專利名稱：用于重復利用襯底的處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及執(zhí)行層和襯底的接合和分離的半導體制造處理的領(lǐng)域，例如，用于形成三維疊層的“片上系統(tǒng)”的器件或者用于轉(zhuǎn)移光電子元件、(光生)伏打元件和電子元件。層的材料例如可以選自IV族材料(Si、Ge.)和III/V族材料(GaN、InGaN, InGaAs. )，并且根據(jù)應(yīng)用，材料可以是有極性的、無極性的或半極性的。
背景技術(shù)：
在半導體制造領(lǐng)域，在實 踐中常常使用或需要接合或去除半導體材料或絕緣材料的膜或?qū)?。一方面，可能期望制備含有電子元件、光生伏打元件?或光電子元件的三維設(shè)計的最終的疊層結(jié)構(gòu)。另ー方面，可以在支撐襯底上適當?shù)靥幚砀呒兌炔牧锨腋呔w質(zhì)量的薄膜，需要設(shè)置有效的手段以將這些膜從初始支撐襯底轉(zhuǎn)移至最終支撐襯底。此外，盡管可能出現(xiàn)晶格失配和/或熱膨脹系數(shù)的問題，但是一些類型的半導體材料可能無法用作體襯底(bulk substrate)或者無支撐襯底,并且必須在支撐襯底上進行處理。需要把功能化半導體材料層從其支撐體去除的方法。在例如硅層的功能化半導體層的區(qū)域中，有用的是具有可用的、使得能夠進行層轉(zhuǎn)移的方法。的確，這種半導體層的功能化可以涉及電子電路、光生伏打元件(含有，例如Ge籽晶層(seed layer)和三結(jié)有源層(triple junction active layer))和/或光電元件。能夠把半導體層的“正面”和“背面”相對容易地露出、操作并且結(jié)合，使得能夠當被處理的半導體層在允許一定類型功能修改的支撐襯底上時引入功能元件，并且使得這些功能元件能夠根據(jù)后續(xù)需要被遮擋然后再次露出。因而，可以在有利于這樣的功能化步驟的初始支撐襯底上的薄層的一面上引入電子電路，然后可以將露出并經(jīng)功能化的“正”面結(jié)合至中間襯底。去除初始襯底支撐體使得能夠在經(jīng)功能化的薄層的“背”面上制備其它電路。露出的“背”面還可以轉(zhuǎn)移至例如適于例如為了散熱而創(chuàng)建功能化中心的操作的支撐體。此外，例如InGaAs、InP或InAlAs的III-V族材料對于太陽能電池應(yīng)用十分有用，并且例如GaN、AlGaN或InGaN的III族氮化物材料在用于例如發(fā)光二極管、激光二極管和相關(guān)器件的發(fā)光器件的半導體業(yè)中得到極大的關(guān)注。對于光電應(yīng)用以及高頻、高功率電子器件，GaN是有前景的材料。重要的是能夠提供表現(xiàn)出晶體缺陷量少和表面品質(zhì)高的GaN或InGaN 層。在這些技術(shù)領(lǐng)域中，關(guān)注于部署使得III-V和III-N材料能夠設(shè)置在各種表面和支撐材料上的方法。在通過外延在襯底表面上生長III-V族材料的技術(shù)中，為了能夠生長足夠品質(zhì)的III-V材料，需要高結(jié)晶品質(zhì)和適當?shù)木Ц駞?shù)的生長襯底，限制了用于III-V材料的底層籽晶支撐襯底的選擇。在預(yù)計通過刻蝕技術(shù)接近III-V層的系統(tǒng)中，這可以證明是有問題的并且導致III-V材料的退化。也關(guān)注能夠露出III-N襯底的特定的面。實際上，極性C-面(c-plane) III-N材料通常具有特定的原子表面終止(atom surface termination),使得ー個表面終止于來自III族的元素而另ー個表面終止于氮原子。在以上所有相關(guān)的情況中，需要從襯底分離或剝離薄膜或?qū)印⒒蛘咚鼈兌叩寞B層的方法。此外，還需要執(zhí)行這種分離或剝離而不破壞襯底以在隨后的使用中重復利用該襯底。文獻EP 0 858 110公開了ー種用于將出現(xiàn)在透明襯底上的、與透明襯底之間具有分離層的被拆離件從所述襯底剝離的剝離方法，其中，利用入射光透過透明襯底來照射分離層，以在分離層中和/或界面處發(fā)生剝離，從而從襯底拆離該被拆離件。然而，當利用激光束透過例如由藍寶石(Al2O3)制成的透明襯底照射分離層時，在 襯底的形成有該分離層的表面上產(chǎn)生不期望的拓撲結(jié)構(gòu)(topology)或缺陷。該表面拓撲結(jié)構(gòu)可以是30nm。為了使襯底在照射和剝離之后可以重復使用，必須去除該表面拓撲結(jié)構(gòu)。考慮到表面拓撲結(jié)構(gòu)的大小，在毎次照射和剝離之后，必須例如通過拋光除去很大厚度的襯底。這顯著地限制了襯底的重復利用能力。此外，例如藍寶石或碳化硅襯底的透明襯底的拋光由于襯底材料的硬度通常時間長且昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上提出的問題，本發(fā)明提出了ー種用于重復利用支撐襯底的處理，支撐襯底的材料對于至少電磁輻射波長基本上透明，所述處理包括以下步驟-提供初始襯底；-在支撐襯底的面上形成中間層，所述中間層的材料對于至少電磁輻射波長基本上透明；-在所述初始襯底的結(jié)合面上和/或在所述中間層上，形成電磁輻射吸收層；-經(jīng)由所述電磁輻射吸收層將所述初始襯底結(jié)合至所述支撐襯底，以及-透過所述支撐襯底(25)和所述中間層，對所述電磁輻射吸收層(24)執(zhí)行照射，以使所述支撐襯底從所述初始襯底分離。