專利名稱：陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型揭示生長在陶瓷襯底的氮化鎵基芯片(包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管)及制造的方法和工藝，屬于半導(dǎo)體電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，藍(lán)寶石襯底是生長氮化鎵基芯片(包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)、氮化鎵基高電子遷移率晶體管，等)的通用的生長襯底，關(guān)于這一技術(shù)路線，已有數(shù)千項(xiàng)專利。為了制造垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片，通用的方法是采用激光剝離的方法剝離藍(lán)寶石，已有多項(xiàng)專利覆蓋這一技術(shù)。但是，藍(lán)寶石襯底與氮化鎵基外延層之間的晶格常數(shù)的匹配較差，熱脹系數(shù)的匹配較差，藍(lán)寶石襯底的熱導(dǎo)率低和價(jià)格高，剝離藍(lán)寶石襯底的工藝復(fù)雜。因此，需要不同的技術(shù)路線，即，生長在不同的襯底上的氮化鎵基芯片及批量生產(chǎn)的方法，由此得到的氮化鎵基芯片具有晶格常數(shù)匹配好，熱脹系數(shù)匹配好、導(dǎo)熱率高、價(jià)格低、剝離生長襯底的工藝簡單，等優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供生長在陶瓷襯底上的氮化鎵基芯片及制造的方法，克服了藍(lán)寶石襯底的氮化鎵基芯片的缺點(diǎn)，具有晶格常數(shù)的匹配好、熱脹系數(shù)的匹配較好、導(dǎo)熱率高、價(jià)格低、剝離生長襯底的工藝簡單，等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的組成部分包括，陶瓷襯底、 緩沖層和氮化鎵基外延層。緩沖層形成在陶瓷襯底和氮化鎵基外延層之間。其中，陶瓷襯底包括，氮化鋁陶瓷襯底、氧化鋁陶瓷襯底、碳化硅陶瓷襯底、氮化硼陶瓷襯底、氧化鋯陶瓷襯底、氧化鎂陶瓷襯底、氮化硅陶瓷襯底或氧化鈹陶瓷襯底。對陶瓷襯底進(jìn)行等離子(plasma)處理或激光處理。緩沖層的結(jié)構(gòu)是下述結(jié)構(gòu)之一 (1)低溫氮化鋁層；(2)高溫氮化鋁層；(3)成分分層結(jié)構(gòu)；(4)中間媒介層；(5)上述的結(jié)構(gòu)(1)、結(jié)構(gòu)O)、結(jié)構(gòu)(3)、結(jié)構(gòu)(4)的組合。其中，結(jié)構(gòu)(1)、結(jié)構(gòu)O)、結(jié)構(gòu)(3)、結(jié)構(gòu)⑷的組合包括，(a)依次形成的低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層；(b)依次形成的低溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(c)依次形成的中間媒介層和低溫氮化鋁層；(d)依次形成的中間媒介層和高溫氮化鋁層；(e)依次形成的中間媒介層和成分分層結(jié)構(gòu)；(f)依次形成的低溫氮化鋁層、高溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(g)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層；(h)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(i)依次形成的中間媒介層、高溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(j)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層、高溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(k)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層、成分分層結(jié)構(gòu)和高溫氮化鋁層。形成低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層的方法包括，對鋁表面進(jìn)行氮化的方法、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積爐外延生長、分子束外延生長、濺射(sputtering)。其中，采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積爐外延形成低溫氮化鋁層時(shí)，溫度在40(TC至60(TC;形成高溫氮化鋁層時(shí)，溫度在900°C至1100°C。低溫氮化鋁層的厚度在埃到微米的范圍。 在成分分層結(jié)構(gòu)的不同深度，兩種成分鋁和鎵之間的比例不同。成分分層結(jié)構(gòu)包括，氮化鎵-鋁鎵氮-氮化鋁(AlxGahN)分層結(jié)構(gòu)，其中0彡X彡1。一個(gè)實(shí)施例，設(shè)置氮化鎵-鋁鎵氮-氮化鋁(AlxGai_xN)外延層的與陶瓷襯底或中間媒介層或低溫氮化鋁層或高溫氮化鋁層相接觸的表層的各種成分之間的比例使得氮化鎵-鋁鎵氮-氮化鋁外延層與陶瓷襯底或中間媒介層或低溫氮化鋁層或高溫氮化鋁層之間的應(yīng)力最小。