一种复合衬底、半导体结构及复合衬底的制备方法与流程
- 国知局
- 2024-09-14 14:24:17
本发明涉及半导体,尤其涉及一种复合衬底、半导体结构及复合衬底的制备方法。
背景技术:
1、随着gan基器件技术的发展和应用,目前世界上的通用照明和发光领域,基本为gan基器件所垄断。由于缺少gan单晶aln,gan基led器件目前主要采用的衬底材料仍然为al2o3(蓝宝石)衬底作为主要衬底材料。然而蓝宝石衬底上外延gan基材料不可避免地产生应力,导致外延片普遍翘曲严重,因此需增加衬底厚度以平衡翘曲;另一方面,蓝宝石衬底的热导很差,现如今gan基器件朝着大功率和小型化的方向发展,发热量越来越大,而低热导则不足以满足发展的需求,进而造成器件失效和寿命大幅下降的问题。
2、aln是一种直接带隙的宽禁带半导体材料,其禁带宽度达到6.1ev。aln是制备深紫外器件和高压、大功率器件的理想基础材料;且由于aln和gan的晶格常数失配度仅有2.4%,热膨胀系数近似相同,所以aln和gan是gan基外延材料的理想衬底,可有效解决蓝宝石衬底与aln或gan外延产生的应力问题,以及翘曲度和衬底厚度增加的问题。
3、然而,aln单晶和gan单晶aln的制备十分复杂,现有技术难以制备大尺寸aln单晶aln和gan单晶aln,且小尺寸aln单晶aln和gan单晶aln制备成本高昂,无法作为商用衬底使用。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种半导体结构,以提高外延晶体质量。
2、根据本发明的一个方面,提供一种复合衬底,包括:
3、单晶aln;
4、位于所述单晶aln底部的支撑基板;
5、以及过渡层,所述过渡层位于所述单晶aln和所述支撑基板之间,所述过渡层包括氧元素。
6、可选地,所述过渡层的材料为氧化物材料,所述过渡层的材料包括al2o3或zro2中任意一种。
7、可选地,所述过渡层为氮化物材料。
8、可选地,所述过渡层的材料包括alon。
9、可选地,所述过渡层为周期性结构,所述周期性结构的最小重复单元为alon/aln层叠结构。
10、可选地,所述支撑基板为多晶材料,所述支撑基板的材料为氮化铝陶瓷衬底、氧化铝陶瓷衬底、碳化硅陶瓷衬底、氮化硼陶瓷衬底、氧化锆陶瓷衬底、氧化镁陶瓷衬底、氮化硅陶瓷衬底、氧化铍陶瓷衬底中的任意一种。
11、可选地,所述单晶aln远离所述支撑基板一侧的表面为平面或图形化表面。
12、可选地,还包括保护层,所述保护层至少覆盖所述支撑基板远离所述单晶aln一侧的表面。
13、可选地,所述保护层还覆盖所述单晶aln、所述过渡层以及所述支撑基板的侧壁。
14、可选地,所述保护层的材料包括alon、sio2或sin中的任意一种。
15、可选地,所述单晶aln远离所述支撑基板一侧的表面为n极性面,或所述单晶aln靠近所述支撑基板一侧的表面为n极性面。
16、可选地,所述支撑基板的厚度大于所述单晶aln的厚度。
17、根据本发明的另一方面,提供一种半导体结构,包括上述任意一项所述复合衬底以及位于所述复合衬底上的外延结构;
18、所述半导体结构为高电子迁移率晶体管器件、垂直功率器件、射频器件及发光二极管器件中任意一种。
19、根据本发明的另一方面,提供一种复合衬底的制备方法,包括:
20、提供牺牲衬底,在所述牺牲衬底上制备单晶aln;
21、提供支撑基板;
22、在所述单晶aln远离所述牺牲衬底的一侧和/或所述支撑基板上制备过渡层,所述过渡层包括氧元素;
23、将所述单晶aln键合至所述支撑基板上,其中,所述过渡层位于所述单晶aln与所述支撑基板之间;
24、去除所述牺牲衬底。
25、可选地,所述在所述单晶aln远离所述牺牲衬底的一侧和/或所述支撑基板上制备过渡层,包括:
26、在所述单晶aln远离所述牺牲衬底的一侧和/或所述支撑基板上沉积所述过渡层。
27、可选地,所述在所述单晶aln远离所述牺牲衬底的一侧和/或所述支撑基板上制备过渡层,包括:
28、对所述单晶aln远离所述牺牲衬底的一侧的表面和/或所述支撑基板的表面离子注入以形成所述过渡层。
29、可选地,所述在所述单晶aln远离所述牺牲衬底的一侧和/或所述支撑基板上制备过渡层,包括:
