CN104157744A - 一种基于外延层转移实现金刚石基GaN的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是基于外延层转移实现金刚石基GaN的方法，其步骤如下：1）清洗Si基GaN圆片和临时载片；2）临时载片正面旋涂粘附剂；3）Si基GaN圆片与临时载片正面相对键合；4）将Si基GaN圆片的Si衬底刻蚀去除；5）清洗以临时载片为支撑的GaN圆片和金刚石；6）在金刚石正面生长介质层；7）用氧气等离子体激活金刚石正面；8）在室温下实现以临时载片为支撑的GaN圆片和金刚石的键合再退火；9）用粘附剂去除液分离金刚石与临时载片，使GaN外延层转移到金刚石上。优点：可将Si基GaN外延层转移得到金刚石基GaN，与传统外延生长金刚石基GaN相比，其工艺简单，打破了原有外延生长难度大以及质量差的限制。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种基于外延层转移实现金刚石基GaN的方法，属于半导体工艺技术领域。
背景技术
由于GaN基半导体材料具有禁带宽度大、直接带隙、电子漂移速度快和耐高温高压等优点，在制作大功率、高频的电子器件以及光电器件方面具有优势。目前GaN材料主要外延生长在Si、蓝宝石等衬底材料上，而这些衬底材料具有较低的热导率，散热问题严重限制了GaN器件的性能，因此寻找具有高的导热性衬底材料成为了解决散热问题的瓶颈。金刚石具有很高的热导率（800-2000W/mK），所以金刚石基GaN相比蓝宝石基GaN、Si基GaN以及SiC基GaN有着更好散热优势。不过金刚石和GaN之间存在着较大的晶格失配，在金刚石上直接外延生长GaN的方法存在很大的问题，会产生很大的位错密度。
目前研究人员还没有很好的解决外延生长金刚石基GaN质量差以及生长难度大的问题，这也限制了金刚石基GaN器件的发展。
发明内容
本发明提出的是一种基于外延层转移实现金刚石基GaN的方法，其目的旨在解决金刚石基GaN外延生长质量差以及生长难度大的问题。
本发明的技术解决方案，基于外延层转移实现金刚石基GaN的方法，包括以下步骤：
1）用稀释的盐酸清洗Si基GaN圆片和临时载片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；
2）在临时载片的正面旋涂粘附剂作为键合材料，转速1000rpm-5000rpm，时间为30-60秒；
3）将临时载片正面朝上放在热板上烘烤2-5分钟，热板温度100-110摄氏度；
4）待临时载片在室温下自然冷却后，将Si基GaN圆片和临时载片正面相对在温度为180-250摄氏度的条件下键合；
5）将Si基GaN圆片的Si衬底刻蚀去除，得到了以临时载片为支撑的GaN圆片；
6）用稀释的盐酸清洗金刚石和以临时载片为支撑的GaN圆片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；
7）在金刚石正面化学气相沉积生长一层介质，生长厚度20-200纳米；
8）将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，腔体气压为100-200 mTor，功率为100-300 W，氧气流量为20-60 sccm；
9）将以临时载片为支撑的GaN圆片和金刚石正面相对在室温条件下键合，在120-300摄氏度的条件下退火10-100小时；
10）将键合完的圆片浸泡在粘附剂去除液中，待粘附剂被去除液全部溶解后金刚石将与临时载片自动分离。
本发明的优点：1）打破了外延生长金刚石基GaN质量差以及难以生长的限制，通过简单的外延层转移工艺得到金刚石基GaN；2）粘附剂键合材料均匀性好，使得外延层不易起皱或者断裂；
本发明最大的特点：利用外延层转移的方法将Si基GaN外延层转移得到金刚石上，与传统外延生长金刚石基GaN相比，其工艺简单，打破了原有外延生长难度大的限制。
附图说明
图1是临时载片样品示意图。
图2是Si基GaN样品示意图。
图3是临时载片正面旋涂粘附剂示意图。
图4是临时载片正面朝下和Si基GaN键合示意图。
图5是将Si基GaN的Si衬底去除示意图。
图6是金刚石样品示意图。
图7是金刚石正面生长介质层示意图。
图8是以临时载片为支撑的GaN圆片正面朝下和金刚石键合示意图。
图9是将临时载片和粘附剂去除示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术解决方案。
①准备样品：将Si基GaN圆片和临时载片用稀释的盐酸（HCl）和去离子水清洗干净，并烘干，如图1，如图2所示。
②在临时载片正面涂敷粘附剂：在临时载片的正面滴适量的粘附剂，根据不同厚度需要用1000-5000转/秒的速率进行旋涂，旋涂时间不少于30秒钟，将涂好粘附剂的临时载片正面朝上放在热板上进行预烘烤，热板温度在100-110摄氏度左右，时间2~5分钟。如图3所示。
③键合：将Si基GaN圆片和临时载片的正面相对叠在一起，利用键合机进行圆片键合，键合温度为180-250摄氏度，键合时间1-2小时，如图4所示。
④背面工艺：键合完成后Si基GaN圆片的衬底经过磨片，磨到50-100um左右，再用把剩余Si衬底刻蚀掉，如图5所示。
⑤清洗样品：用稀释的盐酸清洗金刚石和以临时载片为支撑的GaN圆片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干，如图6所示。
⑥沉积介质：在金刚石正面化学气相沉积生长一层介质，生长厚度20-200纳米，如图7所示。