一個(gè)實(shí)施例先低溫至600°C )生長氮化鋁(AlxGi^xN)(其中，χ = 1)到預(yù)定的厚度，然后，升高溫度 (900°C至IlO(TC)，逐漸加入鎵(1-x)，逐漸減少鋁(x< 1)，繼續(xù)生長，繼續(xù)逐漸減小χ，最后，關(guān)掉鋁(χ = 0)，高溫生長氮化鎵到預(yù)定的厚度。一個(gè)實(shí)施例高溫(900°C至1100°C ) 生長氮化鋁(χ = 1)到預(yù)定的厚度，然后，開始逐漸加入鎵(1-x)，相應(yīng)的減少鋁(χ < 1)， 繼續(xù)生長，并逐漸減小X，最后，關(guān)掉鋁(χ = 0)，高溫生長氮化鎵到預(yù)定的厚度。 中間媒介層形成在陶瓷襯底上；中間媒介層有單層或多層結(jié)構(gòu)，中間媒介層的每層是從一組結(jié)構(gòu)選出，該組結(jié)構(gòu)包括，金屬元素鋁層、鈦層、釩層、鉻層、鈧層、鋯層、鉿層、鎢層、鉈層、鎘層、銦層、金層、上述金屬元素層的組合、上述金屬元素的合金層、上述金屬元素的合金層的組合、上述金屬的氮化物層；中間媒介層的厚度在埃到微米的范圍。形成的方法包括，但不限于真空蒸鍍、濺射、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積爐外延生長、分子束外延生長、 化學(xué)鍍，等。氮化鎵基外延層是從一組外延層中選出，該組外延層包括，由元素鎵、鋁、硼、銦、 氮、磷所組成的二元系、三元系、四元系、五元系，包括，氮化鎵外延層，氮化鋁外延層，硼鋁氮(BAlN)外延層，硼鎵氮(BGaN)外延層，鋁鎵氮(AWaN)外延層，鋁銦鎵氮(AlInGaN)外延層，鎵氮磷(GaNP)外延層，鋁鎵氮磷(AWaNP)外延層，鋁銦鎵氮磷(AlInGaNP)外延層，等。氮化鎵基外延層的組成部分包括，依次形成的第一類型限制層(first cladding layer)、活化層(active layer)、第二類型限制層(second cladding layer)。陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例，組成部分包括，陶瓷襯底、緩沖層、氮化鎵基外延層。其中，緩沖層包括，低溫氮化鋁層、高溫氮化鋁層；低溫氮化鋁層形成在陶瓷襯底上；高溫氮化鋁層形成在低溫氮化鋁層上。氮化鎵基外延層形成在高溫氮化招層上。陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的另一個(gè)實(shí)施例，組成部分包括，陶瓷襯底、 緩沖層、氮化鎵基外延層。其中，緩沖層包括，中間媒介層、低溫氮化鋁層、高溫氮化鋁層；中間媒介層形成在陶瓷襯底上；低溫氮化鋁層形成在中間媒介層上；高溫氮化鋁層形成在低溫氮化鋁層上。氮化鎵基外延層形成在緩沖層的高溫氮化鋁層上。制造陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟提供陶瓷襯底，在陶瓷襯底上形成緩沖層，在緩沖層上形成氮化鎵基外延層。經(jīng)過分割， 成為單個(gè)的氮化鎵基芯片。制造陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的另一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟準(zhǔn)備陶瓷襯底，采用等離子體或激光處理陶瓷襯底，在陶瓷襯底上形成緩沖層，在緩沖層上形成氮化鎵基外延層，經(jīng)過分割，成為單個(gè)的氮化鎵基芯片。[0018]制造陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的另一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟緩沖層包括一中間媒介層；在陶瓷襯底上形成中間媒介層，緩沖層的其他層形成在中間媒介層上，在緩沖層上形成氮化鎵基外延層?；谔沾梢r底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例，組成部分包括，導(dǎo)電支持襯底和氮化鎵基外延層。其中，氮化鎵基外延層的第二類型限制層鍵合在導(dǎo)電支持襯底上，第一類型限制層暴露，活化層形成在第一類型限制層和第二類型限制層之間，構(gòu)成垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。其中，導(dǎo)電支持襯底包括，金屬或合金支持襯底、硅導(dǎo)電支持襯底、碳化硅導(dǎo)電支持襯底、通孔導(dǎo)電支持襯底。通孔導(dǎo)電支持襯底包括，具有多個(gè)通孔的絕緣襯底、形成在絕緣襯底的兩個(gè)主表面上的金屬膜、兩個(gè)主表面上的金屬膜通過通孔中的金屬栓形成電連接?；谔沾梢r底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片一個(gè)實(shí)施例，組成部分包括，氮化鎵基外延層。其中，活化層形成在第一類型限制層和第二類型限制層之間，構(gòu)成垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。注意，這種芯片沒有支持襯底，只有外延層。制造基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟加熱具有金屬的中間媒介層的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基晶片(wafer)，使得中間媒介層中的金屬熔化，分離陶瓷襯底和氮化鎵基外延層，清除暴露的氮化鎵基外延層表面的金屬，刻蝕緩沖層，使得氮化鎵基外延層的第一類型限制層暴露并在其上形成電極。分割氮化鎵基外延層，形成垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。制造工藝中不包括復(fù)雜的激光剝離。注意，這種芯片沒有支持襯底，只有外延層。