半導(dǎo)體的選擇性電化學(xué)蝕刻的制作方法
【專利摘要】提供了用于促成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造的方法，包括：提供包括半導(dǎo)體層的多層結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體層包括摻雜物并且具有增大的電導(dǎo)率；使用電化學(xué)處理，至少部分地選擇性增大半導(dǎo)體層的孔隙度，選擇性增大孔隙度利用了半導(dǎo)體層的增大的電導(dǎo)率；和借助選擇性增大的孔隙度從多層結(jié)構(gòu)中至少部分地除掉半導(dǎo)體層。作為例子，選擇性增大孔隙度可以包括至少部分地對(duì)多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層有選擇地進(jìn)行陽(yáng)極氧化。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體的選擇性電化學(xué)蝕刻
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年2月10日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/937736號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)由此以引用的方式整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
【背景技術(shù)】
[0003]半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直以來(lái)始終被寄予這樣的期望:希望能夠解決各種各樣的應(yīng)用中對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)高性能和低功耗的半導(dǎo)體器件的需求。在一種或多種應(yīng)用中，對(duì)于例如高速電力開(kāi)關(guān)應(yīng)用而言，可能期望用到增強(qiáng)型高壓半導(dǎo)體器件，比如增強(qiáng)型肖特基二極管、P-1-n二極管、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、雙極結(jié)型晶體管(BJT)等等。
[0004]舉例來(lái)說(shuō)，可以在相對(duì)較厚的半導(dǎo)體襯底上制造高壓半導(dǎo)體器件，這樣的襯底在制造期間為半導(dǎo)體器件提供結(jié)構(gòu)支撐。不利的一面是，這樣相對(duì)較厚的半導(dǎo)體襯底可能會(huì)給最終的器件帶來(lái)性能問(wèn)題，比如半導(dǎo)體襯底中的載流子迀移率較低，導(dǎo)致例如(多個(gè))半導(dǎo)體器件較熱，甚至過(guò)熱。
[0005]因此，始終希望進(jìn)一步提高諸如大功率器件這樣的半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)方面，通過(guò)提供一種方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)并且提供了額外的優(yōu)點(diǎn)，該方法包括:提供包括半導(dǎo)體層的多層結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體層包括摻雜物，并且具有增大的導(dǎo)電率;使用電化學(xué)處理，至少部分地選擇性增大半導(dǎo)體層的孔隙度，選擇性增大孔隙度利用了半導(dǎo)體層的增大的電導(dǎo)率;和借助選擇性增大的孔隙度從多層結(jié)構(gòu)中至少部分地除掉半導(dǎo)體層。
[0007]通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了額外的特征和優(yōu)點(diǎn)。本文將會(huì)詳細(xì)介紹本發(fā)明的其它實(shí)施例和方面，并且這些實(shí)施例和方面會(huì)被當(dāng)作要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。
【附圖說(shuō)明】
[0008]在本說(shuō)明書(shū)結(jié)尾處的權(quán)利要求書(shū)中以舉例的方式具體指出了并且清楚地要求保護(hù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面。從配合附圖得到的下列詳細(xì)說(shuō)明中，可以顯而易見(jiàn)地得出前面提到的和本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0009]圖1A-圖1C描述的是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，選擇性地增大第一半導(dǎo)體層的孔隙度以例如促成從第二半導(dǎo)體層上除掉第一半導(dǎo)體層的電化學(xué)處理的一個(gè)實(shí)施例。
[0010]圖2是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，用電化學(xué)方法在電解液內(nèi)處理第一半導(dǎo)體層的圖1B的組件的另一種描述；
[0011]圖3是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，在半導(dǎo)體層的電化學(xué)處理期間獲得的電流密度一電壓變化圖；
[0012]圖4A-圖4G描繪的是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，利用例如圖1A-圖1C的選擇性半導(dǎo)體層去除處理制造示范性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理的一個(gè)實(shí)施例；
[0013]圖5A-圖5F描繪的是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，利用例如圖1A-1C的選擇性半導(dǎo)體層去除處理制造另一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理的一個(gè)實(shí)施例；
[0014]圖6A-圖6C描述的是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，選擇性地增大半導(dǎo)體層的孔隙度以促成半導(dǎo)體襯底與多層結(jié)構(gòu)的分離的電化學(xué)處理的一個(gè)實(shí)施例。
[0015]圖7A-圖7F描繪的是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，部分地利用圖6A-6C的選擇性半導(dǎo)體層去除處理制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理的一個(gè)實(shí)施例；
[0016]圖8A-圖SC描繪的是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，選擇性地增大多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底的孔隙度以削薄該半導(dǎo)體襯底的電化學(xué)處理的一個(gè)實(shí)施例;和
[0017]圖9A-圖9D描繪的是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，部分地使用圖8A-圖SC的選擇性半導(dǎo)體襯底削薄處理制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理的一個(gè)實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將參照在附圖中圖解說(shuō)明的非限定性實(shí)施例更加完整地解釋說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)方面及其某些特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)。省略了對(duì)公知材料、制造工具、處理技術(shù)等的說(shuō)明，以便不致在細(xì)節(jié)上不必要地造成本發(fā)明晦澀難懂。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解，在說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的時(shí)候，詳細(xì)說(shuō)明和具體的例子僅僅是為了說(shuō)明而給出的，并非為了限定。從本文公開(kāi)的內(nèi)容中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)顯而易見(jiàn)地得出處于基本發(fā)明構(gòu)思的思想和/或范圍內(nèi)的各種不同的替換、改變、增加和/或調(diào)整。
