半导体器件及其制造方法与流程

本公开主要涉及半导体制造领域，更具体地，涉及制造半导体器件的方法以及利用该方法制造的半导体器件。

背景技术：

1、在半导体器件的制造过程中，可以通过外延法在半导体衬底上形成外延层并在外延层上制作器件。外延法是指在经过加工的单晶衬底上生长一层新单晶的过程，新单晶可以与衬底为同一材料，也可以是不同材料，其中生长出的新单晶与衬底材料相同的外延被称为同质外延，而生长出的新单晶与衬底材料不同的外延被称为异质外延。同质外延和异质外延各有优缺点，前者比后者的工艺更加简单，但通常需要更高的成本。

2、对于一些半导体器件而言，为了确保其性能，通常需要采用特定的半导体材料来制造。例如，由于氮化镓(gan)材料具有高电子迁移率的特性，因此一般会采用该材料来制造高性能的高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,hemt)器件。然而，如果采用gan材料作为衬底并利用同质外延的方式来制造诸如hemt之类的半导体器件，那么gan衬底的高成本将提升半导体器件的整体成本。此外，gan衬底的较差的散热能力会限制其外延器件在高频和高功率方面的应用。在制造肖特基势垒二极管(schottkybarrier diode，sbd)的过程中，也会存在类似的问题。三氧化二钙(ga2o3)材料具有宽带隙和大的击穿场强，因此适于制造高耐压和小尺寸的sbd器件，但是如果在ga2o3衬底上同质外延生成外延层，那么ga2o3衬底的较差的散热能力也会限制其同质外延器件的大功率应用。然而，如果采用低成本和导热能力强的材料作为衬底材料，并且利用异质外延的方式来制造这些半导体器件，则可能导致严重的晶格失配和热失配，并引起外延层的高位错密度和强内应力，从而可能使半导体器件的性能劣化、质量差以及良率低。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本公开的实施例提供了一种改进的半导体器件的制造方法以及通过该方法制造的半导体器件。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：提供过程衬底；在过程衬底的表面上以同质外延的方式形成器件外延层；在器件外延层的背离过程衬底的表面上键合器件衬底；以及将过程衬底与器件外延层分离。

3、在本公开的实施例中，通过利用过程衬底进行同质外延以及将器件衬底键合到外延层，可以获得同质外延和异质外延工艺的优点，同时避免同质外延和异质外延工艺的不足。该改进方案可以以较低的成本、简单的工艺和高良品率获得高质量的外延层，避免了高位错密度和强内应力。

4、在第一方面的一些实施例中，器件衬底比过程衬底具有更高的导热率。通过该实施例，可以增强半导体器件的散热能力，从而可以获得能够在高功率、高频、高温等场景下工作的性能优良的半导体器件。

5、在第一方面的一些实施例中，过程衬底由第一材料制成，第一材料包括以下至少一种：硅、砷化镓、磷化铟、碳化硅、氮化镓、氮化铝和氧化镓。通过该实施例，确保能够以同质外延的方式制备出性能优良或者具有所需特性的器件外延层。

6、在第一方面的一些实施例中，器件衬底由第二材料制成，第二材料包括以下至少一种：金刚石和碳化硅。通过该实施例，可以提升半导体器件的散热性能，并且降低半导体器件的整体成本。

7、在第一方面的一些实施例中，键合器件衬底的方式包括以下至少一种：熔融键合、混合键合、表面活化键合和阳极键合。通过该实施例，可以以简单且低成本的工艺将器件衬底与器件外延层结合在一起。

8、在第一方面的一些实施例中，将过程衬底与器件外延层分离的方式包括以下至少一种：激光剥离和水刀切割。通过该实施例，可以以不损坏器件结构的方式将器件外延层与过程衬底分离。

9、在第一方面的一些实施例中，激光剥离包括飞秒激光剥离。通过该实施例，可以相对简单且无损地分离器件外延层与过程衬底。

10、在第一方面的一些实施例中，方法还包括：将与过程衬底分离的器件外延层和器件衬底翻转；以及在器件外延层背离器件衬底的表面形成电极以制备半导体器件。通过该实施例，可以制备晶体管和二极管等器件所需的电极。

