[發(fā)明專利]一種金剛石復(fù)合襯底氮化鎵器件的制備方法及其器件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011375816.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN112614880A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任澤陽(yáng);梁振芳;張金風(fēng);蘇凱;邢宇菲;楊士奇;許晟瑞;張進(jìn)成;郝躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/16;H01L29/20;H01L21/02
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長(zhǎng)春

本發(fā)明公開了一種金剛石復(fù)合襯底氮化鎵器件的制備方法及其器件，所述方法包括以下步驟：對(duì)第一襯底的第一表面進(jìn)行刻蝕，形成若干凹槽；在具有若干凹槽的第一表面生長(zhǎng)金剛石材料，并使所述金剛石材料填滿所述凹槽且覆蓋所述第一襯底的第一表面，以形成第二襯底；對(duì)所述第一襯底的第二表面進(jìn)行減薄處理使所述金剛石露出，形成復(fù)合襯底；在所述復(fù)合襯底上選擇性的生長(zhǎng)氮化物材料，以形成氮化物緩沖層。本發(fā)明通過(guò)金剛石與氮化物材料直接接觸，避免了在氮化物材料與金剛石之間采用介質(zhì)層，消除了介質(zhì)層熱阻對(duì)氮化鎵功率器件的影響，有效解決了氮化鎵大功率器件的散熱問(wèn)題，提高了器件性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石復(fù)合襯底氮化鎵器件的制備方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，以氮化鎵為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料由于具有更大的禁帶寬度、更高的臨界擊穿電場(chǎng)、較高的電子飽和漂移速度、穩(wěn)定的化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)以及耐高溫和抗輻射等物理性質(zhì)而被廣泛應(yīng)用。但是由于基底散熱的限制，氮化鎵器件的高功率性能并不能有效發(fā)揮出來(lái)，這是因?yàn)槟壳暗锊牧系幕锥嗍褂霉杌退{(lán)寶石等材料，這些材料的導(dǎo)熱性能較差；氮化鎵器件作為大功率器件輸出時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，低熱導(dǎo)率的基底材料不能及時(shí)將大量的熱散發(fā)出去，限制了氮化鎵器件的性能。

為了提高氮化鎵器件的散熱能力，通常采用熱導(dǎo)率更高的金剛石做襯底材料。由于氮化鎵材料很難直接生長(zhǎng)在金剛石襯底上，現(xiàn)有技術(shù)通常采用鍵合技術(shù)或者間接生長(zhǎng)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)金剛石基氮化鎵器件。

然而，上述兩個(gè)方法均需要在金剛石和氮化鎵材料層之間間接引入介質(zhì)層，介質(zhì)層的引入增加了熱阻對(duì)器件的影響，不能有效解決氮化鎵大功率器件的散熱問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種金剛石復(fù)合襯底氮化鎵器件的制備方法及其器件。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種金剛石復(fù)合襯底氮化鎵器件的制備方法，包括以下步驟：

對(duì)第一襯底的第一表面進(jìn)行刻蝕，形成若干凹槽；

在具有若干凹槽的第一表面生長(zhǎng)金剛石材料，并使所述金剛石材料填滿所述凹槽且覆蓋所述第一襯底的第一表面，以形成第二襯底；

對(duì)所述第一襯底的第二表面進(jìn)行減薄處理使所述金剛石露出，形成復(fù)合襯底；

在所述復(fù)合襯底上選擇性的生長(zhǎng)氮化物材料，以形成氮化物緩沖層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一襯底的材料包括硅、氮化鋁、藍(lán)寶石、碳化硅中的一種或多種。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凹槽均勻分布在所述第一襯底的第一表面上。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凹槽之間的間距為1-10μm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凹槽的深度為0.1-1μm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二襯底的厚度為50-300μm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)所述第一襯底的第二表面進(jìn)行減薄處理使所述金剛石露出，形成復(fù)合襯底，包括：

將整個(gè)樣品翻轉(zhuǎn)，利用深硅刻蝕方法和機(jī)械拋光方法對(duì)所述第一襯底的第二表面進(jìn)行減薄處理，以形成表面呈現(xiàn)第一襯底與第二襯底間隔分布的復(fù)合襯底。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中在所述復(fù)合襯底上選擇性的生長(zhǎng)氮化物材料，以形成氮化物緩沖層，包括：

在間隔分布的所述第一襯底上生長(zhǎng)氮化物材料，利用氮化物材料在生長(zhǎng)過(guò)程中的外擴(kuò)性使所述氮化物材料向所述第一襯底兩邊的所述第二襯底上擴(kuò)散，直至所述氮化物材料覆蓋所述第一襯底和所述第二襯底，形成氮化物緩沖層。