專利名稱：制備無排除區(qū)的外延用結構的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過從復合結構外延生長(同質外延或異質外延)制
得如iii/n型，m/v型材料或iv族材料的半導體材料層的領域，所述 復合結構典型地包括支撐襯底和作為半導體材料層外延生長起始的晶 體生長籽晶層。術語"ni/v型材料"應當被理解為由選自化學元素周期 表的第三族和第五族的元素構成的材料，這些材料可能是二元、三元 或四元材料。
背景技術：
這種復合結構通常通過公知的Smart-Cut (智能剝離技術)制得。 圖1A到1C是用于采用智能剝離技術外延生長的復合結構的示意圖。
圖1A描述了源襯底或施予襯底1，其一面通過離子物質(如H" 離子)轟擊注入10，以在襯底的一定深度制得弱化區(qū)2。如圖1B所示， 經注入的施予襯底1與支撐襯底或"接受"襯底3緊密接觸(通過晶片 結合)。然后，如圖1C所示，施予襯底在弱化區(qū)被分開，以施予襯底 的將位于注入面和弱化區(qū)之間的部分轉移到接受襯底上，被轉移的部 分構成了晶體生長籽晶層4。
如圖1C所示，在通過智能剝離技術將薄晶體生長籽晶層轉移到支 撐襯底以制備復合襯底的過程中，在支撐襯底1的外圍形成了排除區(qū) 對應于薄層4的未被轉移部分的"排除區(qū)"或環(huán)5。
這是因為，如圖1B概括描述和依據SEMlTM的標準，施予襯底1 和支撐襯底3;在各自面的外圍包含倒角或"邊緣倒圓"區(qū)la和3a， 其作用是便于操作襯底，及避免因邊緣突出可能引起的邊緣開裂，邊 緣開裂是晶片表面微粒污染的根源。
然而，這種倒角的存在影響了支撐襯底和施予襯底在其外圍的良 好接觸。結果，在組件外圍產生的結合力不足以保持覆蓋在施予襯底 將被轉移到支撐襯底部分的整個寬度上。被轉移的晶體生長籽晶層4
具有很小的厚度，因其由注入形成的方式被限定在幾百個納米。很小 的厚度造成籽晶層的機械強度變弱，剝離過程中在倒角處發(fā)生斷裂。 因此在支撐的外圍由施予襯底1剝離出的層4沒有被轉移，這樣產生 了排除區(qū)5。
在包含排除區(qū)的晶體生長籽晶層上外延形成的厚層要與轉移的籽 晶層被截后的直徑相一致，即比標準支撐襯底的直徑小。這導致了必 然的材料損失。
另外，依照智能剝離技術，當厚層被用作用于轉移薄層的施予襯 底時，因邊緣倒圓而再次形成排除區(qū)。得到的襯底最終具有一個缺少 材料的非常明顯的環(huán)，由此限制了其應用。
美國專利文獻US 6 974 760描述了該現(xiàn)象，并公示了薄層轉移方 法，其中注入劑量和能量被參數(shù)化表示，使得施予襯底上對應于此排 除區(qū)的材料在剝離過程中被減少和剝落。因此施予襯底易于循環(huán)使用。
然而，不管是否采用特殊的轉移方法，在轉移層的外圍一直會存 在排除區(qū)。為了獲得具有與標準襯底直徑相同直徑的轉移層，必須采 用具有比待轉移層期望直徑更大直徑的支撐襯底和施予襯底。然而， 除了附加的材料成本之外，用于制備這種復合結構的處理設備只能接 受具有特定(標準)直徑的晶片，如直徑200mm的晶片。該設備一般 不適于其他直徑。
而且，旨在增強支撐襯底和弱化的施予襯底之間結合的加熱不會 在組件已經充分組合前引起開裂。在這種情況下，存在部分開裂及精 度失準的風險。盡管為結合需要采用低溫，但為了獲得足夠的粘著力， 待結合的表面必須高度平整，其上任何粗糙必須被高度拋光，以獲得 良好接觸和最大的粘著力。這進一步增加了制造成本，尤其是對于如 SiC或GaN的高硬度材料的情況。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決上述提到的缺陷并提出允許外延生長半導體
