本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，涉及一種iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法。

背景技術(shù)：

硅薄膜剝離轉(zhuǎn)移技術(shù)已經(jīng)十分成熟，廣泛應(yīng)用于soi襯底制造、mems器件中，主要有soitec的h離子注入smart-cut技術(shù)，新傲科技的o離子注入simbond技術(shù)等。其中smart-cut(智能剝離)技術(shù)是一種注入氫離子然后進(jìn)行剝離的技術(shù)，即在鍵合的一片晶片上注入氫離子，然后和另一硅片在一定溫度下鍵合，鍵合熱處理溫度在大約500℃時，氫離子注入處會形成連續(xù)的空腔，從而自動剝離形成soi結(jié)構(gòu)。利用鍵合技術(shù)的智能剝離技術(shù)可以獲得超薄的硅層。simbond是一種注氧鍵合技術(shù)，其在硅材料上注入離子，產(chǎn)生了一個分布均勻的離子注入層，此層用來充當(dāng)化學(xué)腐蝕阻擋層，可對圓片在最終拋光前器件層的厚度及其均勻性有很好的控制。采用simbond技術(shù)制備的soi硅片具有優(yōu)越的soi薄膜均勻性，同時也能得到厚的絕緣埋層。

相比于體硅材料，iii族氮化物材料因其直接帶隙、極大內(nèi)建電場等特性，在光電、功率、射頻、mems等領(lǐng)域有其獨特優(yōu)勢。其中，iii指元素周期表中第iii族中的至少一種元素。因此，實現(xiàn)iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移更有意義。

然而，gan等iii族氮化物材料基于離子注入的薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)還不成熟，注入后很難完整剝離，因此難以實現(xiàn)大尺寸薄膜的轉(zhuǎn)移。

現(xiàn)有技術(shù)中另一種gan薄膜剝離轉(zhuǎn)移技術(shù)是利用激光對gan薄膜進(jìn)行剝離轉(zhuǎn)移，一般用于led行業(yè)。但是，激光剝離的界面很不光滑，應(yīng)用受到局限。一般只能作為后端技術(shù)，如藍(lán)寶石上ganled器件的激光剝離。

因此，如何提供一種新的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法，以實現(xiàn)大尺寸iii族氮化物薄膜的轉(zhuǎn)移，并提高薄膜質(zhì)量，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個重要技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中難以實現(xiàn)大尺寸iii族氮化物薄膜的轉(zhuǎn)移，且轉(zhuǎn)移的iii族氮化物薄膜質(zhì)量不高的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法，包 括以下步驟：

s1：提供一自下而上依次包括硅襯底、絕緣埋層及頂層硅的soi襯底；

s2：在所述頂層硅表面依次形成iii族氮化物薄膜及絕緣帽層；

s3：進(jìn)行離子注入，在所述頂層硅中形成離子注入層；

s4：提供一基片，將所述基片鍵合于所述絕緣帽層表面，得到鍵合結(jié)構(gòu)；

s5：進(jìn)行退火，使得所述鍵合結(jié)構(gòu)自所述頂層硅處剝離，得到自下而上依次包括基片、絕緣帽層及iii族氮化物薄膜的疊層結(jié)構(gòu)。

可選地，還包括步驟s6：進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，去除所述iii族氮化物薄膜表面多余的頂層硅材料。

可選地，所述soi襯底采用混合晶向襯底，其中，所述硅襯底采用(100)晶向硅，所述頂層硅采用(111)晶向硅。

可選地，所述soi襯底采用鍵合技術(shù)得到。

可選地，所述iii族氮化物薄膜包括gan層、aln層、inn層、ingan層及algan層中的一種或多種。

可選地，所述iii族氮化物薄膜的厚度范圍是5nm-100μm。

可選地，所述絕緣帽層包括氮化硅層或二氧化硅層。

可選地，于所述步驟s3中，采用h離子、he離子及b離子中的至少一種進(jìn)行離子注入。

可選地，于所述步驟s3中，從所述絕緣帽層一面對所述頂層硅進(jìn)行離子注入。

可選地，所述基片的材料包括硅、鍺、鍺硅、藍(lán)寶石及碳化硅中的任意一種。

可選地，于所述步驟s5中，退火溫度范圍是300-1000℃，退火時間是10s-30min。

如上所述，本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法，具有以下有益效果：本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法通過混合晶向soi襯底生長高質(zhì)量的iii族氮化物薄膜，并通過離子注入及鍵合工藝，將鍵合結(jié)構(gòu)自soi頂層硅處剝離，可實現(xiàn)大尺寸的iii族氮化物薄膜轉(zhuǎn)移，并可以得到光滑、高質(zhì)量的iii族氮化物薄膜表面。同時，本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法可廣泛應(yīng)用于材料制備階段。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法的工藝流程圖。

