[发明专利]基于直接键合工艺的金刚石基氮化镓晶体管制备方法

说明书

本发明公开了一种基于直接键合工艺的金刚石基氮化镓晶体管制备方法，包括：清洗碳化硅基氮化镓圆片和临时载片；碳化硅基氮化镓圆片与临时载片正面相对临时键合；去除碳化硅基氮化镓圆片的碳化硅衬底；清洗氮化镓外延层；在氮化镓外延层表面和金刚石衬底表面分别蒸发金属层；利用氩原子束对氮化镓外延层与金刚石衬底表面的金属层进行轰击并完全去除掉金属层，并进行键合；去除液分离金刚石基氮化镓与临时载片；在金刚石基氮化镓正面制备晶体管。本发明利用直接键合工艺将氮化镓外延层与金刚石衬底结合在一起，减少了对氮化镓外延层损伤的风险，同时减少了低热导率键合材料的引入，可进一步提高金刚石对氮化镓晶体管的散热效果。

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种基于直接键合工艺的金刚石基氮化镓晶体管制备方法。

背景技术

氮化镓晶体管作为第三代宽禁带化合物半导体器件，具有高二维电子气浓度、高击穿场强、高的电子饱和速度等特点。但是氮化镓晶体管的功率性能优势远未充分发挥，其主要原因之一是氮化镓微波功率器件在输出大功率的同时会产生大量的热，却无法快捷有效地将这些热量散发出去。目前氮化镓材料主要外延生长在碳化硅、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氮化镓器件的性能，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)，所以金刚石基氮化镓相比蓝宝石基氮化镓、硅基氮化镓以及碳化硅基氮化镓有着更好散热优势。当前主要采用两种方式实现金刚石衬底与氮化镓结合，第一种是在金刚石衬底上直接外延生长氮化镓，这种方法生长难度大，同时晶格失配会产生较大的位错密度，导致在金刚石衬底上外延生长氮化镓材料质量差。第二种是利用键合材料实现金刚石衬底与氮化镓的键合，这种方法需要引入低热导率的键合材料，从而使得基于金刚石衬底的氮化镓晶体管性能优势无法充分发挥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于直接键合工艺的金刚石基氮化镓晶体管制备方法，旨在获得金刚石基氮化镓圆片并且制备晶体管，发挥金刚石衬底高热导率的优势，提高氮化镓晶体管的输出功率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于直接键合工艺的金刚石基氮化镓晶体管制备方法，包括以下步骤：

1)清洗碳化硅基氮化镓圆片和临时载片；

2)在临时载片的正面涂敷粘合材料作为键合材料；

3)将临时载片正面朝上放在热板上烘烤；

4)待临时载片在室温下自然冷却后，将碳化硅基氮化镓圆片和临时载片正面相对进行键合；

5)将碳化硅基氮化镓圆片的碳化硅衬底减薄抛光至小于50微米的厚度，然后利用反应等离子体刻蚀去除掉剩余的碳化硅衬底，同时刻蚀会停止在刻蚀停止层，得到以临时载片为支撑的氮化镓外延层；利用二氧化硅纳米悬浮液对氮化镓外延层表面进行抛光；

6)利用电子束蒸发的方式在以临时载片为支撑的氮化镓外延层和金刚石衬底表面分别蒸发小于10纳米的金属层；

7)对以临时载片为支撑的氮化镓外延层与金刚石衬底表面的金属层利用氩原子束进行轰击并完全去除掉金属层，处理之后将以临时载片为支撑的氮化镓外延层表面与金刚石衬底表面正面相对直接放入键合机中施加4000毫巴-6000毫巴的压力，温度为200-300摄氏度，得到基于直接键合的金刚石基氮化镓外延层圆片；

8)将金刚石基氮化镓圆片浸泡在粘合材料去除液中，待粘合材料被去除液全部溶解后金刚石基氮化镓圆片将与临时载片自动分离；

9)在金刚石基氮化镓圆片上制备氮化镓晶体管。

进一步的，步骤1)用10％稀盐酸清洗碳化硅基氮化镓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。