材料(尤其是ni/N， ni/v和iv型)的厚層的結構，這些層具有與生 長層的初始直徑相對應的特定直徑，即使使用具有外圍倒角及邊緣倒 圓區(qū)的晶片也是如此。
該目的通過用于制備外延用復合結構的工藝來實現(xiàn)，外延用復合 結構包括在支撐襯底上的至少一個半導體材料的晶體生長籽晶層，支 撐襯底和晶體生長籽晶層在其接合面的外圍都有倒角或邊緣倒圓區(qū)， 其中該工藝包括至少一個通過分子間粘著將結晶籽晶層結合到支撐襯 底的步驟，和至少一個減薄晶體生長籽晶層的步驟，所述的晶體生長 籽晶層在減薄后具有與起始直徑相同的直徑。
由此，本發(fā)明的工藝能夠獲得用于形成外延生長層的生長襯底， 與采用智能剝離技術獲得的生長襯底相比沒有直徑損失。這是因為， 與采用智能剝離技術的復合結構的制備不同，依據本發(fā)明工藝的復合 結構的制備無須轉移生長籽晶層，因此避免了在所述層的外圍出現(xiàn)排 除區(qū)，并由此直接提供了具有特定直徑的生長籽晶層，該特定直徑與 用來形成籽晶層的晶片的起始直徑對應。通過該籽晶層得到的半導體 材料的厚層也相應的具有相同的特定直徑。
而且，由于本發(fā)明工藝在籽晶層的外圍不會引起排除區(qū)，復合結 構可以直接通過具有用于通用處理設備的標準直徑的籽晶層和支撐襯 底獲得。
依據本發(fā)明的一個方面，選擇去除的晶體生長籽晶層的厚度，使 得所述減薄的晶體生長籽晶層的最終厚度比倒角和邊緣倒圓區(qū)遍布的 厚度要大。
籽晶層，即使被減薄一次，仍比通過使用智能剝離技術轉移得到 的要厚。因此該層比通過智能剝離技術轉移獲得的層具有更高的機械 強度，使得其在不同的處理操作中更加堅固，并因此減少了結構的其 它部分或接下的來生長受污染的風險。晶體生長籽晶層被減薄到最終
厚度在5微米到100微米之間，優(yōu)選地約為50微米。
支撐襯底可以特別地由選自以下材料中的至少一種的材料構成
多晶A1N，單晶或多晶GaN，單晶或多晶SiC，藍寶石，陶瓷，如鋁的 氧化物或氧化鋁，或金屬合金如鎳基型的Mo， Cr，及Ni合金，選擇不 同金屬的比例使得合金的熱膨脹系數(shù)與將被外延生長的材料的熱膨脹 系數(shù)接近。
半導體材料的晶體生長籽晶層可特別地由選自以下材料中的至少 一種的材料構成單晶Si如(111) Si，單晶SiC，單晶藍寶石，以及二
元、三元或四元的iii/n或m/v材料。這些材料都可以用于外延生長
m/N材料，如氮化鎵(GaN)。其中的一些，例如Si，也可以用來外 延生長IV族材料如鍺，或III/V材料如GaAs。
依據本發(fā)明的一個方面，該工藝可在結合步驟前包括，在支撐襯 底的接合面上形成結合層(如氧化層)和/或在半導體材料的晶體生長 籽晶層的接合面上形成結合層的步驟。
依據本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的工藝包含激活結合表面的步驟， 通過等離子體處理直接激活支撐襯底和生長層的結合表面或結合層的 結合表面。