30、在所述单晶aln远离所述牺牲衬底的一侧和/或所述支撑基板上形成周期性结构,所述周期性结构的最小重复单元为alon/aln层叠结构。
31、可选地,所述单晶aln远离所述支撑基板一侧的表面为n极性面。
32、可选地,所述去除所述牺牲衬底后,所述制备方法还包括:
33、在所述支撑基板远离所述单晶aln一侧的表面制备保护层。
34、可选地,所述去除所述牺牲衬底后,所述制备方法还包括:
35、在所述支撑基板远离所述单晶aln一侧的表面制备保护层,以及在所述单晶aln、所述过渡层和所述支撑基板的侧壁制备保护层。
36、本发明提供的复合衬底、半导体结构及复合衬底的制备方法具有以下有益效果:
37、本发明提供的复合衬底中,位于单晶aln底部的支撑基板可以对单晶aln起到支撑作用以间接增加单晶aln的机械强度,且支撑基板对单晶aln起应力调控作用,降低单晶aln在后续外延过程中翘曲的程度,避免裂片或碎片现象产生;
38、支撑基板的设置可以减小单晶aln的厚度,极大程度上降低复合衬底及半导体结构的生产成本;
39、过渡层位于支撑基板与单晶aln之间,以增加单晶aln与支撑基板之间的键合力并释放单晶aln与支撑基板之间的应力,且过渡层的设置可以有效的避免支撑基板中的位错传递至单晶aln中,有效提高单晶aln的晶体质量;此外,过渡层的设置有效提高复合衬底的击穿电压。
40、本发明提供的半导体结构还可以有效降低外延结构与复合衬底由于晶格失配及热适配产生的应力,极大程度上提高了外延结构的晶体质量及半导体结构的性能。
技术特征:1.一种复合衬底,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的复合衬底,其特征在于,
3.根据权利要求1所述的复合衬底,其特征在于,
4.根据权利要求3所述的复合衬底,其特征在于,
5.根据权利要求1所述的复合衬底,其特征在于,
6.根据权利要求1所述的复合衬底,其特征在于,
7.根据权利要求1所述的复合衬底,其特征在于,
8.根据权利要求1所述的复合衬底,其特征在于,
9.根据权利要求8所述的复合衬底,其特征在于,
10.根据权利要求8-9中任意一项所述的复合衬底,其特征在于,
11.根据权利要求1所述的复合衬底,其特征在于,
12.一种半导体结构,其特征在于,
13.一种复合衬底的制备方法,其特征在于,
14.根据权利要求13所述的复合衬底的制备方法,其特征在于,所述在所述单晶aln(3)远离所述牺牲衬底(6)的一侧和/或所述支撑基板(1)上制备过渡层(2),包括:
15.根据权利要求13所述的复合衬底的制备方法,其特征在于,所述在所述单晶aln(3)远离所述牺牲衬底(6)的一侧和/或所述支撑基板(1)上制备过渡层(2),包括:
16.根据权利要求13所述的复合衬底的制备方法,其特征在于,所述在所述单晶aln(3)远离所述牺牲衬底(6)的一侧和/或所述支撑基板(1)上制备过渡层(2),包括:
17.根据权利要求13所述的复合衬底的制备方法,其特征在于,
18.根据权利要求13所述的复合衬底的制备方法,其特征在于,所述去除所述牺牲衬底(6)后,所述制备方法还包括:
19.根据权利要求13所述的复合衬底的制备方法,其特征在于,所述去除所述牺牲衬底(6)后,所述制备方法还包括:
技术总结本发明提供了一种复合衬底、半导体结构及复合衬底的制备方法,复合衬底包括单晶AlN,位于单晶AlN底部的支撑基板以及过渡层,过渡层位于单晶AlN和支撑基板之间,过渡层包括氧元素;半导体结构复合衬底以及位于复合衬底上的外延结构;本实施例提供的复合衬底中位于单晶AlN底部的支撑基板可以对单晶AlN起到支撑作用以间接增加单晶AlN的机械强度,且支撑基板对单晶AlN起应力调控作用,降低单晶AlN在后续外延过程中翘曲的程度,避免裂片或碎片现象产生。技术研发人员:程凯受保护的技术使用者:苏州晶湛半导体有限公司技术研发日:技术公布日:2024/9/12本文地址:https://www.jishuxx.com/zhuanli/20240914/293883.html
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