裂纹前端以分裂衬底。
[0190]移去的材料区域提供用于处理的GaN材料的薄膜。GaN材料拥有供外延生长衬底中使用的有限的表面糙度和期望的平面特征。在某些实施方式中，分离的膜的表面糙度具有小于大约60nm、或小于大约40nm、或小于大约20nm的特征。因此，本发明的实施方式可以提供可比先前存在的技术更平滑并且更均匀的薄型化GaN薄膜。
[0191]在【具体实施方式】中，能量源可以是根据本发明的实施方式加压(例如，压缩的)流体射流。图23A示出了来自用于执行根据本发明的实施方式的受控裂化处理的流体喷头2308的流体射流的简化截面图。流体射流2307(或液体射流或气体射流)碰撞衬底10的边缘区域以启动受控裂化处理。来自压缩或增压液体源的流体射流直接射到选定深度2303处的区域以使用力(例如，机械、化学、热)从衬底10分裂出材料区域12的厚度。如所示出的，流体射流将衬底10分成两个区域，包括在选定深度2303处彼此分离的区域2309和区域2311。流体射流也可以调节以启动并且维持受控裂化处理以将材料12从衬底10分离。根据应用，可以在方向、位置、以及幅度上调节流体射流以实现期望受控裂化处理。流体射流可以是液体射流或气体射流或液体和气体的组合。在周围(即，房间)温度下，流体射流可将薄膜与衬底分离，但衬底和/或射流也可被加热或冷却以有助于分离过程。
[0192]在实施方式中，能量源可以是压缩源，诸如，静态的压缩流体。图23B示出了根据本发明的实施方式的压缩流体源2307的简化截面图。压缩流体源2307(例如，加压液体、加压气体)施加于密封腔2321，其包围衬底10的外周或边缘。如所示出的，由装置2323围住腔，该腔由例如O-环2325等密封，并且包围衬底的外部边缘。腔具有在PC处维持的施加于衬底10的边缘区域的压力以在注入材料的选定深度处启动受控裂化处理。可在压力PA处维持衬底的外表面或面，压力PA可以是环境压力，例如，I大气层或以下。室中较高的压力与周围压力之间存在压力差。压力差向选择深度2303处的注入区域施加力。选定深度处的注入区域结构上弱于外围区域，包括任何接合区域。通过压力差施加力直至启动受控裂化处理。受控裂化处理将材料2309的厚度与衬底材料2311分离以在选定深度处将材料的厚度与衬底材料分裂。此外，压力PC给材料区域12施加压力以通过“弯撬现象”与衬底材料2311分离。在分裂过程中，也可调节室中的压力以启动并且维持受控裂化处理以将材料12与衬底10分离。根据应用，可以在幅度上调节气体以实现期望受控裂化处理。可以由液体或气体或液体和气体的组合获得流体压力。任选地，自销或叶片的机械力可以施加于注入区域的边缘以启动裂化处理，这通常减小腔与周围之间所需的最大压差。
[0193]可以比先前存在的技术使用的温度低的温度下实践实施方式。具体地，如先前存在的技术，实施方式不需要增大整个衬底温度来启动和维持的分裂动作。在一些实施方式中，对于GaN晶片和氢注入，在裂化处理期间，衬底的温度不超过大约500C.。可替换地，在裂化处理期间，衬底的温度不超过大约400C.。可替换地，通过冷源，例如，冷却液、低温流体，将衬底的温度基本保持在注入温度以下。因此，本发明的实施方式可以减小随机裂纹前端的过多能量释放的不必要的损坏的可能性，这通常提高了分离的薄膜和/或衬底的表面质量。因此，本发明的实施方式可以较高的总产量和质量在衬底上提供所得到的薄膜。
[0194]以上实施方式从衬底裂化材料的薄膜的角度描述。然而，衬底可以布置在工件上，诸如，在受控裂化处理之前的刚性元件等。工件可连接至衬底的顶面或注入表面以在裂化处理过程期间向材料的薄膜提供结构支撑。工件可以使用各种接合或连接技术(例如，静电、粘合剂、原子间的、热压合)连接到衬底。在本文中描述了这些接合技术中的一些技术。工件可由介电材料(例如，石英、玻璃、蓝宝石、氮化硅、二氧化硅)、导电材料(硅、碳化硅、多晶娃、组III/V材料、金属)、以及可塑性物质(例如，基于聚酰亚胺的材料)制成。当然，将根据应用使用工件的类型。