[0019]在一種或多種具體實(shí)現(xiàn)方案中，本文公開(kāi)的是，通過(guò)使用電化學(xué)處理有選擇地增大(多個(gè))重?fù)诫s半導(dǎo)體層的孔隙度，從諸如肖特基二極管、P-1-n 二極管等等之類的高壓功率器件中選擇性地除掉諸如碳化硅(SiC)襯底之類的重?fù)诫s半導(dǎo)體層的方法。按照傳統(tǒng)方法并且如前面所提到的，諸如肖特基二極管、P-1-n 二極管、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、雙極結(jié)型晶體管(BJT)等等之類的高壓半導(dǎo)體器件是在相對(duì)較厚的半導(dǎo)體襯底上制造的，比如相對(duì)較厚的單晶硅半導(dǎo)體晶圓。為了增強(qiáng)，可以使用諸如II1-V和/或I1-VI族化合物(例如，碳化娃(SiC)，氮化鎵(GaN)等)之類的寬帶隙半導(dǎo)體材料來(lái)增大正在制造的半導(dǎo)體器件的速度。例如，諸如碳化硅和/或氮化鎵之類的寬帶隙半導(dǎo)體材料可以適合于提高晶體管的性能，原因在于它們具有相對(duì)較寬的帶隙、較高的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、較高的電子迀移率和較高的導(dǎo)熱率特性。有益地，在這樣的半導(dǎo)體材料上形成的大功率半導(dǎo)體器件可以在較高的溫度、較高的功率電平下和/或在特征導(dǎo)通電阻較低的情況下工作，從而改善晶體管的性能和效率。
[0020]在不為外延層的晶體品質(zhì)和傳輸特性引入惡化的前提下從外延碳化硅或氮化鎵層中分別除掉寬帶隙半導(dǎo)體襯底(比如碳化硅或氮化鎵襯底)被認(rèn)為特別有利于在外延碳化硅或氮化鎵層的兩面上制造雙極型功率器件。不過(guò)，從外延層中除掉厚的寬帶隙襯底(例如，厚度為350微米或更大)并非易事。例如，碳化硅和氮化鎵晶體都是堅(jiān)硬襯底，并且因此這些襯底的機(jī)械拋光速度會(huì)非常緩慢。例如，碳化硅或氮化鎵晶體襯底的化學(xué)機(jī)械拋光僅僅可以以每小時(shí)幾微米的速度進(jìn)行?？焖俅蚰ナ强梢缘?，但是可能會(huì)在外延膜上引入機(jī)械應(yīng)力并且最終折斷外延膜，這限制了使用這種方法處理的晶圓的尺寸。此外，按照這種結(jié)構(gòu)，在外延層與襯底的交界面上沒(méi)有明顯的用來(lái)停止機(jī)械拋光處理的’蝕刻終止’層。此外，晶圓在生長(zhǎng)外延層之后可能會(huì)具有一定曲率，因此拋光速度可能會(huì)在整個(gè)晶圓上不均勻。
[0021]此外，在碳化硅襯底的情況下，在C面襯底上外延生長(zhǎng)碳化硅比在Si面襯底上的外延生長(zhǎng)要難。有益地，使用本文公開(kāi)的處理從碳化硅襯底上脫落下來(lái)的外延碳化硅層C面和Si面都具有很高品質(zhì)，這就為進(jìn)一步的器件制造做好了準(zhǔn)備。因此，通過(guò)在Si面碳化硅襯底上生長(zhǎng)碳化硅膜，并且然后使外延碳化硅膜從襯底上脫落下來(lái)，方便地獲得了用于器件制造的高品質(zhì)C面外延層。
[0022]本公開(kāi)(在一個(gè)或多個(gè)方面)提供了這樣的技術(shù):通過(guò)例如使用重?fù)诫s半導(dǎo)體層的電化學(xué)處理選擇性地增大重?fù)诫s半導(dǎo)體層的孔隙度，從輕摻雜的外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層中選擇性地除掉諸如碳化硅(SiC)襯底之類的重?fù)诫s半導(dǎo)體層。本文公開(kāi)的方法方便地促進(jìn)提高外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的結(jié)晶度，這樣的半導(dǎo)體層可以用于制造諸如肖特基二極管、P-1-n 二極管、IGBT、BJT等等之類的高壓功率器件。此外，可以采用輕摻雜的外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層來(lái)在該外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的任何可用結(jié)晶面上制造器件。此外，一旦除掉，孔隙度增大的重?fù)诫s半導(dǎo)體層就可以用于各種各樣的用途，包括例如，用在制造高效率氣敏傳感器、分子過(guò)濾器、電子場(chǎng)發(fā)射器的電極等等中。
[0023]這樣，本文公開(kāi)的在一個(gè)或多個(gè)方面中一般性地提出的是使制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)更加便利的方法，包括例如:提供包括半導(dǎo)體層的多層結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體層包括摻雜物并且具有增大的電導(dǎo)率;使用電化學(xué)處理至少部分地選擇性增大半導(dǎo)體層的孔隙度，選擇性增大孔隙度利用了半導(dǎo)體層的增大的電導(dǎo)率;并且從該多層結(jié)構(gòu)中至少部分地除掉具有選擇性增大的孔隙度的半導(dǎo)體層。
[0024]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，選擇性增大孔隙度包括至少部分地對(duì)半導(dǎo)體層進(jìn)行陽(yáng)極氧化。例如，選擇性增大孔隙度可以包括在包含無(wú)機(jī)酸和氧化物類(oxidizing species)的電解液中用電化學(xué)方法處理半導(dǎo)體層，以選擇性地至少部分地對(duì)半導(dǎo)體層進(jìn)行陽(yáng)極氧化，半導(dǎo)體層的摻雜物使得它的陽(yáng)極氧化得到增強(qiáng)，以選擇性地增大半導(dǎo)體層的孔隙度并且促成從多層結(jié)構(gòu)中至少部分地除掉半導(dǎo)體層。用電化學(xué)方法處理可以包括對(duì)通過(guò)電解液和半導(dǎo)體層施加的電流密度進(jìn)行控制，此時(shí)選擇性增大孔隙度至少部分地是所施加電流密度的函數(shù)。
[0025]在一種或多種實(shí)現(xiàn)方案中，半導(dǎo)體層是第一半導(dǎo)體層，并且該方法進(jìn)一步包括在選擇性增大第一半導(dǎo)體層的孔隙度之前，在第一半導(dǎo)體層上外延生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層。舉例來(lái)說(shuō)，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層可以各自包含寬帶隙半導(dǎo)體材料。例如，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層可以各自包含碳化娃或娃碳合金(silicon carbide alloy)。按照另外可供選用的方案，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層可以各自包含氮化鎵或鎵氮合金(galIiumnitride alloy)。
[0026]在某些實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層的增大的電導(dǎo)率可以是第一電導(dǎo)率，并且第二半導(dǎo)體層可以具有第二電導(dǎo)率，其中第一半導(dǎo)體層的第一電導(dǎo)率大于第二半導(dǎo)體層的第二電導(dǎo)率，并且第一半導(dǎo)體層的陽(yáng)極氧化可以利用第一半導(dǎo)體層的較大的電導(dǎo)率來(lái)至少部分地選擇性增大第一半導(dǎo)體層的孔隙度，而不增大第二半導(dǎo)體層的孔隙度。舉例來(lái)說(shuō)，第一半導(dǎo)體層的第一電導(dǎo)率可以比第二半導(dǎo)體層的第二電導(dǎo)率大十倍或更大。
[0027]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，提供多層結(jié)構(gòu)可以包括提供半導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體襯底，其中選擇性增大的孔隙度有助于至少部分地除掉半導(dǎo)體襯底。通過(guò)這種辦法，本方法可以進(jìn)一步包括在選擇性增大半導(dǎo)體層的孔隙度之前在該半導(dǎo)體層上方提供多層半導(dǎo)體器件。舉例來(lái)說(shuō)，多層半導(dǎo)體器件可以是或可以包括二極管，比如P-1-n二極管或肖特基二極管。
