鉆石半導體裝置及其相關方法

專利名稱：鉆石半導體裝置及其相關方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體裝置，特別是涉及一種鉆石底半導體裝置及其相關方法。
技術背景
在許多已開發國家，大部分居民認為能將電子裝置整合于他們的生活中。如此對 電子裝置越來越多使用以及依賴使得人們要求電子裝置越來越小并且越來越快。當電子裝 置的電路增進了速度并且減少了尺寸，對于這類裝置的散熱變成了棘手的問題。
電子裝置一般包含印刷電路板，在印刷電路板上整合連接有電子元件以便讓電 子裝置能執行所有功能。這些電子元件，諸如處理器、晶體管、電阻、電容以及發光二極管 (LED)等等，產生大量的熱量。當熱量不斷增加時，將會對電子元件造成各種熱量問題。大 量的高熱能夠影響電子裝置的可靠度，甚至造成電子裝置故障，例如造成電子元件本身的 燒毀或是短路，更甚者則會擴散殃及電路板表面其他電子元件。因此，熱量的增高最終會影 響電子裝置的運作壽命。這對具有高功率以及高電流要求的電子元件以及承載這些電子元 件的印刷電路板而言是個重大問題。
電子裝置使用了諸如風扇、散熱器、電熱致冷晶片(Peltier)以及水冷裝置等各 式各樣的散熱裝置來減少其所不斷增加的發熱率。當不斷提升的速度與消耗功率提高了發 熱率，這類散熱裝置通常必須提升尺寸并且必須供給電力，以便能夠有效地進行散熱。舉例 而言，風扇必須增加其尺寸以及速度以便增加風量，散熱器必須增加其尺寸以便增加熱容 量以及表面積。然而對于小型電子裝置而言，其不僅要求避免這些散熱裝置的體積增加，更 可能要大量的縮小其體積。
因此，本發明提供方法以及其裝置以在對電子裝置提供適當的散熱功效時，能同 時將此類裝置上的散熱裝置的體積以及耗電最小化。發明內容
本發明的主要目的在于，克服現有的半導體裝置存在的缺陷，而提供一種新的鉆 石底半導體裝置，所要解決的技術問題是使其能夠對半導體裝置提供良好的散熱功效，非 常適于實用。
本發明的另一目的在于，提供一種新的制造鉆石底半導體裝置的方法，所要解決 的技術問題是使其在對于半導體裝置進行良好散熱時能夠將半導體裝置的體積與耗電最 小化，從而更加適于實用。
本發明的再一目的在于，提供一種新的制造發光二極管裝置的方法，所要解決的 技術問題是使其在對于能發光的半導體裝置進行良好散熱時能夠將半導體裝置的體積與 耗電最小化，從而更加適于實用。
本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出 的一種鉆石底半導體裝置，包含一硅載具基材，其具有一二氧化硅表面；在該硅載具基材 的二氧化硅表面上耦合有一硅層；在該硅層上耦合有一鉆石層；以及在該鉆石層上以取向附生方式耦合有一單晶碳化硅層。
本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的鉆石層為一單晶體。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的鉆石層為一無支撐力鉆石層。
前述的鉆石底半導體裝置，其進一步包含一耦合到該碳化硅層上的半導體層。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的半導體層以取向附生方式耦合到該碳化硅 層上。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的半導體層為一單晶體。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的半導體層所包含的成分是選自硅、碳化硅、 硅化鍺、砷化鎵、氮化鎵、鍺、硫化鋅、磷化鎵、銻化鎵、磷砷銦鎵、磷化鋁、砷化鋁、砷化鎵鋁、 氮化鎵、氮化硼、氮化鋁、砷化銦、磷化銦、銻化銦、氮化銦以及其混合物。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的半導體層為氮化鎵。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的鉆石層為透明。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的鉆石層的厚度是10到50微米。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的鉆石層的厚度是等于或小于10微米。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的碳化硅層的厚度是等于或小于1微米。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的碳化硅層的厚度是等于或小于500納米。
前述的鉆石底半導體裝置，其中所述的碳化硅層的厚度是等于或小于1納米。
本發明的目的及解決其技術問題還采用以下技術方案來實現。依據本發明提出的 一種制造鉆石底半導體裝置的方法，包含以下步驟在一單晶硅生長基材上形成一單晶碳 化硅的取向附生層；在該碳化硅層上形成一取向附生鉆石層；在該鉆石層上形成一硅層； 使一硅載具基材的一二氧化硅表面結合在該硅層上；以及去除該硅生長基材以露出該碳化 硅層。
本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
前述的制造鉆石底半導體裝置的方法，其進一步包含在該碳化硅層上形成一半導 體層。
前述的制造鉆石底半導體裝置的方法，其中所述的形成半導體層的步驟進一步包 括以取向附生方式形成該半導體層。
前述的制造鉆石底半導體裝置的方法，其中所述的形成一取向附生鉆石層的步驟 進一步包括使該單晶硅生長基材的一生長表面逐漸由硅變化為碳化硅以形成該碳化硅 層；以及使該碳化硅晶圓的一生長表面逐漸由碳化硅變化為鉆石以形成該鉆石層。
