[發明專利]氧化鎵結構的制備方法

有效

• 申請號: 202211599581.6
• 申請日: 2022-12-12
• 公開（公告）號: CN115863149B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 歐欣;徐文慧;游天桂;沈正皓;瞿振宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 上海泰博知識產權代理有限公司 31451
• 代理人: 錢文斌

本發明提供一種氧化鎵結構的制備方法，通過智能剝離轉移的方法將晶圓級的氮化鎵轉移到高導熱的襯底上，之后經氧化退火將氮化鎵薄膜氧化成氧化鎵薄膜，從而實現氧化鎵與高導熱襯底的異質集成，有效解決氧化鎵散熱的瓶頸問題，且可制備大面積、高質量的氧化鎵結構。

技術領域

本發明屬于半導體領域，涉及一種氧化鎵結構的制備方法。

背景技術

氧化鎵(Ga₂O₃)作為一種超寬禁帶半導體材料，由于其極大的禁帶寬度，使得其最大的臨界擊穿場強達到8MV/cm，同時氧化鎵容易進行n型摻雜，易制備良好的歐姆接觸，因此基于其制備的功率器件不僅具有高的擊穿電壓，并且有低的導通損耗，因此大大提升了器件的功率轉換效率。氧化鎵功率品質因子(PFOM)是同為寬禁帶半導體材料氮化鎵(GaN)的4倍、碳化硅(SiC)的10倍。未來氧化鎵材料在功率器件上具有非常廣闊的應用前景。

然而，由于氧化鎵的熱導率極低，導致了氧化鎵功率器件有非常嚴重的自熱效用，從而降低了氧化鎵器件的功率特性，同時也損害了氧化鎵器件的壽命，從而阻礙了氧化鎵功率器件的市場化應用。

智能剝離轉移異質集成的方法是一種解決散熱較好的方法，但是由于氧化鎵與異質高導熱襯底之間具有極大的熱失配，同時氧化鎵襯底材料自身存在兩個解理面，從而導致氧化鎵異質集成結構容易在退火剝離的過程中碎裂，異質集成制備的氧化鎵結構靈活性受到較大限制。

因此，提供新型的一種氧化鎵結構的制備方法，實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種氧化鎵結構的制備方法，用于解決現有技術中難以制備大面積的高導熱、可集成的氧化鎵結構的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種氧化鎵結構的制備方法，包括以下步驟：

提供襯底及氮化鎵單晶片；

對所述氮化鎵單晶片進行離子注入，以于所述氮化鎵單晶片中形成缺陷層；

將所述氮化鎵單晶片的注入面與所述襯底鍵合；

進行退火剝離，自所述缺陷層剝離去除部分所述氮化鎵單晶片形成位于所述襯底上的氮化鎵薄膜；

進行氧化退火，將所述氮化鎵薄膜轉化為氧化鎵薄膜，制備所述氧化鎵結構。

可選地，所述離子注入包括H離子注入及He離子注入中的一種或組合；所述離子注入的能量為3keV～150keV，劑量為2×10¹⁶ions/cm²～5×10¹⁸ions/cm²，溫度為20℃～200℃。

可選地，所述離子注入的深度為300nm～500nm。

可選地，所述鍵合的方法包括親水性鍵合或表面激活鍵合。

可選地，當采用所述表面激活鍵合時，所述表面激活鍵合的真空度為1×10^-7Pa～5×10^-6Pa，壓力為10MPa～20MPa，離子注入激活能量為0.5keV～5keV，激活電壓為1000V，束流為10mA～500mA。

可選地，所述退火剝離為在氮氣、氧氣及惰性氣體中的至少一種氣體形成的保護氣氛下進行，退火溫度為300℃～800℃，退火時間為30min～36h。

可選地，所述氧化退火的退火溫度為750℃～1000℃，退火時間為30min～10h。

可選地，在進行所述氧化退火之前還包括對所述氮化鎵薄膜進行O離子注入的工藝步驟，注入能量為5keV～50keV。

可選地，所述襯底包括SiC襯底、AlN襯底、金剛石襯底及金屬襯底中的一種。