結合步驟由在室溫下將表面緊密接觸構成?？稍诩s100。C到 1000。C間實施一次或多次穩(wěn)定退火步驟，以增強結合力。特別地，穩(wěn) 定退火步驟在約200。C到500。C下退火至少一個小時。當實施結合的熱 預算(溫度/時間對)不受限的情況下，如通過智能剝離技術阻止開裂 的情況，使用高度平整和超低粗糙度的晶片并不重要。當采用結合層 時，晶片用于結合的面的RMS粗糙度事實上可以在1微米的數(shù)量級。這 就導致修整不太昂貴。復合結構的制備成本因此被縮減，因為復合結 構只有短暫的使用意義，這變得非常有優(yōu)勢。這是因為復合結構在后 續(xù)的器件中并不需要，而且在外延生長的半導體材料形成之后，籽晶 層被毀壞。
依據本發(fā)明的一個特別方面，晶體生長籽晶層的減薄可以通過多 步實現(xiàn)，在連續(xù)的兩個減薄步驟中實施退火步驟以穩(wěn)定結合，每個穩(wěn) 定退火步驟在遞增的溫度下執(zhí)行，就是說，溫度高于前一次的退火步 驟的溫度。重復減薄和退火步驟直到獲得籽晶層的期望厚度和結合力。
本發(fā)明還涉及制造半導體材料層的工藝，尤其是ni/v， m/N和iv
型材料，包括在包含晶體生長籽晶層的復合結構上外延生長半導體材 料層，該復合結構的制備采用如上所述的制備工藝。
依據本發(fā)明的一個方面，外延生長被實施特定的特別時間，特定 的時間對應于具有足以自支撐的厚度的半導體材料層的形成，所述的
厚度至少為100微米。作為變化實施例，晶體生長籽晶層可與外延生長
的半導體材料一起保留，以便形成可用于再次外延生長的自支撐結構。 在這種情況下，半導體材料層的外延生長被實施特定的時間，使得能夠獲得至少100微米的籽晶層和半導體層的結合厚度。
半導體材料層的制造工藝還可以包括在半導體材料層的外延生長 之前，在晶體生長籽晶層上形成成核層。成核層作為緩沖層可以改善 外延生長的半導體材料的結晶質量。
半導體材料層的制造工藝進而可包括以下步驟中的一步或多步
-在半導體材料層的外延生長之后，去除支撐襯底和晶體生長籽晶 層，以及可選的成核層(在自支撐的半導體層的情況下)；
-在半導體材料層的外延生長之后，去除支撐襯底(在自支撐的籽 晶層/半導體層結構的情況下)；
-半導體材料的自支撐層經歷雙面研磨，以獲得小于50微米的弓形 彎曲，因去除而被暴露的面經歷拋光步驟以降低其粗糙度和潛在的加 工硬化區(qū)，以及實施去除半導體材料層周邊部分的步驟，以在所述的 半導體材料層中獲得低于10Vci^的平均位錯密度。
本發(fā)明還涉及多層結構，該多層結構包含采用上面描述的外延用 復合結構的制備工藝所制造的復合結構，所述的復合結構包含厚度至 少為5微米的半導體材料的晶體生長籽晶層。
多層結構可以進一步包含按照上面描述的制造半導體材料層的方 法通過在晶體生長籽晶層上外延生長形成的半導體材料層。
依照本發(fā)明的一個方面，半導體層具有至少100微米的厚度，足夠 自支撐。還可以具有允許形成至少100微米的籽晶層/半導體層結構，即 自支撐結構。


圖1A到1C，已被描述，是現(xiàn)有技術制備復合結構的示意性截面圖。 圖2A到2G是本發(fā)明一個實施例的制備外延用復合結構的截面圖。 圖3是圖2A到2G中采用的步驟的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明通常用于通過晶片形式的外延制備半導材料體層，半導體
材料尤其是m/v、 m/N和iv型材料，這些層在外延生長形成后直接 具有特定的晶片直徑。為此目的，本發(fā)明提出了自具有倒角或"邊緣 倒圓"區(qū)的晶片開始制備外延用復合結構，該工藝能夠制備半導體材
料的外延生長層，與用于形成晶體生長籽晶層的晶片的起始直徑相比， 未產生直徑的縮減。如下文所述，本發(fā)明的外延用復合結構至少包括 支撐襯底和半導體材料的晶體生長籽晶層。
