[发明专利]一种高效散热半导体衬底及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体技术领域，提供了一种高效散热半导体衬底及其制备方法。本发明在半导体基底背面沉积金刚石薄膜，然后在正面依次进行减薄和抛光，得到高效散热半导体衬底。本发明提供的衬底正面为极薄的半导体衬底层，背面为高效散热的金刚石薄膜，既符合材料外延生长的要求，也具有优良的导热能力，利用其制备半导体光电子器件，能够提升器件的性能，免除常规光电子器件制备工艺中的减薄、抛光的工艺步骤，不会对正面的器件结构及正面电极造成损伤。

技术领域

本发明涉及新型衬底材料技术领域，特别涉及一种高效散热半导体衬底及其制备方法。

背景技术

半导体衬底在集成电路和光电子器件中有着重要应用。半导体光电子器件电光转换达不到100％的效率，功耗会以热能形式散发和转移，散热是半导体光电子器件可靠设计中所要考虑的重要部分。由于半导体光电子器件是靠电能才能工作的器件，散热无论在性能和产品使用寿命方面都起着重要作用。大功率光电子器件的散热问题一直是研发的重中之重，散热问题已成为影响光电子器件性能提升的重要影响因素。

目前，光电子器件材料都是外延在表面平整度极好的晶体衬底表面，用于III-V族光电子器件常见的半导体衬底有GaAs、InP、GaSb、蓝宝石、Si等，这些衬底厚度通常在350μm～650μm左右，在完成器件工艺制备后这些衬底还需要减薄抛光至100μm左右以降低衬底材料在器件工作中造成的热阻和产生的热量，但即使进行了减薄和抛光，这样厚度的衬底仍然会产生大量的热，同时散热能力欠佳，且在减薄、抛光过程中会对正面的器件结构及正面电极造成损伤，带来器件破坏的风险。

因此，提供一种既符合材料外延生长的要求，又具有优良的导热能力的衬底，减少器件制备工艺中的减薄、抛光工艺步骤，简化制备流程是实现半导体光电子器件性能提升的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种高效散热半导体衬底及其制备方法。本发明提供的高效散热基底为超薄衬底，具有优良的散热能力，利用本发明的衬底进行半导体器件的制备，能够免除常规光电子器件制备工艺中的减薄、抛光的工艺步骤，不会对正面的器件结构及正面电极造成损伤。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种高效散热半导体衬底的制备方法，包括以下步骤：

在半导体基底背面沉积金刚石薄膜，然后在正面依次进行减薄和抛光，得到高效散热半导体衬底。

优选的，所述半导体基底为GaAs基底、InP基底、GaSb基底、蓝宝石基底或Si基底。

优选的，所述沉积前还包括将所述半导体基底进行预处理；所述预处理包括以下步骤：

将所述半导体基底依次在丙酮、异丙醇和水中进行超声清洗，然后进行等离子体清洗。

优选的，所述金刚石薄膜的厚度为15～35μm。

优选的，所述沉积的方法为微波等离子体化学气相沉积；所述微波等离子体化学气相沉积的生长气氛为氢气、甲烷和氧气，所述氢气的流量为300～500sccm，甲烷的流量为10～35sccm，氧气的流量为2～5sccm；所述微波等离子体化学气相沉积的时间为30～150min，生长温度为400～600℃，微波功率为3000～5000W。

优选的，所述减薄具体为将半导体基底的厚度减薄至60～70μm。

优选的，所述抛光具体为将半导体基底的厚度抛光至40～50μm，且抛光后基底表面的均方根粗糙度小于3nm。

优选的，所述抛光后还包括将抛光后的半导体基底进行后处理；所述后处理包括以下步骤：

将抛光后的半导体基底在甲苯中进行热处理，然后依次在丙酮、异丙醇和水中进行超声清洗，再使用氮气吹干。