一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法与流程

本发明属于半导体领域，涉及一种iii族氮化物薄膜的剥离转移方法。

背景技术：

硅薄膜剥离转移技术已经十分成熟，广泛应用于soi衬底制造、mems器件中，主要有soitec的h离子注入smart-cut技术，新傲科技的o离子注入simbond技术等。其中smart-cut(智能剥离)技术是一种注入氢离子然后进行剥离的技术，即在键合的一片晶片上注入氢离子，然后和另一硅片在一定温度下键合，键合热处理温度在大约500℃时，氢离子注入处会形成连续的空腔，从而自动剥离形成soi结构。利用键合技术的智能剥离技术可以获得超薄的硅层。simbond是一种注氧键合技术，其在硅材料上注入离子，产生了一个分布均匀的离子注入层，此层用来充当化学腐蚀阻挡层，可对圆片在最终抛光前器件层的厚度及其均匀性有很好的控制。采用simbond技术制备的soi硅片具有优越的soi薄膜均匀性，同时也能得到厚的绝缘埋层。

相比于体硅材料，iii族氮化物材料因其直接带隙、极大内建电场等特性，在光电、功率、射频、mems等领域有其独特优势。其中，iii指元素周期表中第iii族中的至少一种元素。因此，实现iii族氮化物薄膜的剥离转移更有意义。

然而，gan等iii族氮化物材料基于离子注入的薄膜转移技术还不成熟，注入后很难完整剥离，因此难以实现大尺寸薄膜的转移。

现有技术中另一种gan薄膜剥离转移技术是利用激光对gan薄膜进行剥离转移，一般用于led行业。但是，激光剥离的界面很不光滑，应用受到局限。一般只能作为后端技术，如蓝宝石上ganled器件的激光剥离。

因此，如何提供一种新的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法，以实现大尺寸iii族氮化物薄膜的转移，并提高薄膜质量，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种iii族氮化物薄膜的剥离转移方法，用于解决现有技术中难以实现大尺寸iii族氮化物薄膜的转移，且转移的iii族氮化物薄膜质量不高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种iii族氮化物薄膜的剥离转移方法，包 括以下步骤：

s1：提供一自下而上依次包括硅衬底、绝缘埋层及顶层硅的soi衬底；

s2：在所述顶层硅表面依次形成iii族氮化物薄膜及绝缘帽层；

s3：进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层；

s4：提供一基片，将所述基片键合于所述绝缘帽层表面，得到键合结构；

s5：进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离，得到自下而上依次包括基片、绝缘帽层及iii族氮化物薄膜的叠层结构。

可选地，还包括步骤s6：进行化学机械抛光，去除所述iii族氮化物薄膜表面多余的顶层硅材料。

可选地，所述soi衬底采用混合晶向衬底，其中，所述硅衬底采用(100)晶向硅，所述顶层硅采用(111)晶向硅。

可选地，所述soi衬底采用键合技术得到。

可选地，所述iii族氮化物薄膜包括gan层、aln层、inn层、ingan层及algan层中的一种或多种。

可选地，所述iii族氮化物薄膜的厚度范围是5nm-100μm。

可选地，所述绝缘帽层包括氮化硅层或二氧化硅层。

可选地，于所述步骤s3中，采用h离子、he离子及b离子中的至少一种进行离子注入。

可选地，于所述步骤s3中，从所述绝缘帽层一面对所述顶层硅进行离子注入。

可选地，所述基片的材料包括硅、锗、锗硅、蓝宝石及碳化硅中的任意一种。

可选地，于所述步骤s5中，退火温度范围是300-1000℃，退火时间是10s-30min。

如上所述，本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法，具有以下有益效果：本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法通过混合晶向soi衬底生长高质量的iii族氮化物薄膜，并通过离子注入及键合工艺，将键合结构自soi顶层硅处剥离，可实现大尺寸的iii族氮化物薄膜转移，并可以得到光滑、高质量的iii族氮化物薄膜表面。同时，本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法可广泛应用于材料制备阶段。

附图说明

图1显示为本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法的工艺流程图。

图2显示为本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法提供的soi衬底的示意图。

图3显示为本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法在所述顶层硅表面形成iii族氮化物薄膜的示意图。

图4显示为本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法在所述iii族氮化物薄膜表面形成绝缘帽层的示意图。

图5显示为本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层的示意图。

图6显示为本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法将所述基片键合于所述绝缘帽层表面的示意图。

图7显示为本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离的示意图。

图8显示为本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法将iii族氮化物薄膜转移得到的叠层结构示意图。

元件标号说明

s1～s5步骤

1硅衬底

2绝缘埋层

3顶层硅

4iii族氮化物薄膜

5绝缘帽层

6离子注入层

7基片

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种iii族氮化物薄膜的剥离转移方法，请参阅图1，显示为该方法的工艺流 程图，包括以下步骤：

s1：提供一自下而上依次包括硅衬底、绝缘埋层及顶层硅的soi衬底；

s2：在所述顶层硅表面依次形成iii族氮化物薄膜及绝缘帽层；

s3：进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层；

s4：提供一基片，将所述基片键合于所述绝缘帽层表面，得到键合结构；

s5：进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离，得到自下而上依次包括基片、绝缘帽层及iii族氮化物薄膜的叠层结构。

