CN112885723A - 一种GaN器件及其生成方法、SiC衬底的剥离方法及其剥离装置 - Google Patents

一种GaN器件及其生成方法、SiC衬底的剥离方法及其剥离装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种一种GaN器件及其生成方法、SiC衬底的剥离方法及其剥离装置，所述GaN器件的生成方法包括：在SiC衬底上形成Nb2N层；在所述Nb2N层上依次形成若干GaN器件层。本发明可重复使用GaN器件层中的SiC衬底。

Description

一种GaN器件及其生成方法、SiC衬底的剥离方法及其剥离 装置
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种GaN器件及其生成方法、SiC衬底的剥离方法及其剥离装置。
背景技术
GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前，随着MBE技术在GaN材料应用中的进展和关键薄膜生长技术的突破，成功地生长出了GaN多种异质结构。用GaN材料制备出了金属场效应晶体管(MESFET)、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管(MODFET)等GaN器件。
GaN器件一般具有SiC衬底，就目前而言，当GaN器件损伤时，目前的SiC衬底无法重复使用，严重提升了社会的生产成本。
发明内容
基于此，有必要针对目前GaN器件无法重复使用SiC衬底的问题，提供一种GaN器件及其生成方法、SiC衬底的剥离方法及其剥离装置
一种GaN器件的生成方法，所述方法包括：
在SiC衬底上形成Nb2N层；
在所述Nb2N层上依次形成若干GaN器件层。
在其中一个实施例中，所述在所述Nb2N层上依次形成若干GaN器件层，包括：
在所述Nb2N层上依次形成AlN成核层、GaN缓冲层、势垒层和GaN沟道，形成基本的GaN器件；
在所述基本的GaN器件生长之后进行欧姆接触工艺制成欧姆电极；
对所述基本的GaN器件进行台面隔离；
在基本的GaN器件覆盖金属层，形成最终的GaN器件。
一种GaN器件中SiC衬底的剥离方法，所述GaN器件为基于以上所述方法生成的GaN器件，所述方法包括：
去除所述GaN器件中的Nb2N层，剥离出所述GaN器件中的SiC衬底。
在其中一个实施例中，所述去除所述GaN器件中的Nb2N层之前，所述方法还包括：
对所述GaN器件进行电屏蔽。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
将剥离出的所述SiC衬底转移到Si晶圆。
在其中一个实施例中，所述GaN器件覆盖有镍金属硬掩模，所述去除所述GaN器件中的Nb2N层之前，所述方法还包括：
使用接触式或电子束光刻方式对所述镍金属硬掩模进行构图；
采用ICP干法刻蚀方式以刻蚀所述GaN器件的异质结构，露出SiC衬底并打开横向进入Nb2N层的通道；
在稀硝酸浴的作用下去除所述镍金属硬掩模；
使GaN所述器件经XeF2蚀刻以从SiC衬底释放所述GaN器件中的若干器件层。
在其中一个实施例中，所述剥离出所述GaN器件中的SiC衬底，包括：
通过探针按压并固定到所述GaN器件的探针垫上，并将所述探针与对应的机械设备连接后，将所述GaN器件中的SiC衬底剥落。
在其中一个实施例中，所述使GaN所述器件经XeF2蚀刻，具体为：
使GaN所述器件在100℃的温度和1.75托的压力下经XeF2蚀刻。
一种GaN器件，包括：
SiC衬底；
在SiC衬底上形成的Nb2N层；
在所述Nb2N层上依次形成的若干GaN器件层。
一种GaN器件中SiC衬底的剥离装置，所述装置包括：
剥离设备，用于去除所述GaN器件中的Nb2N层，剥离出所述GaN器件中的SiC衬底。
附图说明
图1为一实施例的GaN器件的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例提供了一种GaN器件的生成方法，所述方法包括：
在SiC衬底上形成Nb2N层；
在所述Nb2N层上依次形成若干GaN器件层。
本实施例的一实现方式中，所述在所述Nb2N层上依次形成若干GaN器件层，包括：
在所述Nb2N层上依次形成AlN成核层、GaN缓冲层、势垒层和GaN沟道，形成基本的GaN器件；
在所述基本的GaN器件生长之后进行欧姆接触工艺制成欧姆电极；
对所述基本的GaN器件进行台面隔离；
在基本的GaN器件覆盖金属层，形成最终的GaN器件。
具体的，本实施例提供了一种具体的GaN器件的生成的实施例，在GaN器件异质结构生长之前，在3英寸的6H-SiC晶片上沉积30nm厚的Nb2N层，然后依次合成器件层，可以生成GaN器件。合成GaN器件层，首先是100nm的AlN成核层，1.3μm的GaN缓冲层，30nm的Al0.4Ga0.6N势垒和在700℃生长的4.5nm宽的30nm长的GaN沟道。生长之后进行欧姆接触工艺，在通过电子束蒸发对Ti/Al/Ni/Au(20/100/10/50nm)进行金属化之前，先用低功率O2等离子体清洗制备半导体表面，然后在缓冲氧化物蚀刻中浸入30s。在850℃进行30s的快速热退火，制成的欧姆电极的接触电阻为0.4Ω·mm。接下来，使用具有Cl2/BCl3/Ar气体化学成分的电感耦合等离子体(ICP)干法蚀刻进行台面隔离。由于通常难以实现高势垒高度，低泄漏电流与N极GaN的肖特基接触，因此在300℃沉积10nm厚的原子层沉积TiO2栅极绝缘体以减小栅极泄漏电流。然后，在沉积之前，使用低功率的O2等离子体清洁且不进行湿化学处理，通过电子束蒸发沉积Pt/Au(30/200nm)栅极金属。最后，为了访问GaN器件中的探针垫，可以使用基于氟的等离子体蚀刻来蚀刻穿过TiO2层的通孔，然后进行Ti/Pt/Au(25/25/400nm)的覆盖金属化，以在基本的GaN器件覆盖金属层，形成最终的GaN器件。