由于在支撐襯底和電磁輻射吸收層之間存在中間層，電磁輻射不再直接在支撐襯底的表面上而是在中間層的表面上擊中電磁輻射吸收層。因而，在透明支撐襯底和吸收層之間的界面處可能出現(xiàn)的過量能量現(xiàn)在發(fā)生在中間層和吸收層之間的界面處，即，在離支撐襯底足夠距離的位置處，以避免在支撐襯底的表面上產(chǎn)生表面拓撲結(jié)構(gòu)。由于中間層在照射之后被去除，所以出現(xiàn)在該中間層上的表面拓撲結(jié)構(gòu)較不重要。根據(jù)本發(fā)明的處理，即使在透過支撐襯底和中間層執(zhí)行照射以使支撐襯底從初始襯底分離之后，支撐襯底的結(jié)合面上的粗糙度也不會改變。事實上，該處理還可以包括在執(zhí)行照射的步驟之后，去除中間層以恢復支撐襯底的步驟。在該去除步驟之后，支撐襯底的結(jié)合面呈現(xiàn)出與其初始粗糙度大致相似的粗糙度。因此，無需任何特定的制備步驟，可以同樣重復使用該支撐襯底。


圖I表示本發(fā)明的總體處理的示意圖2表示本發(fā)明的示例性處理的示意圖，其中除去了初始襯底的一部分以形成新的層；圖3和圖4分別表示本發(fā)明的示例性處理的示意圖，其中圖2的新的層被功能化以生成功能化的層和/或其它層結(jié)合至新的層；圖5是本發(fā)明的示例性處理的示意圖，其中使用了離子注入以及結(jié)合至最終襯底；圖6是本發(fā)明的另ー個示例性處理的示意圖，其中，使用離子注入以及結(jié)合至最終襯底。
具體實施例方式圖I表示本發(fā)明的總體處理的示意圖。如圖I所示，本發(fā)明包括以下步驟在支撐襯底25的結(jié)合面25b上形成中間層15的步驟(圖I中的SI);步驟S2，在初始襯底10的結(jié)合面IOb上和/或在中間層15上，形成電磁輻射吸收層24 ;結(jié)合步驟S3 ;步驟S4，用例如可見光和/或紫外光照射的電磁輻射，來照射結(jié)合后的實體；以及步驟S5，從支撐襯底25除去中間層15。層的結(jié)合可以涉及分子結(jié)合、共熔結(jié)合、熱結(jié)合、加壓結(jié)合或者陽極結(jié)合。作為示例，可以利用可以添加至要結(jié)合的襯底的一面或兩面的一個或更多個氧化物結(jié)合層(圖I中未示出)來實現(xiàn)結(jié)合。用于氧化物結(jié)合層的材料的適當示例是ニ氧化硅(SiO2X用于結(jié)合目的的ニ氧化硅材料可以通過例如LPCVD或PECVD的化學氣相化學沉積技術(shù)或者用加熱的方法設(shè)置為層。相比之下，不可以使用粘合層來進行結(jié)合。粘合劑將不支持該結(jié)構(gòu)在例如外延或其它功能化步驟的后續(xù)處理步驟中所承受的溫度。關(guān)于電磁輻射吸收層24，以這樣的方式來選擇該層的組成，即，吸收由例如激光器的源以所選的波長發(fā)射的電磁輻射，并允許結(jié)合后的實體在所吸收的能量的作用下分離。因而，通常，在本發(fā)明的用于修改襯底10的處理中，支撐襯底25的分離是由于電磁輻射吸收層24中的化學變化和/或物理變化。通過“結(jié)合后實體的分離”，表示在施加電磁輻射之后，形成結(jié)合后實體的各元件的結(jié)合能比之前變?nèi)?。如果確實期望該結(jié)果，元件彼此之間的實際分離可能需要施加例如機械作用力的附加能量。根據(jù)吸收層的性質(zhì)，所吸收的能量將導致不同的效果，例如原子級振動、升華、特定的擴散或形成氣體(本身導致如上定義的分離)或者化學反應(yīng)。涉及純熱效應(yīng)以及光化學的機制因而可以在分離機制之后。在本發(fā)明的處理中，吸收層24可以適當?shù)匕ㄟx自由以下組成的組中的至少ー種材料=SixNy:H、Si3N4, SixNy, GaN, AIN, InN或者“In、Ga和Al中的一種或更多種的混合氮化物”、或多晶硅或單晶硅。吸收層也可以包括通過例如離子注入而氫摻雜的非晶硅。氫含量優(yōu)選地是至少2原子百分比。在變型中，可以幾個吸收層24并掩埋在結(jié)合層中，使得可以執(zhí)行針對幾個后續(xù)分離的數(shù)次照射?？梢允褂脤е码姶泡椛湮諏?4的內(nèi)部剝離和/或界面剝離的任何類型的電磁輻射，例如X射線、紫外線、可見光線、紅外線(熱射線)、激光束、毫米波、微波和輻射(伽瑪射線)。其中，激光束是優(yōu)選的，因為它們可以容易地導致電磁輻射吸收層的剝離(燒蝕)。生成激光束的激光器的示例包括氣體激光器和固體激光器(半導體激光器)，而且可以優(yōu)選地使用準分子激光器、Nd-YAG激光器、Ar激光器、CO2激光器、CO激光器以及He-Ne激光器。在他們中，更加優(yōu)選地是使用準分子激光器。準分子激光器是能夠輸出高能激光的氣體激光器，并且通過作為激光介質(zhì)的鹵素氣體(F2和此1)和稀有氣體(4へむ和Xe)的組合，可以輸出四種典型的激光(XeF= 351nm ；XeCl=308nm ；KrF=248nm ;ArF=193nm)。在本發(fā)明的構(gòu)架中，優(yōu)選地跨越支撐襯底25和中間層15實施激光照射。