一種基于外延層轉(zhuǎn)移實現(xiàn)金剛石基GaN的方法
【專利摘要】本發(fā)明是基于外延層轉(zhuǎn)移實現(xiàn)金剛石基GaN的方法，其步驟如下：1）清洗Si基GaN圓片和臨時載片；2）臨時載片正面旋涂粘附劑；3）Si基GaN圓片與臨時載片正面相對鍵合；4）將Si基GaN圓片的Si襯底刻蝕去除；5）清洗以臨時載片為支撐的GaN圓片和金剛石；6）在金剛石正面生長介質(zhì)層；7）用氧氣等離子體激活金剛石正面；8）在室溫下實現(xiàn)以臨時載片為支撐的GaN圓片和金剛石的鍵合再退火；9）用粘附劑去除液分離金剛石與臨時載片，使GaN外延層轉(zhuǎn)移到金剛石上。優(yōu)點：可將Si基GaN外延層轉(zhuǎn)移得到金剛石基GaN，與傳統(tǒng)外延生長金剛石基GaN相比，其工藝簡單，打破了原有外延生長難度大以及質(zhì)量差的限制。
【專利說明】-種基于外延層轉(zhuǎn)移實現(xiàn)金剛石基GaN的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種基于外延層轉(zhuǎn)移實現(xiàn)金剛石基GaN的方法，屬于半導(dǎo)體工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于GaN基半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、直接帶隙、電子漂移速度快和耐高溫高 壓等優(yōu)點，在制作大功率、高頻的電子器件以及光電器件方面具有優(yōu)勢。目前GaN材料主要 外延生長在Si、藍寶石等襯底材料上，而這些襯底材料具有較低的熱導(dǎo)率，散熱問題嚴(yán)重限 制了 GaN器件的性能，因此尋找具有高的導(dǎo)熱性襯底材料成為了解決散熱問題的瓶頸。金 剛石具有很高的熱導(dǎo)率（800-2000W/mK)，所以金剛石基GaN相比藍寶石基GaN、Si基GaN以 及SiC基GaN有著更好散熱優(yōu)勢。不過金剛石和GaN之間存在著較大的晶格失配，在金剛 石上直接外延生長GaN的方法存在很大的問題，會產(chǎn)生很大的位錯密度。
[0003] 目前研究人員還沒有很好的解決外延生長金剛石基GaN質(zhì)量差以及生長難度大 的問題，這也限制了金剛石基GaN器件的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出的是一種基于外延層轉(zhuǎn)移實現(xiàn)金剛石基GaN的方法，其目的旨在解決 金剛石基GaN外延生長質(zhì)量差以及生長難度大的問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案，基于外延層轉(zhuǎn)移實現(xiàn)金剛石基GaN的方法，包括以下步 驟： 1) 用稀釋的鹽酸清洗Si基GaN圓片和臨時載片表面，再用去離子水進行沖洗，然后放 入甩干機進行甩干； 2) 在臨時載片的正面旋涂粘附劑作為鍵合材料，轉(zhuǎn)速1000rpm-5000rpm，時間為30-60 秒； 3) 將臨時載片正面朝上放在熱板上烘烤2-5分鐘，熱板溫度100-110攝氏度； 4) 待臨時載片在室溫下自然冷卻后，將Si基GaN圓片和臨時載片正面相對在溫度為 180-250攝氏度的條件下鍵合； 5) 將Si基GaN圓片的Si襯底刻蝕去除，得到了以臨時載片為支撐的GaN圓片； 6) 用稀釋的鹽酸清洗金剛石和以臨時載片為支撐的GaN圓片表面，再用去離子水進行 沖洗，然后放入甩干機進行甩干； 7) 在金剛石正面化學(xué)氣相沉積生長一層介質(zhì)，生長厚度20-200納米； 8) 將金剛石放入反應(yīng)離子刻蝕機中用氧氣等離子體激活，腔體氣壓為100-200 mTor， 功率為100-300 W，氧氣流量為20-60 seem ; 9) 將以臨時載片為支撐的GaN圓片和金剛石正面相對在室溫條件下鍵合，在120-300 攝氏度的條件下退火10-100小時； 10) 將鍵合完的圓片浸泡在粘附劑去除液中，待粘附劑被去除液全部溶解后金剛石將 與臨時載片自動分離。