[0028]在一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例中，提供多層結(jié)構(gòu)可以包括在半導(dǎo)體襯底上方提供半導(dǎo)體層，并且選擇性增大孔隙度可以有助于從多層結(jié)構(gòu)中除掉半導(dǎo)體襯底。此外，提供多層結(jié)構(gòu)可以包括在選擇性增大半導(dǎo)體層的孔隙度之前在該半導(dǎo)體層上方提供多層半導(dǎo)體器件。在一種或多種實(shí)現(xiàn)方案中，本方法可以包括在除掉多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底之前，將多層結(jié)構(gòu)粘接到支撐基板上。在一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，除掉可以包括從多層結(jié)構(gòu)中僅僅部分地除掉半導(dǎo)體層，留下變薄的半導(dǎo)體層作為多層結(jié)構(gòu)的一部分。與這些實(shí)施例相結(jié)合，提供多層結(jié)構(gòu)還可以包括在半導(dǎo)體層上方提供多層半導(dǎo)體器件。而且，提供多層結(jié)構(gòu)可以包括提供半導(dǎo)體層作為多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底，其中變薄的半導(dǎo)體層是多層結(jié)構(gòu)的變薄的半導(dǎo)體襯底。
[0029]下面將參照附圖，為了便于理解，這些附圖不是按比例繪制的，其中貫穿不同附圖使用的相同的附圖標(biāo)記指代相同的或類似的層或部件。
[0030]如前面所提到的，在一個(gè)或多個(gè)方面，本文公開(kāi)的是這樣的方法:在不需要任何紫外線照射的情況下通過(guò)使用電化學(xué)蝕刻(ECE)處理使得半導(dǎo)體材料多孔，來(lái)選擇性地蝕刻包括碳化硅和氮化鎵以及它們的合金的重?fù)诫s寬帶隙半導(dǎo)體，比如重?fù)诫sη型寬帶隙半導(dǎo)體。在ECE處理中，多層結(jié)構(gòu)(包括例如具有電導(dǎo)率不同的兩層或更多層的碳化硅或氮化鎵晶圓)充當(dāng)工作電極，并且例如提供鉑(Pt)線作為反電極。在電解液電池中，工作電極可以是正偏的；不過(guò)，在重?fù)诫s碳化硅或氮化鎵襯底與電解液之間的交接處是反偏的。當(dāng)施加的電壓大于肖特基結(jié)的擊穿電壓(例如，5 — 20伏特)時(shí)，電流可以流動(dòng)，并且(多個(gè))重?fù)诫s碳化硅或氮化鎵層借助氧化物形成而變?yōu)檫x擇性地多孔，并且隨后(在一個(gè)實(shí)施例中)分離并溶解在電解液內(nèi)。在這種方法中，可以使用無(wú)機(jī)酸與氧化劑的混合物作為電解液。例如，在氧化物溶解酸作為電解液的情況下，碳化硅變得多孔，并且50 —100微米厚(或更大)的多孔碳化硅可以從襯底上整層脫落。在一種或多種實(shí)現(xiàn)方案中，這種自脫落處理與多孔碳化硅中晶格失配造成的較大應(yīng)力發(fā)展有關(guān)?？梢灾貜?fù)進(jìn)行該處理，直到例如基本上所有高導(dǎo)電性的寬帶隙襯底材料都被分離和消耗掉。有益地，這一處理在高導(dǎo)電性襯底與外延層(電導(dǎo)率較低)的交界面處具有自限性。此外，如果將高導(dǎo)電性層嵌入在例如半絕緣襯底與輕摻雜外延層之間，則可以通過(guò)借助所介紹的ECE處理使所嵌入的導(dǎo)電性層多孔來(lái)將半絕緣襯底與輕摻雜外延層分離開(kāi)。這有益地促成了在除掉了用于器件制造的(多個(gè))外延層之后對(duì)昂貴的半絕緣的碳化硅或氮化鎵襯底進(jìn)行再利用的可能。
[0031]舉例來(lái)說(shuō)，圖1A-圖1C描述的是按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，使用電化學(xué)處理選擇性地增大第一半導(dǎo)體層的孔隙度以例如促成從第二半導(dǎo)體層上(至少部分地)除掉第一半導(dǎo)體層的處理的實(shí)施例。
[0032]圖1A圖解說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在諸如高壓功率器件(例如，IGBT或BJT器件、肖特基或p-1-n 二極管等等)這樣的半導(dǎo)體器件的制造期間獲得的半成品多層結(jié)構(gòu)100的一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100包括第一半導(dǎo)體層102和設(shè)置在第一半導(dǎo)體層102上方的第二半導(dǎo)體層104。在一種或多種實(shí)現(xiàn)方案中，第一半導(dǎo)體層102包括高度摻雜的高導(dǎo)電性的n+層，并且第二半導(dǎo)體層104是低度摻雜的低導(dǎo)電性的η—層。
[0033]更加具體地講，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層102可以是半導(dǎo)體襯底，比如塊狀半導(dǎo)體材料。例如，第一半導(dǎo)體層102可以是或可以包括寬帶隙半導(dǎo)體材料，比如II1-V和/或I1-VI族化合物(例如，碳化硅(SiC)，氮化鎵(GaN)，等等)，并且可以是用η型摻雜物或P型摻雜物摻雜的。注意，如本文所使用的，寬帶隙半導(dǎo)體材料指的是帶隙能量大于大約IeV的半導(dǎo)體材料。僅僅作為例子，假設(shè)第一半導(dǎo)體層102是用高濃度的η型摻雜物進(jìn)行了注入，以創(chuàng)造出高導(dǎo)電性η+半導(dǎo)體層102(另外取決于實(shí)現(xiàn)方案，本文中也稱為η+襯底102或η+層102)。注意，η型摻雜指的是將η型摻雜物雜質(zhì)加入到例如本征(無(wú)摻雜)半導(dǎo)體材料中。雜質(zhì)為本征材料貢獻(xiàn)了更多電子，部分定義了摻雜半導(dǎo)體層的導(dǎo)電性。可用的η型摻雜物的例子包括(例如)磷、砷或銻。在一個(gè)例子中，可以使用一個(gè)或多個(gè)離子注入工藝和/或擴(kuò)散工藝用例如η型摻雜物對(duì)碳化硅半導(dǎo)體層進(jìn)行注入，以在η+襯底102內(nèi)提供η型摻雜物的期望濃度。在具體的例子中，η+襯底102內(nèi)注入的η型摻雜物的濃度可以為大約1017atoms/cm3或以上，如前所述，這增大了襯底的電導(dǎo)率。n+襯底102的厚度足以為第二半導(dǎo)體層104提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且在某些實(shí)施例中，足以為在后續(xù)器件處理期間形成的額外的半導(dǎo)體器件層提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在一個(gè)例子中，n+襯底102的厚度可以處于大約300到600微米的范圍內(nèi)或更大。注意，另外可供選用的是，如果具體應(yīng)用需要的話，可以用P型摻雜物對(duì)襯底進(jìn)行注入，以創(chuàng)造高導(dǎo)電性P+襯底。
[0034]如上所述，在這個(gè)例子中多層結(jié)構(gòu)100還包括第二半導(dǎo)體層104，第二半導(dǎo)體層104可以是在n+襯底102上方外延生長(zhǎng)出來(lái)的或沉積出來(lái)的。例如，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第二半導(dǎo)體層104可以是外延單晶半導(dǎo)體層。第二半導(dǎo)體層104的材料可以類似于n+襯底102的材料，并且可以是(例如)通過(guò)諸如超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)、分子束外延(MBE)之類的不同外延生長(zhǎng)工藝形成的。此外，要注意第二半導(dǎo)體層104也可以是用η型摻雜物注入的，但是是以較低濃度注入的，以創(chuàng)造低導(dǎo)電性η—半導(dǎo)體層(另外也稱為η—外延層104)。舉例來(lái)說(shuō)，η—外延層104內(nèi)注入的η型摻雜物的濃度可以為大約1016atoms/cm3或以下，如前所述，這限定了 η—外延層104的電導(dǎo)率。本領(lǐng)域技術(shù)人員因而會(huì)理解，與η—外延層104相比，n+襯底102是用η型摻雜物進(jìn)行了重?fù)诫s，其中例如n+襯底102的電導(dǎo)率為η—外延層104的電導(dǎo)率的大約十倍或以上(作為例子)。
