轉(zhuǎn)移襯底的氮化鎵基高電子遷移率晶體管制作的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指轉(zhuǎn)移襯底的氮化鎵基高電子迀移率晶體管制作的方法。該方法采用激光剝離的方法，把外延在藍(lán)寶石襯底上氮化鎵基高電子迀移率晶體管與藍(lán)寶石襯底進(jìn)行剝離，同時把剝離后的高電子迀移率晶體管用鍵合、電鍍等方法轉(zhuǎn)移到硅、銅、氮化鋁等導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良的基板上。
【背景技術(shù)】
[0002]微波晶體管的主要器件類型有同質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(BJT)、異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)、金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和高電子迀移率晶體管(HEMT)等。
[0003]GaN材料的禁帶寬度大(Eg = 3.4eV)，臨界擊穿場強(3.3MV/cm)較大，制作電子器件具有耐高溫、高壓的特點；它的電子飽和漂移速度達(dá)到2.5X107cm/s，適宜于制作高頻電子器件；它與AlGaN材料形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中可形成面密度高達(dá)113CnT2以上的二維電子氣(2DEG)，且界面處電子迀移率接近2000cm2/V.s，完全符合在大電流狀態(tài)下工作的功率器件要求；而且它的熱導(dǎo)率> 1.3W/cm*K，較為利于功率器件的散熱。GaN材料是制備高頻、大功率微波晶體管的首選材料。
[0004]由于GaN缺乏同質(zhì)襯底，GaN材料主要采用異質(zhì)外延方法進(jìn)行生長。目前生長GaN基器件材料最常用的襯底是藍(lán)寶石、Si和SiC。藍(lán)寶石襯底是目前最被廣泛應(yīng)用于外延氮化鎵基材料的襯底，在材料的晶體質(zhì)量及生產(chǎn)成本之間是最優(yōu)的結(jié)果。藍(lán)寶石極低的熱導(dǎo)率(0.5W/cm*K)限制了器件的散熱，從而制約了器件的輸出功率和器件工作的穩(wěn)定性與可靠性。SiC雖然具有優(yōu)良的熱導(dǎo)率(4.49W/cm.K)，但其成本非常昂貴，襯底尺寸也不盡如人意。采用Si襯底異質(zhì)外延生長GaN材料具有以下優(yōu)點:(1)價格低廉。目前2英寸Si片的市場價格僅為藍(lán)寶石的三分之一，相比SiC更是價格低廉。(2)容易得到大面積高質(zhì)量的襯底。(3)與藍(lán)寶石襯底相比，Si襯底具有優(yōu)越的散熱性能，其熱導(dǎo)率與GaN接近，在高溫、高頻條件下工作將表現(xiàn)出更多的優(yōu)越性。(4) Si基GaN微電子器件可以與成熟的Si器件做在同一塊晶片上，實現(xiàn)器件集成。成熟的Si器件工藝可以穩(wěn)定的進(jìn)行減薄、倒裝、封裝等步驟，同時提高器件工作的可靠性。(5)與藍(lán)寶石和SiC襯底相比，Si襯底的減薄、切害J、解理等加工工藝簡單，能極大降低器件制作成本。(6)相對于藍(lán)寶石的絕緣性，Si則容易獲得不同電阻值的η型或ρ型材料。采用低阻Si襯底研制的GaN基器件可以做成異側(cè)電極器件，降低了工藝復(fù)雜性，并增加了制作管芯的數(shù)量。
[0005]雖然在Si襯底上外延生長GaN材料具有上述許多優(yōu)點，但是由于Si襯底和GaN之間具有較大的晶格失配和熱膨脹系數(shù)差異，Si基GaN異質(zhì)外延生長要比在藍(lán)寶石和SiC襯底上困難得多:Si襯底上外延生長GaN最主要的問題是應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋問題。高溫生長后的降溫過程中，由于Si襯底和GaN外延層之間高的熱膨脹系數(shù)失配(56% )會導(dǎo)致GaN薄膜受到很大的張應(yīng)力，這是裂紋產(chǎn)生的主要原因。另外GaN和Si之間的晶格失配(17%)使GaN外延層在生長過程中承受很大的張應(yīng)力，同樣會導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。在高裂紋密度的GaN材料上無法制作器件。其次是晶體質(zhì)量問題。過大的晶格失配不僅會使GaN外延層處于張應(yīng)變狀態(tài)，而且導(dǎo)致GaN層中產(chǎn)生大量失配位錯，其密度高達(dá)1iciCnT2數(shù)量級，嚴(yán)重影響了GaN材料的晶體質(zhì)量，從而限制器件性能的提高。