[0006] 本發(fā)明的優(yōu)點：1)打破了外延生長金剛石基GaN質(zhì)量差以及難以生長的限制，通 過簡單的外延層轉(zhuǎn)移工藝得到金剛石基GaN ;2)粘附劑鍵合材料均勻性好，使得外延層不 易起皺或者斷裂； 本發(fā)明最大的特點：利用外延層轉(zhuǎn)移的方法將Si基GaN外延層轉(zhuǎn)移得到金剛石上，與 傳統(tǒng)外延生長金剛石基GaN相比，其工藝簡單，打破了原有外延生長難度大的限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是臨時載片樣品示意圖。
[0008] 圖2是Si基GaN樣品不意圖。
[0009] 圖3是臨時載片正面旋涂粘附劑不意圖。
[0010] 圖4是臨時載片正面朝下和Si基GaN鍵合示意圖。
[0011] 圖5是將Si基GaN的Si襯底去除示意圖。
[0012] 圖6是金剛石樣品示意圖。
[0013] 圖7是金剛石正面生長介質(zhì)層示意圖。
[0014] 圖8是以臨時載片為支撐的GaN圓片正面朝下和金剛石鍵合不意圖。
[0015] 圖9是將臨時載片和粘附劑去除不意圖。

【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的技術(shù)解決方案。
[0017] ①準(zhǔn)備樣品：將Si基GaN圓片和臨時載片用稀釋的鹽酸（HC1)和去離子水清洗干 凈，并烘干，如圖1，如圖2所示。
[0018] ②在臨時載片正面涂敷粘附劑：在臨時載片的正面滴適量的粘附劑，根據(jù)不同厚 度需要用1000-5000轉(zhuǎn)/秒的速率進行旋涂，旋涂時間不少于30秒鐘，將涂好粘附劑的臨 時載片正面朝上放在熱板上進行預(yù)烘烤，熱板溫度在100-110攝氏度左右，時間2飛分鐘。 如圖3所示。
[0019] ③鍵合：將Si基GaN圓片和臨時載片的正面相對疊在一起，利用鍵合機進行圓片 鍵合，鍵合溫度為180-250攝氏度，鍵合時間1-2小時，如圖4所示。
[0020] ④背面工藝：鍵合完成后Si基GaN圓片的襯底經(jīng)過磨片，磨到50-100um左右，再 用把剩余Si襯底刻蝕掉，如圖5所示。
[0021] ⑤清洗樣品：用稀釋的鹽酸清洗金剛石和以臨時載片為支撐的GaN圓片表面，再 用去離子水進行沖洗，然后放入甩干機進行甩干，如圖6所示。
[0022] ⑥沉積介質(zhì)：在金剛石正面化學(xué)氣相沉積生長一層介質(zhì)，生長厚度20-200納米， 如圖7所示。
[0023] ⑦等離子體激活：將金剛石放入反應(yīng)離子刻蝕機中用氧氣等離子體激活，腔體氣 壓為 100-200 mTor，功率為 100-300 W，氧氣流量為 20-60 seem。
[0024] ⑧鍵合退火：將以臨時載片為支撐的GaN圓片和金剛石正面相對在室溫條件下鍵 合，在120-300攝氏度的條件下退火10-100小時，如圖8所示。
[0025] ⑨去鍵合：將鍵合完的圓片浸泡在粘附劑去除液中，待粘附劑被去除液全部溶解 后金剛石將與臨時載片自動分離。 實施例
[0026] 基于外延層轉(zhuǎn)移實現(xiàn)金剛石基GaN的方法，具體包括： 1)將Si基GaN圓片和玻璃載片浸泡在稀釋的鹽酸（HC1)中漂洗60秒鐘，再用去離子 水清洗，用氮氣吹干，最后放在烘箱中徹底烘干水分，保證表面清潔干燥。
[0027] 2)在玻璃載片正面上旋涂粘附劑，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/秒，加速度為5000轉(zhuǎn)/秒，旋 涂時間為60秒，將涂好粘附劑的玻璃載片正面朝上放熱板上，熱板溫度為110攝氏度，烘片 時間2分鐘。