[0035]如圖1B中所圖解說(shuō)明的，按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，多層結(jié)構(gòu)100，并且尤其是η+襯底102，可以受到電化學(xué)處理。舉例來(lái)說(shuō)，可以利用例如設(shè)置在電化學(xué)電池106(具體來(lái)說(shuō)，是陽(yáng)極電池)內(nèi)的電解液107來(lái)完成η+襯底102的電化學(xué)處理，連同導(dǎo)電電極108—起，多層結(jié)構(gòu)100被浸沒(méi)在或至少部分浸泡在該電解液中。注意，在一個(gè)實(shí)施例中，包括η+襯底102和η—外延層104的多層結(jié)構(gòu)100充當(dāng)工作電極，而導(dǎo)電電極108(例如，可以是或可以包括金屬，比如鉑)充當(dāng)反電極。在一個(gè)實(shí)施例中，電解液107可以是可以導(dǎo)電的液體，那么，可以包括無(wú)機(jī)酸和氧化物類。在具體的例子中，無(wú)機(jī)酸可以是或可以包括諸如氫氟酸(HF)(用于SiL或GaN去除)或者鹽酸(HCl)(用于GaN去除)之類的酸，而氧化物類可以是或可以包括諸如過(guò)氧化氫(H2O2)或硝酸鉀(KNO2)之類的含氧的氧化劑。可以使用例如電源110將多層結(jié)構(gòu)100電連接到導(dǎo)電電極108，電源110將該結(jié)構(gòu)(并且具體來(lái)說(shuō)，將η+襯底102)相對(duì)于導(dǎo)電電極108偏置到期望的偏置電壓，從而使得η+襯底102可以被陽(yáng)極蝕刻。
[0036]舉例來(lái)說(shuō)，包含η+襯底102的多層結(jié)構(gòu)100可以是由電源110正偏的，而η+襯底102和電解液107之間的交接處是反偏的。當(dāng)施加的電壓大于肖特基結(jié)的擊穿電壓時(shí)，電流可以是例如從電解液107到n+襯底102的方向，導(dǎo)致n+襯底102的暴露表面陽(yáng)極氧化。假設(shè)n+襯底102是n+碳化硅層，則在一個(gè)例子中，n+襯底102的暴露表面可以被氧化形成二氧化硅和二氧化碳。這樣的氧化由于例如肖特基二極管效應(yīng)造成了可迀移載流子的耗盡而有益地增大了 η+襯底102表面的孔隙度。注意，如前面所討論的那樣，η+襯底102的電導(dǎo)率相比于η—外延層104的電導(dǎo)率較大使得電流能夠選擇性地通過(guò)襯底，從而改變了 η+襯底102的孔隙度，而不會(huì)改變或明顯改變?chǔ)恰庋訉?04的孔隙度。注意，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，η+襯底102的氧化表面的厚度可以通過(guò)控制經(jīng)電解液107施加的電流密度來(lái)加以控制。這繼而促成了對(duì)氧化表面孔隙度增大的控制，其中η+襯底102的增大的孔隙度至少部分是經(jīng)電解液施加的電流密度的函數(shù)。在一種或多種實(shí)現(xiàn)方案中，所施加的電流密度可以處于0.lA/cm2到lA/cm2的范圍之內(nèi)或更大。
[0037]如前面所提到的，n+襯底102的電化學(xué)處理可以在n+襯底102的氧化多孔表面/層內(nèi)由于例如n+襯底102的氧化的和未氧化的部分之間的晶格失配而引發(fā)內(nèi)在應(yīng)力。氧化的多孔表面內(nèi)的內(nèi)在應(yīng)力可以達(dá)到期望的臨界值，造成例如氧化的多孔層從n+襯底102的未氧化部分上脫離，并且在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，隨后溶解在電解液107中。雖然從n+襯底的未氧化部分上除掉氧化的多孔部分的速度可以取決于諸如所施加的電流密度、電解液中無(wú)機(jī)酸的濃度和/或氧化時(shí)間這樣的處理參數(shù)，但是在一個(gè)例子中，除去氧化的多孔部分的速度可以是大約200μπι/小時(shí)或者更快，這明顯比使用化學(xué)機(jī)械拋光方法的襯底去除快得多。還要注意，可以通過(guò)一次或多次重復(fù)循環(huán)持續(xù)進(jìn)行增大孔隙度和剝離氧化的多孔部分的η+襯底電化學(xué)處理，例如直到η+襯底被完全耗盡和/或氧化的多孔η+襯底達(dá)到臨界厚度，使得多孔的η+襯底102 ’能夠被完全從η—外延層104上除掉，如圖1C中所畫(huà)出的那樣。在一個(gè)例子中，多孔的η+襯底102’的臨界厚度可以處于大約50到ΙΟΟμπι的范圍內(nèi)或更大。注意，如圖所示，η—夕卜延層104在η+襯底的電化學(xué)處理期間保持不受影響，得到例如獨(dú)立的外延生長(zhǎng)η—外延層104。有益地，這個(gè)獨(dú)立的η—外延層104可以用于在η—外延層104的任何可用晶體表面(例如，碳化硅材料的Si面或C面，或者氮化鎵材料的Ga面或N面)上制造增強(qiáng)型半導(dǎo)體器件，例如，電子器件或光電子器件。此外，如本文所討論的，獨(dú)立的外延生長(zhǎng)η—外延層104本身可以被用作制造諸如P-1-n 二極管、肖特基二極管、IGBT器件等等之類的高壓功率器件的半導(dǎo)體襯底。在這些應(yīng)用中，較薄的半導(dǎo)體襯底層可以在(多個(gè))大功率器件工作期間有益地促成更好的散熱效果。而且，多孔的n+襯底102’可以有益地再用于其它應(yīng)用，比如例如用在制造高效率氣敏傳感器、分子過(guò)濾器、電子場(chǎng)發(fā)射器的電極等等中。
[0038]作為進(jìn)一步的例子，包括n+襯底102和η—外延層104的多層結(jié)構(gòu)100可以被安裝到承載基板112上，比如圖2的電化學(xué)處理組件中所示的那樣。如圖所示，可以包括非導(dǎo)體金屬(比如例如銦等)或由非導(dǎo)體金屬制成的承載基板112可以位于一個(gè)基座114(例如，金屬基板，比如黃銅基板)上并且被送入到電化學(xué)電池106中，從而使得多層結(jié)構(gòu)100浸沒(méi)或至少部分浸泡在電解液107內(nèi)。假設(shè)半導(dǎo)體層是η+碳化硅襯底和η—碳化硅外延層，則在一個(gè)例子中，電解液可以包括大約90mL諸如過(guò)氧化氫(H2O2)這樣的氧化物類中的大約1mL諸如HCl這樣的無(wú)機(jī)酸。此外，可以通過(guò)例如將基座114密封在諸如例如蠟或其它適當(dāng)保護(hù)材料之類的惰性保護(hù)材料116中來(lái)照顧到保護(hù)任何暴露表面在電化學(xué)處理期間免遭不希望的蝕刻。
[0039]如前所述，可以使用例如電源110將所描繪的多層結(jié)構(gòu)電連接到導(dǎo)電電極108，以將多層結(jié)構(gòu)，并且具體來(lái)說(shuō)，將n+襯底102相對(duì)于導(dǎo)電電極108偏置到期望的偏置電壓，從而使得n+襯底102可以如本文所介紹的那樣被陽(yáng)極氧化和蝕刻。在一個(gè)實(shí)施例中，在施加了期望的電流密度時(shí)，多層結(jié)構(gòu)的電化學(xué)處理導(dǎo)致n+襯底102的暴露表面被陽(yáng)極氧化，這一氧化會(huì)持續(xù)朝向η—外延層104進(jìn)行，終止于n+襯底102與η—外延層104的交界面，不會(huì)改變和/或影響η—外延層104的孔隙度。如圖3中繪制的電流密度一電壓變化圖(其中縱軸代表電流密度(A/Cm2)，橫軸代表電壓(V))所證明的，在建立了適當(dāng)?shù)碾娏髅芏?例如，大約0.1Amps或
0.2Amps)時(shí)，多層結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)歷陽(yáng)極氧化，導(dǎo)致多孔n+襯底102的氧化和蝕刻。在圖3中，曲線A描繪的是最初通過(guò)電解液施加的電流密度，曲線B描繪的是在n+襯底102被消耗掉之后電流密度明顯下降，例如接近于零，表明刻蝕過(guò)程在n+襯底102和η—外延層104的交界面處是自限制的，并且表明η+襯底1 2的增大的孔隙度是經(jīng)電解液施加的電流密度的函數(shù)。
[0040]舉例來(lái)說(shuō)，圖4Α-圖4G描繪了(部分地)利用本文介紹的處理制造包括諸如p-1-n二極管這樣的多層半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理的一個(gè)實(shí)施例。
[0041]參照?qǐng)D4A，多層結(jié)構(gòu)400被圖示為最初類似于或等同于前面介紹的處理流程的圖1A的結(jié)構(gòu)100。簡(jiǎn)要地講，結(jié)構(gòu)400包括n+襯底102和η—外延層104。如前所述，n+襯底102和η—外延層104可以是或可以包括半導(dǎo)體材料，比如前面結(jié)合圖1A-圖1C介紹的那些材料。舉例來(lái)說(shuō)，η+襯底102可以是或可以包括半導(dǎo)體層(例如，碳化硅)，該半導(dǎo)體層用η型摻雜物進(jìn)行了摻雜，創(chuàng)造出了 η+碳化硅層。在具體的例子中，注入至Ijn+襯底102內(nèi)的η型摻雜物的濃度可以是大約1017atomS/Cm3或者更大。此外，η—外延層104可以包括半導(dǎo)體層(例如，碳化硅)或由半導(dǎo)體層制成，該半導(dǎo)體層是外延生長(zhǎng)出來(lái)的并且用例如η型摻雜物進(jìn)行了輕摻雜，以創(chuàng)造出低導(dǎo)電性η—半導(dǎo)體層。例如，η—外延層104可以例如是在η+襯底102上方外延生長(zhǎng)出來(lái)的或者沉積出來(lái)的，并且注入于其中的η型摻雜物的濃度可以為大約1016atomS/Cm3或更小，如前面參照?qǐng)D1A-圖1C介紹的那樣。
