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近日,《自然》期刊發(fā)表一項氮化鎵單晶的激光減薄新技術(shù)!

發(fā)布時間:2022-05-16
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       近日,《自然》期刊發(fā)表一項氮化鎵單晶激光減薄新技術(shù),其作者包括諾貝爾得主天野浩。

       據(jù)介紹,該技術(shù)可以將氮化鎵襯底產(chǎn)能提升3倍,同時可以省去襯底拋光工藝,因此有助于幫助降低氮化鎵單晶器件制造成本,該技術(shù)也有望應用于碳化硅單晶切割。

       根據(jù)文獻,名古屋大學日本國家材料科學研究所等組成的研究團隊,新開發(fā)了一種 GaN襯底減薄技術(shù)——激光減薄技術(shù)。

此前,他們已證明可以用激光對GaN單晶進行切割,且切割后的GaN襯底經(jīng)過拋光可以重復使用。
       而此次他們通過實驗證明,該技術(shù)同樣適用于GaN-on-GaN HEMT器件制造,即在器件制造之后采用激光工藝進行減薄,該技術(shù)可顯著降低 GaN 襯底的消耗。
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損耗大  良率低
傳統(tǒng)技術(shù)局限多多
       眾所周知,GaN是一種十分理想的制作功率器件的材料。但是,GaN襯底價格昂貴,在GaN襯底上制造的 GaN 基器件尚未在廣泛的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化。因此,為了盡可能地減少昂貴的GaN襯底的消耗,襯底切片越薄越多良率越高,是切割技術(shù)所追求的目標。
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       但是傳統(tǒng)的技術(shù)卻有著諸多局限。
       首先,損耗大。傳統(tǒng)技術(shù)無法避免切片過程中的切口損耗,且襯底面無法拋光重復使用,需耗損較多的GaN襯底來能得到一個器件層。
       再者,良率低。傳統(tǒng)技術(shù)的一般流程是先切片,再鍵合相應的晶體,才能進行后續(xù)制造。那么則需考慮鍵合器件層等一系列問題,如化學和熱效應等。而在此過程中,增加了出現(xiàn)次品的可能性。
       傳統(tǒng)技術(shù)絕大部分都是先在GaN晶體上切割出GaN襯底,再從襯底中進行切片,以進行后續(xù)制造。但不可避免的,會造成較大耗損良率低下的問題。
以前,每400微米厚的GaN襯底只制作一個器件層。
新技術(shù):
減少300%GaN襯底耗損
       為突破上述技術(shù)的局限性,該研究團隊新開發(fā)了一種基于激光技術(shù)的減薄GaN襯底的方法,可以最大限度地減少昂貴的GaN襯底的消耗,每100微米厚的GaN襯底可以制作一個器件層,相比以往減少了300%的損耗。
       該技術(shù)已被證明可以在器件制造之后進行減薄,實驗過程中被減薄的器件沒有觀察到明顯的斷裂,也沒有觀察到對電氣特性的不利影響。
       這項技術(shù)還有一個值得注意的亮點:器件制造后進行減薄,所消耗的GaN襯底的量將僅為切片器件層的厚度,并可以通過拋光去除以重新使用。換句話說,使用該新技術(shù)有望實現(xiàn)GaN襯底0耗損!
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       此外,在器件制造后進行減薄,也更便于獲得薄型GaN層。器件越薄、散熱越好,性能也就更優(yōu)越。
       文獻中提及,該新技術(shù)和傳統(tǒng)的Smart Cut?技術(shù)有相似之處,Smart Cut?技術(shù)采用的是離子注入法切割,可切割出亞微米厚度的非常薄的GaN層。但激光切割技術(shù)很難切出如此薄的GaN層,因為GaN在激光切割過程中會被分解。
       為此,該團隊開創(chuàng)了背面激光照射法來剝離器件層。
       實驗結(jié)果表示,通過激光技術(shù)將GaN-on-GaN HEMT減薄至50 μm厚度,其仍可以正常工作,切片前后器件的電特性變化不大。這意味著即使在器件制造之后也可以應用激光減薄工藝。它還可以用作半導體工藝,用于制造厚度約為10 μm的薄器件,而無需拋光GaN襯底。
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