[0028] 3)將玻璃載片從熱板上取出，室溫下自然冷卻后和Si基GaN圓片正面相對疊在一 起，使Si基GaN圓片和玻璃載片盡量完全重疊，邊緣整齊。用夾具固定好放入鍵合機進行 鍵合，鍵合溫度為250攝氏度，鍵合時間為1小時； 4)鍵合好后在玻璃載片的支撐下對Si基GaN的Si襯底完成背面減薄，磨到100um左 右，再用把剩余Si襯底刻蝕掉。
[0029] 5)用稀釋的鹽酸（HC1)清洗金剛石和以臨時載片為支撐的GaN圓片表面60秒鐘， 再用去離子水清洗，用氮氣吹干，最后放在烘箱中徹底烘干水分，保證表面清潔干燥。
[0030] 6)在金剛石正面化學(xué)氣相沉積生長一層二氧化硅介質(zhì)，生長厚度100納米。
[0031] 7)將金剛石放入反應(yīng)離子刻蝕機中用氧氣等離子體激活，腔體氣壓為lOOmTor，功 率為300 W，氧氣流量為50 seem。
[0032] 8)將以臨時載片為支撐的GaN圓片和金剛石正面相對在室溫條件下鍵合，在200 攝氏度的條件下退火50小時。
[0033] 9)將鍵合完的圓片浸泡在粘附劑去除液中，待粘附劑被去除液全部溶解后金剛石 將與臨時載片自動分離。
[0034] 經(jīng)過以上步驟，就實現(xiàn)了對Si基GaN外延層的轉(zhuǎn)移，得到了金剛石基GaN。
[0035] 可見本發(fā)明是通過清洗Si基GaN圓片和臨時載片；臨時載片正面旋涂粘附劑并放 在100-110攝氏度熱板上烘烤2-5分鐘；在溫度為180-250攝氏度的條件下實現(xiàn)Si基GaN 圓片與臨時載片的鍵合；將Si基GaN圓片的Si襯底刻蝕去除；清洗以臨時載片為支撐的 GaN圓片和金剛石；在金剛石正面生長20-200納米厚度的介質(zhì)層；用氧氣等離子體激活金 剛石正面；在室溫下實現(xiàn)以臨時載片為支撐的GaN圓片和金剛石的鍵合，再120-300攝氏度 的條件下退火10-100小時；將鍵合完的圓片浸泡在粘附劑去除液中，待粘附劑被去除液全 部溶解后金剛石將與臨時載片自動分離，使GaN外延層轉(zhuǎn)移到金剛石上。
【權(quán)利要求】
1.基于外延層轉(zhuǎn)移實現(xiàn)金剛石基GaN的方法，其特征是該方法包括以下步驟： 1) 用稀釋的鹽酸清洗Si基GaN圓片和臨時載片表面，再用去離子水進行沖洗，然后放 入甩干機進行甩干； 2) 在臨時載片的正面旋涂粘附劑作為鍵合材料，轉(zhuǎn)速1000rpm-5000rpm，時間為30-60 秒； 3) 將臨時載片正面朝上放在熱板上烘烤2-5分鐘，熱板溫度100-110攝氏度； 4) 待臨時載片在室溫下自然冷卻后，將Si基GaN圓片和臨時載片正面相對在溫度為 180-250攝氏度的條件下鍵合； 5) 將Si基GaN圓片的Si襯底刻蝕去除，得到了以臨時載片為支撐的GaN圓片； 6) 用稀釋的鹽酸清洗金剛石和以臨時載片為支撐的GaN圓片表面，再用去離子水進行 沖洗，然后放入甩干機進行甩干； 7) 在金剛石正面化學(xué)氣相沉積生長一層介質(zhì)，生長厚度20-200納米； 8) 將金剛石放入反應(yīng)離子刻蝕機中用氧氣等離子體激活，腔體氣壓為100-200 mTor， 功率為100-300 W，氧氣流量為20-60 seem ; 9) 將以臨時載片為支撐的GaN圓片和金剛石正面相對在室溫條件下鍵合，在120-300 攝氏度的條件下退火10-100小時； 10) 將鍵合完的圓片浸泡在粘附劑去除液中，待粘附劑被去除液全部溶解后金剛石將 與臨時載片自動分離。
【文檔編號】H01L33/00GK104157744SQ201410344916
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】吳立樞, 趙巖, 劉昊, 石歸雄, 程偉 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所