[发明专利]一种垂直结构半导体器件的制造方法

说明书

本发明公开了一种垂直结构半导体器件的制造方法，包括以下步骤：1)在蓝宝石衬底表面上生长外延层，并将外延层进行单元区域划分；2)在单元区域内填充导电绝缘材料；3)分别在外延层和转移衬底上制备第一层粘合层和第二层粘合层，并将其粘合在一起；4)按照逆时针或顺时针方向，利用单光束或双光束激光辐照方式，由外向内直线渐进式扫描方式进行逐点扫描，实现蓝宝石衬底和外延层剥离；5)利用芯片工艺暴露出N型材料表面，并于制备电极和钝化保护层，最终完成器件制备。

技术领域

本发明属于半导体器件工艺领域，具体涉及一种垂直结构半导体器件的制造方法。

背景技术

以III-N材料体系为基础的可见光和紫外波段发光二极管(Light EmittingDiode，简称LED)自20世纪60年代开始逐步实现红外、红光、绿光、蓝光、紫外波段高效发光，自此半导体照明技术获得快速发展，产品的发光效率获得了持续提升，开始取代传统照明方式成为市场主流技术，现阶段LED应用市场规模已达到数千亿元；同时III-N材料体系具有高电子迁移率和高击穿电场等特点，也是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。近年来用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)等新型器件，在部分应用领域已经取代硅基器件，因此III-N材料具有十分广阔的市场发展前景，尤其在垂直结构半导体器件领域中。

III-N材料普遍采用蓝宝石材料作为外延衬底，利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长得到外延结构层，但由于蓝宝石与III-N材料体系之间存在大的晶格失配和热失配，且材料自身导热性能和导电性能较差，严重影响了大功率LED的制作和发展。最常见的平面型器件是利用干法刻蚀将从P-GaN层刻蚀到N-GaN层以暴露出N型接触区，并将N型P型电极制作在芯片表面的同一侧。其电流从沿水平方向流过器件的功能区，由于电子横向注入是从一个电极出发到另一个电极，导致途中电流密度分布不均匀，产生电流拥堵效应同时也造成了发光不均匀，且热分布也不均匀，容易造成器件快速老化失效，从而限制了单颗LED芯片的尺寸以及器件的发光。

采用垂直结构芯片技术可以解决以上技术瓶颈问题。垂直结构芯片将器件的两个电极放在外延薄膜的两侧，电流沿垂直方向流过器件，大幅度提升单芯片工作电流密度，可以制备大尺寸单颗芯片，同时彻底解决蓝宝石绝缘且散热不佳的问题。垂直结构芯片制造主要采用衬底转移技术，先在外延层上加工出芯片间的沟道，然后利用晶圆键合技术将转移衬底和外延片粘合在一起，然后从蓝宝石一侧利用准分子激光辐照外延层，利用激光剥离技术将蓝宝石衬底去除，并将外延层转移到其他导电导热性能良好的衬底上。目前最为常见的激光剥离加工方式，是沿着水平或垂直方向往复连续递进式进行蓝宝石和外延层的剥离，这种方法工艺简单，对设备要求相对校对，但是激光辐照外延层界面时由于外延层吸收激光能量分解同时将产生较大的应力释放和高压氮气冲击，采用这种加工方式将会对其相邻区域未剥离的外延功能区带来严重的冲击影响，因此容易造成材料损伤，器件失效或器件漏电情况显著加剧，最终导致器件的工艺成品率和自身可靠性大幅度降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直结构半导体器件的制造方法，该方法在完成外延层和转移衬底键合后，其激光剥离采用正方形或矩形激光光斑，按照由外向内直线型渐进式逐点扫描方式，实现蓝宝石衬底和外延片的分离，由于激光从被加工样品的外围开始进行扫描，剥离瞬间产生的高压氮气可以更有效地从已经被剥离的外围进行释放，因此可以大幅度降低激光剥离瞬间因高压氮气冲击和应力释放对其相邻器件的影响，且直线式移动方式相比圆型或弧线型螺线由外向内渐进方式，对设备移动和程序执行复杂程度的要求大幅度降低，同时正方形或矩形激光光斑相比圆形光斑更容易实现剥离区域的完整衔接或光斑重叠，还可以通过采用双光束加工方式从而实现缩短剥离工艺周期，采用该激光剥离工艺方法，可以有效提升器件良率，降低产品漏电情况，为其规模化生产提供更好的解决方案。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种垂直结构半导体器件的制造方法，包括以下步骤：