半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制造方法，半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)包括襯底和位于襯底上的半導(dǎo)體外延層，襯底與半導(dǎo)體外延層實(shí)現(xiàn)完整分離后，在半導(dǎo)體外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層，高導(dǎo)熱率絕緣層的導(dǎo)熱率高于襯底的導(dǎo)熱率；該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)和位于半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體外延層正面上的源極、漏極、以及柵極。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)襯底材料的重復(fù)利用，既保證了半導(dǎo)體外延層的晶體質(zhì)量，又降低了材料成本，還省去了后續(xù)針對襯底材料的減薄工藝，簡化了工藝，降低了工藝成本，提高了工藝成品率；并且高導(dǎo)熱率絕緣層可以顯著改善器件散熱能力，并且避免襯底漏電和擊穿問題出現(xiàn)，大大提高了器件的性能和可靠性。
【專利說明】半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體材料的禁帶寬度比較大，基于氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體材料形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，在異質(zhì)結(jié)界面處可以產(chǎn)生高濃度的二維電子氣，并被局限于量子勢井中，其電子遷移率非常高。利用此特點(diǎn)制作的半導(dǎo)體器件如高電子遷移率晶體管(HEMT)具有擊穿電場大、電流密度高、電子飽和漂移速度快等特點(diǎn)，非常適合于制作高溫、高頻、高壓和大功率的器件，可以廣泛用于射頻微波領(lǐng)域及電力電子領(lǐng)域，是目前半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
[0003]氮化鎵電力電子器件廣泛使用的是藍(lán)寶石襯底。基于藍(lán)寶石襯底的氮化鎵外延層質(zhì)量非常好，制作出來的器件性能優(yōu)異，但是存在幾個問題:第一，藍(lán)寶石襯底成本較高，并且伴隨后續(xù)減薄切割工藝而被消耗，不可重復(fù)使用，提高了材料成本；第二，針對襯底后續(xù)要進(jìn)行減薄工藝，提高了工藝復(fù)雜性和工藝成本，并且影響器件成品率；第三，藍(lán)寶石襯底導(dǎo)熱率較差，當(dāng)器件工作在大電流狀態(tài)時，容易產(chǎn)生散熱問題，進(jìn)而影響器件特性和可靠性；第四，襯底材料質(zhì)量控制不好容易引人襯底漏電和擊穿問題，降低器件特性和可靠性。
[0004]為了解決成本問題，使用硅襯底來生長氮化鎵外延層是目前研究的熱點(diǎn)，但是仍然存在幾個難點(diǎn):第一，基于硅襯底的氮化鎵外延層質(zhì)量不如藍(lán)寶石襯底優(yōu)異，并且隨著硅襯底尺寸增大，氮化鎵外延層質(zhì)量更加不好控制，相應(yīng)的會影響制作出來的器件性能；第二，硅襯底后續(xù)也要進(jìn)行減薄工藝，也存在工藝復(fù)雜性、成本及成品率問題；第三，由于硅襯底導(dǎo)熱率也一般，也存在大電流工作狀態(tài)下的散熱問題；第四，由于硅襯底導(dǎo)電，器件在工作過程中容易引入襯底漏電或擊穿問題。
[0005]目前沒有一種技術(shù)可以同時解決上述所有問題，都只是針對性的改善，甚至是以犧牲其它特性作為代價的。
[0006]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種新的半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制造方法，能同時實(shí)現(xiàn)降低襯底材料成本，保證外延層晶體質(zhì)量，簡化工藝，降低工藝成本，改善器件散熱能力，避免襯底漏電和擊穿，提高器件性能和可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種襯底被剝離并且在外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣材料層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制造方法。該器件結(jié)構(gòu)首先在藍(lán)寶石襯底上生長出高質(zhì)量的氮化鎵外延層，在后續(xù)工藝中利用激光技術(shù)將襯底剝離掉，然后在氮化鎵外延層背面覆蓋高導(dǎo)熱率的絕緣材料層，最后完成其他制造工藝，對成本與器件性能同時進(jìn)行改善。
