[发明专利]制造钻石半导体复合基板的方法

说明书

一种制造钻石半导体复合基板的方法，方法包括以下步骤：(i)从原生半导体晶圆开始，包括化合物半导体设置在其上的原生碳化硅生长基板；(ii)将碳化硅载体基板贴合至化合物半导体；(iii)移除原生碳化硅生长基板；(iv)形成化合物半导体上的成核层；(v)在成核层上生长多晶化学气相沉积(CVD)钻石以形成复合钻石‑化合物半导体‑碳化硅晶圆；以及(vi)通过激光剥离移除碳化硅载体基板以实现层状结构，包括经由成核层贴合至多晶化学气相沉积钻石的化合物半导体。其中在步骤(ii)中，碳化硅载体基板是经由激光吸收材料贴合至化合物半导体，激光吸收材料吸收在相干长度短于碳化硅载体基板的厚度的激光。

技术领域

本发明涉及一种制造钻石-半导体复合基板的方法。特别是实施例涉及一种从碳化硅(SiC)基板上的氮化镓(GaN)开始，制造钻石基板上的氮化镓(GaN)的方法。

背景技术

下一世代半导体装置和特别是那些基于如氮化镓的化合物半导体，已提出用于高功率和/或高频装置，如高电子迁移率电晶体(high electron mobility transistors,HEMTs)。使得如氮化镓的化合物半导体的所有好处得以实现的一个限制是热管理。为此，提出整合的钻石散热基板，其具有非常高的热传导性，紧邻于半导体装置结构，例如氮化镓系半导体装置结构，以实现更高功率密度的使用、更高装置封装密度和/或增加这些装置的寿命。

近年来，已经开发了在单晶硅基板上制造高品质单晶氮化镓的方法，这些方法基本上涉及在单晶氮化镓外延(epitaxially)生长的硅基板上直接地提供压力管理层以减轻压力，由此产生在单晶硅基板与单晶氮化镓之间的晶格失配(lattice mismatch)。因此，现在市面上以可取得在单晶硅基板上的高品质单晶氮化镓。然而，这样的基板的一个问题是硅材料的热传导性是相对的低，因此，上覆的氮化镓无法被驱动到完全发挥潜力而不产生热管理的问题。

除上述之外，在单晶体碳化硅基板上制造高品质单晶氮化镓的方法也已经开发出来。碳化硅具有比硅高的热传导性。再一次，此方法基本上涉及在单晶氮化镓外延生长的碳化硅基板上直接地提供压力管理层以减轻压力，由此产生在单晶碳化硅基板与单晶氮化镓之间的晶格失配。因此，现在市面上以可取得在单晶碳化硅基板上的高品质单晶氮化镓，并且对于某些应用，在碳化硅基的基板提升热的表现之外，由于氮化镓的某些特性，例如低缺陷密度，使得这样的基板晶圆是优选的。这些碳化硅基的基板的一个缺陷是比硅基的替代更为昂贵。另外，虽然碳化硅的热传导性高于硅，上覆的氮化镓仍然无法被驱动到完全发挥潜力而不产生热管理的问题。

目前可取得的一种可能替代硅和碳化硅的方法，是发展一种在合成钻石基板上制造高品质单晶半导体层，如氮化镓的方法，合成钻石基板相对于其他热管理材料具有更高的热传导性。在这点上，在钻石基板上生长如氮化镓的半导体是可能的，通常具有薄的单晶硅或碳化硅层设置在钻石基板上，其具有氮化镓外延生长在薄的硅或碳化硅层上。然而，当相较于氮化镓生长在硅或氮化硅基板上，由于压力管理问题，至今仍不可能达成相同品质的单晶氮化镓材料在这样的基板上。另外，提供高品质、低缺陷的薄层单晶硅或碳化硅在钻石基板上是困难的，钻石基板提供对于半导体生长好的外延基板，并且也非常薄，例如小于50纳米的厚度，以减轻在上覆的半导体和底下的钻石散热材料之间热阻隔的阻抗问题。

鉴于上述情况，提出一种替代的方法，将氮化镓生长在硅或碳化硅基板上，并接者将氮化镓转移到合成钻石基板。由于单晶半导体通常具有外延层状的结构，所谓”外延层(epilayer)”结构，在暴露的上表面制造对于半导体装置是最佳的，接着在大多数的情况下，希望以合成钻石基板取代底下的硅或碳化硅基板，而不仅是提供钻石层在氮化镓外延层结构暴露的上表面上。也就是说，转移的过程涉及移除原生生长基板和提供合成钻石基板在其位置。在这样的过程当中，有两个因素是重要的：(i)转移的过程部会过度损坏氮化镓外延层结构；和(ii)合成钻石基板是以有源的氮化镓外延层结构与合成钻石材料之间低的热阻隔阻抗的整合，而与氮化镓外延层结构紧密的热接触。