[发明专利]一种金刚石热沉衬底GaN HEMTs制备方法

摘要

本发明公开了一种金刚石热沉衬底GaN基HEMTs制备方法，包括在蓝宝石衬底上MOCVD生长GaN基HEMTs外延结构；再采用激光剥离技术对蓝宝石衬底进行剥离；再刻蚀、抛光GaN底表面外延层，同时抛光金刚石热沉片；再在GaN底表面和金刚石热沉片抛光淀积薄层键合粘合剂，进行低温键合、固化得到金刚石/GaN基HEMTs外延材料/Si三层结构；再去除金刚石/GaN基HEMTs外延材料/Si三层结构中Si晶片的临时支撑材料，得到金刚石/GaN基HEMTs外延材料两层结构；再ICP刻蚀GaN基HEMTs外延材料，进行器件隔离；最后制备器件电极。本发明采用高热导率的金刚石做热沉，散热效果优；低温键合方法有效避免了传统的高温键合对材料性能的损伤；蓝宝石衬底激光剥离有效避免了激光剥离对GaN基HEMTs外延材料性能的影响。

主权项

1.一种金刚石热沉衬底GaN基HEMTs制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在蓝宝石衬底上MOCVD生长GaN基HEMTs外延结构，具体包括以下步骤：S11：蓝宝石衬底清洗，丙酮、去离子水分别超声2～3分钟；S12:将蓝宝石衬底在900～1000℃的H₂气氛下进行烘烤；S13：以三甲基镓和氨气分别作为Ga源和N源，N₂和H₂作为载气，530～580℃下采用MOCVD技术在蓝宝石衬底上低温生长20nm的GaN成核层；S14：继续升温至1050℃生长3.5μm的GaN缓冲层；S15：再升温至1100℃，在氢气氛围下生长100nm的GaN‑UID沟道层；S16：保持温度不变，以三甲基铝和氨气分别作为Al源和N源在生长1nm的AlN插入层；S17：最后以三甲基镓、三甲基铝和氨气分别作为Ga源、Al源和N源，N₂和H₂作为载气MOCVD交替生长25nm的AlGaN势垒层；S2：采用激光剥离技术对步骤S1所述蓝宝石衬底进行剥离，具体为：S21：取Si晶片作为临时支撑材料，用热塑性粘合剂将所述Si临时支撑材料粘到所述GaN基HEMTs外延材料上，形成蓝宝石/GaN基HEMTs外延材料/Si三层结构；S22：用波长248～480nm，脉冲宽度38ns KrF脉冲激光从蓝宝石一面扫描整个样品，激光脉冲的能量密度由焦距40cm的石英透镜调节；S23：加热所述蓝宝石/GaN基HEMTs外延材料Si三层结构，去除蓝宝石衬底，得到GaN基HEMTs外延材料/Si两层结构；S3：刻蚀、抛光GaN底表面外延层，同时抛光金刚石热沉片；S4：将步骤S2制备的所述GaN底表面和步骤S3制备的所述金刚石热沉片表面进行抛光并淀积薄层，薄层上键合粘合剂，进行低温键合、固化得到金刚石/GaN基HEMTs外延材料/Si三层结构，低温键合具体为：分别对GaN底表面和金刚石热沉片表面进行抛光并淀积一薄层，薄层上设置有键合粘合剂苯并环丁烯BCB，然后将所述GaN底表面和金刚石热沉片紧密接触进行低温键合、固化得到金刚石/GaN基HEMTs外延材料/Si三层结构，键合、固化温度不超过150℃；S5：去除所述步骤S4得到的金刚石/GaN基HEMTs外延材料/Si三层结构中的Si晶片的临时支撑材料，得到金刚石/GaN基HEMTs外延材料两层结构；S6：ICP刻蚀GaN基HEMTs外延材料，进行器件隔离，具体为：先对所述金刚石热沉/GaN基HEMTs外延材料清洗，再进行欧姆接触，然后离子注入隔离，形成肖特基栅，最后生长Si₃N₄隔离层；S7：制备器件电极，具体为：先磁控溅射Ti/Al/TiAu制备源、漏欧姆电极，再He⁺离子注入隔离，磁控溅射Ni/Au，剥离形成肖特基栅电极；接着PECVD生长Si₃N₄场板绝缘介质层；然后用ICP刻蚀进行第一次刻孔；然后磁控溅射金属Ni/Au，剥离形成源金属场板；然后在PECVD上生长Si₃N₄钝化层；然后用ICP刻蚀进行第二次刻蚀接触孔；然后磁控溅射Ni/Au，加厚电极；最后划片封装。