[0042 ]圖4B圖解說(shuō)明圖4A的多層結(jié)構(gòu)，其中多層半導(dǎo)體器件410被設(shè)置在η—外延層104上方。在一個(gè)例子中，多層半導(dǎo)體器件410可以是p-1-n二極管，并且可以包括一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)率和/或摻雜物不同的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層被一個(gè)未摻雜的和/或低導(dǎo)電性的半導(dǎo)體層分離開(kāi)，以形成P-1-n 二極管結(jié)構(gòu)。如圖所示，多層半導(dǎo)體器件410可以包括例如歐姆接觸層412、設(shè)置在歐姆接觸層412上方的漂移層414和設(shè)置在漂移層414上方的歐姆接觸層416。多層半導(dǎo)體器件410的各層的材料可以類似于或等同于n+襯底102和η—外延層104的材料，并且可以是(例如)通過(guò)諸如分子束外延(ΜΒΕ)、超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)之類的不同外延生長(zhǎng)工藝形成的。所描繪的層412、414、416的厚度可以依據(jù)所采用的制造工藝和結(jié)果得到的二極管的期望功能而不同。注意，在一個(gè)例子中，η—外延層104可以有益地充當(dāng)停止層，停止層有助于保護(hù)p-1-n 二極管的一個(gè)或多個(gè)高導(dǎo)電性半導(dǎo)體層412、416在本文介紹的電化學(xué)蝕刻處理期間不被蝕刻。
[0043]在一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例中，歐姆接觸層412例如可以包括寬帶隙半導(dǎo)體材料(例如，碳化硅(SiC)，氮化鎵(GaN))或者由寬帶隙半導(dǎo)體材料制成，可以是在η—外延層104上方外延生長(zhǎng)或沉積出來(lái)的，并且用(多種)η型摻雜物進(jìn)行了注入，以創(chuàng)造高導(dǎo)電性η+歐姆接觸層412。漂移層414可以是在歐姆接觸層412上方外延生長(zhǎng)或沉積出來(lái)的。正如所理解的那樣，漂移層充當(dāng)P-1-n二極管的漂移區(qū)，并且因此可以相對(duì)于歐姆接觸層412、416用摻雜物(例如η型摻雜物和/或P型摻雜物)較輕微摻雜。作為一種替代，漂移層414可以是p-1-n二極管結(jié)構(gòu)的本征區(qū)，并且因此可以是實(shí)質(zhì)上未摻雜或者非有意摻雜半導(dǎo)體層。此外，例如電導(dǎo)率不同于歐姆接觸層412的電導(dǎo)率的歐姆接觸層416可以是在漂移層414上方外延生長(zhǎng)或沉積出來(lái)的。舉例來(lái)說(shuō)，并且如前面所提到的，歐姆接觸層412可以是用η型摻雜物注入的，而歐姆接觸層416可以是用P型摻雜物注入的，或者反過(guò)來(lái)。
[0044]圖4C圖解說(shuō)明在多層半導(dǎo)體器件410上方提供了接觸層418之后的圖4Β的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。接觸層418充當(dāng)歐姆接觸層416的歐姆接觸，并且可以包括諸如例如鉭、鎢或它們的組合或合金這樣的金屬或者由這樣的金屬制造。在一個(gè)實(shí)施例中，接觸層418可以使用一種或多種處理技術(shù)形成，比如濺射、蒸鍍等等。
[0045]在一種或多種實(shí)現(xiàn)方案中，多層結(jié)構(gòu)400被翻轉(zhuǎn)并例如使用適當(dāng)?shù)恼辰硬牧?20安裝到支撐基板422上。舉例來(lái)說(shuō)，支撐基板422可以是由例如黃銅、銅、鋁或諸如氮化鋁(AlN)等等之類的金屬合金制成的金屬基板，并且粘接材料420可以是例如諸如銦這樣的粘接金屬，粘接金屬有助于將支撐基板422粘接到接觸層418上。
[0046]如本文所公開(kāi)的，多層結(jié)構(gòu)400，具體來(lái)說(shuō)是η+襯底102，會(huì)受到電化學(xué)處理，以在設(shè)置在電化學(xué)電池內(nèi)的電解液內(nèi)對(duì)η+襯底進(jìn)行陽(yáng)極氧化，如上所述。如前面所提到的，電化學(xué)處理有益地有助于通過(guò)陽(yáng)極氧化選擇性地增大η+襯底102的孔隙度，陽(yáng)極氧化有助于從多層結(jié)構(gòu)中除掉η+襯底102、產(chǎn)生多孔η+襯底102’(在圖4Ε中示出)以及所示出的剩余多層結(jié)構(gòu)400。注意，在一個(gè)例子中，η—外延層104在電化學(xué)處理期間作為蝕刻停止層并且有助于保護(hù)多層半導(dǎo)體器件410的高導(dǎo)電性半導(dǎo)體層。如前面所提到的，如果需要的話，多孔的η+襯底102’可以有益地再用于其它應(yīng)用，比如例如用在制造高效率氣敏傳感器、分子過(guò)濾器和/或電子束發(fā)射器的電極中。
[0047]如圖4F中所示，η—外延層104(圖4Ε)可以被除掉，留下如圖所示的獨(dú)立的多層器件結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，可以采用化學(xué)機(jī)械拋光或者一個(gè)或多個(gè)蝕刻工藝來(lái)除掉η—外延層，比如使用(在一個(gè)實(shí)施例中)多層半導(dǎo)體器件410的歐姆接觸層412作為蝕刻停止層進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。隨后可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)光刻工藝來(lái)使暴露的歐姆接觸層412圖案化，并且在其上方形成接觸結(jié)構(gòu)424，如圖4G中所示。接觸結(jié)構(gòu)424可以充當(dāng)歐姆接觸層412的歐姆接觸，并且可以包括諸如例如鉭、鎢或它們的組合物或合金這樣的金屬或者是由這樣的金屬制造的。
[0048]作為進(jìn)一步的例子，圖5Α-圖5F描繪了(部分地)利用本文介紹的處理制造包括諸如肖特基二極管這樣的多層半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理的一個(gè)實(shí)施例。
[0049]參照?qǐng)D5Α，多層結(jié)構(gòu)500被圖示為最初類似于或等同于前面介紹的處理流程的圖1A的結(jié)構(gòu)100。簡(jiǎn)要地講，結(jié)構(gòu)500包括η+襯底102和設(shè)置于其上方的η—外延層104。如前所述，η+襯底102和η—外延層104可以是或可以包括半導(dǎo)體材料，比如前面結(jié)合圖1A-圖1C介紹的那些材料。舉例來(lái)說(shuō)，η+襯底102可以是或可以包括半導(dǎo)體層(比如碳化硅)，該半導(dǎo)體層用η型摻雜物進(jìn)行了摻雜，創(chuàng)造出了 η+碳化硅層。在具體的例子中，注入至Ijn+襯底102內(nèi)的η型摻雜物的濃度可以是大約1017atoms/cm3或者更大。此外，η—外延層104可以包括半導(dǎo)體層(例如，碳化硅)或由半導(dǎo)體層制成，該半導(dǎo)體層是外延生長(zhǎng)出來(lái)的并且用例如η型摻雜物進(jìn)行了輕摻雜，以創(chuàng)造出低導(dǎo)電性η—半導(dǎo)體層。例如，η—外延層104可以例如是在η+襯底102上方外延生長(zhǎng)出來(lái)的或者沉積出來(lái)的，并且注入于其中的η型摻雜物的濃度可以為大約1016atoms/cm3或更小，如前面參照?qǐng)D1A-圖1C介紹的那樣。
[0050]如圖5B中所示，可以視情況在η—外延層104上方外延生長(zhǎng)或沉積出額外的半導(dǎo)體層512，以有助于例如限定多層半導(dǎo)體器件510，比如肖特基二極管。半導(dǎo)體層512的材料可以類似于或等同于η—外延層104的材料，并且該層可以是(例如)通過(guò)例如MBE、UHV-CVD之類的不同外延生長(zhǎng)工藝形成的。此外，要注意(在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中)半導(dǎo)體層512可以用例如η型摻雜物進(jìn)行注入，以創(chuàng)造高導(dǎo)電性n+外延層，其電導(dǎo)率比η—外延層104的電導(dǎo)率大得多。還要注意，在這個(gè)例子中，多層半導(dǎo)體器件510包括η—外延層104作為器件的一部分。
