[發明專利]一種金剛石襯底GaN器件背孔制備的方法

在審

• 申請號: 202111036982.6
• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113808948A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 吳立樞;孔月嬋;陳堂勝
• 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: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/335;H01L21/329;H01L29/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 孫昱

本發明公開了一種金剛石襯底GaN器件背孔制備的方法，包括：1）制備金剛石襯底GaN器件；2）臨時載片的正面涂敷鍵合材料；3）將GaN器件和臨時載片鍵合；4）金剛石襯底表面沉積金屬掩膜，并剝離金屬得到背孔圖形；5）按照背孔圖形對金剛石襯底進行激光刻蝕；6）進行等離子體干法刻蝕，直至背孔內金剛石襯底完全刻蝕干凈；7）對背孔內的GaN外延層進行等離子體干法刻蝕；8）拋光將金剛石襯底表面的掩膜去除干凈；9）在金剛石襯底背面及背孔內沉積種子層金屬，并電鍍沉積背金；10）將臨時載片分離并清除粘合材料。本發明將激光和等離子體干法刻蝕相結合，具有刻蝕速率快，背孔表面形貌好的優點，解決金剛石襯底GaN器件背孔難以制備的問題。

技術領域

本發明屬于半導體工藝技術領域，具體涉及的是一種金剛石襯底GaN器件背孔制備的方法。

背景技術

GaN器件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。不過目前GaN器件特別是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。隨著器件結溫顯著上升，GaN器件輸出功率迅速惡化?？梢哉f，散熱問題已經成為限制GaN器件特別是功率器件進一步發展和應用的瓶頸。金剛石襯底GaN器件是目前研究的熱點，金剛石襯底GaN器件相比目前藍寶石襯底GaN、硅襯底GaN以及碳化硅襯底GaN器件有著更好散熱優勢，可進一步提升GaN器件的性能。

不過由于金剛石襯底材料硬度極大，在金剛石襯底GaN器件背孔制備工藝方面是個難題，背孔直接影響器件的接地好壞從而制約器件的性能。常規的激光刻蝕速率快，不過很容易將GaN器件的正面金屬層直接刻穿，影響GaN器件的使用，同時激光刻蝕后表面較為粗糙。而目前等離子體干法刻蝕速率較低，不過對金剛石材料刻蝕形貌較好，而且容易控制刻蝕深度。

發明內容

本發明提出的是一種金剛石襯底GaN器件背孔制備的方法，其目的旨在解決金剛石襯底GaN器件背孔的制備難題，使得器件獲得較好的接地。

本發明的技術解決方案，一種金剛石襯底GaN器件背孔制備的方法，包括以下步驟：

1）完成金剛石襯底GaN器件的制備；

2）在臨時載片的正面涂敷粘合材料作為鍵合材料；

3）將金剛石襯底GaN器件和臨時載片正面相對放入鍵合機進行鍵合；

4）通過光刻顯影工藝在金剛石襯底表面沉積金屬掩膜，并通過剝離金屬的方式得到背孔圖形；

5）采用脈沖激光器按照背孔圖形對金剛石襯底進行激光刻蝕，激光刻蝕后金剛石襯底背孔深度70-80μm；

6）對金剛石襯底背孔內剩余的金剛石進行等離子體干法刻蝕，直至背孔內金剛石襯底完全刻蝕干凈；

7）對背孔內的GaN外延層進行等離子體干法刻蝕，刻蝕到正面金屬停止；

8）通過拋光的方法將金剛石襯底表面的掩膜完全去除干凈；

9）在金剛石襯底背面及背孔內沉積種子層金屬，然后在種子層金屬上電鍍沉積背金；

10）將臨時載片分離并使用清洗劑將粘合材料清洗干凈。

進一步地，步驟1）所述GaN器件是高電子遷移率晶體管、場效應晶體管或肖特基二極管，且金剛石襯底厚度為100-150μm。

進一步地，步驟2）使用涂覆機在臨時載片的正面涂敷粘合材料作為鍵合材料，其中涂覆機的轉速為1000-3000rpm，時間為30-60s，所述粘合材料至少包括樹脂材料、膠類材料、液態蠟其中的一種。

進一步地，步驟3）中鍵合的溫度為250-350℃。

進一步地，步驟4）所述金屬掩膜至少包括Al、Au、Ni其中的一種，厚度是1-5μm；所述背孔圖形是直徑為50-80μm的圓形。

進一步地，步驟5）所述脈沖激光器為包含紫外到紅外波段的脈沖激光器。