首先请参阅图2，执行步骤s1：提供一自下而上依次包括硅衬底1、绝缘埋层2及顶层硅3的soi衬底。

由于iii族氮化物晶体主要为六方晶格，一般仅能生长于六轴对称的si(111)晶面，因此本实施例中，所述顶层硅3优选采用(111)晶向硅。

作为示例，所述soi衬底可通过键合技术得到，例如soitec公司的利用键合技术的智能剥离(smart-cut)技术或者新傲公司的simbond技术等。

具体的，键合技术是指通过在硅和二氧化硅或二氧化硅和二氧化硅之间使用键合技术，使两个圆片能够紧密键合在一起，并且在中间形成二氧化硅层充当绝缘埋层。键合圆片的一侧可经削薄，以达到所要求的厚度。

smart-cut技术是一种注入氢离子然后进行剥离的技术，即在键合的一片晶片上注入氢离子，然后和另一硅片在一定温度下键合，键合热处理温度在大约500℃时，氢离子注入处会形成连续的空腔，从而自动剥离形成soi结构。利用键合技术的智能剥离技术可以获得超薄的硅层，并可以得到混合晶向的soi衬底。

simbond是一种注氧键合技术，其在硅材料上注入离子，产生了一个分布均匀的离子注入层，此层用来充当化学腐蚀阻挡层，可对圆片在最终抛光前器件层的厚度及其均匀性有很好的控制。采用simbond技术制备的soi硅片具有优越的soi薄膜均匀性，同时也能得到厚的绝缘埋层。

作为示例，所述soi衬底可采用(111)晶向硅片与cmos硅工艺中大量采用的(100)晶向硅衬底键合得到，即所述soi衬底采用混合晶向衬底，其中，(100)晶向硅作为所述硅衬底，(111)晶向硅片作为所述顶层硅，以利于后续iii族氮化物的制备。

然后请参阅图3及图4，执行步骤s2：在所述顶层硅3表面依次形成iii族氮化物薄膜4及绝缘帽层5。

如图3所示，显示为在所述顶层硅3表面形成iii族氮化物薄膜4的示意图。

具体的，所述iii族氮化物薄膜4可以为单层薄膜或多层薄膜，包括但不限于gan层、 aln层、inn层、ingan层及algan层中的一种或多种，且所述gan层、aln层、inn层、ingan层及algan层可根据应用的需要为p型掺杂层、n型掺杂层或非掺杂层，此处不应过分限制本发明的保护范围。

作为示例，所述iii族氮化物薄膜4的厚度范围是5nm-100μm。

作为示例，选用mocvd(metal-organicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)生长设备，以ⅲ族元素的有机化合物和n的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在所述硅衬底1上进行气相外延，生长各种ⅲ族氮化物以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。

如图4所示，显示为在所述iii族氮化物薄膜4表面形成绝缘帽层5的示意图。

具体的，所述绝缘帽层5的作用一方面是保护所述iii族氮化物薄膜4表面在后续离子注入过程中不被损伤，另一方面是作为键合面。

作为示例，采用mocvd设备沉积氮化硅层作为所述绝缘帽层5，或者采用其它设备沉积氮化硅层或二氧化硅层作为所述绝缘帽层5。

接着请参阅图5，执行步骤s3：进行离子注入，在所述顶层硅3中形成离子注入层6。

具体的，采用h离子、he离子及b离子中的至少一种从所述绝缘帽层5一面对所述顶层硅3进行离子注入。

具体的，所述离子注入层6即离子注入浓度峰值处。对于所述顶层硅3较薄的情况，例如2-100nm，所述离子注入层6的位置不限，只要位于所述顶层硅中即可。对于所述顶层硅3较薄的情况，例如大于100nm，则可通过控制离子注入能量使所述离子注入层6靠近所述顶层硅上表面，从而使得后续剥离面更靠近所述顶层硅上表面。

再请参阅图6，执行步骤s4：提供一基片7，将所述基片7键合于所述绝缘帽层5表面，得到键合结构。

作为示例，所述基片7的材料包括但不限于硅、锗、锗硅、蓝宝石及碳化硅中的任意一种。在其它实施例中，也可以根据实际应用选择其它材料的基片，此处不应过分限制本发明的保护范围。

作为示例，键合之前，可通过等离子体处理活化键合面，有利于增加后续键合时键合面之间的结合强度。

最后请参阅图7及图8，执行步骤s5：进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅3处剥离，得到自下而上依次包括基片7、绝缘帽层5及iii族氮化物薄膜4的叠层结构。

具体的，如图7中箭头所示，所述退火的目的是使所述离子注入层6中的离子聚集形成气泡，从而在离子注入层6附近形成连续的空腔，使得键合结构自所述顶层硅处自动剥离。

作为示例，所述退火的温度范围是300-1000℃，退火时间是10s-30min。

如图8所示，显示为剥离后得到的叠层结构，所述iii族氮化物薄膜4被成功转移到所需的基片7上，且所述iii族氮化物薄膜4与所述基片7之间通过所述绝缘帽层5相互隔离。

通过离子注入自动剥离得到的剥离面非常光滑，若有需要，后续可进一步通过化学机械抛光去除所述iii族氮化物薄膜4表面多余的顶层硅材料。

至此，通过本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法成功将iii族氮化物薄膜4大面积转移至所需基片上，且所得的iii族氮化物薄膜4非常光滑。

综上所述，本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法通过混合晶向soi衬底生长高质量的iii族氮化物薄膜，并通过离子注入及键合工艺，将键合结构自soi顶层硅处剥离，可实现大尺寸的iii族氮化物薄膜转移，并可以得到光滑、高质量的iii族氮化物薄膜表面。同时，本发明的iii族氮化物薄膜的剥离转移方法可广泛应用于材料制备阶段。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。