[0195]可替换地，在受控裂化处理之前，要分离的具有膜的衬底可暂时放置在转移衬底上，诸如，刚性元件等。转移衬底连接至具有膜的衬底的顶面或注入表面以在受控裂化处理期间向材料的薄膜提供结构支撑。转移衬底可使用各种接合或连接技术(例如，静电、粘合剂、原子间的)暂时连接到具有膜的衬底。在本文中描述了这些接合技术中的一些。转移衬底可由介电材料(例如，石英、玻璃、蓝宝石、氮化硅、二氧化硅)、导电材料(硅、碳化硅、多晶娃、组III/V材料、金属)、以及可塑性物质(例如，基于聚酰亚胺的材料)制成。当然，将根据应用使用转移衬底的类型。此外，在受控裂化处理之后，转移衬底可用于从裂化的衬底移去材料的薄膜。
[0196]2.GaN HB-LED生长衬底过程
[0197]如下可以简要略述根据本发明的制作GaN HB-LED生长衬底的过程:
[0198](I)提供供体GaN晶片(其可以是包括接合在金属或金属合金衬底上的GaN层并且可选地涂有材料的附加层的多叠层晶片)；
[0199](2)将粒子引入供体GaN晶片至选定深度以限定GaN薄膜的厚度；
[0200](3)提供目标衬底材料(其可以涂有材料的薄膜);
[0201 ] (4)通过将注入面接合至目标衬底材料来将供体GaN晶片接合到目标衬底材料；
[0202](5)在不启动裂化作用(可选)的情况下提高注入区域在选定深度处的整体应力(或能量)；
[0203](6)将应力(或能量)提供至接合衬底的选定区域以在选定深度处启动受控裂化作用；
[0204](7)向接合衬底提供额外的能量以持续受控裂化作用来使GaN膜的厚度不受供体GaN晶片(可选)的影响；
[0205](8)将供体GaN晶片完全接合至目标衬底；以及
[0206](9)对GaN薄膜的厚度的表面进行抛光。
[0207]步骤的以上顺序提供了使用施加于多层衬底结构的选定区域的能量来启动受控裂化作用以形成根据本发明的裂纹前端的步骤。该启动步骤以通过限制施加于衬底的能量的数量的控制方式开始裂化处理。通过向衬底的选定区域提供额外的能量来维持裂化作用或者使用来自启动步骤为裂化作用的进一步传播提供的能量以发生裂化作用的进一步传播。步骤的这个顺序仅仅是实例并且不应当限制本文中定义的权利要求的范围。如下描述了对于步骤的以上顺序的更多细节。
[0208]图24-29是经历根据本发明的实施方式的GaN HB-LED生长晶片的制造过程的衬底的简化截面图。如图24所示，处理通过提供与GaN晶片2400相似的半导体垫底开始。衬底或供体包括要移去的材料区域2401，其是从衬底材料获得的薄型化相对均匀的膜。GaN晶片包括顶面2403、底面2405、以及厚度2407。材料区域也包括GaN晶片的厚度2407内的厚度(泰任选地，层或层叠2402(例如，金属膜)重叠衬底的顶面。本处理提供了使用制造GaN HB-LED生长晶片的步骤的以下顺序移去材料区域2401的新型技术。
[0209]如果期望包括具有高质量GaN生长面的目标衬底或蓝宝石工件的取代的GaNHB-LED生长衬底，那么可以选择使用绝缘层的修改的接合过程。在【具体实施方式】中，GaN表面和蓝宝石目标衬底两者可以涂有接合促进层，诸如，二氧化硅膜和/或氮化铝膜。对于GaN供体，该氧化膜的厚度有限以允许期望注入深度。例如，50nm的膜会将GaN裂纹层从250nm降低至200nm。蓝宝石衬底上氧化膜厚度可以选自允许良好的接合屈从和装置性能的大范围的值。蓝宝石工件的典型的氧化膜厚度是75-200nm。可以使用RF或反应溅射处理或者通过等离子增强的化学汽相沉积(PECVD)处理应用一个或多个薄膜。在一些实施方式中，可以旋转绝缘膜。
[0210]在沉积之后，可以处理低温薄膜以促进良好的接合性。典型的处理条件可包括移去粗糙度和表面污染物的密化退火和清洁/蚀刻化学浴。
[0211]在700-1000°C下的钝性环境中使用快速热处理通常1-10分钟或者在熔炉中30-60分钟完成致密退火。出于所有的目的通过引用将其结合于此的是Choi等的以下论文:^Densificat1n of Rad1 Frequency Sputtered Silicon Oxide Films by RapidThermal Annealing", Journal of Applied Physics, Vol.83，N0.4(1998 年 2 月)。GaN 上的氧化膜也可以充当限制GaN分解的覆盖层。
[0212]由于通常在高温下完成密化退火，可以在退火之后执行注入步骤以便保护氢裂纹面免遭扩散以及致使无效。
