本申請涉及半導(dǎo)體工藝，特別是涉及一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法。

背景技術(shù)：

1、金剛石材料在室溫下具有最高的熱導(dǎo)率(2000w/m.k)，兼具帶隙寬、擊穿場強高、載流子遷移率高、耐高溫、抗酸堿、抗腐蝕、抗輻照等優(yōu)越性能，而在高功率、高頻、高溫領(lǐng)域有至關(guān)重要的應(yīng)用，金剛石，已被認(rèn)為是目前最有發(fā)展前途的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一。

2、氮化鎵材料作為第三代寬禁帶化合物半導(dǎo)體，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，非常適用于研制高頻、大功率微波毫米波器件及電路，在5g通訊、航天、國防等領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價值。

3、磷化銦是iii-v族化合物半導(dǎo)體材料，使用磷化銦制造的半導(dǎo)體器件，具備飽和電子漂移速度高、發(fā)光波長適宜光纖低損通信、抗輻射能力強、導(dǎo)熱性好、光電轉(zhuǎn)換效率高、禁帶寬度較高等特性，因此磷化銦被廣泛應(yīng)用于制造光模塊器件、傳感器件、高端射頻器件等。

4、但是當(dāng)前利用化合物半導(dǎo)體材料制備的器件特別是在輸出大功率的同時會產(chǎn)生大量的熱，這些熱量在襯底內(nèi)部無法有效快速散發(fā)出去。隨著器件工作結(jié)溫的上升，器件的輸出功率和效率會迅速惡化。可以說，散熱問題已經(jīng)成為限制化合物器件特別是功率器件進一步發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸。金剛石襯底與化合物半導(dǎo)體材料異質(zhì)集成器件是目前研究的熱點，金剛石襯底化合物半導(dǎo)體材料異質(zhì)集成器件可進一步提升器件的性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問題：

2、本申請需要解決的技術(shù)問題是目前制備金剛石襯底化合物半導(dǎo)體材料存在金剛石襯底上生長化合物半導(dǎo)體材料時溫度較高，同時異質(zhì)材料生長應(yīng)力較大，如果沒有同質(zhì)臨時載片支撐，很容易出現(xiàn)因應(yīng)力過大導(dǎo)致開裂等問題，提供一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，通過二次鍵合技術(shù)實現(xiàn)氮化鎵外延層和磷化銦外延層與金剛石襯底的復(fù)合集成，避免了外延生長過程的晶格失配導(dǎo)致容易裂片的問題，同時利用該方法可制備出大尺寸的金剛石基氮化鎵/磷化銦復(fù)合外延片。

3、技術(shù)方案：

4、一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，采包括以下步驟：

5、第一步：將氮化鎵外延片與第一臨時載片進行臨時粘片，所述氮化鎵外延片由自下而上設(shè)置的襯底層和氮化鎵外延層組成，第一臨時載片臨時粘片在氮化鎵外延層上；

6、第二步：去除氮化鎵外延片的襯底層，露出氮化鎵外延層；

7、第三步：氮化鎵外延層與金剛石襯底通過第一鍵合介質(zhì)材料層實現(xiàn)鍵合；

8、第四步：去除第一臨時載片，得到金剛石基氮化鎵外延片；

9、第五步：將磷化銦外延片與第二臨時載片進行臨時粘片，所述磷化銦外延片自下而上由磷化銦襯底和磷化銦外延層組成，在磷化銦外延層上與第二臨時載片進行臨時粘片；

10、第六步：去除磷化銦外延片的磷化銦襯底，露出磷化銦外延層；

11、第七步：磷化銦外延層與金剛石基氮化鎵外延片通過第二鍵合介質(zhì)材料層實現(xiàn)鍵合；

12、第八步：去除第二臨時載片，得到金剛石基氮化鎵與磷化銦復(fù)合外延片。

13、作為本申請的一種優(yōu)選技術(shù)方案：第一步中所述襯底層為碳化硅、硅、藍(lán)寶石中的一種或幾種；所述氮化鎵外延層為氮化鎵高電子遷移率晶體管外延結(jié)構(gòu)層、氮化鎵場效應(yīng)管外延結(jié)構(gòu)層、氮化鎵肖特基勢壘二極管外延結(jié)構(gòu)層中的一種或幾種；所述第一臨時載片為碳化硅、硅、藍(lán)寶石、氮化鋁中的一種或幾種。

14、作為本申請的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第二步中去除氮化鎵外延片的襯底層方法為減薄拋光、濕法腐蝕、等離子體刻蝕、激光剝離中的一種或幾種。

15、作為本申請的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第三步具體為通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積的方法在氮化鎵外延層和金剛石襯底之間沉積第一鍵合介質(zhì)材料層，第三步中第一鍵合介質(zhì)材料層為納米硅、氧化物介質(zhì)或氮化物介質(zhì)，其中氧化物介質(zhì)為氧化硅介質(zhì)材料。

16、作為本申請的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第四步中去除第一臨時載片的方法為熱推、機械分離、激光分離中的一種或幾種。

