一種Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體霍爾元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種II1- V族化合物半導(dǎo)體霍爾元件。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)是信息電子化時(shí)代，傳感器技術(shù)是信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)?；魻栐且环N基于霍爾效應(yīng)的磁敏傳感器，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高，耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等的污染或腐蝕，因此在現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用越來(lái)越廣。霍爾元件是直流無(wú)刷電機(jī)中的關(guān)鍵器件，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、汽車ABS、電子打火和行駛速度測(cè)量，還可用于霍爾電表、電子羅盤、電流電壓傳感器等，成為國(guó)防、工業(yè)、民用等許多產(chǎn)業(yè)部門不可或缺的關(guān)鍵器件，同時(shí)也是軍事裝備發(fā)展的核心技術(shù)，在國(guó)防工業(yè)建設(shè)中具有先導(dǎo)作用。
[0003]目前霍爾元件主要采用離子注入法和外延生長(zhǎng)法兩種方式制備，兩種方法都需要一個(gè)厚度達(dá)到幾百微米的單晶襯底材料，制備的霍爾元件包含一個(gè)幾微米的功能層和幾百微米的襯底層，單晶襯底材料價(jià)格昂貴，在霍爾元件中不承擔(dān)功能層的作用，本可以重復(fù)利用，在目前制備工藝中，卻只能使用一次，存在極大的浪費(fèi)。另一方面，傳統(tǒng)工藝中，作為霍爾元件生產(chǎn)所用的單晶襯底材料，必須為絕緣或半絕緣單晶襯底材料，其價(jià)格相比于有一定摻雜的單晶襯底材料要昂貴很多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為此，本實(shí)用新型所要解決的是現(xiàn)有II1- V族化合物半導(dǎo)體霍爾元件的制作成本較高，單晶襯底只能使用一次，存在嚴(yán)重浪費(fèi)的問(wèn)題，從而提供一種低成本的II1- V族化合物半導(dǎo)體霍爾元件。其中，在霍爾元件的制備過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)霍爾元件功能層與單晶襯底材料有效分離，單晶襯底經(jīng)過(guò)處理后，可以重復(fù)用于外延生長(zhǎng)，另一方面，可以采用更為便宜的摻雜單晶襯底材料，而不是昂貴的半絕緣單晶襯底。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]a)提供一種II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底，優(yōu)選地，選用砷化鎵襯底或磷化銦襯底；
[0007]b)在II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底上生長(zhǎng)一層犧牲層；
[0008]c)在犧牲層上生長(zhǎng)霍爾元件的功能層材料；
[0009]d)在外延功能層表面粘附一層柔性且化學(xué)惰性的材料，該層材料可輔助襯底剝離，提高效率和成品率；
[0010]e)選用選擇性腐蝕溶液腐蝕犧牲層，實(shí)現(xiàn)霍爾元件外延功能層與II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底剝離；剝離后的II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后，可重復(fù)使用；
[0011 ] f)將剝離后的外延功能層柔性材料一面，粘附在另一剛性襯底上，優(yōu)選地，選用硅襯底，玻璃襯底，陶瓷襯底或剛性塑料襯底作為剛性襯底；
[0012]g)在霍爾元件功能層上，制備歐姆接觸金屬，以及完成臺(tái)面腐蝕、鈍化等工藝；
[0013]h)將制備歐姆接觸金屬的霍爾元件，通過(guò)倒裝焊等工藝技術(shù)，組裝至預(yù)先金屬圖形化的絕緣散熱基板上，然后利用選擇性很高的溶液，溶解掉前面工藝中所使用的粘合劑，將霍爾元件與起支撐作用的柔性材料及剛性襯底分離，可以制備厚度僅為幾個(gè)微米的霍爾元件。同時(shí)，通過(guò)在絕緣散熱基板上打線封裝，而不是在霍爾元件金屬電極上直接打線，可有效減小霍爾元件的芯片尺寸(打線封裝要求金屬塊具有較大的面積)。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的一種II1-V族化合物半導(dǎo)體霍爾元件，其中，所述的II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底為砷化鎵(GaAs)，所述犧牲層為砷化鋁(AlAs)，所述的選擇性腐蝕溶液為氫氟酸(HF)溶液。
[0015]綜上所述，本實(shí)用新型利用外延剝離技術(shù)，制備了一種非常具有成本優(yōu)勢(shì)的霍爾元件。對(duì)于II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底，每次處理消耗的厚度不超過(guò)10微米，500微米的襯底，至少可以重復(fù)使用20次。同時(shí)，傳統(tǒng)工藝制備的霍爾元件，要求II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底是半絕緣的，其價(jià)格相對(duì)于摻雜單晶襯底要昂貴許多，而采用我們的襯底剝離技術(shù)，對(duì)于單晶襯底的導(dǎo)電性沒有要求，可以采用摻雜單晶襯底，進(jìn)一步降低成本。
【附圖說(shuō)明】
[0016]以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方案。附圖中:001為II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底；002為犧牲層；003為霍爾元件功能層；004為柔性材料；005為剛性支撐襯底；006為歐姆接觸電極；007為圖形化金屬；008為絕緣散熱底座。
