[发明专利]一种晶圆级GaN器件衬底转移方法

说明书

本发明公开一种基于晶圆级GaN器件原始衬底的转移方法，属于半导体工艺技术领域。通过在原片表面覆盖一层可去除的较厚保护支撑层，去除原衬底后，两圆片直接键合。该方法包括如下步骤：(1)对晶圆级GaN器件完成正面工艺后的表面覆盖保护支撑层；(2)去除原始衬底；(3)对圆片背面和待转移的Si衬底表面进行清洗；(4)对圆片背面进行N₂气等离子体处理；(5)对Si晶圆表面进行O₂气等离子体处理；(6)将两者放入氨水溶液中预键合；(7)将贴合好的样品在N₂环境下施加外力键合；(8)对键合后的晶圆进行低温退火处理。(9)将退火后的晶片曝光后放入显影液中溶解去除表面保护层。本发明能够实现GaN器件的衬底转移。

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种晶圆级GaN器件衬底转移的方法。

背景技术

由于高电子迁移率晶体管(HEMT)的高电子饱和速度和宽带隙，氮化镓(GaN)对于高功率和高频率器件如高电子迁移率晶体管(HEMT)是非常有吸引力的材料。目前，外延GaN可以在异质衬底如硅(Si)，蓝宝石(Al₂O₃)或碳化硅(SiC)上以及在同质衬底上生长。生长在Si上的GaN是最优选的，因为Si晶片可用于更大的直径并具有比蓝宝石更高的导热率。然而，在Si上生长的外延GaN的质量由于高的穿透位错密度(TDD)和由于大的热和晶格失配导致的裂缝而受到限制，这导致了差的器件性能和低的产量。

近来，已经开发了几种外延剥离方法，这些方法重新使用昂贵的SiC衬底甚至GaN衬底。通过这些外延剥离方法，在SiC衬底或GaN衬底上生长的高质量GaN外延层可以在器件制造之后以低成本被转移到任何期望的目标衬底。由于GaN外延层的厚度可能只有几微米，通常对于高温非常敏感的粘合剂或热释放带是处理所必需的。为了在键合到目标衬底期间不损坏器件晶片和处理材料，期望低温键合工艺。此外，器件层与目标衬底之间的界面热阻应尽可能小，以获得更好的器件性能，特别是对于高功率和高频应用。应避免使用环氧树脂和氧化硅(SiO₂)等导热性较低的较厚的中间层。因此迫切需要低温直接焊接工艺。

表面活化键合(SAB)是超高真空(UHV)中的室温键合方法。在这种方法中，使用等离子束轰击表面活化以除去键合表面上的氧化物和污染物。在表面活化之后，即使在室温下，活化表面在UHV中也将具有足够的活性以在键合界面处形成共价键。在室温下已经实现了诸如半导体和金属之类的各种材料之间的牢固结合。由于Si材料的具有成本低、相对较高的热导率等优势，所以Si材料作为目标衬底是一个非常好的选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆级GaN器件衬底转移的方法，通过表面旋涂较厚的光敏性BCB，然后形成保护支撑层的表面活化键合方式，以实现在异质衬底(Si、蓝宝石、SiC)和同质衬底(GaN)外延生长的GaN材料制造的GaN器件的衬底转移，满足GaN HMET器件和HBT(异质结双极型晶体管)器件的射频性能，以解决器件在大功率工作时由于器件温度升高而导致的性能降低的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆级GaN器件衬底转移方法，包括以下步骤：

(1)对晶圆级GaN器件完成正面工艺后的表面覆盖保护支撑层；

(2)去除GaN器件的原始衬底；

(3)对GaN器件的背面和待转移的Si衬底表面进行清洗；

(4)对GaN器件的背面进行N₂气等离子体处理；

(5)对待转移的Si衬底晶圆表面进行O₂气等离子体处理；

(6)将GaN器件和Si晶圆放入氨水溶液中进行预键合；

(7)将预键合后贴合好的晶圆样品在N₂环境下施加外力进行键合；