[0213]蓝宝石衬底可以是不同的种类以允许取代的基于蓝宝石的生长模板以满足期望规格。以下是可在该衬底中集成一体的结构和可选项中的一些:
[0214]1.低成本的单侧抛光蓝宝石；
[0215]2.双侧抛光蓝宝石以允许其中从蓝宝石生长衬底移去LED层的激光剥离后端LED制造;
[0216]3.在蓝宝石衬底上的集成图案以允许与PSS(图案化蓝宝石衬底)相似的光提取方法。可能需要薄膜淀积和平坦化步骤以允许接合。图32A示出了过程顺序的实施方式。注意填充材料的折射率需要选择成允许有效发生散射效应。可以使用氮化铝和二氧化硅。
[0217]4.将反射层集成在会充当镜像层的平坦的或PSS蓝宝石表面上。如果平面化和接合允许表面具有暴露的金属，那么可以实现导电率。图32B示出顶部平坦化层可以包含导电岛的过程序列的实施方式。
[0218]通过供体GaN晶片的上表面将选择高能粒子2409注入至选择深度，这限定了材料区域的厚度，称为材料的薄膜。如所示出的，粒子在选择深度(z0)处具有期望浓度2411。各种技术可用于将高能粒子注入供体GaN晶片中。例如，这些技术包括使用由诸如AppliedMaterials、Eaton Corporat1n、Varian的公司及其他公司制造的束线离子注入器件的离子注入。可替换地，使用等离子体浸没离子注入(“PIII”)技术发生注入。当然，所使用的技术取决于应用。
[0219]根据应用通常选择更小质量的粒子从而降低损坏材料区域的可能性。S卩，更小质量的粒子更容易在基本不损坏粒子所穿过的材料区域的情况下穿过衬底材料至选择深度。例如，更小质量的粒子(或者高能粒子)几乎可以是任意带电的(例如，正的或者负的)和/或中性原子或分子或者电子等。在【具体实施方式】中，粒子可以是中性粒子和/或带电粒子，包括氢及其同位素的离子，诸如氦和其同位素的稀有气体离子，以及氖。粒子还可以源自于化合物，诸如气体，例如，氢气、水蒸气、甲烷和其他氢化合物以及其他轻原子质量粒子。可替换地，粒子可以是以上所述粒子、和/或离子、和/或分子种类、和/或原子种类的任意组入口 ο
[0220]过程使用将注入供体GaN晶片2400接合至工件2501或目标晶片的步骤，如在图25中示出的。工件也可以是各种其他类型的衬底，诸如，由介电材料(例如，石英、玻璃、蓝宝石、氮化硅、二氧化硅、氮化铝)、导电材料(硅、多晶硅、组III/V材料、金属)、以及可塑性物质(例如，基于聚酰亚胺的材料)制成的那些衬底。然而，在本实例中，工件是CTE匹配的金属晶片。
[0221]在【具体实施方式】中，使用低温热步骤将GaN供体和目标晶片结合或者熔融在一起。低温热过程通常保证注入粒子不在材料区域上施加过多的应力，这可引起不受控制的裂化作用。在一个方面中，低温粘结法通过自粘结法而发生。具体地，剥离一个晶片以去除其中的氧化层(或者不使一个晶片氧化)。清洁液处理晶片的表面以在晶片表面上形成O--H粘结。用于清洁晶片的溶液的实例是H202—H2S04的混合物。干燥器使晶片表面干燥以从晶片表面去除任何残留液体或者粒子。通过相对氧化晶片的面放置洁净晶片的面发生自粘结。
[0222]可替代地，通过激活由等离子清洗结合的晶片表面中的一个来发生自粘结法。具体地，等离子清洗使用衍生自诸如氩气、氨气、氖气、水蒸气、氮气和氧气的气体的等离子来激活晶片表面。激活的晶片表面2503相对另一个晶片的面放置，另一个晶片上具有氧化层2505的涂层。该晶片处于具有外露晶片面的夹层结构中。压力的选定量放置在晶片的各个外露面上，以将一个晶片自粘结至另一个晶片。
[0223]可替代地，布置在晶片表面上的粘合剂用于将一个晶片粘结在另一个晶片上。粘合剂包括环氧树脂、聚酰亚胺类型材料等。旋涂式玻璃(spin-on-glass)层可用于将一个晶片表面粘结到另一个晶片表面的面上。这些旋涂式玻璃(“S0G”)材料包括通常与醇基溶剂等混合的硅氧烷或者硅酸盐等。SOG可以是理想材料，因为通常需要低温(例如，150C至250C)在应用于晶片表面之后使SOG固化。
[0224]可替代地，各种其他低温技术可用于将供体晶片结合到目标晶片。例如，静电粘结技术可用于将两个晶片结合在一起。具体地，为一个或两个晶片表面充电以吸引到另一个晶片表面。此外，可以使用各种通常已知的技术(诸如，热压缩粘结(thermo-compress1nbonding))将供体晶片熔融到目标晶片。当然，使用的该技术随应用而定。