可以選擇支撐襯底的材料，使其熱膨脹系數(shù)(TEC)與必須自復 合結構外延形成的半導體材料的熱膨脹系數(shù)相近，以避免在后續(xù)冷卻 過程或當外延生長層的厚度超過某個臨界厚度時出現(xiàn)開裂。
支撐襯底的材料可以是多晶A1N (比單晶A1N便宜)，單晶或多晶 SiC，金屬合金，如鎳基合金(Cr，Mo和Ni的合金)，藍寶石，陶瓷，
如鋁的氧化物，即公知的氧化鋁Al203，或任何其它熱膨脹系數(shù)與期望
外延生長的半導體材料的熱膨脹系數(shù)匹配的非昂貴材料。在氮化鎵 (GaN)外延的情況下，襯底優(yōu)選地從多晶或單晶GaN和多晶氮化鋁 (A1N)中選擇。由于多晶A1N是陶瓷，其熱膨脹系數(shù)在制造過程中 可以調整，使其與GaN的熱膨脹系數(shù)相當。
晶體生長籽晶層的材料是單晶材料。選擇該材料使得將要生長的 半導體材料的缺陷密度在背面低于109/cm2，并優(yōu)選的低于106/cm2，例 如，對于鍺材料為104/cm2。半導體材料的外延生長層的背面對應于與 茅子晶層接觸的面，但其在最終的制造過程中為后續(xù)使用可以被減薄。 該面在半導體材料層中具有最高的缺陷密度，因為生長過程中，形成 的外延層的缺陷密度傾向于降低。對于GaN的情況，沿著纖維鋅礦晶 體結構的C軸進行生長，這就是典型的N極面。
在同質外延形成半導體材料層的情況下，籽晶層在其表面具有低 于109/01112的缺陷密度已足夠，優(yōu)選的低于106/cm2。在異質外延形成 半導體材料層的情況下，選擇籽晶層的材料使其晶格參數(shù)和晶體質量 使得生長的半導體材料層在背面具有低于10Vcm、優(yōu)選的低于106/cm2 的缺陷密度。
可以選擇晶體籽晶層的材料使其熱膨脹系數(shù)與支撐襯底的熱膨脹 系數(shù)相近，考慮到籽晶層的厚度與支撐襯底的厚度相比不再可以忽略 時，籽晶層的熱膨脹系數(shù)的影響增大。這樣，結構在承受溫度波動時 仍然保持穩(wěn)定。而且，可以在更高的溫度下實施用于穩(wěn)定籽晶層和支 撐襯底的結合的退火步驟，溫度越高，材料的熱膨脹系數(shù)之差就越小。
晶體生長籽晶層可特別地由藍寶石(A12Q3)，單晶硅(如(111)
Si)，單晶SiC (適用于GaN外延的例子)，或二元、三元或四元單晶 III/V或III/N材料。為外延制備的面的粗糙度為幾個埃RMS。
如公知的那樣，可以形成基于m/v或m/N半導體材料的多種二
元、三元或四元材料，取決于晶體生長籽晶層的性質。本發(fā)明的外延
用復合結構尤其期望用于GaN、 InGaN、 AlGaN、 AlGalnN和氮化銦InN 的外延生長。
將參照圖2A-2G和圖3描述根據本發(fā)明的一個實施例的用于制造 復合結構的工藝，該工藝之后為通過外延制備半導體材料(此處為III/N 材料)層的工藝。盡管圍在圖2A-2G中沒有描述，但是支撐襯底和晶 體生長籽晶層在各自的兩個表面具有符合SEMITM標準的倒角或"邊 緣倒圓"，如圖1A到1C中有意夸大的描述。
外延用復合結構的制備從支撐襯底結合到晶體生長籽晶層開始。 其結合通過分子間粘著實現(xiàn)，或者是兩個元件的直接結合或者是通過
5口 口 & tTJ ^口 口 o
晶片結合理論本質上已經公知，這里不會做更詳盡的描述。作為 提醒，通過分子間粘著實現(xiàn)的結合基于兩個表面的緊密接觸，即，無 需采用特定的材料(粘結劑、蠟、低熔點金屬等)，兩個面之間的吸引 力足夠大，使得產生分子粘著(通過將要結合在一起的兩個表面的原 子或分子的電學反應產生的所有引力(范德華力)形成結合)。
