大尺寸晶圆透明GaNHEMT器件的制备方法

本发明属于半导体器件，具体涉及大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法。

背景技术：

1、第三代半导体材料-氮化镓及其三族氮化物材料具有宽带隙、高电子饱和速度等优势，氮化镓基异质结具有高电子浓度、高迁移率等优点，其被广泛应用于射频器件和电力电子器件领域。氮化镓是直接带隙半导体，禁带宽度为3.4ev，因此可作为透明半导体材料；氮化镓hemt器件具有高击穿电压、低导通电阻、高开关频率以及体积小的特性，可用来制备透明器件。

2、氮化镓生长的衬底材料有蓝宝石、碳化硅、硅衬底以及氮化镓自衬底，其中氮化镓自衬底生长的晶圆质量最好，但是其价格昂贵、尺寸小且机械性能较差；蓝宝石、碳化硅和氧化锌衬底虽然具有透明度，但其尺寸比较小，价格也较贵，且蓝宝石导热性差，其与gan的晶格失配高。硅是以上衬底中唯一可以做大尺寸晶圆的衬底，且其价格低，质量好。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，在硅衬底上完成外延生长和器件制备后将其转移到透明衬底上，保证了整体器件的透明性。

2、本发明所采用的技术方案是，大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，具体按照以下步骤实施：

3、s1：在大尺寸硅片上制备透明氮化镓hemt器件晶圆；

4、s2：将氮化镓hemt器件晶圆翻转，临时键合在载片上；

5、s3：去除氮化镓hemt器件晶圆背面的硅衬底；

6、s4：将氮化镓hemt器件晶圆键合在透明衬底上；

7、s5：解临时键合。

8、本发明的特点还在于，

9、s1中，氮化镓hemt器件晶圆自下而上依次包括衬底层，复合缓冲层，沟道层，隔离层，势垒层以及帽层，帽层上设置有源电极、栅电极和漏电极；复合缓冲层，从下而上包括成核层、过渡层、缓冲层；沟道层和势垒层的材料为三族氮化物半导体，形成异质结结构，并在沟道层和势垒层的界面形成二维电子气；衬底层、复合缓冲层、沟道层、势垒层以及源电极、栅电极和漏电极均为在可见光区间透明的材料。

10、衬底层厚度为100μm-1000μm，材料为硅；成核层的材料为氮化铝，厚度为10nm-300nm；过渡层的材料为铝镓氮或者氮化铝/氮化镓超晶格或者铝镓氮/氮化镓超晶格，厚度为100nm-1000nm；缓冲层的材料为氮化镓或者铝镓氮，厚度为100nm-3000nm；沟道层的厚度为100nm-500nm，材料为氮化镓或铟镓氮或氮化铝；势垒层的厚度为5nm-40nm，材料为铝镓氮或铟镓氮；隔离层的材料为氮化铝，厚度为0.5nm-3nm；帽层的材料为氮化镓，厚度为0.5nm-3nm。

11、源电极和漏电极的材料为具有导电性的ito透明金属氧化物，或具有导电性的掺杂氧化锌透明金属氧化物，或石墨烯，或纳米金属线，或任意几种的组合；栅电极的材料为具有导电性的ito透明金属氧化物，或具有导电性的掺杂氧化锌透明金属氧化物，或石墨烯透明材料，或纳米金属线，或任意几种的组合。

12、s2中，临时键合的方法为热压临时键合或uv固化临时键合；载片为硅片。

13、s3中，去除背面硅衬底方法为化学腐蚀法、机械研磨法、等离子刻蚀法中的任意一种或者几种组合。

14、s4中，键合方法为黏合剂键合或者直接键合；透明衬底为玻璃。

15、s5中，解临时键合的方法为机械解键合法、热滑移解键合法、激光解键合法、化学解键合法中的任意一种。

16、本发明的有益效果是：

17、本发明的方法，使透明氮化镓器件不再受限于衬底材料的透明性，在硅衬底上完成外延生长和器件制备后将其转移到透明衬底上，保证了整体透明性，避免了直接在透明衬底晶圆上加工gan hemt器件；另外，该方法工艺简单，无需额外价格高昂的设备，降低了透明氮化镓器件制备的成本，适用于制作大尺寸器件晶圆。