前述的制造鉆石底半導體裝置的方法，其中所述的形成一取向附生鉆石層的步驟 進一步包括在該單晶硅生長基材上形成一同構形無晶鉆石層以使該碳化硅層介于單晶硅 生長基材與同構形無晶鉆石層之間；去除同構形無鉆石層以露出該碳化硅層；以及以取向 附生方式在該碳化硅層上形成一鉆石層。
本發明的目的及解決其技術問題另外采用以下技術方案來實現的。依據本發明 提出的一種制造發光二極管裝置的方法，包含以下步驟制造如上述的鉆石底半導體裝置； 在該碳化硅層上依序形成有多個氮化發光二極管層；以及在該多個氮化層上耦合一鉆石支 撐基材以使得該多個氮化層位于該鉆石層以及該鉆石支撐層之間。
本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
前述的制造發光二極管裝置的方法，其進一步包含在該多個氮化層的一第一端 上電耦合一 P型電極；以及在該多個氮化層的一第二端上電耦合一 η型電極。
前述的制造發光二極管裝置的方法，其中在多個氮化層第一端電耦合一 ρ型電極 的步驟進一步包含在該鉆石層中摻入硼以形成該P型電極。
前述的制造發光二極管裝置的方法，其進一步包含去除該硅載具基材以及硅層以 便外露該鉆石層。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發 明的主要技術內容如下
為達到上述目的，本發明提供了一種具有增進散熱功效的半導體裝置以及其制造 這類裝置的方法。在一方面，舉例而言，本發明提供一種鉆石底半導體基材。該半導體基材 可包含一硅載具基材，該硅載具基材具有一二氧化硅表面，在該硅載具基材的二氧化硅表 面上耦合有一硅層，在該硅層上耦合有一鉆石層，以及在該鉆石層上以取向附生方式耦合 有一單晶碳化硅層。
在本發明另一方面，該半導體裝置可包含有一耦合到該碳化硅層的半導體層。通 過各種應用于沉積此種層結構的技術，該半導體材料的晶格可以取向附生方式耦合或匹配 于該碳化硅層的晶格。此外，該半導體層可為一單晶體或者至少實質上為單晶體。
可依據半導體裝置所預計的用途而利用多種半導體材料來建構此一半導體裝置。 舉例而言，在一方面半導體裝置材料可包含有至少一硅、碳化硅、硅化鍺、砷化鎵、氮化鎵、 鍺、硫化鋅、磷化鎵、銻化鎵、磷砷化鎵、磷化鋁、砷化鋁、砷化鎵鋁、氮化鎵、氮化硼、氮化鋁、 砷化銦、磷化銦、銻化銦、氮化銦以及其混合物。在另一特定方面，舉例而言，該半導體層可 包含氮化鎵。
根據本發明某些方面，該鉆石層可依據該半導體裝置的用途不同而作出廣泛的改 變。舉例而言，在一方面，該鉆石層可為一單晶體或者大致上為一單晶體。在另一方面，該 鉆石層可為一無支撐力鉆石層。此外，在某些應用中，該鉆石層可大致為透明，以便有利于 這些應用。
本發明亦提供制造各種半導體裝置的方法。在一方面，舉例而言，本發明提供一種 一制造半導體基材的方法。此一制造基材的方法可包含在一單晶硅生長基材上形成有一 取向附生單晶碳化硅層；在該碳化硅層上形成有一取向附生鉆石層；在該鉆石層上形成有 一硅層；使該硅層與一硅載具基材的二氧化硅表面相結合；以及去除該硅生長基材以便露 出該碳化硅層。
可使用各種技術來將該鉆石層取向附生沉積或是形成在該碳化硅層。舉例而言， 在一方面，形成取向附生鉆石層的步驟可進一步包含使一單晶硅生長基材的生長基材由 硅層逐漸轉化為碳化硅層，以便形成該碳化硅層；以及將依碳化硅晶圓的生長基材逐漸轉 化為鉆石以便形成該鉆石層。在另一方面，形成取向附生鉆石層的步驟可進一步包含在一 單晶硅生長基材上形成有一保角無晶鉆石層以便使該碳化硅層形成在單晶硅生長基材與 保角無鉆石層之間；移除該保角無晶鉆石層以便露出該碳化硅層；以及以取向附生方式在 該碳化硅層上形成一鉆石層。
在另一方面，本發明提供一制造發光二極管裝置的方法。此方法可包含制造一如上所述的半導體基材；在該半導體基材的碳化硅層上依序形成有多個氮化物發光二極管 (Nitride LED)層；在該多個氮化物層上耦合一鉆石支撐基材以使該多個氮化物層位于該 鉆石層與該鉆石支撐層之間。在又一方面，本發明方法可進一步包含將一P型電極電耦合 到該多個氮化層的一第一端；以及將一 η型電極電耦合到該多個氮化層的一第二端。在一 特定方面，該將一P型電極電耦合到該多個氮化層的一第一端的步驟可進一步包含在該鉆 石層中加入硼以形成P型半導體。
在某些方面，該鉆石層在功效上可作為透光部以使氮化層所產生的光線可穿透該 鉆石層。在這些例子中，可移除硅載具基材以及硅層以便露出該鉆石層，藉此可使發光二極 管的光線穿透該鉆石層。
借由上述技術方案，本發明鉆石底半導體裝置及其相關方法至少具有下列優點及 有益效果本發明即便在半導體裝置的高功率狀況下亦能通過鉆石層有效對半導體裝置進 行散熱，且同時能夠有效維持半導體裝置的小巧體積。此外，本發明鉆石層可使半導體裝置 在高于其自身最大運作瓦數的運作瓦數下運作。再者，本發明鉆石層增加了橫向穿過半導 體裝置的熱流動性以減少阻塞于半導體層中的熱量。此橫向的熱傳遞可有效地增進半導體 裝置的散熱性。此外，本發明半導體裝置的晶格匹配程度增加，因而進一步增進了半導體裝 置的散熱性。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1是本發明一實施例中的半導體裝置的一剖視圖。
圖2是本發明另一實施例中的半導體裝置的一剖視圖。
圖3是本發明又一實施例中的半導體裝置的一剖視圖。
12硅載具基材14二氧化硅表
16硅層18鉆石層
20碳化硅層22半導體層
32單晶碳化硅34硅生長基材
36鉆石層38娃層
40二氧化硅基材42硅載具基材具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合 附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的鉆石底半導體裝置及其相關方法其具體實施方 式、結構、制造方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。
