转移衬底的氮化镓基高电子迁移率晶体管制作的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别是指转移衬底的氮化镓基高电子迀移率晶体管制作的方法。该方法采用激光剥离的方法，把外延在蓝宝石衬底上氮化镓基高电子迀移率晶体管与蓝宝石衬底进行剥离，同时把剥离后的高电子迀移率晶体管用键合、电镀等方法转移到硅、铜、氮化铝等导电、导热性能优良的基板上。
【背景技术】
[0002]微波晶体管的主要器件类型有同质结双极型晶体管(BJT)、异质结双极型晶体管(HBT)、金属半导体场效应晶体管(MESFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和高电子迀移率晶体管(HEMT)等。
[0003]GaN材料的禁带宽度大(Eg = 3.4eV)，临界击穿场强(3.3MV/cm)较大，制作电子器件具有耐高温、高压的特点；它的电子饱和漂移速度达到2.5X107cm/s，适宜于制作高频电子器件；它与AlGaN材料形成的异质结构中可形成面密度高达113CnT2以上的二维电子气(2DEG)，且界面处电子迀移率接近2000cm2/V.s，完全符合在大电流状态下工作的功率器件要求；而且它的热导率> 1.3W/cm*K，较为利于功率器件的散热。GaN材料是制备高频、大功率微波晶体管的首选材料。
[0004]由于GaN缺乏同质衬底，GaN材料主要采用异质外延方法进行生长。目前生长GaN基器件材料最常用的衬底是蓝宝石、Si和SiC。蓝宝石衬底是目前最被广泛应用于外延氮化镓基材料的衬底，在材料的晶体质量及生产成本之间是最优的结果。蓝宝石极低的热导率(0.5W/cm*K)限制了器件的散热，从而制约了器件的输出功率和器件工作的稳定性与可靠性。SiC虽然具有优良的热导率(4.49W/cm.K)，但其成本非常昂贵，衬底尺寸也不尽如人意。采用Si衬底异质外延生长GaN材料具有以下优点:(1)价格低廉。目前2英寸Si片的市场价格仅为蓝宝石的三分之一，相比SiC更是价格低廉。(2)容易得到大面积高质量的衬底。(3)与蓝宝石衬底相比，Si衬底具有优越的散热性能，其热导率与GaN接近，在高温、高频条件下工作将表现出更多的优越性。(4) Si基GaN微电子器件可以与成熟的Si器件做在同一块晶片上，实现器件集成。成熟的Si器件工艺可以稳定的进行减薄、倒装、封装等步骤，同时提高器件工作的可靠性。(5)与蓝宝石和SiC衬底相比，Si衬底的减薄、切害J、解理等加工工艺简单，能极大降低器件制作成本。(6)相对于蓝宝石的绝缘性，Si则容易获得不同电阻值的η型或ρ型材料。采用低阻Si衬底研制的GaN基器件可以做成异侧电极器件，降低了工艺复杂性，并增加了制作管芯的数量。
[0005]虽然在Si衬底上外延生长GaN材料具有上述许多优点，但是由于Si衬底和GaN之间具有较大的晶格失配和热膨胀系数差异，Si基GaN异质外延生长要比在蓝宝石和SiC衬底上困难得多:Si衬底上外延生长GaN最主要的问题是应力导致的裂纹问题。高温生长后的降温过程中，由于Si衬底和GaN外延层之间高的热膨胀系数失配(56% )会导致GaN薄膜受到很大的张应力，这是裂纹产生的主要原因。另外GaN和Si之间的晶格失配(17%)使GaN外延层在生长过程中承受很大的张应力，同样会导致裂纹产生。在高裂纹密度的GaN材料上无法制作器件。其次是晶体质量问题。过大的晶格失配不仅会使GaN外延层处于张应变状态，而且导致GaN层中产生大量失配位错，其密度高达1iciCnT2数量级，严重影响了GaN材料的晶体质量，从而限制器件性能的提高。此外，衬底中Si原子的扩散也是一个重要问题。Si衬底的热稳定性较蓝宝石差，高温生长过程中，Si原子的扩散加剧，使得GaN外延层中含有一定量的Si原子。这些Si原子可以与生长室中的氨气反应形成SixNy非晶薄膜，影响GaN外延层的晶体质量。同时，Ga原子与衬底表面的Si原子发生回熔腐蚀反应，使材料界面变得粗糙，也会降低GaN的晶体质量。