圖2顯示為本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法提供的soi襯底的示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法在所述頂層硅表面形成iii族氮化物薄膜的示意圖。

圖4顯示為本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法在所述iii族氮化物薄膜表面形成絕緣帽層的示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法進(jìn)行離子注入，在所述頂層硅中形成離子注入層的示意圖。

圖6顯示為本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法將所述基片鍵合于所述絕緣帽層表面的示意圖。

圖7顯示為本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法進(jìn)行退火，使得所述鍵合結(jié)構(gòu)自所述頂層硅處剝離的示意圖。

圖8顯示為本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法將iii族氮化物薄膜轉(zhuǎn)移得到的疊層結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號說明

s1～s5步驟

1硅襯底

2絕緣埋層

3頂層硅

4iii族氮化物薄膜

5絕緣帽層

6離子注入層

7基片

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖8。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

本發(fā)明提供一種iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法，請參閱圖1，顯示為該方法的工藝流 程圖，包括以下步驟：

s1：提供一自下而上依次包括硅襯底、絕緣埋層及頂層硅的soi襯底；

s2：在所述頂層硅表面依次形成iii族氮化物薄膜及絕緣帽層；

s3：進(jìn)行離子注入，在所述頂層硅中形成離子注入層；

s4：提供一基片，將所述基片鍵合于所述絕緣帽層表面，得到鍵合結(jié)構(gòu)；

s5：進(jìn)行退火，使得所述鍵合結(jié)構(gòu)自所述頂層硅處剝離，得到自下而上依次包括基片、絕緣帽層及iii族氮化物薄膜的疊層結(jié)構(gòu)。

首先請參閱圖2，執(zhí)行步驟s1：提供一自下而上依次包括硅襯底1、絕緣埋層2及頂層硅3的soi襯底。

由于iii族氮化物晶體主要為六方晶格，一般僅能生長于六軸對稱的si(111)晶面，因此本實施例中，所述頂層硅3優(yōu)選采用(111)晶向硅。

作為示例，所述soi襯底可通過鍵合技術(shù)得到，例如soitec公司的利用鍵合技術(shù)的智能剝離(smart-cut)技術(shù)或者新傲公司的simbond技術(shù)等。

具體的，鍵合技術(shù)是指通過在硅和二氧化硅或二氧化硅和二氧化硅之間使用鍵合技術(shù)，使兩個圓片能夠緊密鍵合在一起，并且在中間形成二氧化硅層充當(dāng)絕緣埋層。鍵合圓片的一側(cè)可經(jīng)削薄，以達(dá)到所要求的厚度。

smart-cut技術(shù)是一種注入氫離子然后進(jìn)行剝離的技術(shù)，即在鍵合的一片晶片上注入氫離子，然后和另一硅片在一定溫度下鍵合，鍵合熱處理溫度在大約500℃時，氫離子注入處會形成連續(xù)的空腔，從而自動剝離形成soi結(jié)構(gòu)。利用鍵合技術(shù)的智能剝離技術(shù)可以獲得超薄的硅層，并可以得到混合晶向的soi襯底。

simbond是一種注氧鍵合技術(shù)，其在硅材料上注入離子，產(chǎn)生了一個分布均勻的離子注入層，此層用來充當(dāng)化學(xué)腐蝕阻擋層，可對圓片在最終拋光前器件層的厚度及其均勻性有很好的控制。采用simbond技術(shù)制備的soi硅片具有優(yōu)越的soi薄膜均勻性，同時也能得到厚的絕緣埋層。

作為示例，所述soi襯底可采用(111)晶向硅片與cmos硅工藝中大量采用的(100)晶向硅襯底鍵合得到，即所述soi襯底采用混合晶向襯底，其中，(100)晶向硅作為所述硅襯底，(111)晶向硅片作為所述頂層硅，以利于后續(xù)iii族氮化物的制備。

