[發明專利]一種垂直結構半導體器件的制造方法

有效

• 申請號: 201710773937.6
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107579139B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 云峰;郭茂峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種垂直結構半導體器件的制造方法，包括以下步驟：1)在藍寶石襯底表面上生長外延層，并將外延層進行單元區域劃分；2)在單元區域內填充導電絕緣材料；3)分別在外延層和轉移襯底上制備第一層粘合層和第二層粘合層，并將其粘合在一起；4)按照逆時針或順時針方向，利用單光束或雙光束激光輻照方式，由外向內直線漸進式掃描方式進行逐點掃描，實現藍寶石襯底和外延層剝離；5)利用芯片工藝暴露出N型材料表面，并于制備電極和鈍化保護層，最終完成器件制備。

技術領域

本發明屬于半導體器件工藝領域，具體涉及一種垂直結構半導體器件的制造方法。

背景技術

以III-N材料體系為基礎的可見光和紫外波段發光二極管(Light EmittingDiode，簡稱LED)自20世紀60年代開始逐步實現紅外、紅光、綠光、藍光、紫外波段高效發光，自此半導體照明技術獲得快速發展，產品的發光效率獲得了持續提升，開始取代傳統照明方式成為市場主流技術，現階段LED應用市場規模已達到數千億元；同時III-N材料體系具有高電子遷移率和高擊穿電場等特點，也是研制高溫大功率電子器件和高頻微波器件的重要材料。近年來用GaN材料制備出了金屬場效應晶體管(MESFET)、異質結場效應晶體管(HFET)、調制摻雜場效應晶體管(MODFET)等新型器件，在部分應用領域已經取代硅基器件，因此III-N材料具有十分廣闊的市場發展前景，尤其在垂直結構半導體器件領域中。

III-N材料普遍采用藍寶石材料作為外延襯底，利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術生長得到外延結構層，但由于藍寶石與III-N材料體系之間存在大的晶格失配和熱失配，且材料自身導熱性能和導電性能較差，嚴重影響了大功率LED的制作和發展。最常見的平面型器件是利用干法刻蝕將從P-GaN層刻蝕到N-GaN層以暴露出N型接觸區，并將N型P型電極制作在芯片表面的同一側。其電流從沿水平方向流過器件的功能區，由于電子橫向注入是從一個電極出發到另一個電極，導致途中電流密度分布不均勻，產生電流擁堵效應同時也造成了發光不均勻，且熱分布也不均勻，容易造成器件快速老化失效，從而限制了單顆LED芯片的尺寸以及器件的發光。

采用垂直結構芯片技術可以解決以上技術瓶頸問題。垂直結構芯片將器件的兩個電極放在外延薄膜的兩側，電流沿垂直方向流過器件，大幅度提升單芯片工作電流密度，可以制備大尺寸單顆芯片，同時徹底解決藍寶石絕緣且散熱不佳的問題。垂直結構芯片制造主要采用襯底轉移技術，先在外延層上加工出芯片間的溝道，然后利用晶圓鍵合技術將轉移襯底和外延片粘合在一起，然后從藍寶石一側利用準分子激光輻照外延層，利用激光剝離技術將藍寶石襯底去除，并將外延層轉移到其他導電導熱性能良好的襯底上。目前最為常見的激光剝離加工方式，是沿著水平或垂直方向往復連續遞進式進行藍寶石和外延層的剝離，這種方法工藝簡單，對設備要求相對校對，但是激光輻照外延層界面時由于外延層吸收激光能量分解同時將產生較大的應力釋放和高壓氮氣沖擊，采用這種加工方式將會對其相鄰區域未剝離的外延功能區帶來嚴重的沖擊影響，因此容易造成材料損傷，器件失效或器件漏電情況顯著加劇，最終導致器件的工藝成品率和自身可靠性大幅度降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種垂直結構半導體器件的制造方法，該方法在完成外延層和轉移襯底鍵合后，其激光剝離采用正方形或矩形激光光斑，按照由外向內直線型漸進式逐點掃描方式，實現藍寶石襯底和外延片的分離，由于激光從被加工樣品的外圍開始進行掃描，剝離瞬間產生的高壓氮氣可以更有效地從已經被剝離的外圍進行釋放，因此可以大幅度降低激光剝離瞬間因高壓氮氣沖擊和應力釋放對其相鄰器件的影響，且直線式移動方式相比圓型或弧線型螺線由外向內漸進方式，對設備移動和程序執行復雜程度的要求大幅度降低，同時正方形或矩形激光光斑相比圓形光斑更容易實現剝離區域的完整銜接或光斑重疊，還可以通過采用雙光束加工方式從而實現縮短剝離工藝周期，采用該激光剝離工藝方法，可以有效提升器件良率，降低產品漏電情況，為其規模化生產提供更好的解決方案。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案來實現的：

一種垂直結構半導體器件的制造方法，包括以下步驟：