[發(fā)明專利]一種制作GaN芯片的方法及GaN芯片

有效

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• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113270358B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭芬;蘇康;周朗;李拓;滿宏濤
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州浪潮智能科技有限公司
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683
• 代理公司: 北京連和連知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11278
• 代理人: 劉小峰;楊帆

本發(fā)明公開了一種制作GaN芯片的方法、系統(tǒng)、設(shè)備和存儲介質(zhì)，方法包括：在原始襯底上生長Nb₂N犧牲層，并在Nb₂N犧牲層上生長GaN插入層；在GaN插入層上生長Ta₂N犧牲層，并在Ta₂N犧牲層上生長半導體層以形成GaN圓片；將GaN圓片和臨時載片的第一面進行鍵合，并移除Nb₂N犧牲層和Ta₂N犧牲層；以及將移除Nb₂N犧牲層和Ta₂N犧牲層后的剩余材料轉(zhuǎn)移到目標襯底，并從剩余材料中移除臨時載片以形成GaN芯片。本發(fā)明通過引入兩層犧牲層，采取簡單處理工藝即能夠在完成前道處理和質(zhì)量篩查后完成器件的轉(zhuǎn)移，通過嵌入兩層犧牲層，制造完畢的器件能夠完整的從其襯底上分離，提高了GaN器件異質(zhì)集成的靈活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體領(lǐng)域，更具體地，特別是指一種制作GaN芯片的方法、系統(tǒng)、計算機設(shè)備及可讀介質(zhì)。

背景技術(shù)

進入21世紀，電子工業(yè)以及信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，半導體材料與器件作為發(fā)展的重要催化劑，正快速推動人類進入信息技術(shù)時代。而微電子器件的發(fā)展與半導體材料的進步密不可分，從以Ge（鍺）、Si（硅）為代表的第一代半導體材料到以GaAs（砷化鎵）、InP（磷化銦）為代表的第二代半導體材料都為器件的發(fā)展作出了巨大的貢獻。氮化鎵（GaN）作為第三代半導體材料的代表，自誕生以來就備受青睞，成為了全球半導體研究的焦點。GaN材料具備禁帶寬度大、電子飽和速率高、臨界擊穿電場高和抗輻射能力強等優(yōu)異特征，因此，基于GaN材料的高電子遷移率晶體管（high electron mobility transistor，HEMT），被廣泛應(yīng)用于新一代高功率、高頻率的固態(tài)微波功率器件制造，這對衛(wèi)星通訊、軍事雷達、第五代移動通信（5th Generation Moblie Networks，簡稱5G）等領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。

理論上，GaN HEMT器件具備優(yōu)異的功率輸出能力，但目前常規(guī)GaN基微波功率器件的輸出功率密度僅能達到-5W/mm。研究表明，GaN基微波功率器件的實際輸出能力主要受限于自熱效應(yīng)。目前，GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)通常都是在藍寶石、碳化硅（SiC）或Si等襯底上生長獲得，其中，由于SiC具有高的熱導率，約是藍寶石的10倍，采用高熱導率SiC作為高頻、大功率GaN基器件的襯底或熱沉，對于降低GaN基大功率器件的自加熱效應(yīng)，解決隨總功率增加、頻率提高出現(xiàn)的功率密度迅速下降問題將是很好的方案之一。另一方面，SiC襯底與GaN的晶格失配相對較小，可以有效提高生長的GaN材料的晶體質(zhì)量。但是由于半絕緣SiC襯底相對于另外兩種常用的GaN材料外延襯底，即藍寶石襯底和Si襯底，半絕緣SiC襯底的價格非常高。為了降低成本，可以采用剝離技術(shù)移除SiC襯底上GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的原始襯底，再將GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至其他成本相對較低的高熱導率的目標襯底上，如果剝離過程對SiC襯底的晶體質(zhì)量影響較小，便可實現(xiàn)SiC襯底的重復利用，克服SiC襯底成本高的問題。

剝離技術(shù)可將薄膜從原始晶圓轉(zhuǎn)移到另一個晶圓上。目前，主流的剝離技術(shù)包括激光剝離（Laser Lift-Off，LLO）、智能剝離（Smart-Cut）、可控剝離（ControlledSpalling）和外延層剝離（Epitaxial Lift-Off，ELO）等。LLO通常用于剝離藍寶石襯底上的GaN薄膜，由于工藝過程需要用到準分子激光，因此，工藝較為復雜，成本較高。Smart-Cut技術(shù)利用離子注入在施主晶圓下方產(chǎn)生離子損傷層；然后，受主晶圓與施主晶圓結(jié)合；最后，通過應(yīng)力調(diào)控技術(shù)在離子損傷層處實現(xiàn)薄膜分離，Smart-Cut最成熟的應(yīng)用是制備絕緣體上硅（SOI）晶片。Smart-Cut中薄膜轉(zhuǎn)移的成功與否的關(guān)鍵，取決于施主與受主晶圓的鍵合質(zhì)量，因此，Smart-Cut對晶圓鍵合提出了很高的要求。可控剝落技術(shù)通過在分離的薄膜上生長應(yīng)力誘導層，應(yīng)力誘導層受到拉伸應(yīng)力作用，通過拉扯應(yīng)力誘導層上的膠帶，從異質(zhì)或同質(zhì)基底上剝離薄膜，已成功實現(xiàn)Si、Ge、GaAs和GaN薄膜從原始襯底的剝離，但是由于應(yīng)力調(diào)控難度較大，該方法很難實現(xiàn)大面積、高平整度材料及器件的剝離。

發(fā)明內(nèi)容