[发明专利]一种SiC基GaN外延片的剥离方法

说明书

本发明公开了一种SiC基GaN外延片的剥离方法，具体包括以下步骤：步骤S1：通过注入氧离子，在SiC衬底表层下形成氧层及SiO₂，同时，反应形成气泡层；步骤S2：在SiC衬底表层上生成GaN外延；步骤S3：沿着气泡层进行激光切割，得到SiC基GaN外延片。本发明可以快速有效的剥离SiC衬底，从而回收SiC衬底，提高SiC衬底的使用率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特指一种SiC基GaN外延片的剥离方法。

背景技术

SiC材料具有良好的物理和化学性能，如化学性能稳定、热膨胀系数小、耐腐蚀、抗磨损、高强度、高硬度等一系列优点，因而在机械电子、复合材料、航空航天等领域具有广阔的应用前景。特别是随着武器装备现代化的迅速发展，各种先进技术的不断发展，对耐高温、抗辐照等恶劣环境工作的高性能电子器件的需求日益迫切，而传统半导体器件在高功率、高温领域已显现出诸多局限性。因此，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体为代表的第三代半导体材料应运而生。宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和电子迁移速率高、热导率高、介电常数小、抗辐照能力强，以及良好的化学稳定性等优点，器件功率密度是Si、GaAs功率密度的10倍以上，非常适合制备大功率微波器件。采用此类半导体材料制造的器件具有以下独特的优点：工作温度高、工作温度范围宽；工作电压高、功率密度高、单元功率大；附加效率高；具有极具竞争力的噪声系数指标；阻抗高，便于宽带匹配；抗辐照能力强。

但由于SiC晶体结构的特殊性而使其成为公认的典型难加工材料。SiC作为C和Si唯一稳定的化合物，其晶格结构由致密排列的两个亚晶格组成，每个Si（或C）原子与周边包围的C（或Si）原子通过定向的强四面体SP³键结合，虽然SiC的四面体键很强，但层错形成能量却很低，这一特点决定了SiC的多型体现象，每种多型体的C/Si双原子层的堆垛次序不同，导致SiC单晶的生长过程及其复杂，诸多工艺参数影响最终的晶体质量，这导致了SiC衬底都非常昂贵，芯片研发成本较高。

因SiC晶片加工翘曲度和总厚度变化受限，以及SiC基GaN外延生长过程中温度和应力的影响，SiC衬底需求至少500um，但实际应用中，SiC基GaN器件在实际应用中厚度不足120um，在传统工艺过程中，用研磨去除多余SiC衬底，导致400um SiC衬底浪费。

继而有业者对此进行研究，如专利CN107326435A公布的一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，通过在SiC衬底表层下注入氢离子形成氢离子层，使得SiC衬底表层下的氢离子层处于富氢状态从而形成氢层，方法简单且形成氢层稳定。但是，此种方法具有如下缺点：H₂注入后形成Si-H键，在生长GAN（氛围900℃以上）过程中Si-H键会断开，SiC晶格会容易得到修复，后续高温回火及激光剥离会增加难度。

因此，如何快速有效的剥离SiC衬底得到SiC基GaN外延片，同时又能提高SiC衬底的使用率，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种SiC基GaN外延片的剥离方法，可以快速有效的剥离SiC衬底，从而回收SiC衬底，提高SiC衬底的使用率。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种SiC基GaN外延片的剥离方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：通过注入氧离子，在SiC衬底表层下形成氧层及SiO₂，同时，反应形成气泡层；

步骤S2：在SiC衬底表层上生成GaN外延；

步骤S3：沿着气泡层进行激光切割，得到SiC基GaN外延片。

进一步，在SiC衬底表层下50 um处形成氧层。

进一步，步骤S1中，在注入氧离子前，在SiC衬底上沉积氮化硅介质层。