[0017]圖1 II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底上生長(zhǎng)霍爾元件外延功能層，包括II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底001，犧牲層002，霍爾元件功能層003;
[0018]圖2在外延功能層003上粘附柔性材料004，包括II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底001，犧牲層002，霍爾元件功能層003，柔性材料004 ;
[0019]圖3示意犧牲層002被腐蝕掉后，II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底001和霍爾元件功能層003、柔性材料004分離；
[0020]圖4示意剝離后的霍爾元件功能層003、柔性材料004與剛性支撐襯底005粘附在一起；
[0021]圖5采用半導(dǎo)體平面工藝，制備霍爾元件歐姆接觸電極006，以及臺(tái)面腐蝕，鈍化等工藝；
[0022]圖6采用倒焊工藝，將霍爾元件的歐姆接觸電極006與預(yù)先金屬化的絕緣散熱底座008組裝在一起，絕緣散熱底座的金屬化圖形為007 ;
[0023]圖7在圖6的基礎(chǔ)上，將柔性材料004、剛性支撐襯底005與霍爾元件其他部分分離。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1:
[0025]首先取一砷化鎵單晶襯底，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)或者分子束外延(MBE)，在襯底上生長(zhǎng)一層砷化鋁(AlAs)犧牲層，以及霍爾元件功能層。生長(zhǎng)完成后，取外延片，表面旋涂一層粘合劑A，該粘合劑與后續(xù)半導(dǎo)體平面工藝兼容，工藝過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變化，然后取一柔性材料B粘附其上，該柔性材料也與半導(dǎo)體平面工藝兼容，不會(huì)變化。將處理后的外延片浸泡于含有氫氟酸的溶液中，氫氟酸對(duì)砷化鋁(AlAs)和砷化鎵(GaAs)的反應(yīng)選擇比超過(guò)10000。利用氫氟酸對(duì)犧牲層砷化鋁(AlAs)的高腐蝕性，將犧牲層全部腐蝕掉，使霍爾元件功能層與砷化鎵單晶襯底剝離。
[0026]另外再取一尺寸與砷化鎵單晶襯底完全一樣的娃片，在娃片表面旋涂一層粘合劑A，將剝離后的柔性材料B與霍爾元件功能層粘附與硅片上，柔性材料B —側(cè)與硅片相粘合。按照標(biāo)準(zhǔn)霍爾元件的工藝，采用常規(guī)光刻方法，旋涂光刻膠，曝光，顯影，得到霍爾元件電極圖形。然后利用電子束蒸發(fā)(E-beam)蒸鍍金-鍺(Au_Ge)合金，在去膠液中溶解掉光刻膠后，附著于光刻膠上的金屬脫落，剩余的金屬則為霍爾元件的歐姆接觸金屬。氮?dú)鈿夥罩锌焖偻嘶?，使金屬與半導(dǎo)體材料形成良好的歐姆接觸。接著采用光刻套刻的方法，繼續(xù)在外延層表面旋涂光刻膠，曝光，顯影，得到霍爾元件臺(tái)面腐蝕的圖形。采用化學(xué)濕法腐蝕或者干法腐蝕，去除掉沒有光刻膠保護(hù)區(qū)域的半導(dǎo)體材料，得到霍爾元件四葉草形狀的圖案。去除隔離保護(hù)的光刻膠，然后利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)，在霍爾元件表面鍍上一層氮化硅(SiNx)鈍化層材料，以保護(hù)霍爾元件。再次采用光刻套刻的方法，制備腐蝕掉霍爾元件歐姆接觸金屬上覆蓋的鈍化層材料的圖形，然后利用干法刻蝕，去除歐姆接觸金屬上的氮化硅(SiNx)，最后利用去膠液，去除光刻膠。
[0027]取一絕緣散熱基板，基板上按照霍爾元件的金屬圖形排布，制備對(duì)稱的金屬圖形，然后采用倒焊工藝，將霍爾元件的金屬與絕緣散熱底座的金屬焊接在一起。最后，使用可以去除粘合劑A的溶液，將粘合劑A溶解，使柔性材料B及硅片與霍爾元件分離。至此，整個(gè)工藝過(guò)程全部完成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種II1- V族化合物半導(dǎo)體霍爾元件，其結(jié)構(gòu)包括自下而上設(shè)置的絕緣散熱底座、歐姆接觸電極、霍爾元件功能層薄膜，其特征在于:霍爾元件結(jié)構(gòu)中不含II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底，采用絕緣散熱底座作為支撐。2.如權(quán)利要求1所述的一種II1- V族化合物半導(dǎo)體霍爾元件，其特征在于:所述霍爾元件功能層薄膜通過(guò)外延生長(zhǎng)方式制備。3.如權(quán)利要求1所述的一種II1- V族化合物半導(dǎo)體霍爾元件，其特征在于:所述霍爾元件功能層薄膜通過(guò)外延剝離方式與II1- V族化合物半導(dǎo)體單晶襯底分離。4.如權(quán)利要求1所述的一種II1- V族化合物半導(dǎo)體霍爾元件，其特征在于:所述絕緣散熱底座，預(yù)先制備了電極圖形。5.如權(quán)利要求1所述的一種II1- V族化合物半導(dǎo)體霍爾元件，其特征在于:所述絕緣散熱底座為散熱陶瓷片。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體霍爾元件，其結(jié)構(gòu)包括霍爾元件功能層薄膜，通過(guò)倒裝焊的方式組裝在絕緣散熱底座上，絕緣散熱底座預(yù)先已制備好電極圖形。用于生長(zhǎng)霍爾元件功能層薄膜的單晶襯底，通過(guò)襯底剝離的方式，與霍爾元件功能層薄膜分離，昂貴的單晶襯底經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后，可以重復(fù)用于外延生長(zhǎng)，重復(fù)次數(shù)在20次以上，可大大降低生產(chǎn)成本。
【IPC分類】H01L43/06
【公開號(hào)】CN205004354
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520756633
【發(fā)明人】胡雙元, 黃勇, 朱忻
【申請(qǐng)人】蘇州矩陣光電有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年9月28日