技术特征：

1.大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，其特征在于，所述s1中，透明氮化镓hemt器件晶圆自下而上依次包括衬底层(1)，复合缓冲层(2)，沟道层(3)，隔离层(24)，势垒层(4)以及帽层(25)，帽层(25)上设置有源电极(5)、栅电极(7)和漏电极(6)；复合缓冲层(2)，从下而上包括成核层(21)、过渡层(22)、缓冲层(23)；沟道层(3)和势垒层(4)的材料为三族氮化物半导体，形成异质结结构，并在沟道层(3)和势垒层(4)的界面形成二维电子气；衬底层(1)、复合缓冲层(2)、沟道层(3)、势垒层(4)以及源电极(5)、栅电极(7)和漏电极(6)均为在可见光区间透明的材料。

3.根据权利要求2所述的大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，其特征在于，衬底层(1)厚度为100μm-1000μm，材料为硅；成核层(21)的材料为氮化铝，厚度为10nm-300nm；过渡层(22)的材料为铝镓氮或者氮化铝/氮化镓超晶格或者铝镓氮/氮化镓超晶格，厚度为100nm-1000nm；缓冲层(23)的材料为氮化镓或者铝镓氮，厚度为100nm-3000nm；沟道层(3)的厚度为100nm-500nm，材料为氮化镓或铟镓氮或氮化铝；势垒层(4)的厚度为5nm-40nm，材料为铝镓氮或铟镓氮；隔离层(24)的材料为氮化铝，厚度为0.5nm-3nm；帽层(25)的材料为氮化镓，厚度为0.5nm-3nm。

4.根据权利要求2所述的大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，其特征在于，源电极(5)和漏电极(6)的材料为具有导电性的ito透明金属氧化物，或具有导电性的掺杂氧化锌透明金属氧化物，或石墨烯，或纳米金属线，或任意几种的组合；栅电极(7)的材料为具有导电性的ito透明金属氧化物，或具有导电性的掺杂氧化锌透明金属氧化物，或石墨烯透明材料，或纳米金属线，或任意几种的组合。

5.根据权利要求1所述的大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，其特征在于，所述s2中，临时键合的方法为热压临时键合或uv固化临时键合；载片为硅片。

6.根据权利要求1所述的大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，其特征在于，所述s3中，去除背面硅衬底方法为化学腐蚀法、机械研磨法、等离子刻蚀法中的任意一种或者几种组合。

7.根据权利要求1所述的大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，其特征在于，所述s4中，键合方法为黏合剂键合或者直接键合；透明衬底为玻璃。

8.根据权利要求1所述的大尺寸晶圆透明gan hemt器件的制备方法，其特征在于，所述s5中，解临时键合的方法为机械解键合法、热滑移解键合法、激光解键合法、化学解键合法中的任意一种。

技术总结
本发明公开了大尺寸晶圆透明GaN HEMT器件的制备方法，具体为：在大尺寸硅基氮化镓HEMT晶圆上进行系列器件制备工艺，包括欧姆电极制备、台面隔离和肖特基栅极制备等；在正面工艺结束后将晶圆翻转临时键合到载片上；将硅基氮化镓HEMT晶圆的硅衬底去除；然后将透明衬底与氮化镓异质晶圆紧密地结合起来；最后解晶圆正面的临时键合。本发明的方法，借助硅基氮化镓HEMT晶圆，可以实现6英寸、8英寸或者更大尺寸晶圆制备；在硅衬底上完成外延生长和器件制备后将其转移到透明衬底上，保证了整体透明性，避免了直接在透明衬底晶圆上加工GaN HEMT器件。

技术研发人员：刘志宏,赵雪利,许淑宁,危虎,邢伟川,侯松岩,张苇杭,周瑾,张进成,郝跃
受保护的技术使用者：西安电子科技大学广州研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12