有關本發明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實 施例的詳細說明中將可清楚呈現。通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目 的所采取的技術手段及功效得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說 明之用，并非用來對本發明加以限制。
定義
在敘述與主張本發明時，將會根據下列所提出的定義來使用下列的用詞。
“一”以及“該”等單數冠詞包含多個的意義，除非文中明確指出不同的使用方法。 因此，舉例而言，“一熱源”一詞包含了一或多個這類的熱源，且“該鉆石層”一詞包含了一或 多個層結構。
“熱轉移”、“熱速率”以及“熱傳輸”等用詞可相互交替使用，是用于指出將熱量從 一高溫區域轉移到一低溫區域的速率。熱量轉移速率可包含任何本發明所屬領域中具有通 常知識者已知的熱量傳輸機制，例如而不受限于傳導性、對流性以及輻射性等等。
文中所使用的“散發”一詞是指自一固態材料轉移到空氣的熱或是光轉移程序。
文中所使用的“發光表面”一詞是指一裝置或物體的一表面，光自該表面散發。光 可包含可見光或者在紫外線光譜內的光。發光表面的例子可包含而不限制于一發光二極管 上的氮化物層，或者一個將與發光二極管結合的半導體層結構上的氮化物層，光則自該氮 化物層發出。
文中所使用的“氣相沉積” 一詞是指通過使用氣相沉積技術而形成的材料。氣 相沉積程序可包含任何而不受限于化學氣相沉積(Chemical VaporDeposition, CVD)以 及物理氣相沉積(Physica 1 Vapor Deposition, PVD)等程序。本發明所屬技術領域具 有通常知識者可實施各個氣相沉積方法的廣泛的各種不同態樣。氣相沉積方法的例子包 含熱燈絲化學氣相沉積、RF化學氣相沉積、激光化學氣相沉積(LCVD)、激光脫落(Laser Ablation)、同構形鉆石涂布程序(Conformal Diamond Coating Processes)、有機金屬化 學氣相沉積(Metal-Organic CVD, M0CVD)、濺鍍、熱蒸發物理氣相沉積、電離金屬物理氣相 沉積(Ionized Metal PVD, IMPVD)、電子束物理氣相沉積(Electron Beam PVD，EBPVD)、反 應性物理氣相沉積等方法。
文中所使用的“化學氣相沉積”或是“CVD”等用詞是指任通過化學方式將蒸氣中 的鉆石粒子沉積于一表面上的方法。此領域中有多種已知的化學氣相沉積技術。
文中所使用的“物理氣相沉積”或是“PVD”等用詞是指任通過物理方式將蒸氣中 的鉆石粒子沉積于一表面上的方法。此領域中有多種已知的物理氣相沉積技術。
文中所使用的“鉆石”一詞是指一種碳原子的結晶結構，該結構中碳原子與碳原子 通過四面體配位晶格方式鍵結，該四面體配位鍵結即是已知的sp3鍵結。具體而言，各碳原 子受到其他四個碳原子所環繞而鍵結，四個周圍的碳原子分別位于正四面體的頂點。此外， 在室溫下，任兩碳原子之間的鍵長為1. M埃，且任兩鍵之間的夾角為109度觀分16秒，實 驗結果有極為小微差異但可忽略。鉆石的結構與性質，包括其物理與電氣性質，均為該本發 明所屬技術領域具有通常知識者所知悉。
文中所使用的“扭曲四面體配位”一詞是指碳原子的四面體配位鍵結為不規則狀， 或者偏離前述鉆石的正常四面體結構。此種扭曲型態通常導致其中一些鍵長加長而其余的 鍵長縮短，并且使得鍵之間的角度改變。此外，扭曲四面體改變了碳的特性與性質，使其特 性與性質實際上介于以SP3配位鍵結的碳結構(例如鉆石)與以SP2配位鍵結的碳結構(例 如石墨)之間。其中一個具有以扭曲四面體鍵結的碳原子的材料便是無晶鉆石。
文中所使用的“類鉆碳”一詞是指一以主碳原子為主要成分的含碳材料，該含碳材 料中的大量碳原子以扭曲四面體配位鍵結。盡管化學氣相沉積程序或其他程序可用于形成類鉆碳，類鉆碳亦可通過物理氣相沉積程序而形成。尤其，類鉆碳材料中可含有各種作為雜 質或摻雜物的元素，這些元素可包含而不受限于氫、硫、磷、硼、氮、硅以及鎢等等。
文中所使用的“無晶鉆石” 一詞是指一種類鉆碳，該類鉆碳主要元素為碳原子，且 大多數的碳原子以扭曲四面體配位鍵結。在一方面，無晶鉆石中的碳原子數量可為占總量 的至少大約90%，且這些碳原子中的至少20%以扭曲四面體配位鍵結。無晶鉆石具有高于 鉆石的原子密度(鉆石密度為176原子/每立方厘米(atoms/cm3))。此外，無晶鉆石以及 鉆石材料在熔化時體積收縮。
文中所使用的“無支撐力(Adynamic) ”一詞是指一種層結構，該層結構無法獨立維 持其結構以及/或是強度。舉例而言，在缺乏一模具層或一支撐層的情況下，一無支撐力鉆 石層將會在移該除模具面或是鉆石面之后卷曲或是變形。盡管有許多原因導致一層結構具 有無支撐力的性質，在一方面，導致無支撐力性質的原因在于該層結構非常的薄。
文中所使用的“生長側”以及“生長表面”等用詞可相互交替使用，并且是指在一 化學氣相沉積程序中，一薄膜或是一層結構上生長的表面。
文中所使用的“基材”一詞是指一種支撐表面，該支撐表面可連接各種材料以藉此 形成一半導體裝置或一鉆石底半導體裝置。該基材可具有任何能夠達成特定結果的外形、 厚度或材料，且包含而不限制于金屬、合金、陶瓷以及其混合物。此外，在某些方面，該基材 可為一現有的半導體裝置或是晶圓，或者可為一種能夠結合一適當裝置的材料。
文中所使用的“大致上”一詞是指一作用、特征、性質、狀態、結構、物品或結果的完 全或近乎完全的范圍或是程度。舉例而言，一物體“大致上”被包覆，其意指被完全地包覆， 或者被幾乎完全地包覆。與絕對完全程度相差的卻確可允許偏差程度，可在某些例子中取 決于說明書內文。然而，一般而言，接近完全時所得到的結果將如同在絕對且徹底完全時得 到的全部結果一般。當“大致上”被使用于描述完全或近乎完全地缺乏一作用、特征、性質、 狀態、結構、物品或結果時，該使用方式亦是如前述方式而同等地應用的。舉例而言，一“大 致上不包含”粒子的組成物，可完全缺乏粒子，或是近乎完全缺乏粒子而到達如同其完全缺 乏粒子的程度。換言之，只要一“大致上不包含“原料或元件的組成物不具有可被量測得的 效果，該組成物實際上仍可包含這些原料或是元件。