然后請參閱圖3及圖4，執(zhí)行步驟s2：在所述頂層硅3表面依次形成iii族氮化物薄膜4及絕緣帽層5。

如圖3所示，顯示為在所述頂層硅3表面形成iii族氮化物薄膜4的示意圖。

具體的，所述iii族氮化物薄膜4可以為單層薄膜或多層薄膜，包括但不限于gan層、 aln層、inn層、ingan層及algan層中的一種或多種，且所述gan層、aln層、inn層、ingan層及algan層可根據(jù)應(yīng)用的需要為p型摻雜層、n型摻雜層或非摻雜層，此處不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

作為示例，所述iii族氮化物薄膜4的厚度范圍是5nm-100μm。

作為示例，選用mocvd(metal-organicchemicalvapordeposition，金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)生長設(shè)備，以ⅲ族元素的有機(jī)化合物和n的氫化物等作為晶體生長源材料，以熱分解反應(yīng)方式在所述硅襯底1上進(jìn)行氣相外延，生長各種ⅲ族氮化物以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。

如圖4所示，顯示為在所述iii族氮化物薄膜4表面形成絕緣帽層5的示意圖。

具體的，所述絕緣帽層5的作用一方面是保護(hù)所述iii族氮化物薄膜4表面在后續(xù)離子注入過程中不被損傷，另一方面是作為鍵合面。

作為示例，采用mocvd設(shè)備沉積氮化硅層作為所述絕緣帽層5，或者采用其它設(shè)備沉積氮化硅層或二氧化硅層作為所述絕緣帽層5。

接著請參閱圖5，執(zhí)行步驟s3：進(jìn)行離子注入，在所述頂層硅3中形成離子注入層6。

具體的，采用h離子、he離子及b離子中的至少一種從所述絕緣帽層5一面對所述頂層硅3進(jìn)行離子注入。

具體的，所述離子注入層6即離子注入濃度峰值處。對于所述頂層硅3較薄的情況，例如2-100nm，所述離子注入層6的位置不限，只要位于所述頂層硅中即可。對于所述頂層硅3較薄的情況，例如大于100nm，則可通過控制離子注入能量使所述離子注入層6靠近所述頂層硅上表面，從而使得后續(xù)剝離面更靠近所述頂層硅上表面。

再請參閱圖6，執(zhí)行步驟s4：提供一基片7，將所述基片7鍵合于所述絕緣帽層5表面，得到鍵合結(jié)構(gòu)。

作為示例，所述基片7的材料包括但不限于硅、鍺、鍺硅、藍(lán)寶石及碳化硅中的任意一種。在其它實施例中，也可以根據(jù)實際應(yīng)用選擇其它材料的基片，此處不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

作為示例，鍵合之前，可通過等離子體處理活化鍵合面，有利于增加后續(xù)鍵合時鍵合面之間的結(jié)合強(qiáng)度。

最后請參閱圖7及圖8，執(zhí)行步驟s5：進(jìn)行退火，使得所述鍵合結(jié)構(gòu)自所述頂層硅3處剝離，得到自下而上依次包括基片7、絕緣帽層5及iii族氮化物薄膜4的疊層結(jié)構(gòu)。

具體的，如圖7中箭頭所示，所述退火的目的是使所述離子注入層6中的離子聚集形成氣泡，從而在離子注入層6附近形成連續(xù)的空腔，使得鍵合結(jié)構(gòu)自所述頂層硅處自動剝離。

作為示例，所述退火的溫度范圍是300-1000℃，退火時間是10s-30min。

如圖8所示，顯示為剝離后得到的疊層結(jié)構(gòu)，所述iii族氮化物薄膜4被成功轉(zhuǎn)移到所需的基片7上，且所述iii族氮化物薄膜4與所述基片7之間通過所述絕緣帽層5相互隔離。

通過離子注入自動剝離得到的剝離面非常光滑，若有需要，后續(xù)可進(jìn)一步通過化學(xué)機(jī)械拋光去除所述iii族氮化物薄膜4表面多余的頂層硅材料。

至此，通過本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法成功將iii族氮化物薄膜4大面積轉(zhuǎn)移至所需基片上，且所得的iii族氮化物薄膜4非常光滑。

綜上所述，本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法通過混合晶向soi襯底生長高質(zhì)量的iii族氮化物薄膜，并通過離子注入及鍵合工藝，將鍵合結(jié)構(gòu)自soi頂層硅處剝離，可實現(xiàn)大尺寸的iii族氮化物薄膜轉(zhuǎn)移，并可以得到光滑、高質(zhì)量的iii族氮化物薄膜表面。同時，本發(fā)明的iii族氮化物薄膜的剝離轉(zhuǎn)移方法可廣泛應(yīng)用于材料制備階段。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。