在這里描述的實施例中，結合層沉積到支撐襯底io的一面和ni/N
材料的晶體生長籽晶層11的一面(見步驟Sl，圖2A)。在這里描述的 例子中，支撐襯底10由多晶氮化鋁(A1N)制得，晶體生長籽晶層ll 由藍寶石(A1203)制得。支撐襯底和生長籽晶層的表面粗糙度均為1 微米。
本例中，結合層12a和12b分別是沉積到支撐襯底IO和晶體生長 籽晶層11上的氧化物結合層。更準確地是，這里的層12a和12b是通 過LPCVD (低壓化學氣相沉積法)或PECVD (等離子體增強化學氣 相沉積法)獲得的二氧化硅(Si02)層。然而，結合層還可以是金剛石層， SOG (旋轉玻璃)型玻璃層，A1N層，氮化硅(如Si3N4)層或BPSG (磷硅酸鹽玻璃)氧化物層(BPSG氧化物是本領域技術人員公知的摻 硼或磷的硅酸鹽玻璃)。如果采用兩個結合層，可以有利地選擇不同的
結合材料以獲得更好粘著。例如，Si3N4可沉積到GaN籽晶層上，并結
合到覆蓋著二氧化硅層的藍寶石支撐襯底。結合層(單層或復層)的
厚度從即使納米到約IO微米。
當結合層12a和12b為氧化物時，如有必要，可以在結合前，以 高于沉積溫度的溫度，進行增進氧化物密度的退火步驟，以增強晶體 生長籽晶層和支撐襯底間的結合力。
氧化物結合層12a和12b的表面通過CMP (化學機械拋光)平坦 化處理，以獲得低于5ARMS的粗糙度，由此使得隨后的緊密結合(步 驟S2)變得更容易。
然后，可通過將氧化物結合層12a和12b緊密結合在一起，并在 500°C下執(zhí)行穩(wěn)定化退火步驟約2個小時來進行將支撐襯底10結合到 晶體生長籽晶層11的等離子體型結合(見圖2B，步驟S4和S5)。等 離子體型結合，是指氧化物結合層12a和12b的表面在他們彼此緊密 接觸前被等離子處理(步驟S3)過。等離子體處理尤其能夠激活層12a 和12b的結合表面以增加其結合性。由此，層12a禾P 12b的表面可以 暴露于基于氧氣、氮氣、氬氣或其它氣體的等離子。
用于此目的的設備可特別地是初始為CC-RIE (電容耦合離子刻 蝕)或ICP-RIE (電感耦合等離子體反應離子刻蝕)設計的設備。更詳 細地，讀者可參考如Sanz-Velasco等的著作"Room temperature wafer bonding using oxygen plasma treament in reactive ion etchers with and without inductively coupled plasma" (Journal of Electrochemical Society 150, G155,2003)。
也可采用其它氣氛等離子體設備或具有ECR(電子回旋加速器)型 或螺旋型源的設備。
實際中，等離子體結合激活通常包括預先化學清潔操作，如RCA 清潔操作，接下來的旨在平滑粗糙度的化學機械拋光，和將表面暴露 于等離子體幾秒到幾分鐘之間。
如上描述的處理步驟(S2到S5)當然也可通過結合層而不是氧化 物層來實現(xiàn)，特別是由金剛石、AIN或氮化硅構成的結合層。
在支撐襯底和晶體生長籽晶層之間無結合層的結合情況下，兩個 元件的接合面可被預先由等離子體激活，如上所述。兩個元件之間的
結合可以是親水結合或者憎水結合，取決于采用材料的性質。
如圖2B所示，結合后所得到的是復合結構，包括支撐襯底10，
對應于氧化物結合層12a和12b的氧化物層12,和晶體生長籽晶層11。