因此，后面的支撐襯底25和中間層15對于用于產(chǎn)生分離機制的可見光和/或紫外線照射的波長必須是基本上透明的，即，支撐襯底的材料對于所使用的波長(例如，小于IO1CnT1)具有弱的光吸收系數(shù)，或者具有比吸收層24的材料的透射光波段更長的透射光波段。吸收層24可以適當?shù)厥荢ixNy = H類型的材料、非晶形式的Si3N4、SixNy、或例如以多晶形式(后者在エ業(yè)環(huán)境中沒有單晶形式昂貴)沉積III-N材料。這些材料使得能夠在保持在常規(guī)支撐材料的吸收波長以上的波長處實現(xiàn)照射。本發(fā)明的另ー個適當?shù)目赡苄允鞘褂肐II-N材料作為吸收例如可見光和/或紫外線照射的電磁輻射的層24。如果例如初始襯底10的襯底本身是要進行處理以引入功能性的III-N材料，則將優(yōu)選地實現(xiàn)，使用與吸收層24相同的III-N材料層，并且由例如ニ氧化硅結(jié)合層的結(jié)合層來分開這兩個III-N層(功能化層和犧牲的電磁輻射吸收層)。在可以用作吸收層的III-N材料之中，可以列舉出GaN (考慮到3.4eV的禁帶具有360nm以下的吸收波長)、A1N (考慮到6. 2eV的禁帶，198nm以下)、InN (考慮到0. 7eV的禁帶，230nm以下)。Nd/YAG或準分子激光器可以用于引入這種電磁輻射吸收層24的分解或者其它效應(yīng)(可以導致分離)。與鋁、鎵和銦化合的三價或四價的氮化物材料也可以用作用于電磁輻射吸收層24的材料，例如AlGaN或InGaN。這些氮化物材料是特別有用的，因為它們似乎在分解的同時產(chǎn)生氣態(tài)氮。它們的禁帶限定了清楚的波長吸收閾值，在這一點上，材料顯示出從幾乎完全透明到幾乎完全吸收的轉(zhuǎn)變。此外，它們的熔點比它們的分解溫度更高，并且當它們?nèi)刍瘯r對周圍襯底引起的間接損傷最小。為了使得分離機制能夠起作用，對于在將用于照射吸收層24的波長區(qū)域中的電磁輻射(例如紫外線和/或可見光)，支撐襯底25和中間層15必須是基本上透明的或者具有高透光率。吸收層24的優(yōu)選的最小厚度是10nm。當沉積吸收層時，要小心避免在支撐襯底的兩面上形成層。事實上，在支撐襯底的背面形成的吸收層也可以完全吸收照射，干擾所掩埋的吸收層24的吸收并且可以阻礙分離步驟。使用藍寶石(Al2O3)是支撐襯底25的合適選擇，因為在高干與常用的激光源相對應(yīng)的350nm的波長處觀察到高透光率。藍寶石也適于更短的波長，例如處于從大約IOOnm至350nm的范圍內(nèi)的波長。對于支撐襯底25的其它適當選擇包括由以下種類中的至少ー種制成的材料=LiTaO3 (在高于270nm的波長處基本上透明)、LiNbO3 (在高于280nm的波長處基本上透明)、MgO (在高于200nm的波長處基本上透明)、CaF2、MgF2或者玻璃。其它材料也可以適于實現(xiàn)分離，雖然它們沒有顯示出與以上列出的材料同樣高的透光率值，但是它們可能需要更高的電磁輻射能量，這在エ業(yè)環(huán)境中是不可取的。中間層15包括對于用于照射吸收層24的電磁輻射波長基本上透明的材料。從對干與大部分常用激光束的波長相對應(yīng)的IOOnm至1200nm的波長透明的材料中，特別地選出中間層的材料優(yōu)選地，中間層15也由可以通過化學刻蝕或通過拋光容易去除的并且顯示出絕熱特性的材料制成，例如，SiO2、或者“摻雜有B和/或P的SiO2”、SiN, LiF, CaF2和MgF2。然而，當支撐襯底25包括例如鉆孔摻雜(bore-doped)的硅玻璃的玻璃襯底吋，中間層25優(yōu)選地由例如鉆孔摻雜的硅玻璃的、通過機械拋光或化學機械拋光能去除的玻璃狀材料制成。優(yōu)選地，中間層25滿足比支撐襯底25更高的硼的濃度，使得中間層15的刻蝕率高干支撐襯底25的刻蝕率(例如10/1的比率)并允許選擇性刻蝕。中間層的厚度至少是IOnm并且優(yōu)選地至少是50nm。更一般地，中間層的厚度可以包括例如在IOnm和500nm之間。為了避免需要使用大量光的入射光(電磁輻射)的過大損失，優(yōu)選的是中間層的材料對于入射光的波長具有至少90%的透光率。中間層尤其可以由ニ氧化硅(SiO2)制成?？紤]到本發(fā)明的中間層的厚度一般低于lum, SiO2對于電磁輻射的大波長是透明的。對于與大多數(shù)通常使用的激光束的波長相對應(yīng)的IOOnm以及更長的波長，SiO2具有90%或更大的透光率。在步驟S5中，利用任何適于去除中間層的材料的技術(shù)，可以從支撐襯底25除去中間層15。相對具有成本效益的技術(shù)，化學刻蝕或拋光優(yōu)選地用于去除中間層。關(guān)于支撐襯底25和中間層15的材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員優(yōu)選地選擇便于從支撐襯底25選擇性去除中間層15的材料。例如，優(yōu)選地將中間層15的材料選擇為具有比支撐襯底的材料更高的刻蝕率和/或拋光率的材料。中間層和支撐襯底的材料也可以具有相同的化學性質(zhì)但具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，使得其中ー種材料(即，支撐襯底的材料)比另ー種材料(即，中間層的材料)更難拋光。