制造基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟加熱具有中間媒介層的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基晶片(wafer)，使得中間媒介層的金屬熔化，分離陶瓷襯底和氮化鎵基外延層，把氮化鎵基外延層的第二類型限制層鍵合在導(dǎo)電支持襯底上，清除暴露的氮化鎵基外延層表面的金屬，刻蝕緩沖層，使得氮化鎵基外延層的第一類型限制層暴露并在其上形成電極。分割導(dǎo)電支持襯底和鍵合在其上的氮化鎵基外延層，形成垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。制造工藝中不包括激光剝離。制造基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟把具有中間媒介層的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基晶片(wafer)的第二類型限制層鍵合在導(dǎo)電支持襯底上，加熱使得中間媒介層的金屬熔化，分離陶瓷襯底和氮化鎵基外延層，清除暴露的氮化鎵基外延層表面的金屬，刻蝕緩沖層，使得氮化鎵基外延層的第一類型限制層暴露并在其上形成電極。分割導(dǎo)電支持襯底和鍵合在其上的氮化鎵基外延層， 形成垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。制造工藝中不包括激光剝離。因?yàn)樘沾梢r底與氮化鋁層和氮化鎵基外延層有非常接近的熱脹系數(shù)，避免了外延層與生長襯底之間的熱脹系數(shù)的不匹配所產(chǎn)生的外延層內(nèi)的應(yīng)力、位錯(cuò)和畸變。沒有生長襯底和外延層之間的晶格不匹配帶來的缺陷。對于正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片，陶瓷襯底導(dǎo)熱良好，成本低。對于具有中間媒介層的氮化鎵基LED芯片，中間媒介層的金屬具有高反射率，將LED發(fā)出的光反射出去，光取出效率提高。本實(shí)用新型的目的和能達(dá)到的各項(xiàng)效果如下[0029](1)本實(shí)用新型的目的是提供正裝結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片。(2)本實(shí)用新型目的是提供基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。(3)本實(shí)用新型的目的是提供批量生產(chǎn)正裝結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的技術(shù)和工藝。(4)本實(shí)用新型的目的是提供批量生產(chǎn)基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的技術(shù)和工藝。(5)本實(shí)用新型提供的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片，該芯片的陶瓷襯底和氮化鎵基外延層具有接近的熱脹系數(shù)，使得氮化鎵基外延層內(nèi)的應(yīng)力小，降低氮化鎵基外延層的缺陷密度。(6)本實(shí)用新型提供的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片，分離陶瓷生長襯底的工藝簡單。(7)本實(shí)用新型提供陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片，導(dǎo)熱優(yōu)良。(8)本實(shí)用新型提供的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的或垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片成本低。

圖Ia展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。圖Ib展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。圖加展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。圖2b展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的工藝流程的另一個(gè)實(shí)施例。圖3a展示本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖北展示本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖如展示本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖4b展示本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖fe展示本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖恥展示本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖6a展示本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖6b展示本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖7a展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。