[發明專利]用于氮化物材料外延的高導熱襯底的制備方法

有效

• 申請號: 202011023502.8
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112201567B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 王琦;梁智文;王忠強;劉南柳;汪青;張國義
• 申請（專利權）人: 北京大學東莞光電研究院
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/04;H01L23/373
• 代理公司: 東莞恒成知識產權代理事務所(普通合伙) 44412
• 代理人: 鄧燕

本發明涉及第三代半導體材料制備技術領域，尤指一種用于氮化物材料外延的高導熱襯底的制備方法，包括選用基礎襯底的材料，并對基礎襯底進行預處理；在基礎襯底上沉積一層金剛石導熱層；對基礎襯底背向金剛石導熱層的一面進行拋光減薄，最終獲得復合層襯底。本發明主要是利用高導熱比的金剛石材料與傳統氮化物外延襯底結合實現高導熱襯底，其中基礎襯底起到氮化物成核功能層的作用，金剛石導熱層起到導熱的作用，能解決第三代氮化物材料及器件散熱差的問題，使氮化物材料及器件在工作過程中始終處于較低的結溫狀態，提高其可靠性及性能。

技術領域

本發明涉及第三代半導體材料制備技術領域，尤指一種用于氮化物材料外延的高導熱襯底的制備方法。

背景技術

目前第三代半導體材料材料基本在常規襯底上生長，例如硅、藍寶石、碳化硅、氮化鋁、氮化鎵等襯底。傳統襯底主要缺點為熱導率比較差，在高功率大電流領域應用中，器件的結溫比較高導致性能惡化，給可靠性帶來了不良的影響。由于散熱問題，第三代半導體材料與器件的性能遠達不到理論值，為了實現較好的器件性能及較高的可靠性，必須解決解決散熱瓶頸問題。然而，第三代半導體材料中，金剛石材料是自然界中導熱率最高的材料，但其大尺寸單晶襯底不好制備，目前還處于小尺寸研發階段，其次，其晶格與氮化物有較大的差異，不利于氮化物外延，沒有辦法用于材料生長與器件制備。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種用于氮化物材料外延的高導熱襯底的制備方法，能解決第三代氮化物材料及器件散熱差的問題，使氮化物材料及器件在工作過程中始終處于較低的結溫狀態，提高其可靠性及性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種用于氮化物材料外延的高導熱襯底的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、選用基礎襯底的材料，并對基礎襯底進行預處理；

步驟二、在基礎襯底上沉積一層金剛石導熱層；

步驟三、對基礎襯底背向所述金剛石導熱層的一側進行拋光減薄，最終獲得復合層襯底。

作為一種優選方案，在步驟一中，所述基礎襯底的材料為硅、藍寶石、碳化硅、氮化鋁或者氮化鎵中的一種。

作為一種優選方案，所述步驟一中對基礎襯底進行預處理的方法為對基礎襯底的上表面進行圖形化處理；所述步驟二中，所述金剛石導熱層在所述基礎襯底的圖形化處理的表面生長至平整。

作為一種優選方案，所述圖形化處理的方法為：對基礎襯底進行無序蝕刻粗化或采用增光刻工藝制備成規格的PSS圖形。

作為一種優選方案，所述步驟二在基礎襯底上沉積一層金剛石導熱層的步驟為：采用MPCVD技術在圖形化基礎襯底的上表面沉積一層厚度為20μm-1000μm的金剛石導熱層，獲得金剛石/硅復合襯底。

作為一種優選方案，所述步驟三中對基礎襯底進行拋光減薄，最終獲得復合層襯底的步驟包括：

步驟A、對金剛石/硅復合襯底的基礎襯底一面進行拋光減薄；

步驟B、對拋光減薄后的金剛石/硅復合襯底進行高溫退火；

不斷重復步驟A和步驟B，直至步驟A中拋光減薄后基礎襯底的厚度為0.01μm-0.1μm結束，獲得復合層襯底。

作為一種優選方案，所述步驟B中對金剛石/硅復合襯底進行高溫退火的方法為：放入高溫退火爐中進行高溫退火或者采用溫度高低溫脈沖的方法進行高溫退火。

作為一種優選方案，所述步驟B采用放入高溫退火爐中進行高溫退火的條件包括：退火溫度為700-1700度，退火氣氛為氮氣或氬氣。

作為一種優選方案，所述金剛石導熱層為多晶金剛石薄膜、單晶金剛石薄膜或者單晶與多晶金剛石薄膜的復合結構中的一種。