文中所使用的“大約”是指給予一數值范圍的端點彈性，所給予的數值可高于該端 點少許或是低于該端點少許。
文中所使用的多個物品、結構元件、組成員件以及/或材料，可以一般列表方式呈 現以利方便性。然而，該等列表應被解釋為該列表的各成員被獨立的視為分離且獨特的成 員。因此，基于此列表的成員出現在同一群組中而沒有其他反面的指示，此列表中的各成員 均不應被解釋為與同列表中的任何其他成員相同的。
濃度、數量以及其他數值資料可以一范圍形式表達或呈現。要了解的是，此范圍形 式僅僅為了方便與簡潔而使用，因此該范圍形式應該被彈性地解釋為不僅包含了被清楚描 述以作范圍限制的數值，亦包含在該范圍中的所有獨立數值以及子范圍。因此，在此數值范 圍中分別包含了獨立數值，例如2，3及4，子范圍，例如1-3,2-4及3-5等等，以及1、2、3、4 及5。
此相同的原則適用于作為最小值或最大值的單一數值。此外，不論所描述范圍或 特征的幅度為何，都應該采用這樣的解釋。
本發明
本發明提供整合有鉆石層的半導體裝置以及其制造此種裝置的方法。半導體裝置 通常對散熱有很高的挑戰性，尤其是那些發光的半導體裝置。應注意的是，雖然下列大部 分的敘述是針對例如發光二極管等發光裝置，本發明申請專利范圍的范疇被發光裝置所局 限，且文中所教示的內容亦同樣能夠適用于其他類型的半導體裝置。
半導體裝置所產生的大部分熱量是在半導體層中增長，也因而影響了半導體裝置 的效率。舉例而言，一發光二極管可具有多個氮化層，這些氮化層被配置為可由一發光表面 發出光線。由于發光二極管在電子裝置以及發光裝置中變的越來越重要，發光二極管持續 發展而不斷增加電力需求。這些裝置典型的微小體積使散熱問題惡化，此則使具有傳統鋁 鰭片的散熱器因為自身笨重的性質而無法對這些裝置有效地發揮散熱功效。此外，此類傳 統散熱器，若應用在發光二極管的發光表面，則會阻礙了光線的發散。由于散熱器無可干涉 氮化層或是發光表面的功能，它們通常會被設置在光二極管以及一例如電路板等支撐結構 之間。這樣的散熱器位置相對于熱源累積處(即是發光表面或以及氮化層)的位置較遠。
目前已發現在發光二極管封裝中形成一鉆石層后，即便在高功率狀況下亦能有效 對發光二極管進行散熱，且同時能夠有效維持發光二極管封裝的小巧體積。此外，在一方面 一發光二極管的最大運作瓦數可能會低于以一鉆石層對該發光二極管的半導體層吸熱的 吸熱率，以便藉此使該發光二極管在高于其自身最大運作瓦數的運作瓦數下運作。
此外，在會發光以及不發光的半導體裝置中，由于制造這些半導體裝置的材料具 有相對差的導熱率，熱量會被阻塞于半導體層中。此外，半導體層之間的晶格錯配降低了導 熱率，也因此進一步提高增熱率。本發明人已發展出整合有鉆石層的半導體裝置，該鉆石層 除了其他以外的特性，還對該半導體裝置提供了增進的散熱性。此鉆石層增加了橫向穿過 半導體裝置的熱流動性以減少阻塞于半導體層中的熱量。此橫向的熱傳遞可有效地增進許 多半導體裝置的散熱性。此外，根據本發明某些方面，半導體裝置的晶格匹配程度增加，因 而進一步增進了半導體裝置的散熱性。此外，應注意的是鉆石層所提供的有益特性不僅僅 在于較好的散熱性而已，因此本發明的范疇不應僅局限在散熱性上。
因此，在本發明一方面，其提供一種半導體基材。如圖1所示，此一基材可包含硅 載具基材12，該硅載具基材12具有一二氧化硅表面14、一耦合于該硅載具基材12的二氧 化硅表面14上的硅層16、一耦合于該硅層16的鉆石層18以及一以取向附生方式而耦合于 該鉆石層18的單晶碳化硅層20。此外，如圖2所示，該暴露的碳化硅層20提供一有用表面 以使一半導體層22能夠通過取向附生方式進行沉積在該表面上。碳化硅層20的單晶特性 能夠有利于晶格匹配的單晶半導體層22進行生長，藉此建構各種半導體裝置。本發明范疇 涵蓋任何已知會產生熱量的半導體裝置。半導體裝置的特定的例子可為而不受限于發光二 極管、激光二極管、聲波過濾器，例如表面聲波(Surface Acoustic Wave, SAW)過濾器以及 塊體聲波(BulkAcoustic Wave, BAff)過濾器以及集成電路(IC)晶片等等。
圖3顯示一根據本發明特定方面來制造一半導體基材的方法的部分步驟。提供一 單晶硅生長基材以供其他材料在該單晶硅生長基材上沉積。雖然該硅生長基材不必要是單 晶結構，此種單晶晶格構造相較于非單晶基材而言，可使所附加上的材料在沉積時有相對 較少的晶格的錯配(Mismatch)問題。在沉積之前徹底的清潔硅生長基材以在沉積之前，自 晶圓上移除非結晶狀的硅或是非硅粒子是有益的，這些非結晶狀的硅或是非硅粒子可能會導致硅生長基材以及其上的沉積層之間的晶格錯配。本發明范疇包含任何可清理該硅生長 基材的方法，然而，在一方面，該基材可浸泡于氫氧化鉀中并以蒸餾水通過超音波方式對該 基材進行清洗。
在清洗該硅生長基材34之后，硅生長基材上可沉積一單晶碳化硅32的取向附生 層以及一取向附生鉆石層36，并使該單晶碳化硅層32位于該硅生長基材34以及該鉆石層 之間36。該碳化硅層可在沉積時與該鉆石層相分離，或是可為該鉆石層沉積的結果，亦或是 可在沉積時與該沉積的鉆石層相互結合。舉例而言，該碳化硅層可為由硅逐漸變化為鉆石 的程序的沉積結果，此例子會在稍后敘述。此外，可藉由在該硅生長基材上沉積一無晶鉆石 層而在內部創造該碳化硅層，此例子亦會在稍后敘述。
承前述，可在該鉆石層36上沉積一硅層38。該硅層38增進該硅載具基材42結合 到該鉆石層36的結合強度。該硅載具基材42具有一可結合到該硅層38的二氧化硅表面 40。在硅載具積材42以晶圓結合方式結合到該硅層38之后，可移除該硅生長基材34而露 出該碳化硅層32。如上所述，該碳化硅層32可作為一生長表面以便使半導體材料沉積在該 生長表面上。