圖7b展示采用圖7a的工藝制造的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。圖8b展示采用圖8a的工藝制造的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)[0053]圖9a展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。圖9b展示采用圖9a的工藝制造的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖10展示本實(shí)用新型的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。具體實(shí)施例本實(shí)用新型的具體化實(shí)施實(shí)例用于說明本實(shí)用新型的原理，而不是局限本實(shí)用新型于下列具體化實(shí)施實(shí)例。注意，下列各項(xiàng)適用于本實(shí)用新型的所有實(shí)施例(1)本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的組成部分包括，陶瓷襯底、緩沖層、氮化鎵基外延層。緩沖層形成在陶瓷襯底上，氮化鎵基外延層形成在緩沖層上。(2)陶瓷襯底包括，氮化鋁陶瓷襯底、氧化鋁陶瓷襯底、碳化硅陶瓷襯底、氮化硼陶瓷襯底、氧化鋯陶瓷襯底、氧化鎂陶瓷襯底、氮化硅陶瓷襯底或氧化鈹陶瓷襯底。(3)對陶瓷襯底進(jìn)行等離子體處理或激光處理。(4)緩沖層的結(jié)構(gòu)是下述結(jié)構(gòu)之一 (1)低溫氮化鋁層；(2)高溫氮化鋁層；(3)成分分層結(jié)構(gòu)；(4)中間媒介層；(5)上述的結(jié)構(gòu)(1)、結(jié)構(gòu)(2)、結(jié)構(gòu)(3)、結(jié)構(gòu)(4)的組合。其中，結(jié)構(gòu)(1)、結(jié)構(gòu)O)、結(jié)構(gòu)(3)、結(jié)構(gòu)⑷的組合包括，(a)依次形成的低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層；(b)依次形成的低溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(c)依次形成的中間媒介層和低溫氮化鋁層；(d)依次形成的中間媒介層和高溫氮化鋁層；(e)依次形成的中間媒介層和成分分層結(jié)構(gòu)；(f)依次形成的低溫氮化鋁層、高溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(g)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層；(h)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(i)依次形成的中間媒介層、高溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(j)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層、高溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(k)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層、成分分層結(jié)構(gòu)和高溫氮化鋁層。(5)形成低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層的方法包括，對鋁表面進(jìn)行氮化的方法、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積爐外延生長方法、分子束外延生長方法、濺鍍淀積方法、濺射方法。 其中，采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積爐外延形成低溫氮化鋁層時(shí)，溫度在400°C至600°C， 形成高溫氮化鋁層時(shí)，溫度在900°C至1100°C。低溫氮化鋁層的厚度在埃到微米的范圍。(6)在成分分層結(jié)構(gòu)的不同深度，每種成分之間的比例不同。成分分層結(jié)構(gòu)包括， 但不限于，氮化鎵-鋁鎵氮-氮化鋁(AlxGai_xN)分層結(jié)構(gòu)，其中0彡X彡1。例如，設(shè)置氮化鎵-鋁鎵氮-氮化鋁外延層與陶瓷襯底或中間媒介層或低溫氮化鋁層或高溫氮化鋁層相接觸的表層的各種成分之間的比例使得氮化鎵-鋁鎵氮-氮化鋁外延層與陶瓷襯底或中間媒介層或低溫氮化鋁層或高溫氮化鋁層之間的應(yīng)力最小。一個(gè)實(shí)施例先低溫至 6000C )生長氮化鋁(χ = 1)到預(yù)定的厚度，然后，升高溫度(900°C至1100°C )，加入鎵，減少鋁(χ < 1)繼續(xù)生長，并逐漸減小X，最后，關(guān)掉鋁(χ = 0)，高溫生長氮化鎵到預(yù)定的厚度。一個(gè)實(shí)施例高溫(900°C至1100 V )生長氮化鋁(χ = 1)到預(yù)定的厚度，然后，開始逐漸加入鎵(I-X)，相應(yīng)的減少鋁(X< 1)，繼續(xù)生長，并逐漸減小X，最后，關(guān)掉鋁(X = 0)， 高溫生長氮化鎵到預(yù)定的厚度。(7)中間媒介層有單層或多層結(jié)構(gòu)，中間媒介層的每層是從一組結(jié)構(gòu)選出，該組結(jié)構(gòu)包括，金屬元素鋁層、鈦層、釩層、鉻層、鈧層、鋯層、鉿層、鎢層、鉈層、鎘層、銦層、金層、上述金屬元素層的組合、上述金屬元素的合金層、上述金屬元素的合金層的組合、上述金屬的氮化物層；中間媒介層的厚度在埃到微米的范圍。