[0225]如图26所示，在将晶片粘结到夹层结构2600中之后，该方法包括控制的裂化作用去除衬底材料以在目标金属晶片2501上提供覆在中间层2605上的衬底材料2401的薄膜。控制的分裂以选择性地将能量源的能量或者定位或者目标2601、2603放置在供体和/或目标晶片上的方式发生。例如，能量脉冲可用于发起裂化作用。使用能量源提供一个脉冲(或者多个脉冲)，所述能量源包括其中机械源、化学源、热沉积或者热源以及电源。
[0226]控制的裂化作用以任何预先已知的技术以及其他方式开始并且以图26的方式示出。例如，用于发起控制的裂化作用的过程使用将能量2601、2603提供给衬底的选定区域以在衬底中的选定深度(z0)处发起控制的分裂动作，因此，使用传播裂纹前端实施分裂动作以释放要从衬底去除的衬底材料的一部分。在【具体实施方式】中，如之前提到的，该方法使用单个脉冲启动裂化作用。可替代地，该方法使用启动脉冲，后面是到达衬底的选定区域的另一个脉冲或者连贯脉冲。可替代地，该方法提供脉冲以发起通过沿着衬底扫描的能量持续的裂化作用。可替代地，可以跨越衬底的选定区域扫描能量以便发起和/或持续控制的裂化作用。
[0227]可选地，根据本发明，衬底材料的能量或者应力朝向发起裂化作用所必要的能量水平增加，但是在引导脉冲或者多个连贯脉冲到达衬底之前不足以发起裂化作用。可以单独或组合使用各种能源，诸如，化学源、机械源、热(沉积或源)、或电源来升高或降低衬底的整体能态。化学源可以包括粒子、流体、气体或者液体。这些能源也可以包括增加材料区域中的应力的化学反应。以大量涌入的、时间变化的、空间变化的或者连续的方式引入化学源。在其他实施方式中，机械源源自旋转能量、平移能量、压缩能量、扩展能量或者超声波能量。可以喷射的、时间变化的、空间变化的或者连续的方式引入机械源。在另一实施方式中，电源选自所施加的电压或所施加的电磁场，以喷射的、时间变化的、空间变化的或者连续的方式引入。在又一实施方式中，热源或热沉积选自辐射、对流或者引流。该热源可以选自光子束、流体射流、液体射流、气体射流、电/磁场、电子束、热电加热以及熔炉等。热沉可以选自流体射流、液体射流、气体射流、低温流体、过冷液体、热电冷却装置、电/磁场及其他。与上述实施方式类似，以喷射的的、时间变化的、空间变化的或者连续的方式应用热源。更进一步地，可以根据应用结合或者甚至分开以上实施方式中的任意实施方式。当然，使用的能源类型随应用而定。如上所述，在提供能量发起控制的裂化作用之前整体能源增加了材料区域中能量或应力的水平而没有启动在材料区域中的裂化作用。
[0228]在实施方式中，该方法将温度保持在将粒子引入衬底中的温度以下。在一些实施方式中，在引入能量发起裂化作用的步骤期间，衬底温度保持在-200°C和450°C之间。衬底温度也可以保持在400°C以下的温度。在某些实施方式中，该方法使用整体热源和机械源发起并且保持该裂化作用。
[0229]如图27所示，在根据一些实施方式的目标晶片2501和材料区域2501的薄膜之间产生最终的粘结步骤。在一个实施方式中，如图25所示，一个金属晶片2400具有包括铜的粘结层2505的金属和导电材料的上覆层，该铜的粘结层2505在分裂材料的薄膜之前被沉积在该面上。铜层2505也可以使用各种其他技术(例如，溅射)形成。晶片表面之间的铜层2505使用热压缩粘结熔融在一起。用于铜-铜粘结的一般热压缩处理是(i)温度在100C-400C之间，(ii)压力在0.5MPa-lMPa之间，并且(iii)根据精确的条件，处理时间为从几分钟至几小时。
[0230]在某种情况下，为了将粘结层移动到尽可能的靠近裂纹平面以促进裂化启动，从供体和目标衬底之间的50/50至其中供体铜厚度最小化来改变铜厚度比可能是有益的。例如，lum/lum铜热压缩粘结层可可以重新设计为变成0.25um/2um(供体铜厚度/目标衬底铜厚度)，以便从供体材料表面移动粘结界面约0.25um。使用Ansys仿真，在裂纹传播期间(粘结界面与裂纹界面一致)，开始时刻-能量耦合从25%的参考构造提供到31%的参考构造。
[0231]根据某些