對于普通熒光燈有了大幅度的提升，也是目前技術(shù)最成熟、最具有大規(guī)模推廣價值的照明產(chǎn)品。但新興的LED(Light?EmittingDiode發(fā)光二極管)照明產(chǎn)業(yè)更被認(rèn)為是當(dāng)前能源短缺和環(huán)境壓力下，照明行業(yè)惟一可持續(xù)性發(fā)展的新一代綠色光源，是未來照明行業(yè)的發(fā)展方向。在同樣亮度下，LED照明耗電僅為普通白熾燈的1/10，使用壽命是白熾燈的80-100倍。在全球能源危機、環(huán)保要求不斷提高的情況下，壽命長、節(jié)能、安全、綠色環(huán)保、色彩豐富、微型化的半導(dǎo)體LED照明已被世界公認(rèn)為是繼火、白熾燈之后人類照明史上第三次照明革命。

但是由于LED技術(shù)不成熟，加上高昂的造價，使得高功率LED遲遲沒法替代現(xiàn)有白熾燈和熒光燈，其中，襯底的選擇與造價是最主要原因之一。

襯底材料是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。不同的襯底材料，需要不同的外延生長技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技術(shù)，襯底材料決定了半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展路線。襯底材料的選擇主要取決于以下九個方面：

1、結(jié)構(gòu)特性好，外延材料與襯底的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配度小、結(jié)晶性能好、缺陷密度?。?/p>

2、界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性強；

3、化學(xué)穩(wěn)定性好，在外延生長的溫度和氣氛中不容易分解和腐蝕；

4、熱學(xué)性能好，包括導(dǎo)熱性好和熱失配度??；

5、導(dǎo)電性好，能制成垂直結(jié)構(gòu)；

6、光學(xué)性能好，制作的器件所發(fā)出的光被襯底吸收??；

7、機械性能好，器件容易加工，包括減薄、拋光和切割等；

8、價格低廉；

9、大尺寸，一般要求直徑不小于2英寸。

常用的襯底有以下三種：

1、藍(lán)寶石(Al₂O₃)，藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點：首先，藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；最后，藍(lán)寶石的機械強度高，易于處理和清洗。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底。

使用藍(lán)寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應(yīng)力失配，這會在外延層中產(chǎn)生大量缺陷，同時給后續(xù)的器件加工工藝造成困難。

藍(lán)寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大于1011Ω·cm，在這種情況下無法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件，通常只在外延層上表面制作n型和p型電極(如圖1所示)。在上表面制作兩個電極，造成了有效發(fā)光面積減少，同時增加了器件制造中的光刻和刻蝕工藝過程，結(jié)果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN摻雜困難，當(dāng)前普遍采用在p型GaN上制備金屬透明電極的方法，使電流擴散，以達到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極一般要吸收約30％～40％的光，同時GaN基材料的化學(xué)性能穩(wěn)定、機械強度較高，不容易對其進行刻蝕，因此在刻蝕過程中需要較好的設(shè)備，這將會增加生產(chǎn)成本。

藍(lán)寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石，但是在LED器件的制作過程中卻需要對它進行減薄和切割(從400nm減到100nm左右)，添置完成減薄和切割工藝的設(shè)備又要增加一筆較大的投資。

藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性能不是很好(在100℃約為25W/(m·K))。因此在使用LED器件時，難以傳導(dǎo)出大量的熱量；特別是對面積較大的大功率器件，導(dǎo)熱性能是一個非常重要的考慮因素，但差導(dǎo)熱性使大功率的LED沒法在這一襯底上有實用性的價值。

2、硅襯底(Si)是一大家向往的材料，具有許多優(yōu)點，如晶體質(zhì)量高，尺寸大，易加工，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性等，但最吸引人的特點是，價錢幾乎是碳化硅的百分之一。但其致命缺陷是晶格匹配(跟發(fā)光材料、GaAs、GaN...)程度不夠好，存在巨大的晶格失配和熱失配，而且在GaN的生長過程中容易形成非晶氮化硅，所以在Si襯底上很難得到無龜裂及器件級質(zhì)量的GaN材料。另外，由于硅襯底對光的吸收嚴(yán)重，LED出光效率低。所以沒法生產(chǎn)出高質(zhì)量的LED，因為發(fā)光材料在硅上直接生長的過程會形成較多的缺陷。所以至今我們還沒有看到大功率密度的發(fā)光材料從硅片上生產(chǎn)出來。