[0051]圖5C圖解說(shuō)明在多層半導(dǎo)體器件510上方提供了接觸層514之后的圖5Β的多層結(jié)構(gòu)500。接觸層514可以充當(dāng)半導(dǎo)體層512的歐姆接觸，并且可以包括諸如例如鉭、鎢或它們的組合物或合金這樣的金屬或者是由這樣的金屬制造的。在一個(gè)實(shí)施例中，接觸層514可以是使用一種或多種處理技術(shù)形成的，比如濺射、蒸鍍等等。
[0052]類似于前面結(jié)合圖4Α-圖4G介紹的處理，可以將多層結(jié)構(gòu)500翻轉(zhuǎn)并且借助例如適當(dāng)?shù)恼辰硬牧?20將其安裝到支撐基板422上。在一種或多種實(shí)現(xiàn)方案中，支撐基板422可以包括諸如黃銅、銅、鋁基板之類的金屬基板或諸如氮化鋁基板之類的金屬合金基板，并且粘接材料420可以包括例如諸如銦這樣的不導(dǎo)電金屬，粘接金屬有助于將支撐基板422粘接到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的接觸層514上。
[0053]一旦將該結(jié)構(gòu)粘接在支撐基板422上，就可以采用電化學(xué)處理來(lái)至少部分地對(duì)電解液內(nèi)的η+襯底102進(jìn)行陽(yáng)極氧化，比如結(jié)合圖1A-圖1C介紹的那樣。η+襯底102的陽(yáng)極氧化導(dǎo)致選擇性地增大其孔隙度，這繼而會(huì)有助于從多層結(jié)構(gòu)500上除掉多孔的η+襯底102’(圖5Ε)0
[0054]如圖5F中所示，可以視情況在暴露的η—外延層104上方形成肖特基接觸520，以例如使結(jié)果得到的肖特基二極管的反向阻斷電壓最大并使正向壓降最小。肖特基接觸層520與低導(dǎo)電性的η—外延層104形成金屬與半導(dǎo)體交界面，產(chǎn)生肖特基結(jié)。肖特基接觸520可以包括一種或多種低逸出功金屬或者由一種或多種低逸出功金屬制成，比如鋁(Al)、鈦(Ti)、鉬(Mo)或金(Au)。
[0055]作為例子，圖6Α-圖6C描繪了按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面選擇性地增大半導(dǎo)體層的孔隙度以有助于將半導(dǎo)體襯底與外延生長(zhǎng)層分離開(kāi)的處理的另外一個(gè)可供選用的實(shí)施例。
[0056]參照?qǐng)D6Α，描繪了整體用600指代的多層結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，這個(gè)多層結(jié)構(gòu)可以例如用于高電壓功率器件的制造工藝，比如本文介紹的工藝。如圖所示，多層結(jié)構(gòu)600包括半導(dǎo)體襯底601，比如塊狀半導(dǎo)體材料;例如，體硅晶圓。作為另一個(gè)例子，半導(dǎo)體襯底601可以包括任何含硅的襯底，包括但不局限于，單晶S1、多晶S1、非晶Si襯底等等，并且可以是輕摻雜的η型或P型材料，視具體應(yīng)用的需要而定。
[0057]如圖所示，多層結(jié)構(gòu)600進(jìn)一步包括薄的η+層102和設(shè)置于其上的低導(dǎo)電性η—外延層104。如前所述，η+層102和η—外延層104可以是或可以包括半導(dǎo)體材料，比如前面結(jié)合圖1A-圖1C介紹的那些材料。舉例來(lái)說(shuō)，η+層102可以是或可以包括半導(dǎo)體層(比如碳化硅或氮化鎵)，并且可以是在半導(dǎo)體襯底601上方外延生長(zhǎng)或沉積出來(lái)的。雖然η+層102的厚度可以取決于所采用的制造工藝和期望的功能，但是在一個(gè)例子中，η+層102可以被形成為薄半導(dǎo)體層，其厚度處于大約10到30μπι的范圍內(nèi)(有助于電流流到晶圓層的(多個(gè))邊緣)。在一個(gè)例子中，注入到η+層102內(nèi)的η型摻雜物的濃度可以是大約1017atoms/cm3或者更大。此外，η—外延層104可以包括半導(dǎo)體層(例如，碳化硅或氮化鎵)或由半導(dǎo)體層制成，該半導(dǎo)體層是外延生長(zhǎng)出來(lái)的并且用例如η型摻雜物進(jìn)行了輕摻雜，以創(chuàng)造出低導(dǎo)電性η—半導(dǎo)體層。例如，η—外延層104可以，例如，是在η+層102上方外延生長(zhǎng)出來(lái)的或者沉積出來(lái)的，并且注入于其中的η型摻雜物的濃度可以為大約1016atoms/cm3或更小，如前面參照?qǐng)D1A-圖1C介紹的那樣。
[0058]如圖6B中所示，多層結(jié)構(gòu)600可以如前所述那樣部分利用設(shè)置在電化學(xué)電池內(nèi)的電解液受到本文所介紹的電化學(xué)處理。舉例來(lái)說(shuō)，多層結(jié)構(gòu)的電化學(xué)處理有益地有助于選擇性地陽(yáng)極氧化n+層102，選擇性地增大其孔隙度，如前所述。這一選擇性增大的孔隙度繼而有助于將半導(dǎo)體襯底601和η—外延層104(如圖6C中所示)沿著它們各自與n+層102的交界面(圖6B)與多層結(jié)構(gòu)分離開(kāi)。注意，在一種或多種實(shí)現(xiàn)方案中，n+層102的厚度可以充分薄，以致結(jié)果得到的氧化多孔層不可以被再生用于它途，其中分離下來(lái)的層被溶解在電解液107中。如所討論的，n+層102的陽(yáng)極氧化速度可以取決于諸如所施加的電流密度和/或氧化時(shí)間之類的工藝參數(shù)，并且如果需要，可以選擇或延長(zhǎng)這些工藝參數(shù)，以使夾在半導(dǎo)體襯底601和η—外延層104之間的n+層102完全氧化。有益地，利用這個(gè)工藝，可以將半導(dǎo)體襯底601再用于額外的重復(fù)的外延生長(zhǎng)處理。
[0059]舉例來(lái)說(shuō)，圖7A-圖7F描繪了部分使用前面結(jié)合圖6A—圖6C介紹的處理來(lái)制造諸如肖特基二極管這樣的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理的一個(gè)實(shí)施例。關(guān)于這一點(diǎn)要注意的是，雖然圖7A-圖7F描繪了制造肖特基二極管的一個(gè)例子，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用所介紹的處理制造其它多層半導(dǎo)體器件，包括例如其它二極管結(jié)構(gòu)(比如P-1-n 二極管)或晶體管結(jié)構(gòu)(比如IGBT或BJT)。圖7A-圖7F中描繪的用于制造肖特基二極管的示范性處理僅僅是作為例子給出的。
[0060]參照?qǐng)D7A，多層結(jié)構(gòu)700被圖示為最初類似于或等同于圖6A的多層結(jié)構(gòu)600。簡(jiǎn)要地講，多層結(jié)構(gòu)700包括半導(dǎo)體襯底601、設(shè)置在半導(dǎo)體襯底601上方的薄n+層102和設(shè)置在n+層102上方的η—外延層104。如前所述，所描繪的各層的材料可以是或可以包括半導(dǎo)體材料，比如前面結(jié)合圖6Α介紹的。
[0061]可以通過(guò)在η—外延層104上方提供額外的半導(dǎo)體層712形成多層半導(dǎo)體器件710。這個(gè)額外的半導(dǎo)體層712可以視情況在η—外延層104上方外延生長(zhǎng)或沉積出來(lái)，從而幫助定義例如肖特基二極管。半導(dǎo)體層712的材料可以類似于或等同于半導(dǎo)體層512(圖5Β)的材料，并且可以是使用前面介紹的任何一種沉積工藝形成的。半導(dǎo)體層712和η—外延層104共同定義了多層半導(dǎo)體器件710的一個(gè)例子。在需要的情況下，半導(dǎo)體層712可以包括例如η型摻雜物，這創(chuàng)造了高導(dǎo)電性的η+外延層，其電導(dǎo)率比η—外延層104的電導(dǎo)率大得多。
[0062]圖7C圖解說(shuō)明在多層半導(dǎo)體器件710上方提供了接觸層712之后的圖7Β的多層結(jié)構(gòu)。接觸層714可以例如給半導(dǎo)體層712供應(yīng)一歐姆接觸，可以是類似于接觸層514(圖5c)的材料，并且可以例如使用上述針對(duì)接觸層514所述的沉積方法之一而形成。
[0063]如圖7D中所示，類似于前面介紹的處理，可以將多層結(jié)構(gòu)700翻轉(zhuǎn)并且使用例如粘接材料420(比如前面介紹的那種)將其安裝到支撐基板422上。在一種或多種實(shí)現(xiàn)方案中，支撐基板422可以包括金屬或由金屬制成，比如黃銅、銅、鋁或諸如氮化鋁(AlN)這樣的金屬合金。粘接材料420可以是粘接金屬，比如不導(dǎo)電的粘接金屬，例如銦。
