[发明专利]多层复合基板结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可拆解多层复合半导体基板结构及其制作方法，该结构包括一外延层，一外延种子层、一键合界面层，一拆解功能层和一支撑基板层；拆解功能层可通过悬涂或沉积等方法实现，具有用于拆解和缓冲应力的功能；外延种子层通过键合转移等方法至拆解功能层之上，可以用于外延种子层上的外延。该可拆解的多层复合半导体基板可以承受600‑1700℃的外延工艺。拆解的多层复合半导体基板通过拆解功能层可避免高成本的基板薄化或去除工艺，简单高效的获得含外延层的薄膜结构。拆解后，外延种子层亦可通过低成本的方法去除，进而低成本的实现纯外延层薄膜结构。

技术领域

本发明涉及半导体工艺和半导体封装技术领域，特别涉及一种多层复合半导体基板结构及其制备工艺方法。

背景技术

目前大功率、高频的电子器件在5G通信应用中前景巨大，但高功率、高频器件的散热问题是严重限制了器件可靠性和使用寿命。为解决上述器件散热问题的方法之一是将上述器件从原始衬底上剥离下来或将原始衬底减薄后，与具有高热导率材料进行集成。目前去除或减薄原始基体的方法主要有机械研磨，等离子体刻蚀或者化学腐蚀形核层等方法。

(1)机械研磨方法工艺时间长，材料损失多，而且通常研磨后表面需要化学机械抛光，才能和其他材料进行集成。

(2)等离子体刻蚀法会引入热应力，而且同样材料损失大，而且通常刻蚀后表面需要化学机械抛光，才能和其他材料进行集成。

(3)化学腐蚀形核层法需要长时间刻蚀，且刻蚀后的外延层表面粗糙，同样需要化学机械抛光使表面光滑。

综上所述，目前的各种方法工艺复杂且成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明系提供一种可拆解的多层复合半导体基板结构及其制备方法，以解决现有技术实现困难且成本较高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种可拆解的多层复合半导体基板结构，该可拆解的多层复合半导体基板结构包括一外延层、一外延种子层、一拆解功能层、一键合界面层和一支撑衬底，其中：该拆解功能层形成于支撑衬底之上，该外延种子层通过一键合界面层与一拆解功能层键合，该键合界面层形成于外延种子层与拆解功能层的键合工艺，位于外延种子层与拆解功能层之间，外延层生长于外延种子层之上，且可包含形核层和缓冲层；外延层形成后，可对外延层和外延种子层两层或外延层、外延种子层和键合界面层三层又或外延层、外延种子层、键合界面层和可拆解功能层四层进行图形化加工。

上述方案中，该外延层为下列材料中的一种或多种组成：硅、氮化镓、铝氮化镓、氮化铝、氧化镓、硅、碳化硅和金刚石，厚度范围为10纳米-100微米。

上述方案中，该外延种子层为下列材料中的一种或多种组成：硅、氮化镓、铝氮化镓、氮化铝、氧化镓、硅、碳化硅和金刚石，厚度范围为10纳米-50微米；晶型可为单晶和多晶，该外延种子层可通过已知的表面处理方法使其表面光滑，适合外延。

上述方案中，该键合界面层的厚度范围为0.1-50纳米，为下列材料中的一种或多种叠层：硅，氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氮碳化学物、氧化铪、氧化铒和氧化锆；晶型不限，可为非晶、单晶和多晶。

上述方案中，该拆解功能层为下列材料中的一种或多种叠层：硅、氧化硅、锗、磷化铟、镍或类金刚石层等，通过沉积或生长等方法形成于支撑衬底之上，有一上表面，该拆解功能层主要用于其上多层结构的拆解以及外延过程中的应力缓冲，晶型不限，可为非晶、单晶和多晶，厚度范围为50纳米-10微米。

上述方案中，该支撑衬底为下列材料的一种或多种：碳化硅，单氮化镓，蓝宝石(Al₂O₃)，石英，氮化铝，ScAlMgO₄等材料，厚度为200～2000微米，晶型不限，可为单晶和多晶。

根据本发明的另一个方面，提供了上述可拆解多层复合半导体基板的一种制备方法，