形成的方法包括，但不限于真空蒸鍍、 濺射、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積爐外延生長、分子束外延生長、化學(xué)鍍，等。(8)本實(shí)用新型中所述的“氮化鎵基層”或“氮化鎵基外延層”是從一組外延層中選出，該組外延層包括，但不限于，由元素鎵，招，硼，銦，氮，磷所組成的二元系，三元系，四元，或五元系，包括，氮化鎵外延層，氮化鋁外延層，硼鋁氮外延層，硼鎵氮外延層，鋁鎵氮外延層，鋁銦鎵氮外延層，鎵氮磷外延層，鋁鎵氮磷外延層，鋁銦鎵氮磷外延層，等。(9)氮化鎵基外延層的組成部分包括，依次形成的第一類型限制層、活化層、第二類型限制層。第一類型限制層形成在緩沖層上。(10)制造陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟提供陶瓷襯底，在陶瓷襯底上形成緩沖層，在緩沖層上形成氮化鎵基外延層。經(jīng)過分割，成為單個(gè)氮化鎵基芯片。(11)基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片，包括，氮化鎵基外延層。其中，活化層形成在第一類型限制層和第二類型限制層之間，構(gòu)成垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。(12)基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片，包括，導(dǎo)電支持襯底和氮化鎵基外延層。其中，氮化鎵基外延層的第二類型限制層鍵合在導(dǎo)電支持襯底上，第一類型限制層暴露，活化層形成在第一類型限制層和第二類型限制層之間。(13)導(dǎo)電支持襯底包括，金屬或合金支持襯底、硅導(dǎo)電支持襯底、碳化硅導(dǎo)電支持襯底、通孔導(dǎo)電支持襯底。通孔導(dǎo)電支持襯底包括，具有多個(gè)通孔的絕緣襯底、形成在絕緣襯底的兩個(gè)主表面上的金屬膜、兩個(gè)主表面上的金屬膜通過通孔中的金屬栓形成電連接。(14)制造基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟加熱具有中間媒介層的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基晶片，使得中間媒介層的金屬熔化，分離陶瓷襯底和氮化鎵基外延層，清除暴露的氮化鎵基外延層表面的金屬， 刻蝕緩沖層，使得氮化鎵基外延層的第一類型限制層暴露并在其上形成電極。制造工藝中不包括復(fù)雜的激光剝離。(15)制造基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟加熱具有中間媒介層的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基晶片，使得中間媒介層的金屬熔化，分離陶瓷襯底和氮化鎵基外延層，把氮化鎵基外延層的第二類型限制層鍵合在導(dǎo)電支持襯底上，清除暴露的氮化鎵基外延層表面的金屬，刻蝕緩沖層，使得氮化鎵基外延層的第一類型限制層暴露并在其上形成電極。制造工藝中不包括復(fù)雜的激光剝離。(16)制造基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝的一個(gè)實(shí)施例，包括下述工藝步驟把具有中間媒介層的陶瓷襯底上的氮化鎵基外延層的第二類型限制層鍵合在導(dǎo)電支持襯底上，加熱使得中間媒介層的金屬熔化，分離陶瓷襯底和氮化鎵基外延層，清除暴露的氮化鎵基外延層表面的金屬，刻蝕緩沖層，使得氮化鎵基外延層的第一類型限制層暴露并在其上形成電極。制造工藝中不包括復(fù)雜的激光剝離。[0076](17)本實(shí)用新型中，由于陶瓷襯底與生長于其上的氮化鋁層或氮化鎵基外延層有相近的熱脹系數(shù)，因此，當(dāng)在陶瓷襯底上生長氮化鎵基外延層時(shí)，以及在外延生長結(jié)束后的冷卻過程中，氮化鋁層或氮化鎵基外延層與陶瓷襯底之間的熱脹系數(shù)的不同所產(chǎn)生的應(yīng)力小，因此氮化鋁層或氮化鎵基外延層內(nèi)的位錯(cuò)和畸變的密度低。(18)對于緩沖層包括中間媒介層的陶瓷襯底的氮化鎵基晶片(GaN based wafer)，較易進(jìn)一步制造成垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片。圖Ia展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)以陶瓷片作為生長襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。工藝流程101 準(zhǔn)備陶瓷襯底。一個(gè)實(shí)施例提供一個(gè)陶瓷襯底。一個(gè)實(shí)施例提供一個(gè)陶瓷襯底，對陶瓷襯底進(jìn)行等離子處理。一個(gè)實(shí)施例提供一個(gè)陶瓷襯底，對陶瓷襯底進(jìn)行激光處理。工藝流程10 在陶瓷襯底上，形成緩沖層。其中，緩沖層包括，低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層。一個(gè)實(shí)施例陶瓷襯底放在金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積爐中，在400-600攝氏度，生長厚度為0. 1-500納米的低溫氮化鋁層到預(yù)定的厚度，升高溫度到900-1100攝氏度，繼續(xù)生長有平滑表面的高溫氮化鋁層到預(yù)定的厚度，冷卻到室溫。工藝流程103 在緩沖層的高溫氮化鋁層上繼續(xù)生長氮化鎵基外延層。