[0064]利用附著在多層結(jié)構(gòu)上的支撐基板422，可以采用電化學(xué)處理來(lái)選擇性地增大n+層102的孔隙度，以促成半導(dǎo)體襯底601與多層結(jié)構(gòu)700分離，如圖7E中所示，并且如前面結(jié)合圖6A-圖6C介紹的那樣。如前面所提到的，可以將n+層102的厚度選擇為足夠薄，從而在電化學(xué)處理期間一旦被氧化，多孔層就會(huì)被溶解在電解液內(nèi)。
[0065]如果需要，可以視情況在暴露的η—外延層104上方形成肖特基接觸720(圖7F)，以例如使結(jié)果得到的肖特基二極管的反向阻斷電壓最大并使正向壓降最小。肖特基接觸720的材料和形成工藝可以類似于前面參照?qǐng)D5F介紹的肖特基接觸520的材料和形成工藝。
[0066]作為額外的例子，圖8Α—圖SC描繪了按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面選擇性地增大半導(dǎo)體層的孔隙度以有助于使半導(dǎo)體襯底部分變薄的處理的一個(gè)實(shí)施例。
[0067]參照?qǐng)D8Α，多層結(jié)構(gòu)800被圖示為類似于或等同于前面介紹的圖1A的結(jié)構(gòu)100。簡(jiǎn)要地講，多層結(jié)構(gòu)800包括η+襯底102和設(shè)置于其上方的η—外延層104。如前所述，η+襯底102和η—外延層104可以是或可以包括半導(dǎo)體材料，比如前面結(jié)合圖1A-圖1C介紹的那些材料。舉例來(lái)說(shuō)，η+襯底102可以是或可以包括半導(dǎo)體層或晶圓，比如例如碳化硅襯底，該半導(dǎo)體層用η型摻雜物進(jìn)行了摻雜，創(chuàng)造出了 η+碳化硅層襯底。在具體的例子中，η+襯底102內(nèi)的η型摻雜物的濃度可以是大約1017atoms/cm3或者更大。此外，η—外延層104可以包括半導(dǎo)體層(例如，碳化硅)或由半導(dǎo)體層制成，該半導(dǎo)體層是外延生長(zhǎng)出來(lái)的并且用例如η型摻雜物進(jìn)行了輕摻雜，以創(chuàng)造出低導(dǎo)電性η—半導(dǎo)體層。例如，η—夕卜延層104可以例如是在η+襯底102上方外延生長(zhǎng)出來(lái)的或者沉積出來(lái)的，并且注入于其中的η型摻雜物的濃度可以為大約1016atoms/cm3或更小，如前面參照?qǐng)D1A-1C介紹的那樣。
[0068]如上所述并且如圖SB中所示，多層結(jié)構(gòu)800(具體來(lái)說(shuō)是n+襯底102)受到電化學(xué)處理，以在電解液內(nèi)對(duì)n+襯底102進(jìn)行陽(yáng)極氧化。注意，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可以對(duì)在這個(gè)電化學(xué)處理期間采用的工藝參數(shù)加以調(diào)整，從而將n+襯底102的孔隙度的增大控制到期望的厚度，這用于從η—外延層104上僅僅部分除掉或削薄n+襯底102。例如，可以在限定好的或期望的量的n+襯底102被氧化或孔隙度被增大之后，通過(guò)增大電流密度來(lái)調(diào)整機(jī)電處理。增大的電流密度可以導(dǎo)致多孔或氧化層去除，而留下附著在η—外延層104上的未氧化的、變薄的η+襯底102，如圖SC中所示。雖然變薄的η+襯底的減小的厚度在一個(gè)例子中可以取決于期望的功能而不同，但是η+襯底102的厚度可以被減小大約50%到90%。而且，如上所述，被除掉的η+襯底102的多孔部分可以有益地被再用于其它應(yīng)用。
[0069]作為例子，圖9Α-圖9D描繪了(部分地)利用前面介紹的圖8Α-圖SC的處理來(lái)制造諸如p-1-n二極管這樣的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理的一個(gè)實(shí)施例。注意，圖9A-圖9D的例子僅僅作為例子給出。如本文公開(kāi)的那樣，可以使用前面公開(kāi)的處理思路制造其它多層器件結(jié)構(gòu)。
[0070]如這些圖中所示，可以采用圖8A-圖SC的削薄處理的變型方案，其中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)900包括n+襯底102，比如前面介紹的n+襯底，多層半導(dǎo)體器件910直接設(shè)置在n+襯底102上。也就是說(shuō)，在這個(gè)例子中，可以省略前面討論過(guò)的例子中的第二半導(dǎo)體層(104)，原因在于η+襯底102的一部分仍然保留在最終的結(jié)構(gòu)中，并且因此會(huì)保護(hù)多層半導(dǎo)體器件910不在電化學(xué)處理期間被蝕刻。
[0071]作為例子，半導(dǎo)體層(或η+襯底)102可以是塊狀半導(dǎo)體材料。例如，半導(dǎo)體層102可以是或可以包括寬帶隙半導(dǎo)體材料，比如II1-V和/或I1-VI族半導(dǎo)體化合物(例如，碳化硅、氮化鎵)，并且可以是用η型摻雜物或P型摻雜物摻雜的。如圖所示，可以用η型摻雜物對(duì)半導(dǎo)體層102進(jìn)行注入，以創(chuàng)造高導(dǎo)電性的η+半導(dǎo)體層或襯底102(即，η+襯底102)。舉例來(lái)說(shuō)，注入到η+襯底102內(nèi)的η型摻雜物的濃度可以是大約1017atoms/cm3或者更大。
[0072]如前面所提到的，作為例子，多層半導(dǎo)體器件910定義了p-1-n二極管。多層半導(dǎo)體器件910的多個(gè)層可以類似于或等同于前面結(jié)合圖4B介紹的多層半導(dǎo)體器件410的各層。例如，多層半導(dǎo)體器件910可以包括由未摻雜的和/或低導(dǎo)電性的半導(dǎo)體層分隔開(kāi)的電導(dǎo)率和/或摻雜物不同的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層(這些層例如充當(dāng)歐姆接觸層)，以形成P-1-n二極管結(jié)構(gòu)。在一個(gè)例子中，多層半導(dǎo)體器件910可以包括歐姆接觸層912、設(shè)置在歐姆接觸層912上方的漂移層914和設(shè)置在漂移層914上方的歐姆接觸層916。在一個(gè)例子中，歐姆接觸層912可以是用η型摻雜物重?fù)诫s的，并且歐姆接觸層916可以是用P型摻雜物重?fù)诫s的，或者反過(guò)來(lái)。此外，漂移層914可以是輕摻雜的，以充當(dāng)漂移區(qū)，或者可以保持不摻雜，以充當(dāng)本征區(qū)。
[0073]圖9Β圖解說(shuō)明在多層半導(dǎo)體器件910上方提供了接觸層918之后的圖9Α的結(jié)構(gòu)。接觸層918可以包括諸如例如鉭、鎢或它們的組合物或合金這樣的金屬或者是由這樣的金屬制造的。在一個(gè)實(shí)施例中，接觸層918可以是使用一種或多種處理技術(shù)形成的，比如濺射、蒸鍍等等。
[0074]如圖9C中所示，多層結(jié)構(gòu)900可以受到電化學(xué)處理，以對(duì)電解液內(nèi)的η+襯底102進(jìn)行陽(yáng)極氧化，如上所述。如前面所提到的，電化學(xué)處理通過(guò)陽(yáng)極氧化有益地促成了選擇性增大η+襯底102的孔隙度，這有助于從多層結(jié)構(gòu)900上選擇性地除掉η+襯底102的一部分。注意，在本實(shí)施例中，對(duì)在電化學(xué)處理期間采用的工藝參數(shù)加以調(diào)整，從而將η+襯底102的孔隙度的增大控制到期望的厚度，以僅部分除掉或削薄η+襯底102。這繼而在厚度減小的變薄的η+襯底102上方留下多層半導(dǎo)體器件910，如圖9C中所示。有益地，如上所述，如果需要，被除掉的多孔η+襯底102’可以被再用于其它應(yīng)用。
[0075]可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)光刻處理，以使多層半導(dǎo)體器件910的接觸層918圖案化，如圖9D中所示，并且可以將歐姆接觸920添加到變薄的η+襯底102上，以促成與多層半導(dǎo)體器件的電連接。接觸層918、920可以充當(dāng)歐姆接觸，并且可以分別包括η摻雜的或P摻雜的諸如例如鉭、鎢或它們的組合物或合金這樣的金屬或者由這樣的金屬制造。