11、在第一方面的一些实施例中，过程衬底为氮化镓衬底，并且其中形成器件外延层包括：在过程衬底的表面上以同质外延的方式依次形成盖帽层、沟道层、势垒层和缓冲层，以生成器件外延层。通过该实施例，可以获得具有良好散热能力和优良器件性能的n面gan基hemt器件。

12、根据本公开的第二方面，提供了一种半导体器件，包括：器件外延层，通过在过程衬底的表面上以同质外延的方式形成；以及器件衬底，被键合在器件外延层的背离过程衬底的表面上。

13、在第二方面的一些实施例中，器件衬底比过程衬底具有更高的导热率。

14、在第二方面的一些实施例中，过程衬底由第一材料制成，第一材料包括以下至少一种：硅、砷化镓、磷化铟、碳化硅、氮化镓、氮化铝和氧化镓。

15、在第二方面的一些实施例中，器件衬底由第二材料制成，第二材料包括以下至少一种：金刚石和碳化硅。

16、在第二方面的一些实施例中，过程衬底为氮化镓衬底，并且器件外延层包括在过程衬底的表面上以同质外延的方式依次形成的盖帽层、沟道层、势垒层和缓冲层。

17、在第二方面的一些实施例中，半导体器件的类型包括以下至少一种：高电子迁移率晶体管、肖特基势垒二极管、激光器、金属氧化物半导体场效应晶体管、双极性结型晶体管和pn结二极管。

18、可以理解地，关于第一方面的解释或者说明同样适用于第二方面。此外，第二方面所能达到的有益效果可参考对应方法中的有益效果，此处不再赘述。

19、需要说明的是，
技术实现要素：
部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

技术特征：

1.一种制造半导体器件的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件衬底比所述过程衬底具有更高的导热率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述过程衬底由第一材料制成，所述第一材料包括以下至少一种：硅、砷化镓、磷化铟、碳化硅、氮化镓、氮化铝和氧化镓。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件衬底由第二材料制成，所述第二材料包括以下至少一种：金刚石和碳化硅。

5.根据权利要求1所述的方法，其中键合所述器件衬底的方式包括以下至少一种：熔融键合、混合键合、表面活化键合和阳极键合。

6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述过程衬底与所述器件外延层分离的方式包括以下至少一种：激光剥离和水刀切割。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述激光剥离包括飞秒激光剥离。

8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述过程衬底为氮化镓衬底，并且其中形成所述器件外延层包括：

10.一种半导体器件，包括：

11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中所述器件衬底比所述过程衬底具有更高的导热率。

12.根据权利要求10所述的半导体器件，其中所述过程衬底由第一材料制成，所述第一材料包括以下至少一种：硅、砷化镓、磷化铟、碳化硅、氮化镓、氮化铝和氧化镓。

13.根据权利要求10所述的半导体器件，其中所述器件衬底由第二材料制成，所述第二材料包括以下至少一种：金刚石和碳化硅。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的半导体器件，其中所述过程衬底为氮化镓衬底，并且所述器件外延层包括在所述过程衬底的表面上以同质外延的方式依次形成的盖帽层、沟道层、势垒层和缓冲层。

15.根据权利要求10所述的半导体器件，其中所述半导体器件的类型包括以下至少一种：高电子迁移率晶体管、肖特基势垒二极管、激光器、金属氧化物半导体场效应晶体管、双极性结型晶体管和pn结二极管。

技术总结
本公开的实施例提供了一种半导体器件及其制造方法。该方法包括：提供过程衬底；在过程衬底的表面上以同质外延的方式形成器件外延层；在器件外延层的背离过程衬底的表面上键合器件衬底；以及将过程衬底与器件外延层分离。通过本公开的方案，可以获得高质量和高性能的半导体器件，同时降低半导体器件的制造成本并改善衬底的散热。

技术研发人员：申健,程宗哲
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15