在這種情況下，通過檢測拋光率的變化來檢測中間層和支撐襯底之間的界面。如上所述，由于在支撐襯底的結(jié)合面上存在中間層，支撐襯底展現(xiàn)出與其在步驟SI至S5之前的初始粗糙度相同的粗糙度。因此，在步驟S5之后，支撐襯底至少在表面粗糙度方面被恢復到可以照原樣重復使用的狀態(tài)。因而，本發(fā)明的處理還包括在步驟S5中除去中間層之后，利用恢復的支撐襯底的ー個或若干個進一歩的步驟。如此恢復的襯底可以尤其用于外延生長、與另一襯底結(jié)合、或者重復上述步驟SI至S5，并且無需特定的附加制備處理。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的用于重復利用支撐襯底25的處理中，優(yōu)選地在照射電磁輻射吸收層的步驟之前去除初始襯底10的一部分以形成層100。根據(jù)本發(fā)明，層100可以另選地由ー種材料的單層或者不同材料的多個子層(疊層)(一些子層可以是相同的材料)構(gòu)成。在圖2中示意性地例示了這種處理的示例，其中，在支撐襯底25的結(jié)合面25b上形成中間層15的步驟SI I，在初始襯底10的結(jié)合面IOb上和/或在中間層15上形成電磁輻射吸收層24的步驟S12，以及結(jié)合步驟S13之后，通過激光剝離技術(shù)或者刻蝕、通過例如研磨、拋光和SMART CUT (智能切割)的方法，將初始襯底10的一部分部分地變薄或燒蝕，以從初始襯底10得到修改后的層100 (步驟S14)。然后執(zhí)行用例如可見光和/或紫外線照射的電磁輻射來照射結(jié)合后的實體的步驟S15，以使修改后的層100從支撐襯底25分離。在步驟S16，從支撐襯底25去除中間層15。
在本發(fā)明中更優(yōu)選地是這樣的用于重復利用襯底的處理，其包括這樣的去除一部分初始襯底以形成層100的步驟，然后，在上述處理中的結(jié)合步驟之后，在進ー步的步驟中-將層100功能化；和/或-將另外的層結(jié)合至層100。在圖3和圖4中示意性地例示了這兩個進ー步優(yōu)選的實施方式。在圖3中，100’表示(從初始襯底10得到的)功能化后的層100。在圖2中示出的步驟Sll至S14之后、在圖3的步驟S17中的示意性示例中示出的功能化步驟可以包括在層100中或?qū)?00上形成具有光生伏打、光、光電、電子和/或機械功能的區(qū)域。還應(yīng)理解的是，該功能化步驟可以包括改變層的特性的任何技術(shù)步驟，例如形成材料層、薄層或者足夠厚而無需支撐的層，或者通過沉積形成有源層，例如通過外延生長來沉積。執(zhí)行用例如可見光和/或紫外線照射的電磁輻射來照射結(jié)合后的實體的步驟S18，以使得功能化后的層100’從支撐襯底25分離。然后執(zhí)行從支撐襯底25去除中間層15的步驟S19。在圖4中，在例如圖2所示的步驟Sll至S14之后或者圖3中的步驟S17之后，在步驟S40中將另ー襯底30結(jié)合至包含層100、電磁輻射吸收層24和支撐襯底25的實體。在圖4中，由圖例100/100’來指示層100可能已經(jīng)被功能化的可能性。也可以是代替層100或除層100以外，支撐襯底25包含具有光生伏打、光、光電、電子和/或機械功能的區(qū)域?？梢詧?zhí)行結(jié)合，以將從初始襯底10得到的層100的露出面接合至也可以被功能化的最終襯底30。例如，可以通過由上述處理鋪設(shè)的ニ氧化硅結(jié)合層來執(zhí)行結(jié)合。需要時，該結(jié)合也可以包含用干支撐襯底30的后續(xù)分離的電磁輻射吸收層。執(zhí)行用例如可見光和/或紫外線照射的電磁輻射來照射結(jié)合后的實體的步驟S41，以使得功能化后的層100/100’從支撐襯底25分離。然后執(zhí)行從支撐襯底25去除中間層15的步驟S42。在根據(jù)本發(fā)明的處理的一個實施方式中，初始襯底10可以是無支撐的體襯底(bulk free-standing substrateノ。在一個實施方式中，初始襯底10可以包含具有用于結(jié)合至支撐襯底25的面12b的表面層12，以及充當上面已沉積有表面層12的模板的底層支撐襯底11。在這種系統(tǒng)中，表面層12和形成層100的體襯底10可以適當?shù)匕x自以下各項的組中的至少ー種GaN、InGaN、SiC、Si、Si (000)、Si (111)、GaAs, ZnO, AlN 晶體、AlGaN, InGaAs, InP、Ge和InAlAs，它們優(yōu)選地是單晶材料。也可以以至少ー種半導體材料來形成層100，半導體材料優(yōu)選地是單晶材料，例如來自IV族材料(例如Si、Ge)、III/V族材料(例如GaN、InGaN、InGaAs的極性材料或非極性材料或半極性材料)。在本發(fā)明的處理中要使用的初始襯底10可以適當?shù)匕槍υ谥误w和表面層12之間合理的膨脹系數(shù)匹配和/或晶格參數(shù)匹配所選擇的底層支撐襯底11，其包括藍寶石(Al2O3)、LiTa03、LiNb03、Mg0、Si、SiC或“包含Cr、Ni、Mo和W中一種或更多種的金屬合金”。在存在最終襯底的實施方式中，這種材料也可以使用在這種最終襯底(30)中。 