鉆石材料具有優異的導熱性，此則使其成為整合到半導體裝置的理想材料。通過 鉆石材料可加速自半導體裝置中轉移熱量的速度。應注意的是，本發明不局限于特定的熱 量轉移理論。因此，在本發明一方面，可至少一部分通過將熱量轉移進入以及通過一鉆石層 來加速自半導體裝置內部轉移熱量的速度。由于鉆石優異的熱傳導性質，熱量可快速地橫 向傳播通過鉆石層以及到達一半導體裝置的邊緣。在邊緣的熱量可更快速的排散到空氣中 或者排散到周圍的散熱器或者半導體裝置的支撐架等結構中。此外，具有大部分面積暴露 于空氣中的鉆石層將會更快速地排散一整合有此鉆石層的裝置的熱量。由于鉆石的熱傳導 性大于一與該鉆石層熱耦合的半導體裝置層或其他結構的熱傳導性，因此該鉆石層成為一 散熱器。因此，該鉆石層吸取了該半導體裝置層內所產生的熱量，并且這些熱量以橫向方式 傳播并排散于該半導體裝置之外。此種加速熱轉移速率的方式可導致半導體裝置具有更低 的運作溫度。此外，熱轉移速率的加速不僅僅冷卻一半導體裝置，更會降低在空間上位于該 半導體裝置附近的許多電子元件的熱負載。
在本發明某些方面，可將鉆石層的一部分暴露于空氣中。此種暴露的狀態可限 制在某些例子中限制在只暴露鉆石層的邊緣；或者可暴露該鉆石層大比例的表面積，例如 暴露鉆石層的其中一側。在此方面中，至少一部分通過將熱量自鉆石層轉移到空氣中的 方式，可達成半導體裝置的熱量移除速率的加速效果。舉例而言，鉆石材料，例如類鉆碳 (Diamond-like Carbon,DLC)等，即便在低于100°C的溫度，亦具有優異的熱發射率特性，因 此鉆石材料能直接輻射熱量到空氣中。含半導體裝置在內的多數其他材料的導熱性優于熱 輻射性。因此，半導體裝置可傳導熱量到類鉆碳層，將熱量在類鉆碳層中橫向傳播，且接著 沿著類鉆碳層的邊緣或是其他外露的表面將熱量輻射到空氣中。由于類鉆碳的高導熱性以 及高熱輻射性，由類鉆碳轉移到空氣中的熱量轉移速率可大于由半導體裝置轉移到空氣中 的熱量轉移速率。此外，由半導體裝置到類鉆碳層的熱量轉移速率可大于由半導體裝置到 空氣的熱量轉移速率。因此，類鉆碳層可用做加速自該半導體層移除熱量的速率，使得通過 類鉆碳層的熱量轉移速率高于半導體本身的熱量轉移速率或者高于由半導體到空氣中的 熱量轉移速率。
如上所建議的，可使用各種鉆石材料來對一半導體裝置提供熱量轉移速率的加速 特性。這類鉆石材料的例子可包含而不受限是鉆石、類鉆碳、無晶鉆石以及其結合等等。應 注意的是，任何可用于對一半導體裝置降溫的天然或人造鉆石材料均在本發明范疇之內。
應注意的是，下列敘述是關于鉆石沉積技術很一般的討論，這些鉆石沉積技術可 以或是未必會使用于特定鉆石層或應用，且這些鉆石沉積技術可廣泛的介于本發明的各 種不同方面。一般而言，可用各種已知方法來形成鉆石，這些方法包含各種氣相沉積技術。 可使用任何已知的氣相沉積技術來形成鉆石層。盡管可使用與氣相沉積法特性與產物相 近的任何方法來形成鉆石，最常見的氣相沉積技術包含化學氣相沉積以及物理氣相沉積。 在一方面，可使用化學氣相沉積技術，例如熱燈絲、微波等離子體、氫氧焰(Oxyacetylene Flame)、RF化學氣相沉積(RF-CVD)、激光化學氣相沉積(Laser CVD)、激光脫落(Laser Ablation)、同構形鉆石涂布程序(ConformalDiamond CoatingProcesses)、有機金屬 化學氣相沉積(Metal-Organic CVD, M0CVD)以及直流電弧技術(Direct Current Arc Technologies)等技術。典型的化學沉積技術使用氣態反應物來將鉆石或是類鉆碳材料沉 積為一層結構或一膜結構。前述氣體可包含少量(大約少于5%)的含碳材料，例如以氫氣 稀釋的甲烷。本發明所屬技術領域具有通常知識者知悉各種化學氣相沉積程序的設備與條 件，亦知悉特別適用于氮化硼層的程序。在另一方面，可使用物理氣相沉積技術，例如濺鍍、 陰極電弧以及熱蒸發等等。此外，可使用特定的沉積條件以調整類鉆碳、無晶鉆石或者是純 鉆石等所沉積材料的確切型態。應注意的是，高溫會降低諸如發光二極管等許多半導體裝 置的品質。必須小心翼翼以便能確保鉆石以低溫方式沉積，藉此避免鉆石于沉積時損壞的 問題。舉例而言，若半導體包含有氮化銦，可使用最多到600°C的沉積溫度。在氮化鎵的例 子中，最多到大約1000°C均能保持層結構的熱穩定性。此外，可以不過度干涉鉆石層的熱轉 移或與半導體裝置發光表面的方法，通過硬焊(Braze)、膠合或是貼合等方式將預先形成的 多個層結構固定于半導體層或是半導體層的支撐基材上。
可在一基材的生長表面上形成一選用的成核(Nucleation)加強層以增進鉆石層 的沉積品質以及減少沉積時間。特別是，可以通過沉積適用的晶核的方式來形成一鉆石層， 例如，在一基材的一鉆石生長表面上沉積一鉆石晶核，接著通過氣相沉積技術使該晶核生 長成一薄膜或層結構。在本發明一方面，在該基材上可涂布一薄狀的成核加強層以增強鉆 石層的生長。接著將鉆石晶核置放在該成核加強層上，且通過化學氣相沉積來進行鉆石層 的生長程序。
本發明所屬技術領域具有通常知識者可知曉各種可作為成核加強層材料的適用 材料。在本發明一方面，該成核加強層材料可為一選自金屬、金屬合金、金屬化合物、碳化 物、碳化物形成元素(Carbide Former)以及其結合。碳化物形成材料的例子可為鎢、鉭、鈦、 鋯、鉻、鉬、硅以及錳。此外，碳化物的例子可包含碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化鋯以及其結合。
當使用時，該成核加強層為一足夠薄的層結構以致于其不會不利地影響該鉆石層 的熱傳導性。在本發明一方面，該成核加強層的厚度可小于大約0. 1微米(μπι)。在本發明 另一方面，該厚度可至少小于大約10納米(nm)。在本發明又一方面，該成核加強層的厚度 可小于大約5納米。在本發明另一方面，該成核加強層的厚度可少于大約3納米。