晶體生長籽晶層11被減薄到50微米的厚度(步驟S6，圖2C)。 可以通過對晶體生長籽晶層11暴露的表面進行研磨和/或機械拋光和/ 或化學刻蝕來完成減薄操作。然后，可以由CMP制備晶體生長籽晶層 11的表面用于外延。層11的最終厚度被選定為比倒角或邊緣倒圓區(qū)遍 布的厚度大，因此避免了層11的任何直徑縮減以及機械易脆層剝落的 任何風險。通常，晶體生長籽晶層的最終厚度在5微米到100微米直 接，優(yōu)選約為50微米。
由此，通過避免籽晶層在外延用結構制造中的任何直徑縮減，能 夠在開始時決定接下來形成的外延生長層的直徑，因為其將具有與晶 體生長籽晶層相同的直徑。例如，在期望得到具有標準直徑(例如 100mm，200mm或300mm)的外延層的情況下，依據本發(fā)明通過由 具有期望的標準直徑的晶片制備的籽晶層足以生產外延用結構。
如圖2C所示，由此獲得的是外延用復合結構13，包含支撐襯底 10，氧化物(Si02)結合層12，和減薄的晶體生長籽晶層11。而且，復 合結構13可以接受第二個退火步驟，以穩(wěn)定結合，該退火步驟在900°C 溫度下持續(xù)約l小時(步驟7)。
籽晶層的減薄還可以通過幾個步驟實現(xiàn)，之間可以實施結合穩(wěn)定 退火步驟以增強復合結構的結合力。例如，在200°C下的第一步結合 穩(wěn)定退火步驟之后，籽晶層被減薄到特定的厚度，例如500微米，接 下來，在300。C下進行1小時的另一個穩(wěn)定退火步驟。然后進行第二 減薄步驟，減薄至400微米，接下來在高于前步退火步驟溫度的溫度 (例如400°C)下進行另一個穩(wěn)定退火步驟?？芍貜瓦@些步驟直到獲得 期望的結合力和茅子晶層的厚度。
下文的敘述涉及自復合結構13的晶體生長籽晶層11開始為制備 III/N單晶材料外延層所實施的步驟。
制備的in/N材料形成的外延層必須具有足夠的厚度以自支撐，即
足以形成能夠自支撐而無需附加的機械支撐或加強物的層。為此目的，
進行外延生長直至m/N材料層的厚度達到ioo微米到i毫米之間，優(yōu)
選地在500微米到1毫米之間。
至少部分地通過HVPE (混合氣相外延)生長III/N材料層。這種 類型的外延在700。C到1100。C之間進行。
持續(xù)外延生長，直到厚度足以使III/N材料層在其從支撐襯底10 分離后能夠自支撐為止。
執(zhí)行這種外延的方式以及晶體生長籽晶層和m/N材料厚層的各自
參數(shù)及晶向是本領域技術人員所公知的。由于籽晶層的結晶面決定了 外延生長材料的結晶面，因此通過選擇籽晶層的晶向能夠獲得極性，
非極性或半極性的材料，這在GaN情況下有時是期望的。
在本發(fā)明的一個可選實施例中，也能夠在生長所述的m/N材料厚
層之前實施成核層的外延生長步驟(未在圖中體現(xiàn))，該成核層由與晶
體生長籽晶層和/或隨后用于制備m/N材料厚層相同的材料組成。然 而，該成核層也可與n/N材料厚層和/籽晶層具有不同的性質。例如，
可以在外延生長GaN厚層前，在碳化硅(SiC)籽晶層上沉積A1N成
核層。籽晶層上的成核層可以作為緩沖層，能夠改善隨后形成的m/N
材料厚層的晶體質量。成核層的厚度在10納米到10微米之間。
在這種情況下，尤其對于GaN，可通過MOCVD (金屬有機物化
學氣相沉積法)或MBE (分子束外延)來進行成核層的外延。 還可以使用ELO (側向外延過生長)技術。
在這里描述的實施例中，在800°C的溫度下通過HVPE在A1203 晶體生長籽晶層11上執(zhí)行GaN層的外延生長，HVPE的實施時間足以 制得具有約l毫米厚度的GaN層14 (見圖2D， S8)。