在初始襯底10包含在底層支撐襯底11上生長的表面層12的情況下，優(yōu)選地確保初始籽晶支撐襯底11和表面層12之間的合理晶格匹配，其中，從表面層12形成要被引入功能性的層100。作為示例，在表面層12是III-N材料的情況下，適當?shù)某跏甲丫е尾牧侠缈梢园ㄋ{寶石(Al2O3)' SiC、Si (111)、GaAs, ZnO或AlN晶體。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選處理的實施方式中，在包括使初始襯底10變薄以產(chǎn)生層100的處理的架構(gòu)中，可以在層100上執(zhí)行作為功能化的步驟的外延生長，例如以獲得對于然后要被處理以變?yōu)闊o支撐襯底層而言足夠厚度的材料。在進ー步優(yōu)選的實施方式中，在通過照射吸收層24結(jié)合至支撐襯底25之前，在所述初始襯底10中執(zhí)行離子注入，以提供限定了所述襯底10的上部區(qū)域的薄弱面，并且通過在薄弱面處分開來去除上部區(qū)域。
因而，在如圖5中示意性所示的、根據(jù)本發(fā)明的處理的第一優(yōu)選實施方式中，利用Smart Cut 技術(shù)將III-N材料層從初始施主襯底移開。即，III-N材料(圖5中的12)可以最初存在于施主體襯底上。在該示例中，如圖I所示，所示出的III-N材料可以是通過外延生長在例如藍寶石的“模板”上所生長的GaN。另選的實施方式是使用經(jīng)由中間結(jié)合層附接至支撐襯底的III-N材料,可以將這種布局稱為GaNOS (GaN bonded On Sapphire:結(jié)合在藍寶石上的GaN)。根據(jù)本發(fā)明，通過結(jié)合層23a在層12中執(zhí)行離子注入(圖5中的步驟S20)，然后執(zhí)行結(jié)合到第二襯底上的結(jié)合層23b的結(jié)合(圖5中的步驟S21 )，通過結(jié)合材料層23將III-N層12鏈接至支撐襯底25上的電磁輻射吸收層24，其中，根據(jù)本發(fā)明在支撐襯底25的表面上形成有中間層15。也可以不用結(jié)合材料層23而直接在支撐襯底、吸收層24和III-N材料層12之間執(zhí)行結(jié)合。然后可以在通過離子注入形成的薄弱面處分開(圖5中的步驟S22)。可以按照本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式執(zhí)行氫離子的注入、氫離子和氦離子的共同注入以及更一般的輕離子的注入。通常，針對GaN，氫離子的通常合適的注入劑量在I X 1017atomS/cm2和6X 1017atoms/cm2之間，并且注入能量范圍是IOkeV至210keV。通常，注入可以在20°C和400°C之間的溫度下進行，優(yōu)選地是在50°C和150°C之間的溫度進行。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何調(diào)節(jié)注入以獲得在50nm和IOOOnm之間的薄弱面深度，并且已知用于使得與薄弱面有關(guān)的分離和分開的熱處理的溫度和持續(xù)時間根據(jù)注入條件(特別是離子注入劑量)而變化。在圖5的步驟S23中，將與薄弱面有關(guān)的分開而露出的表面結(jié)合至最終襯底30，在該情況下選擇包含最終支撐襯底31和結(jié)合層33。隨后，在圖5的步驟S24中，如此獲得的、包含來自初始襯底、第二襯底和第三襯底各個的元件的實體經(jīng)受透過透明支撐襯底25和中間層15而導入的電磁輻射，該輻射的波長是為了電磁輻射吸收層24吸收該輻射使得襯底25分離而選擇的。當支撐襯底25是藍寶石時，中間層15優(yōu)選地是SiO2材料并且優(yōu)選地具有至少50nm的厚度。因而，可以以193nm的波長執(zhí)行電磁輻射，支撐襯底和中間層15在該波長下至少是基本上透明的。在圖5中示意性示出的處理中，在與薄弱面有關(guān)的破裂之前，可以在薄層12f上執(zhí)行外延生長(未在圖5中示出)，以生成足夠厚的襯底(例如，大于100微米)以使得該襯底無需支撐。因而，可以在步驟S21之前執(zhí)行外延生長，在步驟S21中，第二襯底通過表面層12f結(jié)合至初始襯底。在這種情況下，由于外延生長而引入的熱處理必須比使得在薄弱面處分開的熱處理更少。外延生長也可以在薄弱面的分離步驟S22之后而露出的層上執(zhí)行或者在通過照射吸收引起的分離步驟S24之后露出的層上執(zhí)行。而且，在圖5中未示出，可以在區(qū)域12f中形成與層100相對應(yīng)的功能化，以形成在上面或內(nèi)部具有光生伏打、光、光電、電子和/或機械功能的區(qū)域。
