[實用新型]一種復合襯底結構

有效

• 申請號: 202022144764.1
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN212991102U
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 林志東;房育濤;張愷玄;劉波亭
• 申請（專利權）人: 廈門市三安集成電路有限公司
• 主分類號: H01L29/20
• 分類號: H01L29/20;H01L33/30;H01L21/02
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠;楊鍇

本實用新型涉及一種復合襯底結構，其中，復合襯底包括低阻襯底層和高阻襯底層，用于生長氮化鎵外延；其中，位于底部且較厚的低阻襯底層，可增加復合襯底的機械強度，可減小高溫異質外延生長中，外延片的翹曲，從而獲得更厚的氮化鎵基薄膜，提高薄膜晶體質量，改善器件的特性；并可降低外延片表面溫差，從而改善外延片均勻性；高阻襯底層作為氮化鎵外延的基板和射頻器件的最終支撐層，可保證氮化鎵器件的射頻特性。本實用新型實施為復合硅襯底時，可利用離子注入的方式對一定厚度的高阻襯底層進行轉性，形成相應厚度的低阻層，部分增強高阻襯底層的機械強度。本實用新型的制備方法簡單，可用于氮化鎵射頻器件外延片的大量生產中。

技術領域

本實用新型涉及半導體技術領域，更具體地說，涉及一種復合襯底結構。

背景技術

氮化鎵基化合物半導體材料是一種重要的第三代半導體材料，由于其具有禁帶寬度大、擊穿場強高、直接帶隙、較高的飽和電子速率等優點被廣泛用于發光元件和高頻、高功率電子元件的制作。伴隨著高功率高效電源模塊和5G高速通信的發展，氮化鎵基電子器件獲得越來越多市場應用。

由于氮化鎵襯底存在價格昂貴、尺寸偏小等問題，目前商用的大部分氮化鎵基器件外延材料是利用金屬有機化學氣相沉積設備異質外延生長在藍寶石襯底、碳化硅襯底或硅襯底上。在硅襯底(或碳化硅襯底)上異質生長氮化鎵基薄膜(即外延薄膜)時，由于外延薄膜和襯底之間存在較大的熱失配，為了在室溫下獲得低翹曲的外延片，需要在高溫外延生長中存儲足夠的壓應力，補償降溫過程中熱失配產生的張應力。

襯底根據電阻率不同，可大致劃分為低電阻率襯底與高電阻率襯底。其中，低電阻率襯底的機械強度優于高電阻率的襯底，因此低電阻率襯底外延生長氮化鎵基薄膜，相同應力下翹曲更小，同時相比于高電阻率襯底不容易發生塑性形變從而可以存儲更多的壓應力，生長更厚的氮化鎵薄膜。而一般氮化鎵射頻器件外延生長需要使用高電阻率襯底來減小襯底對器件射頻信號的吸收，但相比于低電阻率襯底，高電阻率襯底的機械強度較差，高溫外延襯底翹偏大；另外，高電阻率襯底可承受應力偏小，限制了氮化鎵外延薄膜厚度；高電阻率襯底的制備工藝通常比低電阻率襯底復雜，因此高電阻率襯底的成本較高。

綜上，襯底的選擇在氮化鎵薄膜厚度(影響晶體質量與器件特性)、成本與外延片性能(如氮化鎵器件的射頻特性)之間形成矛盾，現有技術無法同時滿足更厚氮化鎵薄膜、降低成本、保證外延片性能的要求。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種復合襯底結構，保證半導體器件的射頻特性，并獲得更厚的外延薄膜，同時降低成本。

本實用新型的技術方案如下：

一種復合襯底結構，包括外延薄膜、復合襯底，復合襯底包括高阻襯底層、低阻襯底層，高阻襯底層與低阻襯底層設置為一體；外延薄膜生長于高阻襯底層的表面。

作為優選，通過在低阻襯底層表面外延生長高阻層，獲得與低阻襯底層一體的高阻襯底層；或者，將高阻襯底層與低阻襯底層進行鍵合為一體。

作為優選，還設置粘合層，高阻襯底層與低阻襯底層之間通過粘合層進行粘合為一體。

作為優選，粘合層的厚度為0.01μm-10μm。

作為優選，粘合層為二氧化硅層、鈦鉑雙層金屬層、高電阻率硅層、高電阻率碳化硅層、低電阻率硅層或低電阻率碳化硅層。

作為優選，低阻襯底層的厚度大于高阻襯底層的厚度。

作為優選，高阻襯底層的厚度為100μm-300μm，低阻襯底層的厚度為300μm-1000μm。

作為優選，高阻襯底層朝向低阻襯底層的一側，通過離子注入轉性為一定厚度的低阻層。

作為優選，高阻襯底層為高電阻率硅襯底層或高電阻率碳化硅襯底層，低阻襯底層為低電阻率硅襯底層或低電阻率碳化硅襯底層。