17、作為本申請的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第五步中磷化銦外延層為磷化銦高電子遷移率晶體管外延結(jié)構(gòu)層、磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管外延結(jié)構(gòu)層、磷化銦光電探測器外延結(jié)構(gòu)層中的一種或幾種；所述第二臨時載片為碳化硅、硅、藍(lán)寶石、氮化鋁中的一種或幾種。

18、作為本申請的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第六步中去除磷化銦外延片的磷化銦襯底方法為減薄拋光、濕法腐蝕、等離子體刻蝕中的一種或幾種。

19、作為本申請的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第七步通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積的方法在磷化銦外延層和金剛石基氮化鎵外延片之間沉積一層第二鍵合介質(zhì)材料層，厚度為20nm，第七步中第二鍵合介質(zhì)材料層為納米硅、氧化物介質(zhì)、氮化物介質(zhì)中的一種或幾種，所述氧化物介質(zhì)為氧化硅介質(zhì)材料。

20、作為本申請的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第八步中去除第二臨時載片的方法為熱推、機械分離或激光分離。

21、原理解釋：

22、目前制備金剛石襯底化合物半導(dǎo)體材料主要存在一些問題，在金剛石襯底上生長化合物半導(dǎo)體材料時溫度較高，晶格失配較大，同時異質(zhì)材料生長應(yīng)力較大，如果沒有同質(zhì)臨時載片支撐，很容易出現(xiàn)因應(yīng)力過大導(dǎo)致開裂等問題。

23、有益效果：

24、本申請所述一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：通過二次鍵合技術(shù)實現(xiàn)氮化鎵外延層和磷化銦外延層與金剛石襯底的復(fù)合集成，避免了外延生長過程的晶格失配導(dǎo)致容易裂片的問題，同時利用該方法可制備出大尺寸的金剛石基氮化鎵與磷化銦復(fù)合外延片。

技術(shù)特征：

1.一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，其特征在于：第一步中所述襯底層為碳化硅、硅、藍(lán)寶石中的一種或幾種；所述氮化鎵外延層為氮化鎵高電子遷移率晶體管外延結(jié)構(gòu)層、氮化鎵場效應(yīng)管外延結(jié)構(gòu)層、氮化鎵肖特基勢壘二極管外延結(jié)構(gòu)層中的一種或幾種；所述第一臨時載片為碳化硅、硅、藍(lán)寶石、氮化鋁中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，其特征在于：所述第二步中去除氮化鎵外延片的襯底層方法為減薄拋光、濕法腐蝕、等離子體刻蝕、激光剝離中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，其特征在于：所述第三步具體為通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積的方法在氮化鎵外延層(2)和金剛石襯底(5)之間沉積第一鍵合介質(zhì)材料層(4)，第三步中第一鍵合介質(zhì)材料層(4)為納米硅、氧化物介質(zhì)或氮化物介質(zhì)，其中氧化物介質(zhì)為氧化硅介質(zhì)材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，其特征在于：所述第四步中去除第一臨時載片(3)的方法為熱推、機械分離、激光分離中的一種或幾種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，其特征在于：所述第五步中磷化銦外延層(7)為磷化銦高電子遷移率晶體管外延結(jié)構(gòu)層、磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管外延結(jié)構(gòu)層、磷化銦光電探測器外延結(jié)構(gòu)層中的一種或幾種；所述第二臨時載片(8)為碳化硅、硅、藍(lán)寶石、氮化鋁中的一種或幾種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，其特征在于：所述第六步中去除磷化銦外延片的磷化銦襯底(6)方法為減薄拋光、濕法腐蝕、等離子體刻蝕中的一種或幾種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，其特征在于：所述第七步通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積的方法在磷化銦外延層(7)和金剛石基氮化鎵外延片之間沉積一層第二鍵合介質(zhì)材料層(9)，厚度為20nm，第七步中第二鍵合介質(zhì)材料層(9)為納米硅、氧化物介質(zhì)、氮化物介質(zhì)中的一種或幾種，所述氧化物介質(zhì)為氧化硅介質(zhì)材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，其特征在于：所述第八步中去除第二臨時載片(8)的方法為熱推、機械分離或激光分離。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了金剛石基氮化鎵與磷化銦異質(zhì)集成的制備方法，將氮化鎵外延片與第一臨時載片進行臨時粘片；去除氮化鎵外延片的襯底層，露出氮化鎵外延層；氮化鎵外延層與金剛石襯底通過第一鍵合介質(zhì)材料實現(xiàn)鍵合；去除第一臨時載片，得到金剛石基氮化鎵外延片；將磷化銦外延片與第二臨時載片進行臨時粘片；去除磷化銦外延片的襯底層，露出磷化銦外延層；磷化銦外延層與金剛石基氮化鎵外延片正面通過第二鍵合介質(zhì)材料實現(xiàn)鍵合；去除第二臨時載片，得到金剛石基氮化鎵與磷化銦復(fù)合外延片；通過二次鍵合實現(xiàn)氮化鎵外延層和磷化銦外延層與金剛石襯底的復(fù)合集成，避免外延生長過程的晶格失配導(dǎo)致容易裂片。

技術(shù)研發(fā)人員：吳立樞,孔月嬋,陳堂勝
受保護的技術(shù)使用者：中國電子科技集團公司第五十五研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10