在圖5的示例性處理的最后步驟S25中，可以去除之前把吸收層24與III-N材料層12f鏈接在一起的結(jié)合層23。如果結(jié)合層23由ニ氧化硅組成，則可以通過干法刻蝕或者與化學刻蝕相關(guān)聯(lián)的機械拋光(例如使用氫氟酸(HF)的稀釋的水溶液(以重量計為10%))來適當?shù)厝コ搶?。在步驟S25中，也使用氫氟酸(HF)的稀釋的水溶液(以重量計為10%)通過化學刻蝕來去除中間層15，為了后續(xù)使用來重復利用支撐襯底25。實際上，支撐襯底25的結(jié)合表面恢復了與其初始表面拓撲結(jié)構(gòu)和粗糙度相似的表面拓撲結(jié)構(gòu)和粗糙度。支撐襯底沒有經(jīng)受任何材料的退化并且在處理中重復使用之前不需要進ー步的制備步驟，例如材料的去除或拋光。例如，對于最初沒有表面拓撲結(jié)構(gòu)、并且在I微米X I微米的面積上由AFM (原子力顯微鏡)測量具有約；[美RMS (均方根)的初始粗糙度的支撐襯底25的結(jié)合表面，恢復后的支撐襯底的結(jié)合表面，在去除中間層15之后的粗糙度為由AFM在I微米X I微米的面積上測得的約IA RMS0沒有形成表面拓撲結(jié)構(gòu)，這允許進行新的分子結(jié)合而無需任何進ー步的制備步驟。III-N材料，例如在示出C-面(c-plane)纖鋅礦結(jié)構(gòu)的、諸如藍寶石的模板上生長的III-N材料，具有鎵面和氮面。上面通常是鎵面，而(與生長襯底相鄰的)底面(初始施主支撐襯底)是氮面。利用根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用于III-N材料的上述第一優(yōu)選實施方式的處理，執(zhí)行雙重轉(zhuǎn)移，以在最終產(chǎn)品中露出鎵面，即，最初在初始產(chǎn)品中露出的相同的面。因此在該階段可以在轉(zhuǎn)移后的III-N材料薄層上再次開始外延生長。在本發(fā)明中，可以對任何特定直徑的晶片進行操作，而沒有任何特定的限制。在根據(jù)本發(fā)明的處理的有益實施方式中，在執(zhí)行透過支撐襯底25和中間層照射電磁輻射吸收層24以使得支撐襯底25從初始襯底分離的步驟之后，可以在初始襯底10的、在照射之后通過電磁輻射吸收層24的照射所釋放出的結(jié)合面IOb上，執(zhí)行外延生長或進ー步的功能化。在根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施方式中，通過以下獲得可以在本發(fā)明的處理中使用的結(jié)構(gòu)，即，在例如體GaN的襯底中進行離子注入，然后以不超過沿由離子注入產(chǎn)生的薄弱面分離襯底所需輸出的能量的方式來外延生長例如InGaN的III-N材料，然后將GaN/InGaN材料結(jié)合至中間襯底上的吸收層，然后沿著薄弱面執(zhí)行破裂(類似于圖5中的步驟S3)。也可以在外延生長InGaN層之后并且在被保護層覆蓋之前執(zhí)行注入，使得外延生長熱預(yù)算不受限制。為了確保與薄弱面有關(guān)的破裂成功，優(yōu)選地是，如在與第二實施方式相關(guān)的圖5的步驟S21中所示，首先將注入的III-N材料結(jié)合至中間支撐體，這使疊層實體變硬且變強。為了能夠繼續(xù)用InGaN進行外延生長，本第二實施方式受到關(guān)注，這在例如LED的應(yīng)用中受到了關(guān)注。作為示例，可以在GaNOS襯底上通過外延來生長InGaN層，然后可以在InGaN中執(zhí)行離子注入。將InGaN層中露出的上表面(具有鎵極性)結(jié)合至具有結(jié)合層和吸收層的中間襯底。在通過離子注入產(chǎn)生的薄弱區(qū)域處分離之后，可以將由犧牲中間支撐體、UV和/或可見光吸收層、結(jié)合層以及InGaN層組成的結(jié)構(gòu)結(jié)合至最終支撐襯底(參見圖5的步驟S23)，其例如可以是藍寶石襯底。然后可以利用經(jīng)由中間襯底的支撐襯底的照射來進行分離，并且獲得在上面上具有開始進行進ー步外延生長所需的極性的InGaNOS襯底。在本發(fā)明的ー些有利的實施方式中，如上所述，可以利用一個或更多個ニ氧化硅結(jié)合層來進行初始襯底和第二襯底之間的結(jié)合。在有利的實施方式中，ー個或更多個結(jié)合層(例如氧化物結(jié)合層)可以包含具有電磁輻射吸收材料(包含SixNy、SixNy:H、Si3N4, GaN、AIN、InN或“ In、Ga和Al中的一個或更多個的混合氮化物”)的至少ー個嵌入的區(qū)域，而不是電磁輻射吸收層作為跨過所制備的疊層實體的長和寬延伸的完全不同的層(使得自始至終的橫截面如附圖所示)。在根據(jù)本發(fā)明的在圖6中示例性表示的第三有利的示例性實施方式中，根據(jù)本發(fā)明，利用分子結(jié)合處理來轉(zhuǎn)移InGaN層，并且通過照射電磁輻射吸收層來釋放InGaN層。提供初始襯底，其中，在模板上通過外延生長形成要轉(zhuǎn)移的InGaN層12t，該模板示出通過外延生長在作為示例的藍寶石支撐襯底11上生長的GaN籽晶層12s。這在圖6中被示出為步驟S30，其中，將GaN上的InGaN層一起表示為層12，并且底層支撐襯底11是藍寶石。在用于執(zhí)行本發(fā)明的合適的方法中，InGaN層的厚度將是大約lOOnm，并且銦的量將達到5%至15%的量級。層中的位錯密度將優(yōu)選地低于5X108/cm2。在c面藍寶石上通過外延生長的GaN是極性材料，并且上自由面是鎵(Ga)面。該極性由上面所生長的InGaN來保持。

