[發(fā)明專(zhuān)利]一種金剛石基氮化鎵復(fù)合晶片及其鍵合制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010586692.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111900200A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡文波;白海洋;王康;吳勝利;王宏興;曹夢(mèng)逸;謝榮華;張宗民;阮坤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/20
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/20;H01L21/67
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 房鑫

1.一種金剛石基氮化鎵復(fù)合晶片，其特征在于，具有以下a)、b)和c)中的任意一種結(jié)構(gòu)：

a)依次由氮化鎵、成核層、碳化硅、金屬中間層、金剛石襯底形成的多層結(jié)構(gòu)；

b)依次由氮化鎵、金屬中間層、金剛石襯底形成的多層結(jié)構(gòu)；

c)依次由氮化鎵、陶瓷膜層、金屬中間層、金剛石襯底形成的多層結(jié)構(gòu)，所述陶瓷膜層的材料為氮化鋁或碳化硅；

所述的金屬中間層具有依次設(shè)置的金屬緩沖層、金膜層及金屬緩沖層三層結(jié)構(gòu)；所述金屬緩沖層的材料為鎢、鉬或鋁。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剛石基氮化鎵復(fù)合晶片，其特征在于：所述的結(jié)構(gòu)a)、b)和c)中金剛石襯底的厚度為100-2000微米；金屬緩沖層的厚度為1-20納米；金膜層的厚度為5-200納米；所述的結(jié)構(gòu)a)中碳化硅的層厚為5-80微米；所述的結(jié)構(gòu)b)中氮化鎵的層厚為1-3微米；所述的結(jié)構(gòu)c)中氮化鎵的層厚為1-3微米，陶瓷膜層的厚度為1-15納米。

3.一種金剛石基氮化鎵復(fù)合晶片的鍵合制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)用粘接劑將碳化硅襯底氮化鎵的氮化鎵外延層一側(cè)的表面與臨時(shí)載片粘接在一起；

2)將碳化硅襯底減薄；或者將碳化硅襯底完全剝離，去除成核層，將氮化鎵外延層減薄；

3)對(duì)已減薄的碳化硅襯底表面或已減薄的氮化鎵外延層的表面進(jìn)行拋光，并對(duì)金剛石表面進(jìn)行拋光，使碳化硅襯底或氮化鎵外延層及金剛石拋光面的粗糙度低于要求值；

4)先后用丙酮、乙醇和去離子水對(duì)氮化鎵和金剛石進(jìn)行超聲波清洗；

5)以碳化硅襯底或氮化鎵外延層的拋光面為氮化鎵的待鍵合表面，以金剛石的拋光面為金剛石的待鍵合表面，對(duì)氮化鎵和金剛石的待鍵合表面進(jìn)行氬等離子體處理；

6)在已減薄碳化硅襯底的氮化鎵待鍵合表面相繼沉積金屬緩沖層和金膜層，或者是在已減薄氮化鎵外延層的氮化鎵待鍵合表面相繼沉積金屬緩沖層和金膜層或相繼沉積陶瓷膜層、金屬緩沖層和金膜層；在金剛石的待鍵合表面相繼沉積金屬緩沖層和金膜層；

7)將氮化鎵的待鍵合表面與金剛石的待鍵合表面相對(duì)放置并使它們相互接觸，施加壓力進(jìn)行氮化鎵與金剛石的第一次鍵合，即預(yù)鍵合；

8)施加壓力對(duì)預(yù)鍵合在一起的氮化鎵與金剛石進(jìn)行第二次鍵合；

9)去除金剛石襯底氮化鎵表面的粘接劑和臨時(shí)載片，制備出金剛石基氮化鎵復(fù)合晶片；

10)對(duì)金剛石基氮化鎵復(fù)合晶片進(jìn)行退火處理，完成制備。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述金剛石基氮化鎵復(fù)合晶片的鍵合制備方法，其特征在于：步驟1)所述的粘接劑為光刻膠、苯并環(huán)丁烯或502膠；

所述臨時(shí)載片的材料為硅、氧化鋁、碳化硅、石英或金剛石，臨時(shí)載片的表面粗糙度不高于10納米。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述金剛石基氮化鎵復(fù)合晶片的鍵合制備方法，其特征在于：步驟2)采用機(jī)械研磨的方法將碳化硅襯底減薄至5-80微米；或者繼續(xù)采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕法刻蝕掉剩余的碳化硅襯底，去除成核層，并將氮化鎵外延層減薄至1-3微米；

步驟3)所述粗糙度的要求值為2納米；

步驟6)氮化鎵和金剛石的待鍵合表面所沉積金屬緩沖層的厚度分別為1-20納米，氮化鎵和金剛石的待鍵合表面所沉積金膜層的厚度分別為2.5-100納米，氮化鎵的待鍵合表面所沉積陶瓷膜層的厚度為1-15納米。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述金剛石基氮化鎵復(fù)合晶片的鍵合制備方法，其特征在于：步驟5)所述的氬等離子體處理中采用的氬等離子體通過(guò)氣體放電產(chǎn)生，放電功率為30-200W，氬等離子體的處理時(shí)間為0.5-20分鐘。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述金剛石基氮化鎵復(fù)合晶片的鍵合制備方法，其特征在于：步驟7)在氮化鎵和金剛石的待鍵合表面沉積完各膜層后，在不暴露大氣條件下，采用機(jī)械加壓方式進(jìn)行氮化鎵與金剛石的第一次鍵合，或者是從鍍膜腔體中取出氮化鎵和金剛石，在室溫和大氣環(huán)境條件下采用手工加壓或重物加壓方式快速進(jìn)行氮化鎵與金剛石的第一次鍵合，施加的壓強(qiáng)為0.2-2MPa，加壓時(shí)間為1-3分鐘。