[0008]該結(jié)構(gòu)同時解決了現(xiàn)有氮化鎵電子器件中存在的多個問題:
[0009]首先，本發(fā)明中的藍(lán)寶石襯底在后續(xù)工藝中通過激光技術(shù)被完整剝離，回收之后可以重復(fù)進(jìn)行氮化鎵外延層材料的生長，大大減小了材料成本；
[0010]第二，本發(fā)明中的氮化鎵外延層是在藍(lán)寶石襯底上生長的，其工藝難度小，生長技術(shù)成熟，穩(wěn)定可靠，相比硅或其他襯底材料，可以保證非常優(yōu)良的材料質(zhì)量，基于此外延材料而制作的半導(dǎo)體器件特性優(yōu)異，可靠性高；
[0011]第三，本發(fā)明中的襯底材料被剝離后，省去了后續(xù)針對襯底進(jìn)行的減薄工藝，降低了工藝復(fù)雜度和工藝成本，提高了工藝成品率；
[0012]第四，本發(fā)明中的氮化鎵外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層材料，包括類鉆碳膜，金剛石膜等，其導(dǎo)熱率非常高(金剛石的熱導(dǎo)率約2000W/mK左右，類鉆碳的熱導(dǎo)率約600W/mK左右，碳化硅襯底的熱導(dǎo)率約400W/mK左右，藍(lán)寶石襯底的熱導(dǎo)率約35W/mK左右，硅襯底的熱導(dǎo)率約140W/mK)，大大提高了器件的散熱能力，改善了因?yàn)樯釂栴}而導(dǎo)致的器件性能退化或可靠性問題，類鉆碳膜或金剛石膜可以通過各種CVD方法形成，也可以通過濺射或鍵合等方式形成，其厚度根據(jù)散熱要求、在后續(xù)工藝中對外延層的支撐能力以及成本而定，具體厚度在20 μ m?200 μ m左右；
[0013]第五，本發(fā)明中的氮化鎵外延層背面覆蓋的金剛石膜或類鉆碳膜等，其介電常數(shù)非常高、絕緣性好、耐高壓，可以避免其他襯底材料引入的襯底漏電和擊穿問題，大大提高了器件特性和可靠性。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0015]—種半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)為整個或部分晶圓，半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)至少包括襯底和半導(dǎo)體外延層，所述半導(dǎo)體外延層位于所述襯底上，所述襯底與半導(dǎo)體外延層實(shí)現(xiàn)完整分離后，在半導(dǎo)體外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層，所述高導(dǎo)熱率絕緣層的導(dǎo)熱率高于所述襯底的導(dǎo)熱率。
[0016]相應(yīng)地，一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括上述的半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)和位于所述半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體外延層正面上的源極、漏極、以及位于源極和漏極之間的柵極。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述襯底為氮化鎵、鋁鎵氮、銦鎵氮、鋁銦鎵氮、磷化銦、砷化鎵、碳化硅、金剛石、藍(lán)寶石、鍺、硅中的一種或多種的組合。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高導(dǎo)熱率絕緣層包括金剛石、類鉆碳中的一種或其組合。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高導(dǎo)熱率絕緣層的厚度為20μπι?500μπι。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述半導(dǎo)體外延層和高導(dǎo)熱率絕緣層之間還包括界面介質(zhì)層，所述界面介質(zhì)層用于增強(qiáng)高導(dǎo)熱率絕緣層的材料質(zhì)量和粘附性。
[0021]相應(yīng)地，一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述制造方法包括以下步驟:
[0022]S1、在襯底上形成半導(dǎo)體外延層；
[0023]S2、將所述襯底與半導(dǎo)體外延層完整分離；
[0024]S3、在所述半導(dǎo)體外延層背面形成高導(dǎo)熱率絕緣層，所述高導(dǎo)熱率絕緣層的導(dǎo)熱率高于所述襯底的導(dǎo)熱率；
[0025]S4、在所述半導(dǎo)體外延層上形成源極、漏極、以及位于源極和漏極之間的柵極。
[0026]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S4在步驟S2之前完成，所述步驟S4還包括:在半導(dǎo)體器件正面形成保護(hù)層；所述步驟S3還包括:去除半導(dǎo)體器件正面的保護(hù)層。