在隨后的步驟S31中，通過LPCVD技術(shù)，將氧化物結(jié)合層(SiO2，圖中的層13)鋪在InGaN層上。合適的厚度將是大約300nm。在隨后的步驟S32中，可以通過氧化物層13并且通過InGaN進行例如氫離子和/或氦離子的離子注入，以在大約500nm的深度處創(chuàng)建薄弱區(qū)，薄弱區(qū)位于GaN籽晶層中。適合于這種注入的劑量大約是4X 1017atomS/cm2的量級。在隨后的步驟S33中，提供了按順序包含以下各層的中間襯底例如藍寶石的支撐襯底25、根據(jù)本發(fā)明的中間層15、由PECVD技術(shù)以約IOOnm的厚度鋪設(shè)的例如SixNy的吸收層24以及具有約500nm的厚度的ニ氧化硅結(jié)合層23。使用分子結(jié)合，以經(jīng)由接觸的氧化物結(jié)合層13和23來鏈接初始襯底實體和中間襯底實體。然后，在步驟S34中，熱處理使所創(chuàng)建的實體破裂，去除最初底層初始支撐襯底11以及一部分GaN籽晶層。然后使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的刻蝕技術(shù)去除殘留的GaN (在步驟S34和S35之間，并且未在圖6中示出)，并且這露出了 InGaN層12t或100的具有N極性的面。在隨后的步驟S35中，通過PECVD技術(shù)以約50nm的厚度鋪設(shè)SixNy層。在圖6中將該進一歩的電磁輻射吸收層和/或粘結(jié)層表示為層34。然后，通過LPCVD或PECVD技術(shù)以約500nm至3 y m的厚度鋪設(shè)ニ氧化硅結(jié)合層(步驟S36，ニ氧化硅層被表示為33)。在制備了用于結(jié)合的表面之后(平坦化、CMP、刷凈、可選的等離子激活)，在步驟S36獲得的結(jié)構(gòu)與標記為31的藍寶石的最終支撐襯底接觸(步驟S37)?？梢詧?zhí)行結(jié)合加強熱處理，涉及在300°C至950°C持續(xù)幾個小時的加熱。隨后，在步驟S38，可以照射電磁輻射吸收層24，例如通過在中間支撐襯底25的表面處以193nm的波長掃描激光束，以使得中間支撐體(與吸收層24相結(jié)合的中間支撐襯底25和中間層15)分解并分離，可能的話附加機械能。隨后在步驟39中進行可能的吸收層殘留24以及氧化物結(jié)合層13和23的去除，例如通過干法刻蝕或者與接觸稀釋的氫氟酸相關(guān)的機械拋光，然后使具有Ga極性的InGaN表面12t或100露出。這可以然后用作InGaN和/或其它有源層的進ー步外延生長的基礎(chǔ)。如果需要，吸收層34可以用作在最終實體的后續(xù)使用中分離最終支撐襯底31的分離層。在步驟S39中，中間層15也被去除，以為了后續(xù)使用而重復利用支撐襯底。
權(quán)利要求
1.ー種用于重復利用支撐襯底(25)的處理，該支撐襯底(25)的材料對于至少電磁輻射波長基本上透明，所述處理包括以下步驟 a)提供初始襯底(10)； b)在所述支撐襯底(25)的具有初始粗糙度的結(jié)合面上形成中間層(15)，所述中間層(15)的材料對于至少電磁輻射波長基本上透明； c)在所述初始襯底(10)的所述結(jié)合面(IOb)上和/或在所述中間層(15)上，形成電磁輻射吸收層(24)； d)經(jīng)由所述電磁輻射吸收層(24)，將所述初始襯底(10)結(jié)合至所述支撐襯底(25);以及 e)透過所I支撐襯底(25)和所述中間層，對所述電磁輻射吸收層(24)執(zhí)行照射，以使得所述支撐襯底(25)從所述初始襯底分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的處理，該處理還包括在步驟e)之后的步驟f)，所述步驟f)去除所述中間層(15)以恢復所述支撐襯底(25)用于后續(xù)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理，其中，在步驟f)之后，恢復后的支撐襯底(25)的所述結(jié)合面具有與所述初始粗糙度大致相似的粗糙度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的處理，該處理還包括在步驟f)之后，使用恢復后的支撐襯底(25)的至少步驟g)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的處理，其中，所述中間層具有至少IOnm的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的處理，其中，傳導的中間層包括選自以下各項的組中的至少ー種材料SiO2, LiF, CaF2 和 MgF2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理，其中，在步驟f)中，通過化學刻蝕或通過拋光，去除所述中間層(15)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的處理，其中，所述支撐襯底(25)包括選自以下各項的組中的至少ー種材料藍寶石 Al2O3' Mg。、CaF2、MgF2、LiTaO3 和 LiNbO30