此外，襯底中Si原子的擴散也是一個重要問題。Si襯底的熱穩(wěn)定性較藍(lán)寶石差，高溫生長過程中，Si原子的擴散加劇，使得GaN外延層中含有一定量的Si原子。這些Si原子可以與生長室中的氨氣反應(yīng)形成SixNy非晶薄膜，影響GaN外延層的晶體質(zhì)量。同時，Ga原子與襯底表面的Si原子發(fā)生回熔腐蝕反應(yīng)，使材料界面變得粗糙，也會降低GaN的晶體質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明專利的目的在于提供一種轉(zhuǎn)移襯底的氣化嫁基尚電子遷移率晶體管制作的方法，把外延在藍(lán)寶石襯底上的氮化鎵基高電子迀移率晶體管器件通過激光剝離的辦法把氮化鎵基高電子迀移率晶體管與不導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能差的藍(lán)寶石襯底分離，并把氮化鎵基高電子迀移率晶體管通過熱壓鍵合或電鍍的方法轉(zhuǎn)移到硅、銅、氮化鋁陶瓷等基板上。該方法把藍(lán)寶石襯底上外延的高質(zhì)量的氮化鎵基高電子迀移率晶體管與導(dǎo)電、易于與目前的硅基集成電路集成、導(dǎo)熱性能好的硅、銅、氮化鋁陶瓷等襯底相結(jié)合?？梢栽诟哔|(zhì)量的氮化鎵基高電子迀移率晶體管外延材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合硅、銅、氮化鋁陶瓷等襯底散熱性能好、易于與成熟的硅集成電路器件做在同一塊晶片上，實現(xiàn)器件集成等優(yōu)點相結(jié)合。
[0007]本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)移襯底的氮化鎵基高電子迀移率晶體管的制作方法，包括如下步驟:
[0008]步驟1:在襯底上依次生長低溫成核層、氮化鎵高阻層、高迀移率氮化鎵層、氮化鋁插入層、鋁鎵氮勢皇層和氮化鎵帽層，形成氮化鎵基高電子迀移率晶體管；
[0009]步驟2:通過熱壓鍵合或電鍍在氮化鎵帽層的表面制備硅、銅或氮化鋁的第一導(dǎo)電襯底；
[0010]步驟3:通過激光剝離工藝，將襯底與低溫成核層分離；
[0011]步驟4:通過機械磨拋的方法，將與襯底分離后，暴露的氮化鎵高阻層的表面磨拋平整；
[0012]步驟5:通過熱壓鍵合或電鍍工藝在氮化鎵高阻層的表面制備硅、銅、氮化鋁的第二導(dǎo)電襯底，將氮化鎵基高電子迀移率晶體管轉(zhuǎn)移到硅、銅、氮化鋁的第二導(dǎo)電襯底上；
[0013]步驟6:通過機械磨拋或者化學(xué)腐蝕的方法，把通過熱壓鍵合或電鍍在氮化鎵帽層上的第一導(dǎo)電襯底去除掉；
[0014]步驟7:在氮化鎵帽層上面的兩側(cè)制作源、漏的歐姆接觸電極；
[0015]步驟8:在氮化鎵帽層上面的中間制作柵極的肖特基接觸電極完成制備。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，其可以把藍(lán)寶石襯底上外延的高質(zhì)量的氮化鎵基高電子迀移率晶體管與導(dǎo)電、易于與目前的硅基集成電路集成、導(dǎo)熱性能好的硅、銅、氮化鋁陶瓷等襯底相結(jié)合?？梢栽诟哔|(zhì)量的氮化鎵基高電子迀移率晶體管外延材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合硅、銅、氮化鋁陶瓷等襯底散熱性能好、易于與成熟的硅集成電路器件做在同一塊晶片上，實現(xiàn)器件集成等優(yōu)點相結(jié)合，是制備高性能氮化鎵基高電子迀移率晶體管的有效方法。
【附圖說明】
[0017]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做一個詳細(xì)的描述，其中:
[0018]圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0019]圖2是外延在藍(lán)寶石襯底上的氮化鎵基高電子迀移率晶體管；
[0020]圖3是通過熱壓鍵合或電鍍在氮化鎵帽層的表面制備硅、銅、氮化鋁等轉(zhuǎn)移過渡襯底；
[0021]圖4是通過激光剝離工藝，將藍(lán)寶石襯底與氮化鎵高阻層分離。并通過機械磨拋的方法，將與藍(lán)寶石襯底分離的氮化鎵高阻層的表面磨拋平整；
[0022]圖5是通過熱壓鍵合或電鍍在氮化鎵高阻層的表面制備硅、銅、氮化鋁等轉(zhuǎn)移襯底，將氣化嫁基尚電子遷移率晶體管轉(zhuǎn)移到娃、銅、氣化銷等轉(zhuǎn)移襯底上；
[0023]圖6是通過機械磨拋或者化學(xué)腐蝕的辦法，把通過熱壓鍵合或電鍍在氮化鎵帽層的表面制備的硅