[0027]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2具體為:
[0028]通過激光技術(shù)將襯底與半導(dǎo)體外延層完整分離。
[0029]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3中的高導(dǎo)熱率絕緣層通過CVD工藝、濺射工藝、鍵合工藝中的一種或多種的組合形成。
[0030]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3中還包括:
[0031]在所述半導(dǎo)體外延層背面進(jìn)行刻蝕、腐蝕、減薄拋光工藝中的一種或多種的組合。
[0032]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3中還包括:在所述半導(dǎo)體外延層背面形成界面介質(zhì)層，所述界面介質(zhì)層用于增強(qiáng)高導(dǎo)熱率絕緣層的材料質(zhì)量和粘附性。
[0033]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S4中還包括:
[0034]在所述半導(dǎo)體外延層上形成場板結(jié)構(gòu)。
[0035]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0036]本發(fā)明半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制造方法可以實(shí)現(xiàn)襯底材料的重復(fù)利用，既保證了半導(dǎo)體外延層的晶體質(zhì)量，又降低了材料成本，還省去了后續(xù)針對襯底材料的減薄工藝，簡化了工藝，降低了工藝成本，提高了工藝成品率；并且高導(dǎo)熱率絕緣層可以顯著改善器件散熱能力，并且避免襯底漏電和擊穿問題出現(xiàn)，大大提高了器件的性能和可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0038]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)襯底結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)截面示意圖；
[0039]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施方式中襯底被剝離并且在半導(dǎo)體外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件截面示意圖；
[0040]圖3A-3C為本發(fā)明第一實(shí)施方式中襯底被剝離并且在半導(dǎo)體外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的工藝制造過程示意圖；
[0041]圖4A-4B為本發(fā)明第一實(shí)施方式中襯底被剝離并且在半導(dǎo)體外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的另一種工藝制造過程示意圖；
[0042]圖5是本發(fā)明第二實(shí)施方式中刻蝕掉半導(dǎo)體外延層下方成核層的半導(dǎo)體器件截面示意圖；
[0043]圖6是本發(fā)明第三實(shí)施方式中半導(dǎo)體外延層下方形成一層界面介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件截面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所作出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0045]此外，在不同的實(shí)施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，不代表所討論的不同實(shí)施例或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。
[0046]參圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)襯底結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)截面示意圖，該半導(dǎo)體器件包括:
[0047]襯底1，襯底可以是氮化鎵、鋁鎵氮、銦鎵氮、鋁銦鎵氮、磷化銦、砷化鎵、碳化硅、金剛石、藍(lán)寶石、鍺、硅或其他任何能夠生長III族氮化物材料的材料中的一種或多種的組合，并且可以通過激光技術(shù)或其他剝離技術(shù)與半導(dǎo)體外延層完整剝離；
