一种垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法.pdf

本发明公开了一种垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，该功率半导体器件包括生长在临时衬底上的外延层以及镀覆在外延层上表面的金属电极层，该方法主要包括如下步骤：1）在功率半导体器件的金属电极层的上表面上放置电极金属块；2）在器件上表面灌注环氧树脂；3）在环氧树脂上表面涂抹不导电的聚合物，将过渡衬底粘合在聚合物的上表面；4）通过激光剥离技术将临时衬底剥离；5）采用共晶键合的方式将器件的下表面与目标衬底相键合；6）再次将过渡衬底剥离；7）对器件上表面的环氧树脂进行部分切除以露出部分电极金属块，该方法步骤简单易行，在提高器件性能的同时，可通过较少的步骤快速的露出器件表面的电极金属块。

权利要求书1.  一种垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，用于将设置在临时衬底上的功率半导体器件转移至目标衬底上，所述功率半导体器件包括生长在所述临时衬底上的外延层以及镀覆在所述外延层上表面的金属电极层，其特征在于，该方法主要包括如下步骤：1）在所述功率半导体器件的所述金属电极层的上表面上放置电极金属块以作为所述功率半导体器件的引线； 2）在所述功率半导体器件的上表面灌注环氧树脂，并使其覆盖整个所述功率半导体器件及所述电极金属块；3）在所述环氧树脂的上表面涂抹一层不导电的聚合物，将所述过渡衬底放置在所述聚合物的上表面，并与所述聚合物相粘合；4）通过激光剥离技术将所述功率半导体器件从所述临时衬底上剥离；5）将目标衬底放置在经过步骤4）处理后的所述功率半导体器件的所述外延层的下表面，采用共晶键合的方式，将所述功率半导体器件的所述外延层下表面与所述目标衬底相键合；6）将所述过渡衬底与所述聚合物相剥离；7）对所述功率半导体器件上表面的所述环氧树脂进行部分切除以露出所述电极金属块；其中：所述临时衬底为蓝宝石衬底，所述过渡衬底为硅衬底或碳化硅衬底；所述目标衬底为硅衬底或金属基片。2.  根据权利要求1所述的垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，其特征在于：所述步骤2）中灌注的所述环氧树脂的厚度为300~500um，所述厚度指所述环氧树脂上表面至所述临时衬底上表面的距离。3.  根据权利要求1所述的垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，其特征在于：所述电极金属块采用锡材料制成，所述电极金属块呈球形或块状。4.  根据权利要求3所述的垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，其特征在于：所述电极金属块在水平面上的投影面积不大于所述功率半导体器件在水平面上的投影面积。5.  根据权利要求1至4任一所述的垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，其特征在于：所述器件的所述外延层为氮化镓外延层。