經(jīng)過分割， 得到本實(shí)用新型的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖Ib展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)以陶瓷片作為生長襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。圖Ib展示的工藝流程與圖Ia展示的工藝流程基本相同，其區(qū)別在于在圖Ib展示的工藝流程102b中，緩沖層進(jìn)一步包括中間媒介層。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成鋁。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成鋁，對鋁進(jìn)行氮化，表面層形成氮化鋁。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成鈦。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成鈦，對鈦進(jìn)行氮化，表面層形成氮化鈦。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成銦，在銦層上形成鋁或鈦。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成銦，在銦層上形成鋁或鈦，對鋁或鈦進(jìn)行氮化，表面層形成氮化鋁或氮化鈦。工藝流程102b 在陶瓷襯底上依次形成中間媒介層、低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層到預(yù)定的厚度。工藝流程103 在緩沖層的高溫氮化鋁層上形成氮化鎵基外延層。經(jīng)過分割，成為氮化鎵基芯片。圖加展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)以陶瓷片作為生長襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。工藝流程201 準(zhǔn)備陶瓷襯底。一個(gè)實(shí)施例提供一個(gè)陶瓷襯底。一個(gè)實(shí)施例提供一個(gè)陶瓷襯底，對陶瓷襯底進(jìn)行等離子處理。一個(gè)實(shí)施例提供一個(gè)陶瓷襯底，對陶瓷襯底進(jìn)行激光處理。[0100]工藝流程20 在陶瓷襯底上，依次形成低溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)。成分分層結(jié)構(gòu)，包括，但不限于，氮化鎵-鋁鎵氮-氮化鋁(AlxGai_xN)，其中0 < X < 1。工藝流程203 在緩沖層的成分分層結(jié)構(gòu)上形成氮化鎵基外延層。切割，形成本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例，如圖如所示。圖2b展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。圖2b展示的工藝流程與圖加展示的工藝流程基本相同，其區(qū)別在于在圖2b 展示的工藝流程202b，緩沖層進(jìn)一步包括中間媒介層，一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成鋁。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成鋁，對鋁進(jìn)行氮化，表面層形成氮化鋁。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成鈦。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成鈦，對鈦進(jìn)行氮化，表面層形成氮化鈦。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成銦，在銦層上形成鋁或鈦。一個(gè)實(shí)施例在陶瓷襯底上形成銦，在銦層上形成鋁或鈦，對鋁或鈦進(jìn)行氮化，表面層形成氮化鋁或氮化鈦。繼續(xù)進(jìn)行工藝流程202b，在中間媒介層上依次形成低溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)。工藝流程203，在緩沖層的成分分層結(jié)構(gòu)上形成氮化鎵基外延層。切割，形成本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖3a是本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。緩沖層30 包括， 低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層。低溫氮化鋁層形成在陶瓷襯底301上。高溫氮化鋁層形成在低溫氮化鋁層上。氮化鎵基外延層303形成在緩沖層30 的高溫氮化鋁層上。圖北是本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖北展示的實(shí)施例與圖3a展示的實(shí)施例基本相同。區(qū)別在于圖北展示的實(shí)施例的緩沖層302b進(jìn)一步包括，中間媒介層。中間媒介層形成在陶瓷襯底301和低溫氮化鋁層之間，高溫氮化鋁層形成在低溫氮化鋁層上，氮化鎵基外延層303形成在緩沖層302b的高溫氮化鋁層上。圖如是本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。緩沖層40 形成在陶瓷襯底401上。緩沖層40 包括，低溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)。低溫氮化鋁層形成在陶瓷襯底401上，成分分層結(jié)構(gòu)形成在低溫氮化鋁層上。