[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、自支撐氮化鎵層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010062288.0
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111243946B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 特洛伊·喬納森·貝克;王穎慧;羅曉菊;武澤成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鎵特半導(dǎo)體科技（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/033
• 分類號(hào): H01L21/033
• 代理公司: 華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 史治法

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、自支撐氮化鎵層及其制備方法；包括如下步驟：提供襯底；于襯底上形成多層圖形化掩膜層；多層圖形化掩膜層包括上下疊置的第一圖形化掩膜層及第二圖形化掩膜層，第一圖形化掩膜層與第二圖形化掩膜層具有不同的熱膨脹系數(shù)。上述實(shí)施例中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法通過(guò)制備包括不同熱膨脹系數(shù)的圖形化掩膜層的多層圖形化掩膜層，利用各層圖形化掩膜層熱膨脹系數(shù)的不同，可以逐漸緩解整個(gè)多層圖形化掩膜層與在其上外延的氮化鎵層的熱膨脹系數(shù)差異，使得在降溫剝離氮化鎵層的過(guò)程中，氮化鎵層受到的彎曲應(yīng)力較小，氮化鎵層不會(huì)因受到的彎曲應(yīng)力太大而造成裂片，使得氮化鎵層可以整片剝離，具有較高的良率。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、自支撐氮化鎵層及其制備方法。

背景技術(shù)

第三代半導(dǎo)體材料由于能量禁帶一般大于3.0電子伏，又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體；相比于傳統(tǒng)的硅基和砷化鎵基半導(dǎo)體材料，寬禁帶半導(dǎo)體(例如碳化硅、氮化鎵、氮化鋁及氮化銦等)由于具有特有的禁帶范圍、優(yōu)良的光、電學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的材料性能，能夠滿足大功率、高溫高頻和高速半導(dǎo)體器件的工作要求，在汽車及航空工業(yè)、醫(yī)療、通訊、軍事、普通照明及特殊條件下工作的半導(dǎo)體器件等方面既有十分廣泛的應(yīng)用前景。

氮化鎵作為典型的第三代半導(dǎo)體材料，具有直接帶隙寬、熱導(dǎo)率高等優(yōu)異性能而受到廣泛關(guān)注。氮化鎵相較于第一代和第二代半導(dǎo)體材料除了具有更寬的禁帶(在室溫下其禁帶寬度為3.4eV)，可以發(fā)射波長(zhǎng)較短的藍(lán)光，其還具有高擊穿電壓、高電子遷移率、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫及耐腐蝕等特點(diǎn)。因此，氮化鎵非常適合用于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件以及藍(lán)、綠光和紫外光電子器件。目前，氮化鎵半導(dǎo)體材料的研究和應(yīng)用已成為全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點(diǎn)。

然而，目前氮化鎵的單晶生長(zhǎng)困難、價(jià)格昂貴，大規(guī)模和的同質(zhì)外延的生長(zhǎng)目前仍沒(méi)有可能。目前，氮化鎵的生長(zhǎng)大多仍采用異質(zhì)外延，所選用的異質(zhì)襯底有硅襯底、碳化硅襯底和藍(lán)寶石襯底；在異質(zhì)襯底上生長(zhǎng)氮化鎵會(huì)帶來(lái)晶格失配和熱失配導(dǎo)致器件中存在殘余應(yīng)力影響其性能。為了進(jìn)一步提高器件性能，需要將氮化鎵從異質(zhì)襯底上剝離以得到自支撐氮化鎵層。

目前所采用的剝離工藝中，所使用的掩膜層基本為單層掩膜層，由于掩膜層自身特性或者熱膨脹系數(shù)與掩膜層上外延生長(zhǎng)的氮化鎵層有很大差異，導(dǎo)致在降溫剝離的過(guò)程中外延的氮化鎵層容易承受更大的彎曲(如壓應(yīng)力或張力)應(yīng)力而造成碎片，這種情況在制備大尺寸(譬如，4英寸及以上)自支撐氮化鎵層的情況中尤為明顯，在氮化鎵層進(jìn)行剝離時(shí)容易造成碎片，氮化鎵不能整片剝離，良率較低。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、自支撐氮化鎵層及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

提供襯底；

于所述襯底上形成多層圖形化掩膜層；所述多層圖形化掩膜層包括上下疊置的第一圖形化掩膜層及第二圖形化掩膜層，所述第一圖形化掩膜層與所述第二圖形化掩膜層具有不同的熱膨脹系數(shù)。

上述實(shí)施例中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法通過(guò)制備包括不同熱膨脹系數(shù)的圖形化掩膜層的多層圖形化掩膜層，利用各層圖形化掩膜層熱膨脹系數(shù)的不同，可以逐漸緩解整個(gè)多層圖形化掩膜層與在其上外延的氮化鎵層的熱膨脹系數(shù)差異，使得在降溫剝離氮化鎵層的過(guò)程中，氮化鎵層受到的彎曲應(yīng)力較小，氮化鎵層不會(huì)因受到的彎曲應(yīng)力太大而造成裂片，使得氮化鎵層可以整片剝離，具有較高的良率。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，于所述襯底上形成所述多層圖形化掩膜層之前還包括于所述襯底的表面形成氮化物緩沖層的步驟，于所述襯底的表面形成所述氮化物緩沖層包括如下步驟：

于所述襯底上形成至少一層In_yGa_zN層，其中，0≤y≤1，0≤z≤1且y+z＝1；所述多層圖形化掩膜層形成于所述氮化物緩沖層的表面。