當結合層12是氧化物層時，對其進行化學刻蝕，例如采用HF溶 液，以使支撐襯底ll從結構的其它部分分離(見圖2E，步驟S9)。
GaN層14上的殘余氧化物和晶體生長籽晶層11被化學刻蝕，以 實現(xiàn)去除(見圖2F，步驟SIO)。用于去除這樣材料的化學刻蝕技術是 本領域技術人員所公知的。
如無氧化物結合層時，晶體生長籽晶層和可選的支撐襯底也可通 過拋光被機械地去除。
自支撐GaN層通過雙面研磨被拋光，以修正平整性和/或去除易于 具有對于隨后應用顯得過大的"晶片弓形"的區(qū)域。材料的兩面同時被
拋光，以使得弓形彎曲低于50微米(弓形彎曲為15微米時可獲得最
大的表面平行度)。然后，需要在背面實施拋光步驟，以將表面粗糙度
降至5埃以下，例如為了后續(xù)使用能夠被結合(見圖2F，步驟Sll)。 拋光還可以用來使背面的缺陷密度降低到期望的可用位錯密度，例如 低于107/cm2，優(yōu)選地低于106/cm2。最后，拋光還可以用來去除潛在地 由雙面研磨步驟加工硬化的表面區(qū)域。
自支撐GaN層14的外圍部分14a，其自然具有很高的缺陷密度， 還可能開裂，也可被去除，最后該層最大的缺陷密度為106/cm2 (歩驟 S12，圖2G)。
也可實施調整操作，以在層的兩個表面的外圍附近形成倒角或邊 緣倒圓。
依據本發(fā)明的另一實施例，在外延用復合結構上進行外延生長， 以獲得材料薄層，其厚度使得籽晶層和通過外延獲得的半導體層的組 合可以實現(xiàn)自支撐。半導體外延層和籽晶層的結合厚度在100微米到1 毫米之間，優(yōu)選地在500微米到1毫米之間。在這種情況下，只去除 支撐襯底。由此獲得的結構用于外延再生長與薄層相同的材料，直到 獲得期望的厚度。還可以用于不同的材料。本發(fā)明該實施例的優(yōu)勢在 于，外延再生長不會因支撐的性質導致熱膨脹系數(shù)失配應力。
而且，本發(fā)明外延用復合結構可用具有與支撐襯底IO相同直徑的 晶體生長籽晶層制得，但支撐襯底的直徑也可以與晶體生長籽晶層的 直徑不同，因為后者的直徑決定著外延形成的半導體層的直徑。當外 延層的厚度足以自支撐時，如有必要，包含去除外圍部分的修整步驟， 能夠修整其直徑。
本發(fā)明工藝不只限于半導體材料的自支撐層的制備。使用本發(fā)明 工藝獲得的外延用復合結構還可以用來生長被期望轉移到具有特定性 質的最終襯底上的薄層。本發(fā)明的復合結構還可以用來牛長可以自支
撐的不同半導體材料薄層的疊層。
權利要求
1、一種制備外延用復合結構(13)的工藝，外延用復合結構包括支撐襯底(10)上的至少一個半導體材料的晶體生長籽晶層(11)，支撐襯底(10)和晶體生長籽晶層(11)在其結合面的外圍都具有倒角或邊緣倒圓區(qū)，其特征在于，所述工藝包括至少一步通過分子間粘著將晶體生長籽晶層(11)結合到支撐襯底(10)的步驟，和至少一步減薄晶體生長籽晶層(11)的步驟，所述的晶體生長籽晶層(11)在減薄后具有與其起始直徑相同的直徑。
2、 如權利要求l所述的工藝，其中，選擇晶體生長籽晶層在減薄 步驟中被去除的厚度，使得所述的晶體生長籽晶層(11)的最終厚度 比倒角或邊緣倒圓區(qū)遍布的厚度要大。
3、 如權利要求2所述的工藝，其中，晶體生長籽晶層(11)被減 薄，其最終厚度在5微米到100微米之間。
4、 如權利要求l到3中任一項所述的工藝，其中，晶體生長籽晶 層(11)在表面的缺陷密度低于109/cm2。