可使用各種方法來增加在通過氣相沉積技術所形成的鉆石層的成核表面的鉆石品質。舉例而言，可在鉆石沉積的較早階段時，減少甲烷流量并且增加總氣體壓力來增進鉆 石粒子的品質。這樣的措施能減少碳的分解率，并且能增加氫原子濃度。因此，將會使非常 高比例的碳以SP3鍵結配置狀態沉積，且能增進所形成的鉆石晶核的品質。此外，可增加鉆 石粒子的成核率以便減少鉆石粒子之間的空隙。增加鉆石粒子成核率的方法可包含而不限 制于下列例子對該生長表面提供一適量的負偏壓，通常大約是100伏特；以精細鉆石膠或 是鉆石粉末對該生長表面進行拋光，該精細鉆石膠或粉末可部分留存于該生長表面；以及 通過物理氣相沉積或是等離子體輔助式化學氣相沉積(PECVD)的程序來植入如碳、硅、鉻、 錳、鈦、釩、鋯、鎢、鉬、鉭、以及類似的離子，來控制生長表面的成分。物理氣相沉積程序的 實施溫度一般低于化學氣相沉積程序的溫度，且在某些例子中可低于大約200°C而在大約 150°C。其他增進鉆石成核的方法對于本發明所屬技術領域具有通常知識者是顯而易見的。
在本發明一方面，該鉆石層可為一同構形鉆石層的型態。可通過廣泛的各種基材， 例如包括非平面基材，來實施同構形鉆石涂布程序。同構形鉆石涂布程序相較于傳統的鉆 石薄膜程序能具有許多優點。可通過不利用偏壓的鉆石生長條件來預先處理生長表面形成 一碳膜。鉆石生長條件可為傳統適用鉆石的化學氣相沉積條件并且不使用偏壓。因此，所 形成的碳薄膜大多小于100埃的厚度。預先處理步驟可在大約200°C到大約900°C的生長 溫度，而較佳的低溫在大約500°C以下。無須任何特殊理論，碳薄膜在少于一小時的短短時 間形成，且該碳薄膜為一種氫端(Hydrogen-terminated)無晶碳。
在形成該薄碳膜之后，該生長表面可接著在鉆石生長條件下形成一同構型鉆石 層。該鉆石生長條件可為通常使用傳統化學氣相沉積式鉆石生長方式的條件。然而，不同 于傳統鉆石膜生長，由上述預先處理步驟所產生的鉆石膜是一種同構形鉆石膜。此外，鉆石 膜一般無須醞釀期即在大致整個基材上開始生長。再者，可生長到在大約80nm以內厚度的 大致上為連續性而無紋理邊界的鉆石膜。大致上無紋理邊界的鉆石層相較有紋理邊界的鉆 石層可更有效地進行散熱。
對于某些鉆石層，特別是那些即將沉積有半導體層的鉆石層，創造一個生長基材 而使該半導體材料可以最少的晶格錯位結構(例如大致上為單晶體的結構)沉積形成于該 生長基材上是有益的。大致上為單晶體結構的生長表面與半導體材料之間有強大的鍵結效 應，因此利用大致上為單晶體結構的生長表面可促進將晶格錯位的情形降到最低。在本發 明一方面，此種基材包含一大致上為單晶體結構的鉆石層，在該鉆石層耦合有一大致上為 單晶體結構的碳化硅層。該碳化層大致上為單晶體結構的特性有利于一例如氮化鎵或是氮 化鋁等半導體大致上沉積為一單晶體。此外，由該鉆石層到該碳化硅層以及由該鉆石層到 該半導體層的取向附生關系，增加了鉆石層的熱傳導性，因此增進了半導體裝置的散熱性。
可使用各種可能的方法來建造此種鉆石/碳化硅合成基材。任何這類方法均被視 為是屬于本發明范疇之內。舉例而言，在一方面可通過將一單晶硅晶圓逐漸變化為一單晶 硅鉆石層的方式來創造一基材。換言之，該硅晶圓能由硅逐漸的轉化為碳化硅并接著逐漸 轉化為鉆石。逐漸變化的技術發明人于2007年5月31日提出申請，代理人第00802-32733. NP號的美國專利申請案“漸變式結晶材料及其相關方法”，作進一步的探討，該申請案載明 于本文中以供參考。除了上述對晶格錯位最小化的優點，大致上為單晶體的鉆石層可為透 明而透光，以利建造一發光半導體裝置，例如發光二極管以及激光二極管。
在增厚鉆石層或是設置一支撐基材到該鉆石層上之后，可通過任何本發明所屬技術領域具有通常知識者已知的各種方法來移除該硅晶圓。最后產出的結構則包括一大致上 為單晶體結構的鉆石層，在該鉆石層上以取向附生方式耦合一有大致上為單晶體結構的碳 化硅層。接著使用任何本發明所屬技術領域具有通常知識者已知的方法，以取向附生方式 在該碳化硅層上沉積有一半導體材料。在本發明一方面，此沉積程序可發生在一漸變程序 中，該漸變程序類似于在該硅晶圓上形成鉆石層所使用的漸變技術。
根據本發明某些方面，該鉆石層可具有供一半導體裝置進行散熱的任何厚度。鉆 石層的厚度可根據應用以及半導體裝置結構的不同而改變。舉例而言，較大的散熱需求將 會需要較厚的鉆石層。鉆石層厚度亦會隨著該鉆石層內所使用的材料的不同而有所變化。 換言之，在一方面一鉆石層的厚度可由大約10到大約50微米。在另一例子中，一鉆石層的 厚度可等于或小于大約10微米，又一例子中，一鉆石層厚度可由大約50微米到大約100微 米，在另一例子中，一鉆石層的厚度可大于大約50微米。在又一例子中，一鉆石層可為無支 撐力鉆石層。
根據本發明某些方面，該碳化硅層可依據碳化硅層的沉積方法以及半導體裝置的 用途而具有不同的厚度。在某些方面，該碳化硅層可僅足夠厚到能排列沉積于碳化硅層上 的層結構的晶格方向。在其他方面，較厚的碳化硅層較為有利。根據這些變化，在一方面該 碳化硅層的厚度可等于或小于大約1微米。在另一方面，該碳化硅的厚度可等于或小于大 約500納米。在又一方面，該碳化硅的厚度可等于或小于大約1納米。在又另一方面，該碳 化硅的厚度可大于大約1微米。
如上所述，根據本發明某些方面，該半導體裝置包含多個連接到一個或多個鉆石 層的半導體層。這些半導體層可通過本發明所屬技術領域具有通常知識者所知曉的各種方 法連接到一鉆石層。在本發明一方面，可在一鉆石層上沉積一個或多個半導體層，或者如上 所述，可在一耦合到鉆石層的碳化硅層上沉積一個或多個半導體層。
可利用本發明所屬技術領域具有通常知識者已知的各種技術在一例如碳化 硅層的基材上沉積一半導體層。這類技術的其中一個例子是有機金屬化學氣相沉積 (Metal-organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)禾呈序。