氮化鎵基外延層403形成在緩沖層40 的成分分層結(jié)構(gòu)上。圖4b是本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖4b展示的實(shí)施例與圖如展示的實(shí)施例基本相同。區(qū)別在于圖4b展示的實(shí)施例的緩沖層402b進(jìn)一步包括，中間媒介層。中間媒介層形成在陶瓷襯底401和低溫氮化鋁層之間，成分分層結(jié)構(gòu)形成在低溫氮化鋁層上，氮化鎵基外延層403形成在緩沖層402b的成分分層結(jié)構(gòu)上。圖如是本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。緩沖層50 形成在陶瓷襯底501上。緩沖層50 包括，低溫氮化鋁層。其中，低溫氮化鋁層形成在陶瓷襯底501上。氮化鎵基外延層503形成在緩沖層50 的低溫氮化鋁層上。圖恥是本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖恥展示的實(shí)施例與圖fe展示的實(shí)施例基本相同。區(qū)別在于圖恥展示的實(shí)施例的緩沖層502b進(jìn)一步包括，中間媒介層。中間媒介層形成在陶瓷襯底501和低溫氮化鋁層之間，氮化鎵基外延層503形成在緩沖層502b的低溫氮化鋁層上。圖6a是本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。緩沖層60 包括， 成分分層結(jié)構(gòu)。緩沖層60 的成分分層結(jié)構(gòu)形成在陶瓷襯底601上。氮化鎵基外延層603 形成在成分分層結(jié)構(gòu)上。圖6b是本實(shí)用新型的陶瓷襯底的氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。圖6b展示的實(shí)施例與圖6a展示的實(shí)施例基本相同，區(qū)別在于圖6b展示的實(shí)施例的緩沖層602b進(jìn)一步包括，中間媒介層。中間媒介層形成在陶瓷襯底601和成分分層結(jié)構(gòu)之間，氮化鎵基外延層 603形成在成分分層結(jié)構(gòu)上。圖7a展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例。工藝流程710 把陶瓷襯底的氮化鎵基晶片(wafer)的暴露的第二類型限制層鍵合到導(dǎo)電支持襯底上，鍵合方法包括，金屬共晶鍵合、導(dǎo)電膠鍵合、導(dǎo)電焊錫膏鍵合。工藝流程711 對鍵合在一起的氮化鎵基晶片和導(dǎo)電支持襯底進(jìn)行加熱，直到中間媒介層中的金屬熔化，分離氮化鎵基外延層和陶瓷襯底。工藝流程712 清潔剩余在氮化鎵基外延層的暴露的表面的金屬，刻蝕緩沖層的其他層，直到氮化鎵基外延層的第一類型限制層暴露。工藝流程713 在暴露的氮化鎵基外延層的第一類型限制層上形成電極。分割氮化鎵基晶片成為垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。圖7b展示本實(shí)用新型的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。 氮化鎵基外延層713鍵合在導(dǎo)電支持襯底710上。圖展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的工藝流程的另一個(gè)實(shí)施例。工藝流程811 對陶瓷襯底的氮化鎵基晶片進(jìn)行加熱，直到中間媒介層中的金屬熔化，把氮化鎵基外延層和陶瓷襯底分離。工藝流程812 清潔剩余在氮化鎵基外延層的暴露的表面的金屬，刻蝕緩沖層的其他層，直到氮化鎵基外延層的第一類型限制層暴露。工藝流程813 在暴露的氮化鎵基外延層的第一類型限制層上形成電極。分割氮化鎵基晶片成為垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。圖8b展示本實(shí)用新型的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。 基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片包括氮化鎵基外延層813。圖9a展示本實(shí)用新型的生產(chǎn)基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的工藝流程的另一個(gè)實(shí)施例。工藝流程911 對陶瓷襯底的氮化鎵基晶片進(jìn)行加熱，直到中間媒介層中的金屬熔化，把氮化鎵基外延層和陶瓷襯底分離。工藝流程910 把氮化鎵基外延層的第二類型限制層鍵合到導(dǎo)電支持襯底上。工藝流程912 清潔剩余在氮化鎵基外延層的暴露的表面的金屬，刻蝕緩沖層的其他層，直到氮化鎵基外延層的第一類型限制層暴露。工藝流程913 在暴露的氮化鎵基外延層的第一類型限制層上形成電極。分割氮化鎵基晶片成為垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片。[0135]圖9b展示本實(shí)用新型的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。 氮化鎵基外延層913鍵合在導(dǎo)電支持襯底914上。圖10展示本實(shí)用新型的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基芯片的一個(gè)實(shí)施例。 氮化鎵基外延層1013鍵合在通孔導(dǎo)電支持襯底的金屬膜1020上。通孔導(dǎo)電支持襯底包括絕緣襯底1014、形成在其兩個(gè)主表面上的金屬膜1020和1021、金屬栓1022把兩個(gè)金屬膜 1020和1021形成電連接。上面的具體的描述并不限制本實(shí)用新型的范圍，而只是提供一些本實(shí)用新型的具體化的例證。因此本實(shí)用新型的涵蓋范圍應(yīng)該由權(quán)利要求和它們的合法等同物決定，而不是由上述具體化的詳細(xì)描述和實(shí)施實(shí)例決定。
