[發明專利]具有熱沉結構的GaN器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010469000.1
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111584346B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 莫炯炯;王志宇;陳華;劉家瑞;郁發新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/322;H01L23/367;H01L23/373;H01L21/335;H01L29/778
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 賀妮妮

本發明提供一種具有熱沉結構的GaN器件及其制備方法，該器件依次包括：Cu熱沉襯底、CuIn金屬間化合物層、種子層、粘附層、SiC襯底層及功能層。通過裂解工藝，利用離子注入在SiC襯底層內形成缺陷層，然后在應力誘導產生層的應力作用下使SiC襯底層在缺陷層處裂解，達到襯底減薄的效果同時還可回收SiC襯底，節省工藝成本，且SiC襯底層減薄的厚度可以通過離子注入的能量、劑量來確定，工藝簡單，更避免了現有采用研磨工藝減薄過程中引入的雜質顆粒；另外，利用Cu/In合金鍵合，緩解了熱沉結構鍵合過程中功能層開裂的風險，工藝可靠性高。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，特別是涉及一種具有熱沉結構的GaN器件及其制備方法。

背景技術

作為第三代半導體的杰出代表，GaN(氮化鎵)的室溫禁帶寬度為3.45eV，遠大于Si和GaAs的禁帶寬度，使得其電場擊穿強度比之大了一個數量級，非常適合制作高耐壓大功率器件。除了很大的禁帶寬度這一優勢外，GaN還具備很高的電子飽和速度及熱導率，使它十分適合于微波/毫米波大功率應用的場合。GaN電力電子開關器件，AlGaN/GaN異質結高電子遷移率晶體管HEMT及GaN MMIC單片微波集成電路(Monolithic Microwave IntegratedCircuits，MMIC)在高溫器件及大功率微波器件方面已顯示出了得天獨厚的優勢，追求器件高頻率、高壓、高功率吸引了眾多的研究。

然而，GaN器件工作過程中的溫度升高會影響器件性能，特別是對于大功率GaNHEMT器件，自熱效應會導致熱量在器件有源區中心迅速積聚，引起器件性能惡化失效。因此對器件進行及時散熱至關重要。為了提高器件高溫可靠性，減小器件熱阻，大功率GaN器件往往采用背面減薄然后附加高導熱的熱沉結構來減小器件熱阻，在制備過程中，需要對襯底進行減薄，傳統方法利用CMP研磨進行，往往需要將幾百微米的襯底從背面研磨減薄至100μm-150μm甚至幾十微米，對于諸如價格十分昂貴的SiC襯底來說，不但襯底堅硬難減，對材料來說也是巨大的浪費，工藝成本較高。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有熱沉結構的GaN器件及其制備方法，用于解決現有技術中GaN器件在形成熱沉結構時，采用CMP工藝減薄襯底工藝成本較高且浪費材料等的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種具有熱沉結構的GaN器件的制備方法，所述制備方法包括：

提供GaN器件結構，所述GaN器件結構依次包括SiC襯底層及功能層；

提供臨時鍵合片，并將所述功能層與所述臨時鍵合片鍵合；

于所述SiC襯底層背面進行離子注入，以在所述SiC襯底層內形成缺陷層；

于所述SiC襯底層背面沉積應力誘導產生層，當所述應力誘導產生層產生的應力使所述SiC襯底層自所述缺陷層開始分裂，產生分裂口時，停止所述應力誘導產生層的沉積，然后自該分裂口插入隔離物以完成所述SiC襯底層的減?。?/p>

于減薄后的所述SiC襯底層背面進行平坦化處理；

于平坦化處理后的所述SiC襯底層背面依次形成粘附層、種子層及Cu層；

提供Cu熱沉襯底，并于所述Cu熱沉襯底上形成In層；

將所述Cu熱沉襯底的所述In層與所述SiC襯底層的所述Cu層進行鍵合，并在鍵合面形成CuIn金屬間化合物層，從而形成具有熱沉結構的GaN器件。

可選地，所述功能層為HEMT器件層；形成所述具有熱沉結構的GaN器件后還包括去除所述臨時鍵合片的步驟。

可選地，于所述SiC襯底層背面進行離子注入時采用的注入離子為質子。

可選地，于所述SiC襯底層背面沉積應力誘導產生層的具體步驟包括：