[0048]在襯底I上是部分氮化物外延層2，其內(nèi)部一般包括成核層、緩沖層、溝道層，包括GaN、AlN、AlGaN、AlGaInN 等 III 族氮化物材料；
[0049]在部分氮化物外延層2上是氮化物勢壘層3，勢壘層一般包括AlGaN或其他氮化物，部分氮化物外延層2和氮化物勢壘層3組成了器件的整個半導(dǎo)體外延層結(jié)構(gòu)，并且在兩層之間的異質(zhì)結(jié)界面處形成高濃度二維電子氣，產(chǎn)生了導(dǎo)電溝道；
[0050]在勢壘層3上左右兩端是源極4和漏極5，源極和漏極與二維電子氣電連接；
[0051]進(jìn)一步地，本發(fā)明還可以在勢壘層3上沉積介質(zhì)層6對材料表面進(jìn)行鈍化保護(hù)，介質(zhì)層6包括SiN、S12, S1N, A1203、HfO2, HfAlOx中的一種或多種的組合；
[0052]在源極4和漏極5之間的區(qū)域，介質(zhì)層6被刻蝕出凹槽，然后沉積金屬形成柵極7，柵極可以是T形或伽馬形等。
[0053]本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)為整個或部分晶圓，半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)至少包括襯底和半導(dǎo)體外延層，半導(dǎo)體外延層位于襯底上，襯底與半導(dǎo)體外延層實(shí)現(xiàn)完整分離后，在半導(dǎo)體外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層，高導(dǎo)熱率絕緣層的導(dǎo)熱率高于所述襯底的導(dǎo)熱率。
[0054]參圖2為本發(fā)明第一實(shí)施方式中的襯底被剝離并且在半導(dǎo)體外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件截面示意圖。其中原襯底I被完整剝離，在半導(dǎo)體外延層背面重新覆蓋了高導(dǎo)熱率絕緣層8。
[0055]在高導(dǎo)熱率絕緣層8上是部分氮化物外延層2，其內(nèi)部一般包括成核層、緩沖層、溝道層，包括GaN、AIN、AlGaN, AlGaInN等III族氮化物材料；
[0056]在部分氮化物外延層2上是氮化物勢壘層3，勢壘層一般包括AlGaN或其他氮化物，部分氮化物外延層2和氮化物勢壘層3組成了器件的整個半導(dǎo)體外延層結(jié)構(gòu)，并且在兩層之間的異質(zhì)結(jié)界面處形成高濃度二維電子氣，產(chǎn)生了導(dǎo)電溝道；
[0057]在勢壘層3上左右兩端是源極4和漏極5，源極和漏極與二維電子氣電連接；
[0058]在勢壘層3上沉積介質(zhì)層6對材料表面進(jìn)行鈍化保護(hù)，介質(zhì)層6包括SiN、S12,Si0N、Al203、HfO2、HfAlOx中的一種或多種的組合；
[0059]在源極4和漏極5之間的區(qū)域，介質(zhì)層6被刻蝕出凹槽，然后沉積金屬形成柵極7，柵極可以是T形或伽馬形，本實(shí)施方式中柵極以T形為例進(jìn)行說明。
[0060]本實(shí)施方式中的襯底剝離工藝可以實(shí)現(xiàn)襯底材料的重復(fù)利用，既保證了半導(dǎo)體外延層的晶體質(zhì)量，又降低了材料成本，還省去了后續(xù)針對襯底材料的減薄工藝，簡化了工藝，降低了工藝成本，提高了工藝成品率；并且本實(shí)施方式中的高導(dǎo)熱率絕緣層工藝可以顯著改善器件散熱能力，并且避免襯底漏電和擊穿問題出現(xiàn)，大大提高了器件的性能和可靠性。
[0061]圖3為形成本發(fā)明第一實(shí)施方式中襯底被剝離并且在半導(dǎo)體外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層結(jié)構(gòu)的工藝制造過程示意圖。
[0062]首先在襯底I上生長出高質(zhì)量的半導(dǎo)體外延層，本實(shí)施方式中半導(dǎo)體外延層包括部分氮化物外延層2和氮化物勢壘層3，如圖3A所示，襯底包括藍(lán)寶石、碳化硅、硅或其他可以生長高質(zhì)量氮化鎵外延層的襯底材料,且襯底可以被完整剝離；
[0063]然后通過激光技術(shù)或其他已知的襯底分離技術(shù)或其組合將襯底與半導(dǎo)體外延層完整分離，如圖3B所示。對基于藍(lán)寶石襯底的氮化鎵器件，可以使用激光剝離技術(shù)，利用光子能量大于氮化鎵帶寬(Eg = 3.41eV)，而小于藍(lán)寶石帶寬的特點(diǎn)，將藍(lán)寶石和氮化鎵界面處的氮化鎵材料熱分解，隨后將藍(lán)寶石襯底和氮化鎵外延層完整分離；對于碳化硅襯底或硅襯底等其他半導(dǎo)體材料襯底，可以使用其他激光技術(shù)進(jìn)行分離，比如激光隱形切割技術(shù)，通過將激光透過材料表面并聚焦于內(nèi)部設(shè)定深度處，當(dāng)內(nèi)部激光功率密度超過某一臨界值時，可以破壞聚焦深度處的材料晶格結(jié)構(gòu)，形成高位錯密度層和微裂紋或孔洞，然后通過擴(kuò)晶實(shí)現(xiàn)襯底材料的完整分離。分離之后的襯底可以重復(fù)利用進(jìn)行外延層生長；