該半導體層可包含任何適用于形成電子裝置、半導體裝置或是其他類似裝置的材 料。許多半導體是基于硅、鎵、銦以及鍺。然而，適用于半導體層的材料可包含而不限制于 硅、碳化硅、硅化鍺、砷化鎵、氮化鎵、鍺、硫化鋅、磷化鎵、銻化鎵、磷砷銦鎵、磷化鋁、砷化 鋁、砷化鎵鋁、氮化鎵、氮化硼、氮化鋁、砷化銦、磷化銦、銻化銦、氮化銦以及其混合物。在另 一特定方面，舉例而言，該半導體層可包含硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵、磷化鎵、氮化鋁、氮 化銦、氮化鎵銦、氮化鎵鋁或是其混合物。
在某些額外的實施例中，可形成諸如基于砷化鎵、氮化鎵、鍺、氮化硼、氮化鋁、銦 基材料以及其混合等等非含硅的半導體裝置。在另一實施例中，該半導體層可包含氮化鎵、 氮化鎵銦、氮化銦以及其混合物。在一特定方面，該半導體材料為氮化鎵。在另一特定方 面，該半導體材料為氮化鋁。其余可使用的半導體材料包含氧化鋁、氧化鈹、鎢、鉬、C-Y2O3, (Ya9LEtai)2O^ C-Al23O27N5, C-MgAl2O4, t_MgF2、石墨以及其混合物。應了解的是，該半導體層 可包含任何已知的半導體材料，且不應限制于文中所述的這些材料。此外，半導體材料可 為任何已知的結構配置，例如而不限制于立方體閃鋅礦(zincblende or sphalerite)結 構、六方晶系T閃鋅礦結構(Wurtzitic)、菱形六面體結構(rhombohedral)、石墨結構、亂層(Turbostratic)結構、裂解(Pyrolytic)結構、六角形結構(Hexagonal)、無晶結構或是 其混合。如上所述，可利用本發明所屬技術領域具有通常知識者已知的方法來沉積該半導 體層14。可使用各種已知的氣相沉積方法來沉積這些半導體層，并且允許這些沉積程序 在一漸變方法中進行。此外，可在所述的兩沉積步驟之間實行一表面處理以便能提供一平 滑表面而供進行后續的沉積步驟。可通過任何已知的方法，例如化學蝕刻、拋光、皮輪拋光 (Buffing)以及研磨等方法來進行前述表面處理程序。
在本發明一方面，至少一半導體層可為氮化鎵。氮化鎵半導體層有利于建造發光 二極管或是其他半導體裝置。在某些例子中，將碳化硅或是其他基材逐漸轉化為該半導體 層是有益的。舉例而言，可通過固定氣相沉積的氮濃度并且改變鎵以及銦的沉積濃度，使 鎵銦的濃度比例由O 1逐漸變化為1 0，藉此將一氮化銦半導體基材逐漸轉化為一 氮化鋁半導體層。換言之，鎵與銦的供給產生變化以使得當銦的濃度減少的同時，鎵的濃度 增加。該逐漸轉化的功能為大幅減少在氮化鎵直接形成于氮化銦時所觀察到的晶格錯配現 象。
在本發明另一方面，至少一半導體層可為一氮化鋁層。該氮化鋁層可通過本發明 所屬技術領域具有通常知識者已知的任何方法沉積到一基材上。如上述氮化鎵層一般，兩 半導體層之間的逐漸轉化程序可增進半導體裝置的功能性。舉例而言，在一方面可通過將 氮化銦層逐漸轉化為氮化鋁層的方式來將氮化鋁沉積到一氮化銦半導體基材上。此種逐漸 轉化程序可包含例如通過固定所沉積的氮濃度并且改變銦以及鋁的沉積濃度，使一銦鋁 的濃度比例由O 1逐漸變化為1 0，藉此將一氮化銦半導體基材逐漸轉化為一氮化鎵半 導體層。此逐漸轉化的程序大幅減少在氮化鋁直接形成于氮化銦時所觀察到的晶格錯配現 象。可在所述的任何兩沉積步驟之間實行一表面處理以便能提供一平滑表面而供進行后續 的沉積步驟。可通過任何已知的方法，例如化學蝕刻、拋光、皮輪拋光以及研磨等方法來進 行前述表面處理程序。
本發明進一步提供制造一發光二極管的方法。此方法可包含制造一如上所述的 半導體基材；在該碳化硅層上依序形成多個氮化發光二極管層；以及在該多個氮化層上耦 合一鉆石支撐基材以使得該多個氮化層位于該鉆石層與該鉆石支撐層之間。此外，可將一 P型電極電耦合到該多個氮化層的一第一端；以及可將一 η型電極電耦合到該多個氮化層 的一第二端。
范例
下列范例顯示制造一本發明半導體裝置的各種技術。然而，應注意的是，下列范例 僅是示范或顯示本發明的原理。在不違反本發明范疇與精神下，本發明所屬技術領域具有 通常知識者可構想出各種修改與不同的組合、方法以及系統。所附上的申請專利范圍是欲 涵蓋這些修改與布局。因此，雖然上述內容已詳細敘述本發明，下列范例以本發明多個實施 例來提供進一步的詳細說明。
范例一
可根據下列所述形成一半導體基材
取得一單晶硅晶圓，將該單晶硅晶圓浸泡于氫氧化鉀中，并且利用蒸餾水進行超 音波清潔的方式來清洗單晶硅晶圓，去除其上的非單晶硅以及外部碎屑。通過將該硅晶圓 暴露在化學氣相沉積狀態而不提供任何偏壓的方式，在該硅晶圓的清潔表面上設置一同構型無晶碳涂布層。在對該表面進行碳化之后，在800°C下，甲烷以及99%氫氣的條件下， 進行大約30分鐘的無晶鉆石沉積程序。接著可在900°C的條件下，利用氫氣或是氟氣進行 大約60分鐘的處理程序來去除該無晶碳涂布層。去除無晶碳涂布層之后則露出一取向附 生碳化硅層，該碳化硅層則是曾經介于硅晶圓以及無晶碳涂布層之間。該碳化硅層的厚度 大約為10納米。
接著使用甲烷進行化學氣相沉積約10小時，以在該碳化硅層上沉積一厚度為10 微米的透明鉆石涂布層。在10小時之后，該原本供給的甲烷改為持續供給氫化硅(SiH4)約 10分鐘以沉積一層厚度約1微米的硅層。
在該1微米厚度硅層上晶圓結合一硅載具基材，該硅載具基材具有一結合該硅層 的二氧化硅表面。在晶圓結合程序之后，通過利用一份氫氟酸、三份亞硝酸以及一份水的 (HF+3HN02+H20)溶液進行蝕刻以去除該單晶硅晶圓，并且露出碳化硅層。關于蝕刻硅材料 的細節記載于美國第4，981，818號專利案中，該專利記載于本文中以供參考。
范例2
可依下列程序制造一半導體裝置