说明书一种垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法
技术领域
本发明涉及一种垂直功率半导体器件二次衬底转移的方法及功率半导体器件，属于半导体工艺技术领域。
背景技术
 由于GaN材料自身难以形成大尺寸的单晶体，目前制备GaN单晶材料的主要方法是MOCVD或MBE等。这些方法均采用异质单晶材料为生长衬底，通过外延层生长得到GaN单晶材料。目前，使用的主要的衬底材料有蓝宝石、SiC或Si等。其中，蓝宝石上的生长技术较为成熟。
在衬底上外延生长GaN单晶材料后直接制作的高功率半导体器件，由于衬底材料的特性以及生长过程中引入的应力等问题，其性能上会存在一些不足之处。在提高芯片性能的方法中，目前较为普遍而且有效的是衬底转移技术。衬底转移的目的是将外延层上生长的GaN单晶薄膜转移至新基板上，并去除原先的衬底材料。作为新基板的材料往往导电、导热性能更好，而且衬底材料去除后GaN单晶材料的应力发生变化，通常衬底转移后制作的器件相比直接制作的性能上有很大的提升。而目前的衬底转移过程中，往往需要采用更多的步骤才能使器件表面作为引线的电极金属块露出，以便接引线。
发明内容
本发明的目的是提供一种垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，该方法经过二次衬底转移后，提高了功率半导体器件的性能，同时可使功率半导体器件表面作为引线的电极金属块快速露出。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，用于将设置在临时衬底上的功率半导体器件转移至目标衬底上，所述功率半导体器件包括生长在所述临时衬底上的外延层以及镀覆在所述外延层上表面的金属电极层，该方法主要包括如下步骤：
1）在所述功率半导体器件的所述金属电极层的上表面上放置电极金属块以作为所述功率半导体器件的引线；
 2）在所述功率半导体器件的上表面灌注环氧树脂，并使其覆盖整个所述功率半导体器件及所述电极金属块；
3）在所述环氧树脂的上表面涂抹一层不导电的聚合物，将所述过渡衬底放置在所述聚合物的上表面，并与所述聚合物相粘合；
4）通过激光剥离技术将所述功率半导体器件从所述临时衬底上剥离；
5）将目标衬底放置在经过步骤4）处理后的所述功率半导体器件的所述外延层的下表面，采用共晶键合的方式，将所述功率半导体器件的所述外延层下表面与所述目标衬底相键合；
6）将所述过渡衬底与所述聚合物相剥离；
7）对所述功率半导体器件上表面的所述环氧树脂进行部分切除以露出所述电极金属块；
其中：所述临时衬底为蓝宝石衬底，所述过渡衬底为硅衬底或碳化硅衬底；所述目标衬底为硅衬底或金属基片。
优选地，所述步骤2）中灌注的所述环氧树脂的厚度为300~500um，所述厚度指所述环氧树脂上表面至所述临时衬底上表面的距离。
优选地，所述电极金属块采用锡材料制成，所述电机金属块呈球形或块状。
进一步优选地，所述电极金属块在水平面上的投影面积不大于所述功率半导体器件在水平面上的投影面积。
优选地，所述器件的所述外延层为氮化镓外延层。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，通过对衬底的两次转移，使得器件的性能得到了提高，同时，可使功率半导体器件上表面的作为引线的电极金属块快速露出。
附图说明
附图1是设置在临时衬底上的功率半导体器件示意图；
附图2是电极金属块放置在功率半导体器件上表面的示意图；
附图3是在功率半导体器件上表面灌注环氧树脂的示意图；
附图4是在环氧树脂上表面涂抹聚合物的示意图；
附图5是将过渡衬底粘合在聚合物上表面的示意图；
附图6是将临时衬底剥离的示意图；
附图7是将功率半导体器件下表面与目标衬底键合的示意图；
附图8是去除过渡衬底的示意图；
附图9是露出电极金属块的示意图；
其中：1、临时衬底；2、外延层；3、金属电极层；4、电极金属块；5、环氧树脂；6、聚合物；7、过渡衬底；8、目标衬底。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
    以下关于方向的描述均以操作人员在操作过程中视线观察到的方向定义的，视线观察到的上方为上、下方为下。
参见图1-9所示，一种垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，将设置在临时衬底1上的功率半导体器件转移至目标衬底8上，所述功率半导体器件包括生长在所述临时衬底1上的外延层2以及镀覆在所述外延层2上表面的金属电极层3，该方法主要包括如下步骤：
1）在功率半导体器件的金属电极层3的上表面上放置电极金属块4作为功率半导体器件的引线；
2）在所述功率半导体器件的金属电极层3的上表面灌注300~500um厚度的环氧树脂5，这里的厚度指从环氧树脂5上表面至临时衬底1上表面的距离，并使环氧树脂5覆盖整个功率半导体器件及电极金属块4，在这里环氧树脂起保护功率半导体器件的作用，一般采用型号为ABLEDOND 84-3J的环氧树脂；
3）在环氧树脂5的上表面涂抹一层不导电的聚合物6，将过渡衬底7放置在聚合物6的上表面，并与聚合物6相粘合，在这里采用的聚合物6易于与过渡衬底7相粘合；
4）通过激光剥离技术将功率半导体器件从临时衬底1上剥离；
5）将目标衬底8放置在经过步骤4）处理后的功率半导体器件的外延层2的下表面，采用共晶键合的方式，将功率半导体器件的外延层2下表面与目标衬底8相键合；
6）将过渡衬底7与聚合物6相剥离；
7）对功率半导体器件上表面的环氧树脂5进行部分切除以露出电极金属块3。
在这里，采用的临时衬底为蓝宝石衬底，过渡衬底可以是硅衬底或碳化硅衬底，目标衬底为硅衬底或金属基片，作为目标衬底的材料具有一定的导电性，从而无需再在目标衬底上增加引线。
在这里，电极金属块主要采用了锡等可塑性较强的金属制成，该电极金属块可以制成球形或块状或其他形状，且该电极金属块在水平面上的投影面积不大于功率半导体器件在水平面上的投影面积。
综上所述，本发明的一种垂直结构功率半导体器件二次衬底转移的方法，通过对功率半导体器件衬底的二次转移，不仅使功率半导体器件的性能得到了很大提高，同时使得功率半导体器件表面作为引线的电极金属块能快速露出。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。