[0064]然后在半導(dǎo)體外延層背面重新覆蓋一層高導(dǎo)熱率絕緣層8，如圖3C所示，高導(dǎo)熱率絕緣層8的導(dǎo)熱率、介電常數(shù)和擊穿電場等高于原襯底I的導(dǎo)熱率、介電常數(shù)和擊穿電場，能夠顯著改善半導(dǎo)體器件的散熱能力、漏電和擊穿等問題。該高導(dǎo)熱率絕緣層包括金剛石、類鉆碳或其他高導(dǎo)熱率絕緣材料中的一種或其組合，其中，金剛石的熱導(dǎo)率約2000W/mK左右，類鉆碳的熱導(dǎo)率約600W/mK左右，碳化硅襯底的熱導(dǎo)率約400W/mK左右，藍(lán)寶石襯底的熱導(dǎo)率約35W/mK左右，硅襯底的熱導(dǎo)率約140W/mK。高導(dǎo)熱率絕緣層的厚度一般為20 μ m?500 μ m，可通過CVD工藝、濺射工藝、鍵合工藝或其他工藝中的一種或其組合形成。
[0065]接下來在半導(dǎo)體外延層正面做完后續(xù)工藝，形成如圖2所示的整個半導(dǎo)體器件。
[0066]圖4為形成本發(fā)明第一實(shí)施方式中襯底被剝離并且在外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層結(jié)構(gòu)的另外一種工藝制造過程示意圖。
[0067]首先在原襯底上生長好高質(zhì)量外延層后，直接在外延層正面做完后續(xù)工藝，形成如圖1所示的整個半導(dǎo)體器件；
[0068]然后用保護(hù)層9將正面圖形器件保護(hù)起來，再剝離掉原襯底，如圖4A所示；
[0069]隨后在外延層背面覆蓋高熱導(dǎo)率絕緣層材料8，如圖4B所示；
[0070]最后去掉正面保護(hù)層9，形成最終如圖2所示的半導(dǎo)體器件。
[0071]圖5是本發(fā)明第二實(shí)施方式中刻蝕掉半導(dǎo)體外延層下方成核層的半導(dǎo)體器件截面示意圖。
[0072]氮化物外延層下方的成核層一般包括GaN、AlN、AlGaN中的一種或多種的組合，因?yàn)槌珊藢右话憔w質(zhì)量很差、熱阻很大，會嚴(yán)重影響器件的散熱。與第一實(shí)施方式相比，本實(shí)施方式中在將襯底與半導(dǎo)體外延層完整分離后，形成高導(dǎo)熱率絕緣層之前需先對氮化物外延層背面進(jìn)行刻蝕、腐蝕、或減薄拋光等工藝，去除氮化物外延層中的成核層，并且減小氮化物外延層的厚度，形成如圖5中所示的氮化物外延層2’，本實(shí)施方式中將成核層刻蝕掉同時減小了外延層的厚度，可以進(jìn)一步減小熱阻，改善器件的散熱特性。
[0073]圖6是本發(fā)明第三實(shí)施方式中半導(dǎo)體外延層下方形成一層界面介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件截面示意圖。
[0074]與第一實(shí)施方式相比，本實(shí)施方式中半導(dǎo)體外延層和高導(dǎo)熱率絕緣層之間包括一層界面介質(zhì)層10，用來增強(qiáng)高導(dǎo)熱率絕緣層的材料質(zhì)量和粘附性。
[0075]本實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的制造方法可以采用第一實(shí)施方式中的兩種方法，只需在形成高導(dǎo)熱率絕緣層8之前，先在半導(dǎo)體外延層背面形成一層界面介質(zhì)層10，其余均與第一實(shí)施方式中的方法相同，在此不再進(jìn)行贅述。
[0076]由以上技術(shù)方案可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0077]首先，本發(fā)明中的藍(lán)寶石襯底在后續(xù)工藝中通過激光技術(shù)被完整剝離，回收之后可以重復(fù)進(jìn)行氮化鎵外延層材料的生長，大大減小了材料成本；
[0078]第二，本發(fā)明中的氮化鎵外延層是在藍(lán)寶石襯底上生長的，其工藝難度小，生長技術(shù)成熟，穩(wěn)定可靠，相比硅或其他襯底材料，可以保證非常優(yōu)良的材料質(zhì)量，基于此外延材料而制作的半導(dǎo)體器件特性優(yōu)異，可靠性高；
[0079]第三，本發(fā)明中的襯底材料被剝離后，省去了后續(xù)針對襯底進(jìn)行的減薄工藝，降低了工藝復(fù)雜度和工藝成本，提高了工藝成品率；
[0080]第四，本發(fā)明中的氮化鎵外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層材料，包括類鉆碳膜，金剛石膜等，其導(dǎo)熱率非常高，大大提高了器件的散熱能力，改善了因?yàn)樯釂栴}而導(dǎo)致的器件性能退化或可靠性問題，類鉆碳膜或金剛石膜可以通過各種CVD方法形成，也可以通過濺射或鍵合等方式形成，其厚度根據(jù)散熱要求、在后續(xù)工藝中對外延層的支撐能力以及成本而定，具體厚度在20 μ m?200 μ m左右；