5、 如權利要求l到4任一項所述的工藝，其中，支撐襯底(10) 由選自以下材料中的至少一種的材料構成多晶AlN、單晶或多晶GaN、 單晶或多晶SiC、藍寶石、陶瓷、金屬合金。
6、 如權利要求5所述的工藝，其中，半導體材料的晶體生長籽晶 層(11)由選自以下材料的至少一種的材料構成單晶Si，單晶SiC， 單晶藍寶石，和二元、三元或四元的111/N或ni/v材料。
7、 如權利要求1到6中的任一項所述的工藝，其中在結合步驟前 包括，在支撐襯底(10)的結合面上形成結合層和/或在半導體材料的 晶體生長籽晶層(11)的結合面上形成結合層的步驟。
8、 如權利要求7所述的工藝，其中，結合層選自氧化物、金剛石、A1N、或氮化硅層。
9、 如權利要求1到8中任一項所述的工藝，其中，包括每個待結 合面的平坦化步驟，以獲得低于5 A RMS的表面粗糙度。
10、 一種制造半導體材料層的工藝，包括在包含晶體生長籽晶層 (11)的復合結構(13)上外延生長半導體材料層(14)，所述復合結構(13)依據權利要求1到9中任一項所述的制備工藝制得。
11、 如權利要求10所述的工藝，其中包括在外延生長半導體材料 (14)前在晶體生長籽晶層(11)上形成成核層。
12、 如權利要求10或11所述的工藝，其中，執(zhí)行外延生長持續(xù) 特定的時間，使得半導體材料層(14)與晶體生長籽晶層(11)的組 合厚度至少為100微米。
13、 如權利要求12所述的工藝，其中，進一步包括去除支撐襯底 (10)和晶體生長籽晶層(11)的步驟。
14、 如權利要求13所述的工藝，其中，在去除支撐襯底(10)和 晶體生長籽晶層(11)的步驟后進一步包括，在半導體材料層(14) 上實施雙面研磨步驟以獲得低于50微米的弓形彎曲，拋光去除后暴露 的面的步驟，和去除半導體材料層(14)的外圍部分(14a)的步驟。
15、 如權利要求10到14中任一項所述的工藝，其中，半導體層 (14)是GaN層；或二元、三元、或四元的III/N材料。
16、 一種多層結構，包括復合結構(13)，特征在于晶體生長籽晶 層(11)具有與支撐襯底(10)相同的直徑，還在于半導體材料的晶 體生長籽晶層(11)的厚度至少為5微米。
17、 如權利要求16所述的多層結構，其進一步包含在晶體生長籽 晶層(11)上通過外延生長形成的半導體材料層(14)。
18、 如權利要求17所述的多層結構，其中，半導體材料層(14) 具有至少100微米的厚度，或半導體材料層(14)與晶體生長籽晶層(11)共同具有至少100微米的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備無排除區(qū)的外延用結構的工藝，外延用復合結構包括支撐襯底上的至少一層半導體材料的晶體生長籽晶層，支撐襯底和晶體生長籽晶層各自在其結合面的外圍包括倒角或邊緣倒圓區(qū)。該工藝包含至少一步的將晶體生長籽晶層直接結合到支撐襯底的的晶片結合步驟和至少一步的晶體生長籽晶層的減薄步驟，所述的晶體生長籽晶層在減薄后具有與其初始直徑相同的直徑。
文檔編號H01L21/00GK101355013SQ20081009865
公開日2009年1月28日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權日2007年6月6日
發(fā)明者C·阿雷納, F·勒泰特 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術公司