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項所述的處理，其中，所述中間層由SiO2制成，所述支撐襯底(25)由藍寶石Al2O3制成，所述支撐襯底(25)的所述結(jié)合面具有由AFM在I微米Xl微米上測得的約IA RMS的初始粗糙度，并且被重復利用的支撐襯底(25)的結(jié)合面的粗糙度是由AFM在I微米X I微米上測得的約IA RMS。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的處理，其中，所述支撐襯底(25)包括鉆孔摻雜的硅玻璃，并且所述中間層(15)包括玻璃狀材料，在步驟f )中通過拋光來去除所述中間層(15)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的處理，其中，在步驟a)之后并且優(yōu)選地在步驟e)之前，去除所述初始襯底的一部分以形成層(100)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的處理，該處理還包括在步驟d)之后的步驟d’)，所述步驟d’ )對所述層(100)進行功能化和/或?qū)⑵渌鼘踊蛞r底結(jié)合至所述層(100)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的處理，其中，步驟d’)包括在所述層(100)中或在所述層(100)上形成具有光生伏打、光、光電、電子和/或機械功能的區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的處理，其中，層(100)和/或支撐襯底(25)包括具有光生伏打、光、光電、電子和/或機械功能的區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的處理，其中，步驟d’)包括執(zhí)行結(jié)合，以將所述襯底(10)的露出面接合至最終襯底(30)。
16.根據(jù)權(quán)利要求I至15中任一項所述的處理，其中，所述初始襯底(10)是無支撐的體襯底。
17.根據(jù)權(quán)利要求I至15中任一項所述的處理，其中，所述初始襯底(10)包括表面層(12)和底層支撐襯底(11 )，所述表面層(12)具有用于結(jié)合至所述支撐襯底(25)的面(10b)，而所述底層支撐襯底(11)充當上面已沉積有所述表面層(12)的模板。
18.根據(jù)權(quán)利要求I至15中任一項所述的處理，其中，所述初始襯底(10)包括表面層(12 )、中間層和底層支撐襯底(11)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11至18中任一項所述的處理，其中，在步驟d)中經(jīng)由所述電磁輻射吸收層(24)結(jié)合至所述支撐襯底(25)之前，通過所述面(IOb)在所述初始襯底(10)中執(zhí)行離子注入，以提供限定了所述襯底(10)的上部區(qū)域的薄弱面，并且通過在所述薄弱面處分開來去除所述上部區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求I至19中任一項所述的處理，其中，所述初始襯底(10)包含選自以下各項的組中的至少ー種材料GaN, InGaN, SiC, Si、Si (000)、Si (111)、GaAs, ZnO、AlN 晶體、AlGaN, InGaAs, InP、Ge、InAlAs0
21.根據(jù)權(quán)利要求I至20中任一項所述的處理，其中，所述電磁輻射吸收層(24)包含以下組中的至少ー種材料 SixNy, SixNy:H、Si3N4, GaN, AIN、InN、或者“In、Ga和Al中的一種或更多種的混合氮化物”、或者含有至少2個原子百分比的氫的非晶硅、多晶硅或單晶硅。
22.根據(jù)權(quán)利要求I至21中任一項所述的處理，其中，利用一個或更多個ニ氧化硅結(jié)合層來進行所述初始襯底(10)和所述支撐襯底(25)之間的結(jié)合。
23.根據(jù)權(quán)利要求11至22中任一項所述的處理，其中，在步驟e)之后，在所述初始襯底(10)的、在步驟e)中通過對電磁輻射吸收層(24)的照射所釋放的所述結(jié)合面(IOb)上進行外延生長或進一歩的功能化。
全文摘要
一種用于重復利用支撐襯底(25)的處理，該支撐襯底(25)的材料對于至少電磁輻射波長基本上透明，所述處理包括以下步驟a)提供初始襯底(10)；b)在所述支撐襯底(25)的具有初始粗糙度的結(jié)合面上形成(S1)中間層(15)，所述中間層(15)的材料至少對于電磁輻射的波長基本上透明；c)在所述初始襯底(10)的所述結(jié)合面(10b)上和/或在所述中間層(15)上，形成(S2)電磁輻射吸收層(24)；d)經(jīng)由所述電磁輻射吸收層(24)，將所述初始襯底(10)結(jié)合(S3)至所述支撐襯底(25)；以及e)透過所述支撐襯底(25)和所述中間層，對所述電磁輻射吸收層(24)執(zhí)行照射(S4)，以使得所述支撐襯底(25)從所述初始襯底分離。
文檔編號H01L21/762GK102652354SQ200980162875
公開日2012年8月29日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
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