一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体霍尔元件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于衬底剥离的霍尔元件及其制备方法。该方法制备的霍尔元件，将用于外延生长的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体单晶衬底与霍尔元件功能层实现剥离，霍尔元件组装在刚性支撑衬底上或者绝缘散热底座上。组装在绝缘散热底座的霍尔元件，能大大提升其散热能力，同时，采用倒焊工艺，可以有效减少单个霍尔元件的芯片面积，节约成本。单晶衬底经过简单处理后，可以重复用于外延生长，重复次数在20次以上。同时，可以采用价格更加便宜的掺杂Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体单晶衬底，而不是传统工艺所用的昂贵的半绝缘单晶衬底，因此，能大大降低霍尔元件的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种II1- V族化合物半导体霍尔元件及其制备方法
本专利技术涉及基于外延生长的II1- V族化合物半导体霍尔元件及其制备方法，属于半导体先进制造
。
技术介绍
21世纪是信息电子化时代，传感器技术是信息社会的重要技术基础。霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁敏传感器，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀，因此在现代社会中应用越来越广。霍尔元件是直流无刷电机中的关键器件，广泛应用于手机、汽车ABS、电子打火和行驶速度测量，还可用于霍尔电表、电子罗盘、电流电压传感器等，成为国防、工业、民用等许多产业部门不可或缺的关键器件，同时也是军事装备发展的核心技术，在国防工业建设中具有先导作用。 目前霍尔元件主要采用离子注入法和外延生长法两种方式制备，两种方法都需要一个厚度达到几百微米的单晶衬底材料，制备的霍尔元件包含一个几微米的功能层和几百微米的衬底层，单晶衬底材料价格昂贵，在霍尔元件中不承担功能层的作用，本可以重复利用，在目前制备工艺中，却只能使用一次，存在极大的浪费。另一方面，传统工艺中，作为霍尔元件生产所用的单晶衬底材料，必须为绝缘或半绝缘单晶衬底材料，其价格相比于有一定掺杂的单晶衬底材料要昂贵很多。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种II1- V族化合物半导体霍尔元件的新型制备方法，其中，在霍尔元件的制备过程中，能够实现霍尔元件功能层与单晶衬底材料有效分离，单晶衬底经过处理后，可以重复用于外延生长，另一方面，可以采用更为便宜的掺杂单晶衬底材料，从而可以大大降低生产成本。 本专利技术的技术方案是:一种II1- V族化合物半导体霍尔元件的新型制备方法，该方法包括:a)提供一种II1-V族化合物半导体单晶衬底，优选地，选用砷化镓衬底或磷化铟衬底；b)在II1- V族化合物半导体单晶衬底上制备一层牺牲层；c)在牺牲层上生长霍尔元件的功能层材料；d)在外延功能层表面粘附一层柔性且化学惰性的材料，该层材料可辅助衬底剥离，提高效率和成品率；e)选用选择性腐蚀溶液腐蚀牺牲层，实现霍尔元件外延功能层与II1- V族化合物半导体单晶衬底剥离；剥离后的II1- V族化合物半导体单晶衬底，经过简单处理后，可重复使用；f)将剥离后的外延功能层柔性材料一面，粘附在另一刚性衬底上，优选地，选用硅衬底，玻璃衬底，陶瓷衬底或刚性塑料衬底作为刚性衬底； g)在霍尔元件功能层上，进行制备最终的霍尔元件所需的后续芯片工艺；完成芯片工艺后，根据产品尺寸及散热需求，可选择进一步加工，进行步骤h);h)将完成芯片工艺的霍尔元件，通过倒焊等工艺技术，组装至预先金属图形化的绝缘散热基板上，然后利用选择性很高的溶液，溶解掉前面工艺中所使用的粘合剂，将霍尔元件与起支撑作用的柔性材料及刚性衬底分离，可以制备厚度仅为几个微米的霍尔元件。同时，通过在绝缘散热基板上打线封装，而不是在霍尔元件金属电极上直接打线，可有效减小霍尔元件的芯片尺寸(打线封装要求金属块具有较大的面积)。 根据本专利技术的一个实施例的一种II1- V族化合物半导体霍尔元件的新型制备方法，其中，所述的II1- V族化合物半导体单晶衬底为砷化镓(GaAs)，所述牺牲层为砷化铝(AlAs)，所述的选择性腐蚀溶液为氢氟酸(HF)溶液。 综上所述，本专利技术利用外延剥离技术，在非晶衬底上，实现了霍尔元件的制备。本专利技术所提供的技术，非常具有成本优势。对于II1- V族化合物半导体单晶衬底，每次处理消耗的厚度不超过10微米，500微米的衬底，至少可以重复使用20次。同时，传统工艺制备的霍尔元件，要求II1-V族化合物半导体单晶衬底是半绝缘的，其价格相对于掺杂单晶衬底要昂贵许多，而采用我们的衬底剥离技术，对于单晶衬底的导电性没有要求，可以采用掺杂单晶衬底，进一步降低成本。 