權(quán)利要求1.陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片，其特征在于，所述的氮化鎵基芯片的組成部分包括陶瓷襯底、緩沖層和氮化鎵基外延層；其中，所述的緩沖層形成在所述的陶瓷襯底上，所述的氮化鎵基外延層形成在所述的緩沖層上；所述的氮化鎵基外延層的組成部分包括依次形成的第一類型限制層、活化層、第二類型限制層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化鎵基芯片，其特征在于，所述的陶瓷襯底包括氮化鋁陶瓷襯底、氧化鋁陶瓷襯底、碳化硅陶瓷襯底、氮化硼陶瓷襯底、氧化鎂陶瓷襯底、氮化硅陶瓷襯底、氧化鋯陶瓷襯底或氧化鈹陶瓷襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化鎵基芯片，其特征在于，所述的緩沖層的結(jié)構(gòu)是下述結(jié)構(gòu)之一 (1)低溫氮化鋁層；(2)高溫氮化鋁層；(3)成分分層結(jié)構(gòu)；(4)中間媒介層；(5)所述的結(jié)構(gòu)(1)、結(jié)構(gòu)(2)、結(jié)構(gòu)(3)和結(jié)構(gòu)(4)的組合；其中，所述的結(jié)構(gòu)(1)、結(jié)構(gòu)(2)、結(jié)構(gòu)(3) 和結(jié)構(gòu)的組合包括，(a)依次形成的低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層；(b)依次形成的低溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(c)依次形成的中間媒介層和低溫氮化鋁層；(d)依次形成的中間媒介層和高溫氮化鋁層；(e)依次形成的中間媒介層和成分分層結(jié)構(gòu)；(f)依次形成的低溫氮化鋁層、高溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(g)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層和高溫氮化鋁層；(h)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(i)依次形成的中間媒介層、高溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(j)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層、高溫氮化鋁層和成分分層結(jié)構(gòu)；(k)依次形成的中間媒介層、低溫氮化鋁層、成分分層結(jié)構(gòu)和高溫氮化鋁層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的氮化鎵基芯片，其特征在于，所述的中間媒介層形成在所述的陶瓷襯底上；所述的中間媒介層有單層或多層結(jié)構(gòu)，中間媒介層的厚度在埃到微米的范圍。
5.基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片，其特征在于，所述的氮化鎵基芯片的組成部分包括，氮化鎵基外延層；所述的氮化鎵基外延層的組成部分包括，第一類型限制層、 活化層、第二類型限制層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的氮化鎵基芯片，其特征在于，所述的氮化鎵基芯片的組成部分進(jìn)一步包括，導(dǎo)電支持襯底；其中，所述的氮化鎵基外延層鍵合在所述的導(dǎo)電支持襯底上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的氮化鎵基芯片，其特征在于，所述的導(dǎo)電支持襯底包括，金屬支持襯底、合金支持襯底、硅導(dǎo)電支持襯底、碳化硅導(dǎo)電支持襯底、通孔導(dǎo)電支持襯底；其中，所述的通孔導(dǎo)電支持襯底的組成部分包括，具有多個(gè)通孔的絕緣襯底、形成在所述的絕緣襯底的兩個(gè)主表面上的金屬膜、所述的金屬膜通過所述的通孔中的金屬栓形成電連接。
專利摘要本實(shí)用新型的陶瓷襯底的正裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片包括陶瓷襯底、緩沖層和氮化鎵基外延層。陶瓷襯底包括，氮化鋁陶瓷襯底、氧化鋁陶瓷襯底、碳化硅陶瓷襯底、氮化硼陶瓷襯底、氧化鋯陶瓷襯底、氧化鎂陶瓷襯底。緩沖層的結(jié)構(gòu)包括，低溫氮化鋁層、成分分層結(jié)構(gòu)、高溫氮化鋁層、中間媒介層、它們的組合。成分分層結(jié)構(gòu)包括，氮化鎵-鋁鎵氮-氮化鋁(AlxGa1-xN)，其中0≤X≤1。中間媒介層有單層或多層結(jié)構(gòu)，中間媒介層包括，金屬元素鋁、鈦、釩、鉻、鈧、鋯、鉿、鎢、鉈、鎘、銦、金、上述金屬元素的組合、上述金屬元素的合金、上述金屬的氮化物。本實(shí)用新型的基于陶瓷襯底的垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵基芯片包括導(dǎo)電支持襯底和氮化鎵基外延層。
文檔編號(hào)H01L21/02GK202058735SQ201020574260
公開日2011年11月30日 申請日期2010年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月17日
發(fā)明者彭剛, 金木子 申請人:金木子