一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体霍尔元件的制作方法

文档序号:10094605阅读:779来源:国知局
一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体霍尔元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体技术领域,具体涉及一种II1- V族化合物半导体霍尔元件。
【背景技术】
[0002]21世纪是信息电子化时代,传感器技术是信息社会的重要技术基础。霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁敏传感器,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高,耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀,因此在现代社会中应用越来越广。霍尔元件是直流无刷电机中的关键器件,广泛应用于手机、汽车ABS、电子打火和行驶速度测量,还可用于霍尔电表、电子罗盘、电流电压传感器等,成为国防、工业、民用等许多产业部门不可或缺的关键器件,同时也是军事装备发展的核心技术,在国防工业建设中具有先导作用。
[0003]目前霍尔元件主要采用离子注入法和外延生长法两种方式制备,两种方法都需要一个厚度达到几百微米的单晶衬底材料,制备的霍尔元件包含一个几微米的功能层和几百微米的衬底层,单晶衬底材料价格昂贵,在霍尔元件中不承担功能层的作用,本可以重复利用,在目前制备工艺中,却只能使用一次,存在极大的浪费。另一方面,传统工艺中,作为霍尔元件生产所用的单晶衬底材料,必须为绝缘或半绝缘单晶衬底材料,其价格相比于有一定掺杂的单晶衬底材料要昂贵很多。