本实施例还提供了一种GaN器件中SiC衬底的剥离方法，所述GaN器件为基于以上所述方法生成的GaN器件，所述方法包括：
去除所述GaN器件中的Nb2N层，剥离出所述GaN器件中的SiC衬底。
本实施例的一实现方式中，所述去除所述GaN器件中的Nb2N层之前，所述方法还包括：
对所述GaN器件进行电屏蔽。
本实施例的一实现方式中，所述方法还包括：
将剥离出的所述SiC衬底转移到Si晶圆。
本实施例的一实现方式中，所述GaN器件覆盖有镍金属硬掩模，所述去除所述GaN器件中的Nb2N层之前，所述方法还包括：
使用接触式或电子束光刻方式对所述镍金属硬掩模进行构图；
采用ICP干法刻蚀方式以刻蚀所述GaN器件的异质结构，露出SiC衬底并打开横向进入Nb2N层的通道；
在稀硝酸浴的作用下去除所述镍金属硬掩模；
使GaN所述器件经XeF2蚀刻以从SiC衬底释放所述GaN器件中的若干器件层。
本实施例的一实现方式中，所述剥离出所述GaN器件中的SiC衬底，包括：
通过探针按压并固定到所述GaN器件的探针垫上，并将所述探针与对应的机械设备连接后，将所述GaN器件中的SiC衬底剥落。
本实施例的一实现方式中，所述使GaN所述器件经XeF2蚀刻，具体为：
使GaN器件在100℃的温度和1.75托的压力下经XeF2蚀刻。
本实施例提供了一种GaN器件中SiC衬底的剥离方法的具体实施例，具体的，在GaN器件制造和电屏蔽之后，使用接触式或电子束光刻技术在选定的器件上对100纳米厚的镍金属硬掩模进行构图，然后使用Cl2/BCl3/Ar气体进行ICP干法刻蚀，以刻蚀整个器件的异质结构，露出SiC衬底并打开横向进入Nb2N层的通道。然后在稀硝酸浴(H2O：HNO3＝2：1)下，在60℃且在60秒内有选择地去除镍金属硬掩模。最后，GaN器件在100℃的温度和1.75托的压力下经受XeF2蚀刻的十个60s周期，以从SiC衬底释放它们(除SiC衬底的GaN器件中的器件层)。XeF2蚀刻后，通过将钨针探针按压并固定到Au顶部的器件探针垫上，将探针转移单个器件。将设备机械连接到探针后，将原始SiC衬底剥落，之后，可以将剥落的SiC衬底与Si(100)晶圆进行交换。一旦定位成与Si衬底接触，就使用第二个针形探针向下推动释放的器件层，并将其从传输探针中移出。
本实施例还提供了一种GaN器件，包括：
SiC衬底；
在SiC衬底上形成的Nb2N层；
在所述Nb2N层上依次形成的若干GaN器件层。
本实施例还提供了一种GaN器件中SiC衬底的剥离装置，所述装置包括：
剥离设备，用于去除所述GaN器件中的Nb2N层，剥离出所述GaN器件中的SiC衬底。
本实施例以上所述GaN器件的结构和所述剥离装置的具体实现方式，可以参照以上实施例中的具体内容，本实施例不再具体阐述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种GaN器件的生成方法，其特征在于，所述方法包括：
在SiC衬底上形成Nb2N层；
在所述Nb2N层上依次形成若干GaN器件层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述Nb2N层上依次形成若干GaN器件层，包括：
在所述Nb2N层上依次形成AlN成核层、GaN缓冲层、势垒层和GaN沟道，形成基本的GaN器件；
在所述基本的GaN器件生长之后进行欧姆接触工艺制成欧姆电极；
对所述基本的GaN器件进行台面隔离；
在基本的GaN器件覆盖金属层，形成最终的GaN器件。
3.一种GaN器件中SiC衬底的剥离方法，所述GaN器件为基于权利要求1或2所述方法生成的GaN器件，其特征在于，所述方法包括：
去除所述GaN器件中的Nb2N层，剥离出所述GaN器件中的SiC衬底。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述去除所述GaN器件中的Nb2N层之前，所述方法还包括：
对所述GaN器件进行电屏蔽。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将剥离出的所述SiC衬底转移到Si晶圆。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述GaN器件覆盖有镍金属硬掩模，所述去除所述GaN器件中的Nb2N层之前，所述方法还包括：
使用接触式或电子束光刻方式对所述镍金属硬掩模进行构图；
采用ICP干法刻蚀方式以刻蚀所述GaN器件的异质结构，露出SiC衬底并打开横向进入Nb2N层的通道；
在稀硝酸浴的作用下去除所述镍金属硬掩模；
使GaN器件经XeF2蚀刻以从SiC衬底释放所述GaN器件中的若干器件层。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述剥离出所述GaN器件中的SiC衬底，包括：
通过探针按压并固定到所述GaN器件的探针垫上，并将所述探针与对应的机械设备连接后，将所述GaN器件中的SiC衬底剥落。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述使GaN所述器件经XeF2蚀刻，具体为：
使GaN所述器件在100℃的温度和1.75托的压力下经XeF2蚀刻。
9.一种GaN器件，其特征在于，包括：
SiC衬底；
在SiC衬底上形成的Nb2N层；
在所述Nb2N层上依次形成的若干GaN器件层。
10.一种GaN器件中SiC衬底的剥离装置，其特征在于，所述装置包括：
剥离设备，用于去除所述GaN器件中的Nb2N层，剥离出所述GaN器件中的SiC衬底。
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