【附图说明】 以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案。附图中:001为II1- V族化合物半导体单晶衬底；002为牺牲层；003为霍尔元件功能层；004为柔性材料；005为刚性支撑衬底；006为欧姆接触电极；007为图形化金属；008为绝缘散热底座。 图1 II1-V族化合物半导体单晶衬底上制备霍尔元件，包括II1- V族化合物半导体单晶衬底001，牺牲层002，霍尔元件功能层003;图2在外延功能层003上粘附柔性材料004，包括II1- V族化合物半导体单晶衬底001，牺牲层002，霍尔元件功能层003，柔性材料004 ;图3示意牺牲层002被腐蚀掉后，II1- V族化合物半导体单晶衬底001和霍尔元件功能层003、柔性材料004分离；图4示意剥离后的霍尔元件功能层003、柔性材料004与刚性支撑衬底005粘附在一起;图5采用半导体平面工艺，制备霍尔元件欧姆接触电极006，以及台面腐蚀，钝化等工艺；图6采用倒焊工艺，将霍尔元件的欧姆接触电极006与预先金属化的绝缘散热底座008组装在一起，绝缘散热底座的金属化图形为007 ；图7在图6的基础上，将柔性材料004、刚性支撑衬底005与霍尔元件其他部分分离。 【具体实施方式】 实施例1:首先取一砷化镓单晶衬底，通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)或者分子束外延(MBE)，在衬底上生长一层砷化铝(AlAs)牺牲层，以及霍尔元件功能层。生长完成后，取外延片，表面旋涂一层粘合剂A，该粘合剂与后续半导体平面工艺兼容，工艺过程中不会发生变化，然后取一柔性材料B粘附其上，该柔性材料也与半导体平面工艺兼容，不会变化。将处理后的外延片浸泡于含有氢氟酸的溶液中，氢氟酸对砷化铝(AlAs)和砷化镓(GaAs)的反应选择比超过10000。利用氢氟酸对牺牲层砷化铝(AlAs)的高腐蚀性，将牺牲层全部腐蚀掉，使霍尔元件功能层与砷化镓单晶衬底剥离。 另外再取一尺寸与砷化镓单晶衬底完全一样的娃片，在娃片表面旋涂一层粘合剂A，将剥离后的柔性材料B与霍尔元件功能层粘附与硅片上，柔性材料B—侧与硅片相粘合。按照标准霍尔元件的工艺，采用常规光刻方法，旋涂光刻胶，曝光，显影，得到霍尔元件电极图形。然后利用电子束蒸发(E-beam)蒸镀金-锗(Au-Ge)合金，在去胶液中溶解掉光刻胶后，附着于光刻胶上的金属脱落，剩余的金属则为霍尔元件的欧姆接触金属。氮气气氛中快速退火，使金属与半导体材料形成良好的欧姆接触。接着采用光刻套刻的方法，继续在外延层表面旋涂光刻胶，曝光，显影，得到霍尔元件台面腐蚀的图形。采用化学湿法腐蚀或者干法腐蚀，去除掉没有光刻胶保护区域的半导体材料，得到霍尔元件四叶草形状的图案。去除隔离保护的光刻胶，然后利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)，在霍尔元件表面镀上一层氮化硅(SiNx)钝化层材料，以保护霍尔元件。再次采用光刻套刻的方法，制备腐蚀掉霍尔元件欧姆接触金属上覆盖的钝化层材料的图形，然后利用干法刻蚀，去除欧姆接触金属上的氮化硅(SiNx)，最后利用去胶液，去除光刻胶。 实施例2:首先取一砷化镓单晶衬底，通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)或者分子束外延(MBE)，在衬底上生长一层砷化铝(AlAs)牺牲层，以及霍尔元件功能层。生长完成后，取外延片，表面旋涂一层粘合剂A，该粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ‑Ⅴ族化合物半导体霍尔元件，其特征在于：没有单晶衬底的霍尔元件芯片，组装在刚性支撑衬底或者绝缘散热基板上。

【技术特征摘要】
1.一种II1- V族化合物半导体霍尔元件，其特征在于:没有单晶衬底的霍尔元件芯片，组装在刚性支撑衬底或者绝缘散热基板上。2.如权利要求1所述的一种II1-V族化合物半导体霍尔元件的制备方法，该方法包括: a)选用一种II1- V族化合物半导体单晶衬底； b)在II1- V族化合物半导体单晶衬底上制备一层牺牲层； c)在牺牲层上继续生长霍尔元件的功能层材料； d)在外延功能层表面粘附一层柔性且化学惰性的材料； e)选用选择性腐蚀溶液腐蚀牺牲层，实现霍尔元件外延功能层与II1- V族化合物半导体单晶衬底剥离；剥离后的II1- V族化合物半导体单晶衬底，经过简单处理后，可重复使用； f)将剥离后的外延功能层柔性材料一面，粘附在另一刚性支撑衬底上； g)在剥离后的霍尔元件功能层上，进行制备最终的霍尔元件所需的后续芯片工艺。3.如权利要求2所述的一种II1- V族化合物半导体霍尔元件的新型制备方法，其特征在于:在步骤g)之后，根据产品需要，将完成芯片工艺的霍尔元件，通过倒焊等工艺技术，组装至预先金属图形化的绝缘散热基板上，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱忻，胡双元，
申请(专利权)人：苏州矩阵光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32