【发明内容】

[0004]为此,本实用新型所要解决的是现有II1- V族化合物半导体霍尔元件的制作成本较高,单晶衬底只能使用一次,存在严重浪费的问题,从而提供一种低成本的II1- V族化合物半导体霍尔元件。其中,在霍尔元件的制备过程中,能够实现霍尔元件功能层与单晶衬底材料有效分离,单晶衬底经过处理后,可以重复用于外延生长,另一方面,可以采用更为便宜的掺杂单晶衬底材料,而不是昂贵的半绝缘单晶衬底。
[0005]为解决上述技术问题,本实用新型的技术方案如下:
[0006]a)提供一种II1- V族化合物半导体单晶衬底,优选地,选用砷化镓衬底或磷化铟衬底;
[0007]b)在II1- V族化合物半导体单晶衬底上生长一层牺牲层;
[0008]c)在牺牲层上生长霍尔元件的功能层材料;
[0009]d)在外延功能层表面粘附一层柔性且化学惰性的材料,该层材料可辅助衬底剥离,提高效率和成品率;
[0010]e)选用选择性腐蚀溶液腐蚀牺牲层,实现霍尔元件外延功能层与II1- V族化合物半导体单晶衬底剥离;剥离后的II1- V族化合物半导体单晶衬底,经过简单处理后,可重复使用;
[0011 ] f)将剥离后的外延功能层柔性材料一面,粘附在另一刚性衬底上,优选地,选用硅衬底,玻璃衬底,陶瓷衬底或刚性塑料衬底作为刚性衬底;
[0012]g)在霍尔元件功能层上,制备欧姆接触金属,以及完成台面腐蚀、钝化等工艺;
[0013]h)将制备欧姆接触金属的霍尔元件,通过倒装焊等工艺技术,组装至预先金属图形化的绝缘散热基板上,然后利用选择性很高的溶液,溶解掉前面工艺中所使用的粘合剂,将霍尔元件与起支撑作用的柔性材料及刚性衬底分离,可以制备厚度仅为几个微米的霍尔元件。同时,通过在绝缘散热基板上打线封装,而不是在霍尔元件金属电极上直接打线,可有效减小霍尔元件的芯片尺寸(打线封装要求金属块具有较大的面积)。
[0014]根据本实用新型的一个实施例的一种II1-V族化合物半导体霍尔元件,其中,所述的II1- V族化合物半导体单晶衬底为砷化镓(GaAs),所述牺牲层为砷化铝(AlAs),所述的选择性腐蚀溶液为氢氟酸(HF)溶液。
[0015]综上所述,本实用新型利用外延剥离技术,制备了一种非常具有成本优势的霍尔元件。对于II1- V族化合物半导体单晶衬底,每次处理消耗的厚度不超过10微米,500微米的衬底,至少可以重复使用20次。同时,传统工艺制备的霍尔元件,要求II1- V族化合物半导体单晶衬底是半绝缘的,其价格相对于掺杂单晶衬底要昂贵许多,而采用我们的衬底剥离技术,对于单晶衬底的导电性没有要求,可以采用掺杂单晶衬底,进一步降低成本。
【附图说明】
[0016]以下,结合附图来详细说明本实用新型的实施方案。附图中:001为II1- V族化合物半导体单晶衬底;002为牺牲层;003为霍尔元件功能层;004为柔性材料;005为刚性支撑衬底;006为欧姆接触电极;007为图形化金属;008为绝缘散热底座。
[0017]图1 II1- V族化合物半导体单晶衬底上生长霍尔元件外延功能层,包括II1- V族化合物半导体单晶衬底001,牺牲层002,霍尔元件功能层003;
[0018]图2在外延功能层003上粘附柔性材料004,包括II1- V族化合物半导体单晶衬底001,牺牲层002,霍尔元件功能层003,柔性材料004 ;
[0019]图3示意牺牲层002被腐蚀掉后,II1- V族化合物半导体单晶衬底001和霍尔元件功能层003、柔性材料004分离;
[0020]图4示意剥离后的霍尔元件功能层003、柔性材料004与刚性支撑衬底005粘附在一起;
[0021]图5采用半导体平面工艺,制备霍尔元件欧姆接触电极006,以及台面腐蚀,钝化等工艺;
[0022]图6采用倒焊工艺,将霍尔元件的欧姆接触电极006与预先金属化的绝缘散热底座008组装在一起,绝缘散热底座的金属化图形为007 ;
[0023]图7在图6的基础上,将柔性材料004、刚性支撑衬底005与霍尔元件其他部分分离。
【具体实施方式】
[0024]实施例1:
[0025]首先取一砷化镓单晶衬底,通过金属有机化学气相沉积(M0CVD)或者分子束外延(MBE),在衬底上生长一层砷化铝(AlAs)牺牲层,以及霍尔元件功能层。生长完成后,取外延片,表面旋涂一层粘合剂A,该粘合剂与后续半导体平面工艺兼容,工艺过程中不会发生变化,然后取一柔性材料B粘附其上,该柔性材料也与半导体平面工艺兼容,不会变化。将处理后的外延片浸泡于含有氢氟酸的溶液中,氢氟酸对砷化铝(AlAs)和砷化镓(GaAs)的反应选择比超过10000。利用氢氟酸对牺牲层砷化铝(AlAs)的高腐蚀性,将牺牲层全部腐蚀掉,使霍尔元件功能层与砷化镓单晶衬底剥离。
[0026]另外再取一尺寸与砷化镓单晶衬底完全一样的娃片,在娃片表面旋涂一层粘合剂A,将剥离后的柔性材料B与霍尔元件功能层粘附与硅片上,柔性材料B —侧与硅片相粘合。按照标准霍尔元件的工艺,采用常规光刻方法,旋涂光刻胶,曝光,显影,得到霍尔元件电极图形。然后利用电子束蒸发(E-beam)蒸镀金-锗(Au_Ge)合金,在去胶液中溶解掉光刻胶后,附着于光刻胶上的金属脱落,剩余的金属则为霍尔元件的欧姆接触金属。氮气气氛中快速退火,使金属与半导体材料形成良好的欧姆接触。接着采用光刻套刻的方法,继续在外延层表面旋涂光刻胶,曝光,显影,得到霍尔元件台面腐蚀的图形。采用化学湿法腐蚀或者干法腐蚀,去除掉没有光刻胶保护区域的半导体材料,得到霍尔元件四叶草形状的图案。去除隔离保护的光刻胶,然后利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),在霍尔元件表面镀上一层氮化硅(SiNx)钝化层材料,以保护霍尔元件。再次采用光刻套刻的方法,制备腐蚀掉霍尔元件欧姆接触金属上覆盖的钝化层材料的图形,然后利用干法刻蚀,去除欧姆接触金属上的氮化硅(SiNx),最后利用去胶液,去除光刻胶。
[0027]取一绝缘散热基板,基板上按照霍尔元件的金属图形排布,制备对称的金属图形,然后采用倒焊工艺,将霍尔元件的金属与绝缘散热底座的金属焊接在一起。最后,使用可以去除粘合剂A的溶液,将粘合剂A溶解,使柔性材料B及硅片与霍尔元件分离。至此,整个工艺过程全部完成。
【主权项】
1.一种II1- V族化合物半导体霍尔元件,其结构包括自下而上设置的绝缘散热底座、欧姆接触电极、霍尔元件功能层薄膜,其特征在于:霍尔元件结构中不含II1- V族化合物半导体单晶衬底,采用绝缘散热底座作为支撑。2.如权利要求1所述的一种II1- V族化合物半导体霍尔元件,其特征在于:所述霍尔元件功能层薄膜通过外延生长方式制备。3.如权利要求1所述的一种II1- V族化合物半导体霍尔元件,其特征在于:所述霍尔元件功能层薄膜通过外延剥离方式与II1- V族化合物半导体单晶衬底分离。4.如权利要求1所述的一种II1- V族化合物半导体霍尔元件,其特征在于:所述绝缘散热底座,预先制备了电极图形。5.如权利要求1所述的一种II1- V族化合物半导体霍尔元件,其特征在于:所述绝缘散热底座为散热陶瓷片。
【专利摘要】本实用新型公开了一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体霍尔元件,其结构包括霍尔元件功能层薄膜,通过倒装焊的方式组装在绝缘散热底座上,绝缘散热底座预先已制备好电极图形。用于生长霍尔元件功能层薄膜的单晶衬底,通过衬底剥离的方式,与霍尔元件功能层薄膜分离,昂贵的单晶衬底经过简单处理后,可以重复用于外延生长,重复次数在20次以上,可大大降低生产成本。
【IPC分类】H01L43/06
【公开号】CN205004354
【申请号】CN201520756633
【发明人】胡双元, 黄勇, 朱忻
【申请人】苏州矩阵光电有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月28日
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