可依據范例1取得一半導體基材。通過有機金屬化學氣相沉積程序并且利用氫化 鎵(GaH3)以及氨氣材料，在該暴露的碳化硅層上沉積一氮化鎵半導體層。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖 然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人 員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更 動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的 技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案 的范圍內。
權利要求
1.一種鉆石底半導體裝置，其特征在于其包含 一硅載具基材，其具有一二氧化硅表面；在該硅載具基材的二氧化硅表面上耦合有一硅層；在該硅層上耦合有一鉆石層；以及在該鉆石層上以取向附生方式耦合有一單晶碳化硅層。
2.根據權利要求1所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的鉆石層為一單晶體。
3.根據權利要求1所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的鉆石層為一無支 撐力鉆石層。
4.根據權利要求1所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其進一步包含一耦合到該碳 化硅層上的半導體層。
5.根據權利要求4所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的半導體層以取向 附生方式耦合到該碳化硅層上。
6.根據權利要求4所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的半導體層為一單 晶體。
7.根據權利要求4所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的半導體層所包含 的成分是選自硅、碳化硅、硅化鍺、砷化鎵、氮化鎵、鍺、硫化鋅、磷化鎵、銻化鎵、磷砷銦鎵、 磷化鋁、砷化鋁、砷化鎵鋁、氮化鎵、氮化硼、氮化鋁、砷化銦、磷化銦、銻化銦、氮化銦以及其 混合物。
8.根據權利要求4所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的半導體層為氮化鎵。
9.根據權利要求1所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的鉆石層為透明。
10.根據權利要求1所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的鉆石層的厚度 是10到50微米。
11.根據權利要求1所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的鉆石層的厚度 是等于或小于10微米。
12.根據權利要求1所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的碳化硅層的厚 度是等于或小于1微米。
13.根據權利要求1所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的碳化硅層的厚 度是等于或小于500納米。
14.根據權利要求1所述的鉆石底半導體裝置，其特征在于其中所述的碳化硅層的厚 度是等于或小于1納米。
15.一種制造鉆石底半導體裝置的方法，其特征在于其包含以下步驟 在一單晶硅生長基材上形成一單晶碳化硅的取向附生層；在該碳化硅層上形成一取向附生鉆石層； 在該鉆石層上形成一硅層；使一硅載具基材的一二氧化硅表面結合在該硅層上；以及 去除該硅生長基材以露出該碳化硅層。
16.根據權利要求15所述的制造鉆石底半導體裝置的方法，其特征在于其進一步包含在該碳化硅層上形成一半導體層。
17.根據權利要求16所述的制造鉆石底半導體裝置的方法，其特征在于其中所述的形 成半導體層的步驟進一步包括以取向附生方式形成該半導體層。
18.根據權利要求15所述的制造鉆石底半導體裝置的方法，其特征在于其中所述的形 成一取向附生鉆石層的步驟進一步包括使該單晶硅生長基材的一生長表面逐漸由硅變化為碳化硅以形成該碳化硅層；以及使該碳化硅晶圓的一生長表面逐漸由碳化硅變化為鉆石以形成該鉆石層。
19.根據權利要求15所述的制造鉆石底半導體裝置的方法，其特征在于其中所述的形 成一取向附生鉆石層的步驟進一步包括在該單晶硅生長基材上形成一同構形無晶鉆石層以使該碳化硅層介于單晶硅生長基 材與同構形無晶鉆石層之間；去除同構形無鉆石層以露出該碳化硅層；以及以取向附生方式在該碳化硅層上形成一鉆石層。
20.一種制造發光二極管裝置的方法，其特征在于其包含以下步驟制造一如權利要求15的鉆石底半導體裝置；在該碳化硅層上依序形成有多個氮化發光二極管層；以及在該多個氮化層上耦合一鉆石支撐基材以使得該多個氮化層位于該鉆石層以及該鉆 石支撐層之間。
21.根據權利要求19所述的制造發光二極管裝置的方法，其特征在于其進一步包含在該多個氮化層的一第一端上電耦合一P型電極；以及在該多個氮化層的一第二端上電耦合一 η型電極。
22.根據權利要求21所述的制造發光二極管裝置的方法，其特征在于其中在多個氮化 層第一端電耦合一 P型電極的步驟進一步包含在該鉆石層中摻入硼以形成該P型電極。
23.根據權利要求20所述的制造發光二極管裝置的方法，其特征在于其進一步包含去 除該硅載具基材以及硅層以便外露該鉆石層。
全文摘要
本發明是有關于一種鉆石底半導體裝置及其相關方法。其中一方法可包含在一單晶硅生長基材上形成一單晶碳化硅的取向附生層；在該碳化硅層上形成一取向附生鉆石層；在該鉆石層上形成一硅層；以一硅載具基材的二氧化硅表面結合到該硅層；以及去除該硅生長基材。以外露該碳化硅層。在另一方面，可在該碳化硅層上沉積一半導體層。該半導體層可通過取向附生方式進行沉積。
文檔編號H01L21/02GK102034772SQ20091017889
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者宋健民 申請人:宋健民