【发明内容】
[0006]本发明专利的目的在于提供一种转移衬底的氣化嫁基尚电子迁移率晶体管制作的方法，把外延在蓝宝石衬底上的氮化镓基高电子迀移率晶体管器件通过激光剥离的办法把氮化镓基高电子迀移率晶体管与不导电、导热性能差的蓝宝石衬底分离，并把氮化镓基高电子迀移率晶体管通过热压键合或电镀的方法转移到硅、铜、氮化铝陶瓷等基板上。该方法把蓝宝石衬底上外延的高质量的氮化镓基高电子迀移率晶体管与导电、易于与目前的硅基集成电路集成、导热性能好的硅、铜、氮化铝陶瓷等衬底相结合。可以在高质量的氮化镓基高电子迀移率晶体管外延材料的基础上，结合硅、铜、氮化铝陶瓷等衬底散热性能好、易于与成熟的硅集成电路器件做在同一块晶片上，实现器件集成等优点相结合。
[0007]本发明提供一种转移衬底的氮化镓基高电子迀移率晶体管的制作方法，包括如下步骤:
[0008]步骤1:在衬底上依次生长低温成核层、氮化镓高阻层、高迀移率氮化镓层、氮化铝插入层、铝镓氮势皇层和氮化镓帽层，形成氮化镓基高电子迀移率晶体管；
[0009]步骤2:通过热压键合或电镀在氮化镓帽层的表面制备硅、铜或氮化铝的第一导电衬底；
[0010]步骤3:通过激光剥离工艺，将衬底与低温成核层分离；
[0011]步骤4:通过机械磨抛的方法，将与衬底分离后，暴露的氮化镓高阻层的表面磨抛平整；
[0012]步骤5:通过热压键合或电镀工艺在氮化镓高阻层的表面制备硅、铜、氮化铝的第二导电衬底，将氮化镓基高电子迀移率晶体管转移到硅、铜、氮化铝的第二导电衬底上；
[0013]步骤6:通过机械磨抛或者化学腐蚀的方法，把通过热压键合或电镀在氮化镓帽层上的第一导电衬底去除掉；
[0014]步骤7:在氮化镓帽层上面的两侧制作源、漏的欧姆接触电极；
[0015]步骤8:在氮化镓帽层上面的中间制作栅极的肖特基接触电极完成制备。
[0016]本发明的有益效果是，其可以把蓝宝石衬底上外延的高质量的氮化镓基高电子迀移率晶体管与导电、易于与目前的硅基集成电路集成、导热性能好的硅、铜、氮化铝陶瓷等衬底相结合。可以在高质量的氮化镓基高电子迀移率晶体管外延材料的基础上，结合硅、铜、氮化铝陶瓷等衬底散热性能好、易于与成熟的硅集成电路器件做在同一块晶片上，实现器件集成等优点相结合，是制备高性能氮化镓基高电子迀移率晶体管的有效方法。
【附图说明】
[0017]为进一步说明本发明的内容，以下结合【具体实施方式】对本发明做一个详细的描述，其中:
[0018]图1是本发明的方法流程图；
[0019]图2是外延在蓝宝石衬底上的氮化镓基高电子迀移率晶体管；
[0020]图3是通过热压键合或电镀在氮化镓帽层的表面制备硅、铜、氮化铝等转移过渡衬底；
[0021]图4是通过激光剥离工艺，将蓝宝石衬底与氮化镓高阻层分离。并通过机械磨抛的方法，将与蓝宝石衬底分离的氮化镓高阻层的表面磨抛平整；
[0022]图5是通过热压键合或电镀在氮化镓高阻层的表面制备硅、铜、氮化铝等转移衬底，将氣化嫁基尚电子迁移率晶体管转移到娃、铜、氣化销等转移衬底上；
[0023]图6是通过机械磨抛或者化学腐蚀的办法，把通过热压键合或电镀在氮化镓帽层的表面制备的硅