⑦等离子体激活：将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，腔体气压为100-200 mTor，功率为100-300 W，氧气流量为20-60 sccm。
⑧键合退火：将以临时载片为支撑的GaN圆片和金刚石正面相对在室温条件下键合，在120-300摄氏度的条件下退火10-100小时，如图8所示。
⑨去键合：将键合完的圆片浸泡在粘附剂去除液中，待粘附剂被去除液全部溶解后金刚石将与临时载片自动分离。
实施例
基于外延层转移实现金刚石基GaN的方法，具体包括：
1）将Si基GaN圆片和玻璃载片浸泡在稀释的盐酸（HCl）中漂洗60秒钟，再用去离子水清洗，用氮气吹干，最后放在烘箱中彻底烘干水分，保证表面清洁干燥。
2）在玻璃载片正面上旋涂粘附剂，转速为3000转/秒，加速度为5000转/秒，旋涂时间为60秒，将涂好粘附剂的玻璃载片正面朝上放热板上，热板温度为110摄氏度，烘片时间2分钟。
3）将玻璃载片从热板上取出，室温下自然冷却后和Si基GaN圆片正面相对叠在一起，使Si基GaN圆片和玻璃载片尽量完全重叠，边缘整齐。用夹具固定好放入键合机进行键合，键合温度为250摄氏度，键合时间为1小时；
4）键合好后在玻璃载片的支撑下对Si基GaN的Si衬底完成背面减薄，磨到100um左右，再用把剩余Si衬底刻蚀掉。
5）用稀释的盐酸（HCl）清洗金刚石和以临时载片为支撑的GaN圆片表面60秒钟，再用去离子水清洗，用氮气吹干，最后放在烘箱中彻底烘干水分，保证表面清洁干燥。
6）在金刚石正面化学气相沉积生长一层二氧化硅介质，生长厚度100纳米。
7）将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，腔体气压为100mTor，功率为300 W，氧气流量为50 sccm。
8）将以临时载片为支撑的GaN圆片和金刚石正面相对在室温条件下键合，在200摄氏度的条件下退火50小时。
9）将键合完的圆片浸泡在粘附剂去除液中，待粘附剂被去除液全部溶解后金刚石将与临时载片自动分离。
经过以上步骤，就实现了对Si基GaN外延层的转移，得到了金刚石基GaN。
可见本发明是通过清洗Si基GaN圆片和临时载片；临时载片正面旋涂粘附剂并放在100-110摄氏度热板上烘烤2-5分钟；在温度为180-250摄氏度的条件下实现Si基GaN圆片与临时载片的键合；将Si基GaN圆片的Si衬底刻蚀去除；清洗以临时载片为支撑的GaN圆片和金刚石；在金刚石正面生长20-200纳米厚度的介质层；用氧气等离子体激活金刚石正面；在室温下实现以临时载片为支撑的GaN圆片和金刚石的键合，再120-300摄氏度的条件下退火10-100小时；将键合完的圆片浸泡在粘附剂去除液中，待粘附剂被去除液全部溶解后金刚石将与临时载片自动分离，使GaN外延层转移到金刚石上。
Claims (1)
1.基于外延层转移实现金刚石基GaN的方法，其特征是该方法包括以下步骤：
1）用稀释的盐酸清洗Si基GaN圆片和临时载片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；
2）在临时载片的正面旋涂粘附剂作为键合材料，转速1000rpm-5000rpm，时间为30-60秒；
3）将临时载片正面朝上放在热板上烘烤2-5分钟，热板温度100-110摄氏度；
4）待临时载片在室温下自然冷却后，将Si基GaN圆片和临时载片正面相对在温度为180-250摄氏度的条件下键合；
5）将Si基GaN圆片的Si衬底刻蚀去除，得到了以临时载片为支撑的GaN圆片；
6）用稀释的盐酸清洗金刚石和以临时载片为支撑的GaN圆片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；
7）在金刚石正面化学气相沉积生长一层介质，生长厚度20-200纳米；
8）将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，腔体气压为100-200 mTor，功率为100-300 W，氧气流量为20-60 sccm；
9）将以临时载片为支撑的GaN圆片和金刚石正面相对在室温条件下键合，在120-300摄氏度的条件下退火10-100小时；
10）将键合完的圆片浸泡在粘附剂去除液中，待粘附剂被去除液全部溶解后金刚石将与临时载片自动分离。
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Application publication date: 20141119 Assignee: Nanjing Zhongdian Core Valley High Frequency Device Industry Technology Research Institute Co., Ltd. Assignor: China Electronics Technology Group Corporation No.55 Research Institute Contract record no.: X2020980000164 Denomination of invention: Method realizing diamond base GaN base on epitaxial layer transferring Granted publication date: 20170728 License type: Common License Record date: 20200119 |