一種在硅片上集成化合物半導(dǎo)體器件的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在硅襯底上集成高性能化合物半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，基于氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)等的化合物半導(dǎo)體材料，與硅材料相比具有電子飽和漂移速率高、熱導(dǎo)率大、能帶寬、抗輻射能力強(qiáng)以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異的物理化學(xué)以及電學(xué)特性，在超高頻、大功率、高電迀移率等方面表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，可以應(yīng)用在高壓、高溫、高速等各種極端條件，在各類信息系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
[0003]通常在高性能化合物半導(dǎo)體器件的制造過程中，為減小晶格失配及由此產(chǎn)生的界面不同結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的影響，可選用與化合物半導(dǎo)體器件相同或類似的襯底材料，如SiC器件可選用SiC材料作為晶圓襯底等；但化合物半導(dǎo)體材料襯底制造成本非常之高，并在機(jī)械強(qiáng)度和熱導(dǎo)率方面也遜色于硅。硅襯底的價(jià)格只是同尺寸化合物材料襯底的1/10以下，同時(shí)其各種加工工藝已經(jīng)非常成熟；在企業(yè)界現(xiàn)有的低成本的成熟硅襯底上集成高性能化合物半導(dǎo)體器件，一直是研宄人員和工業(yè)界追求的目標(biāo)。但是，在硅襯底上直接制備化合物半導(dǎo)體器件，由于材料的內(nèi)在不同特性，面臨著諸多挑戰(zhàn)，如晶格常數(shù)不匹配、熱膨脹系數(shù)不同，以及在硅原子與化合物半導(dǎo)體材料(如GaN)原子所形成的極性/非極性異質(zhì)結(jié)界面的電子結(jié)構(gòu)、界面電荷、偶極矩、帶階、不同輸運(yùn)特性等，都會(huì)有很大的不同，從而對(duì)器件性能產(chǎn)生顯著影響。此外，還有硅襯底上Si原子在高溫生長(zhǎng)過程中擴(kuò)散并在襯底表面形成非晶態(tài)SixNy薄膜，降低外延層的晶體質(zhì)量。雖然目前在工業(yè)界廣泛使用的硅晶圓片直徑尺寸已經(jīng)達(dá)300mm且其純度、微摻雜等材料性能近年來獲得進(jìn)一步提升，但仍未能獲得化合物半導(dǎo)體器件所要求的硅基晶圓。
[0004]中國(guó)專利(CN 101802979)公開了一種降低了 Si襯底與化合物半導(dǎo)體層之間的界面的位錯(cuò)(缺陷)密度的化合物半導(dǎo)體襯底及其制造方法。對(duì)Si襯底依次實(shí)施有機(jī)清洗、酸清洗以及堿清洗，去除Si襯底表面的有機(jī)物、金屬等污染物質(zhì)，形成平坦的氧化膜。使用濃度1.0wt %的氟化氫水溶液來去除表面的氧化膜并進(jìn)行氫終端處理。緊接著將Si襯底容納到真空裝置內(nèi)，之后使Si襯底的襯底溫度上升。當(dāng)這樣使襯底溫度上升時(shí)，進(jìn)行終端處理得到的氫脫離。在氫脫離之前先行照射As，在準(zhǔn)備Si襯底與化合物半導(dǎo)體層之間的界面之后，在數(shù)秒鐘后照射Ga和As，由此制作的化合物半導(dǎo)體襯底具有結(jié)晶位錯(cuò)(缺陷)較低、品質(zhì)較高的特點(diǎn)。但是硅襯底與化合物半導(dǎo)體材料之間固有的晶格失配、熱膨脹系數(shù)失配并沒有得到根本性的解決。
[0005]歐洲專利(EP2587523-A1)公開了一種在硅片上制備化合物半導(dǎo)體器件的加工方法。該方法包括:在硅襯底上形成孔狀空隙，在空隙中生長(zhǎng)填充化合物半導(dǎo)體材料，減小后續(xù)加工過程中因晶格失配造成的應(yīng)力及熱脹冷縮問題；在填充空隙的化合物半導(dǎo)體材料之上制備另一種用作半導(dǎo)體器件區(qū)的化合物材料，以實(shí)現(xiàn)化合物半導(dǎo)體器件的高性能。該方法對(duì)化合物半導(dǎo)體填充空隙的生長(zhǎng)方式提出較高要求，加工工藝難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種可大幅度降低加工成本、制作工藝簡(jiǎn)易的在低成本硅片上集成高性能化合物半導(dǎo)體器件的方法。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種在硅片上集成化合物半導(dǎo)體器件的工藝，其特征在于，包括下述步驟:
[0009](I)首先在襯底層上，生長(zhǎng)一緩沖層，在緩沖層上加工制作化合物半導(dǎo)體的體結(jié)構(gòu)層，該體結(jié)構(gòu)層上設(shè)置η個(gè)橫向并排的第一引線端，形成化合物半導(dǎo)體部件；其中η多2，η個(gè)第一引線端的寬度、高度以及間距各異；第一引線端采用導(dǎo)電性好金屬或合金材料；
[0010](2)同時(shí)在一塊硅片上均勻生長(zhǎng)一層絕緣層材料，然后在該絕緣材料上，參照步驟(1)η個(gè)第一引線端寬度、高度、間距數(shù)據(jù)，使用光刻版，經(jīng)過不多于η次的分區(qū)域光刻刻蝕工藝，形成帶η個(gè)凸起臺(tái)階的絕緣層；該η個(gè)凸起臺(tái)階的寬度、高度及間距各異，并與步驟
(I)半導(dǎo)體部件各個(gè)第一引線端形位尺寸相對(duì)應(yīng)；在該凸起臺(tái)階上采用導(dǎo)電性好金屬材料均勻沉積η個(gè)第二引線端，其中各寬度稍小于相對(duì)應(yīng)的第一引線端的寬度；
[0011](3)將步驟(I)制得的化合物半導(dǎo)體部件倒置，并與步驟(2)所制得的硅片相鍵合，使η個(gè)第一引線端分別與硅片上形位相對(duì)應(yīng)的η個(gè)第二引線端充分粘附在一起，并將襯底層剝離，形成最終的化合物半導(dǎo)體器件；剝離后的襯底層在經(jīng)過表面處理后繼續(xù)用于步驟(I)所述體結(jié)構(gòu)層的加工制作。
[0012]上述工藝中，步驟(3)所述襯底層的剝離過程，發(fā)生在將半導(dǎo)體部件倒置并使第一引線端粘附于硅片第二引線端之后，或發(fā)生在將半導(dǎo)體部件倒置之前。
[0013]所述襯底層的剝離方式為激光照射，或者緩沖層腐蝕的方法。
[0014]所述的襯底層為藍(lán)寶石晶圓片、GAN晶圓片或SiC晶圓片。
[0015]所述的體結(jié)構(gòu)層為GAN或SiC。
[0016]所述的第一引線端和第二引線端的材料為Al，AlSi，AlSiCu，或Cu。
[0017]所述絕緣層材料為二氧化硅或氮化硅，厚度為幾百A至數(shù)十微米。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，可大幅度降低在化合物半導(dǎo)體器件加工成本中占重要部分的化合物材料襯底成本；該方法與現(xiàn)有硅材料加工設(shè)備與工藝技術(shù)具有極高的兼容性，兼具對(duì)多個(gè)化合物半導(dǎo)體器件的集成功能并可以對(duì)后續(xù)封裝打線工藝進(jìn)行二次設(shè)計(jì)與優(yōu)化。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明化合物半導(dǎo)體部件的加工示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明硅片(圖形與圖1相對(duì)應(yīng))的加工示意圖。
[0021]圖3為圖1化合物半導(dǎo)體部件倒置于圖2硅片上的加工示意圖。
[0022]圖4為圖3半導(dǎo)體部件襯底層剝尚后最終廣品不意圖。
[0023]圖5為本發(fā)明一個(gè)六引線端實(shí)施例的平面圖。
[0024]圖1?圖5中:10、襯底層；20、緩沖層；30、體結(jié)構(gòu)層；40、第一引線端(有多個(gè):A、B、C、…，N) ;100、硅片；200、絕緣層；300、第二引線端(有多個(gè):A、B、C、…，N) ;400、不同電勢(shì)引線區(qū)(有多個(gè):A、B、C) ;3000、封裝打線區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026]一種在硅片上集成化合物半導(dǎo)體器件的工藝，包括下述工序:
[0027](I)參考圖1，首先在襯底層10 (材料通常為藍(lán)寶石晶圓片，GAN晶圓片或SiC晶圓片)上采用化學(xué)氣相沉積或外延生長(zhǎng)工藝制作緩沖層20，用于后續(xù)剝離化合物襯底材料，可為單層材料或者多層薄膜材料，該層需具備與化合物半導(dǎo)體器件體結(jié)構(gòu)層類似的晶格常數(shù)等物理化學(xué)性能。在緩沖層上也采用化學(xué)氣相沉積或外延生長(zhǎng)工藝