[0081]第五，本發(fā)明中的氮化鎵外延層背面覆蓋的金剛石膜或類鉆碳膜等，其介電常數(shù)非常高、絕緣性好、耐高壓，可以避免其他襯底材料引入的襯底漏電和擊穿問題，大大提高了器件特性和可靠性。
[0082]綜上所述，本發(fā)明半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制造方法可以實(shí)現(xiàn)襯底材料的重復(fù)利用，既保證了半導(dǎo)體外延層的晶體質(zhì)量，又降低了材料成本，還省去了后續(xù)針對襯底材料的減薄工藝，簡化了工藝，降低了工藝成本，提高了工藝成品率；并且高導(dǎo)熱率絕緣層可以顯著改善器件散熱能力，并且避免襯底漏電和擊穿問題出現(xiàn)，大大提高了器件的性能和可靠性。
[0083]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0084]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)為整個或部分晶圓，半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)至少包括襯底和半導(dǎo)體外延層，所述半導(dǎo)體外延層位于所述襯底上，其特征在于，所述襯底與半導(dǎo)體外延層實(shí)現(xiàn)完整分離后，在半導(dǎo)體外延層背面覆蓋有高導(dǎo)熱率絕緣層，所述高導(dǎo)熱率絕緣層的導(dǎo)熱率高于所述襯底的導(dǎo)熱率。
2.—種半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件包括權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)和位于所述半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體外延層正面上的源極、漏極、以及位于源極和漏極之間的柵極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述襯底為氮化鎵、鋁鎵氮、銦鎵氮、鋁銦鎵氮、磷化銦、砷化鎵、碳化硅、金剛石、藍(lán)寶石、鍺、硅中的一種或多種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述高導(dǎo)熱率絕緣層包括金剛石、類鉆碳中的一種或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述高導(dǎo)熱率絕緣層的厚度為20 μ m ?500 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體外延層和高導(dǎo)熱率絕緣層之間還包括用于增強(qiáng)高導(dǎo)熱率絕緣層的材料質(zhì)量和粘附性界面介質(zhì)層。
7.—種如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步驟: 51、在襯底上形成半導(dǎo)體外延層； 52、將所述襯底與半導(dǎo)體外延層完整分離； 53、在所述半導(dǎo)體外延層背面形成高導(dǎo)熱率絕緣層，所述高導(dǎo)熱率絕緣層的導(dǎo)熱率高于所述襯底的導(dǎo)熱率； 54、在所述半導(dǎo)體外延層上形成源極、漏極、以及位于源極和漏極之間的柵極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S4在步驟S2之前完成，所述步驟S4還包括:在半導(dǎo)體器件正面形成保護(hù)層；所述步驟S3還包括:去除半導(dǎo)體器件正面的保護(hù)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S2具體為: 通過激光技術(shù)將襯底與半導(dǎo)體外延層完整分離。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S3中的高導(dǎo)熱率絕緣層通過CVD工藝、濺射工藝、鍵合工藝中的一種或多種的組合形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S3中還包括: 在所述半導(dǎo)體外延層背面進(jìn)行刻蝕、腐蝕、減薄拋光工藝中的一種或多種的組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S3中還包括:在所述半導(dǎo)體外延層背面形成界面介質(zhì)層，所述界面介質(zhì)層用于增強(qiáng)高導(dǎo)熱率絕緣層的材料質(zhì)量和粘附性。
【文檔編號】H01L29/06GK104409499SQ201410777695
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】裴軼, 劉飛航, 張乃千 申請人:蘇州捷芯威半導(dǎo)體有限公司