[發明專利]基于直接鍵合工藝的金剛石基氮化鎵晶體管制備方法

有效

• 申請號: 202010617072.6
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111900107B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 吳立樞;孔月嬋;郭懷新
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L23/373
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于直接鍵合工藝的金剛石基氮化鎵晶體管制備方法，包括：清洗碳化硅基氮化鎵圓片和臨時載片；碳化硅基氮化鎵圓片與臨時載片正面相對臨時鍵合；去除碳化硅基氮化鎵圓片的碳化硅襯底；清洗氮化鎵外延層；在氮化鎵外延層表面和金剛石襯底表面分別蒸發金屬層；利用氬原子束對氮化鎵外延層與金剛石襯底表面的金屬層進行轟擊并完全去除掉金屬層，并進行鍵合；去除液分離金剛石基氮化鎵與臨時載片；在金剛石基氮化鎵正面制備晶體管。本發明利用直接鍵合工藝將氮化鎵外延層與金剛石襯底結合在一起，減少了對氮化鎵外延層損傷的風險，同時減少了低熱導率鍵合材料的引入，可進一步提高金剛石對氮化鎵晶體管的散熱效果。

技術領域

本發明屬于半導體工藝技術領域，具體涉及一種基于直接鍵合工藝的金剛石基氮化鎵晶體管制備方法。

背景技術

氮化鎵晶體管作為第三代寬禁帶化合物半導體器件，具有高二維電子氣濃度、高擊穿場強、高的電子飽和速度等特點。但是氮化鎵晶體管的功率性能優勢遠未充分發揮，其主要原因之一是氮化鎵微波功率器件在輸出大功率的同時會產生大量的熱，卻無法快捷有效地將這些熱量散發出去。目前氮化鎵材料主要外延生長在碳化硅、藍寶石等襯底材料上，而這些襯底材料具有較低的熱導率，散熱問題嚴重限制了氮化鎵器件的性能，因此尋找具有高的導熱性襯底材料成為了解決散熱問題的瓶頸。

金剛石具有很高的熱導率(800-2000W/mK)，所以金剛石基氮化鎵相比藍寶石基氮化鎵、硅基氮化鎵以及碳化硅基氮化鎵有著更好散熱優勢。當前主要采用兩種方式實現金剛石襯底與氮化鎵結合，第一種是在金剛石襯底上直接外延生長氮化鎵，這種方法生長難度大，同時晶格失配會產生較大的位錯密度，導致在金剛石襯底上外延生長氮化鎵材料質量差。第二種是利用鍵合材料實現金剛石襯底與氮化鎵的鍵合，這種方法需要引入低熱導率的鍵合材料，從而使得基于金剛石襯底的氮化鎵晶體管性能優勢無法充分發揮。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于直接鍵合工藝的金剛石基氮化鎵晶體管制備方法，旨在獲得金剛石基氮化鎵圓片并且制備晶體管，發揮金剛石襯底高熱導率的優勢，提高氮化鎵晶體管的輸出功率。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于直接鍵合工藝的金剛石基氮化鎵晶體管制備方法，包括以下步驟：

1)清洗碳化硅基氮化鎵圓片和臨時載片；

2)在臨時載片的正面涂敷粘合材料作為鍵合材料；

3)將臨時載片正面朝上放在熱板上烘烤；

4)待臨時載片在室溫下自然冷卻后，將碳化硅基氮化鎵圓片和臨時載片正面相對進行鍵合；

5)將碳化硅基氮化鎵圓片的碳化硅襯底減薄拋光至小于50微米的厚度，然后利用反應等離子體刻蝕去除掉剩余的碳化硅襯底，同時刻蝕會停止在刻蝕停止層，得到以臨時載片為支撐的氮化鎵外延層；利用二氧化硅納米懸浮液對氮化鎵外延層表面進行拋光；

6)利用電子束蒸發的方式在以臨時載片為支撐的氮化鎵外延層和金剛石襯底表面分別蒸發小于10納米的金屬層；

7)對以臨時載片為支撐的氮化鎵外延層與金剛石襯底表面的金屬層利用氬原子束進行轟擊并完全去除掉金屬層，處理之后將以臨時載片為支撐的氮化鎵外延層表面與金剛石襯底表面正面相對直接放入鍵合機中施加4000毫巴-6000毫巴的壓力，溫度為200-300攝氏度，得到基于直接鍵合的金剛石基氮化鎵外延層圓片；

8)將金剛石基氮化鎵圓片浸泡在粘合材料去除液中，待粘合材料被去除液全部溶解后金剛石基氮化鎵圓片將與臨時載片自動分離；

9)在金剛石基氮化鎵圓片上制備氮化鎵晶體管。

進一步的，步驟1)用10％稀鹽酸清洗碳化硅基氮化鎵圓片和臨時載片表面，再用去離子水進行沖洗，然后放入甩干機進行甩干。