[0076]本文中使用術(shù)語(yǔ)的目的僅僅是為了介紹具體的實(shí)例實(shí)施例，并非打算進(jìn)行限定本發(fā)明。如本文所使用的那樣，單數(shù)形式的"一"、"一個(gè)"和"該"本意是也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確說(shuō)明。將會(huì)進(jìn)一步理解，措辭〃包含〃(和包括的任何同義詞，比如〃包含有〃和"包含著")、"具有"(和具有的任何同義詞，比如"擁有"和"享有")、"包括"(和包括的任何同義詞，比如〃包括有〃和〃包括著〃)和〃含有〃(和含有的任何同義詞，比如〃含〃和〃內(nèi)含〃)是開(kāi)放性的聯(lián)系動(dòng)詞。因此，"包含"、"具有"、"包括"或"含有"一個(gè)或多個(gè)步驟或元件的方法或裝置具備這些一個(gè)或多個(gè)步驟或元件，但是并不局限于僅僅具備這些一個(gè)或多個(gè)步驟或元件。同樣地，"包含"、"具有"、"包括"或"含有"一個(gè)或多個(gè)特征的方法步驟或裝置元件具備這些一個(gè)或多個(gè)特征，但是并不局限于僅僅具備這些一個(gè)或多個(gè)特征。而且，以某種方式構(gòu)造的裝置或結(jié)構(gòu)是以至少那種方式構(gòu)造的，但是也可以用未列出的方式構(gòu)造。
[0077]權(quán)利要求中的所有手段或步驟加上功能元件的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作和等價(jià)物，如果有的話，本意都是用來(lái)包括用于與明確要求的其它要求保護(hù)的元件相結(jié)合地執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作。本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)是為了圖解和說(shuō)明的目的而給出的，并非打算用來(lái)窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制于本文公開(kāi)的具體形式。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很多的修改和變化都是顯而易見(jiàn)的，并不超出本發(fā)明的范圍和思想。選取和介紹這些實(shí)施例是為了更好地解釋本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域其它普通技術(shù)人員能夠理解對(duì)應(yīng)于各種不同實(shí)施方式的本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，具有適合于預(yù)期的特定用途的各種不同修改形式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種方法，包括: 提供包括半導(dǎo)體層的多層結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體層包括摻雜物，并且具有增大的電導(dǎo)率； 使用電化學(xué)處理至少部分地選擇性增大所述半導(dǎo)體層的孔隙度，選擇性增大孔隙度利用了所述半導(dǎo)體層的增大的電導(dǎo)率;和 借助選擇性增大的孔隙度從所述多層結(jié)構(gòu)中至少部分地除掉所述半導(dǎo)體層。2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述選擇性增大孔隙度包括至少部分地對(duì)所述半導(dǎo)體層選擇性地進(jìn)行陽(yáng)極氧化。3.按照權(quán)利要求2的方法，其中所述選擇性增大孔隙度包括在包含無(wú)機(jī)酸和氧化物類的電解液中用電化學(xué)方法處理所述半導(dǎo)體層，以選擇性地至少部分地對(duì)所述半導(dǎo)體層進(jìn)行陽(yáng)極氧化，所述半導(dǎo)體層的摻雜物使得所述半導(dǎo)體層的陽(yáng)極氧化得到增強(qiáng)，以選擇性地增大所述半導(dǎo)體層的孔隙度并且促成從所述多層結(jié)構(gòu)中至少部分地除掉所述半導(dǎo)體層。4.按照權(quán)利要求3的方法，其中用電化學(xué)方法處理包括對(duì)通過(guò)所述電解液和所述半導(dǎo)體層施加的電流密度進(jìn)行控制，選擇性增大的孔隙度至少部分地是所施加電流密度的函數(shù)。5.按照權(quán)利要求2的方法，其中所述半導(dǎo)體層是第一半導(dǎo)體層，并且該方法進(jìn)一步包括在選擇性增大第一半導(dǎo)體層的孔隙度之前，在所述第一半導(dǎo)體層上外延生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層。6.按照權(quán)利要求5的方法，其中所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層各自包含寬帶隙半導(dǎo)體材料。7.按照權(quán)利要求5的方法，其中所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層各自包含碳化娃或娃碳合金。8.按照權(quán)利要求5的方法，其中所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層各自包含氮化鎵或鎵氮合金。9.按照權(quán)利要求5的方法，其中所述第一半導(dǎo)體層的增大的電導(dǎo)率包括第一電導(dǎo)率，并且所述第二半導(dǎo)體層包括第二電導(dǎo)率，所述第一半導(dǎo)體層的第一電導(dǎo)率大于所述第二半導(dǎo)體層的第二電導(dǎo)率，并且所述第一半導(dǎo)體層的陽(yáng)極氧化利用所述第一半導(dǎo)體層的較大的電導(dǎo)率來(lái)至少部分地選擇性增大所述第一半導(dǎo)體層的孔隙度，而不增大所述第二半導(dǎo)體層的孔隙度。10.按照權(quán)利要求9的方法，其中所述第一半導(dǎo)體層的第一電導(dǎo)率比所述第二半導(dǎo)體層的第二電導(dǎo)率大十倍或更大。11.按照權(quán)利要求1-10中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供包括提供所述半導(dǎo)體層作為所述多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底，所述選擇性增大孔隙度促成了至少部分地除掉所述半導(dǎo)體襯底。12.按照權(quán)利要求11的方法，其中提供所述多層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在選擇性增大所述半導(dǎo)體層的孔隙度之前在該半導(dǎo)體層上方提供多層半導(dǎo)體器件。13.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述多層半導(dǎo)體器件包括p-1-n二極管。14.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述多層半導(dǎo)體器件包括肖特基二極管。15.按照權(quán)利要求1-10中任何一項(xiàng)所述的方法，其中提供所述多層結(jié)構(gòu)包括在半導(dǎo)體襯底上方提供所述半導(dǎo)體層，所述選擇性增大孔隙度和所述至少部分地除掉所述半導(dǎo)體層促成了從所述多層結(jié)構(gòu)上除掉所述半導(dǎo)體襯底。16.按照權(quán)利要求15的方法，其中提供所述多層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在選擇性增大所述半導(dǎo)體層的孔隙度之前在該半導(dǎo)體層上方提供多層半導(dǎo)體器件。17.按照權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括在除掉所述多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底之前，將所述多層結(jié)構(gòu)粘接到支撐基板上。18.按照權(quán)利要求1-10中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述除掉包括從所述多層結(jié)構(gòu)中僅部分地除掉所述半導(dǎo)體層，留下變薄的半導(dǎo)體層作為所述多層結(jié)構(gòu)的一部分。19.按照權(quán)利要求18的方法，其中提供所述多層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在該半導(dǎo)體層上方提供多層半導(dǎo)體器件。20.按照權(quán)利要求18的方法，其中所述提供包括提供所述半導(dǎo)體層作為所述多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底，變薄的半導(dǎo)體層是所述多層結(jié)構(gòu)的變薄的半導(dǎo)體襯底。
【文檔編號(hào)】H01L21/00GK105981131SQ201580007817
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日
【發(fā)明人】拉金德拉·P·達(dá)哈爾, 伊什瓦拉·B·巴特, 周達(dá)成
【申請(qǐng)人】倫斯勒理工學(xué)院