用于挠性电子装置的高吞吐量外延剥离的制作方法
【专利摘要】提供了一种从下层基础衬底去除半导体器件层的方法，其中在半导体器件层和基础衬底之间形成牺牲含磷化物层。在一些实施例中，可以在形成牺牲含磷化物缓冲层之前在基础衬底的上表面上形成半导体缓冲层。然后，利用无HF蚀刻剂蚀刻最终的结构以从基础半导体衬底释放半导体器件层。在从基础衬底释放半导体器件层之后，基础衬底可以重复利用。
【专利说明】用于挠性电子装置的高吞吐量外延剥离
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件制造，更具体地，涉及从下层基础衬底去除半导体器件层的方法。
【背景技术】
[0002]可以制造成薄膜形式的器件具有相对于其块体对应物的三个明显的优点。第一，因为使用更少的材料，薄膜器件减少与器件制造相关的材料成本。第二，低的器件重量是一个明显的优点，其推动薄膜广泛应用的工业级努力。第三，如果尺寸足够小，薄膜形式的器件会表现出机械韧性。另外，如果从可以重复利用的衬底去除器件层，可以进一步降低制造成本。
[0003](i)从块体材料(既，半导体)制造薄膜衬底并且(ii)通过从其上形成器件层的下面的体衬底去除器件层而形成薄膜器件层的努力正在继续。
【发明内容】
[0004]提供了一种从下层基础衬底去除半导体器件层的方法，其中在半导体器件层和基础衬底之间形成牺牲含磷化物层。在一些实施例中，可以在形成牺牲含磷化物层之前在基础衬底的上表面上形成半导体缓冲层。然后，利用非HF蚀刻剂蚀刻产生的结构以从基础衬底释放半导体器件层。在从基础衬底释放半导体器件层之后，基础衬底可以重复利用。
[0005]本发明的ELO工艺伴随着更低的成本。另外并如上所述，在进行本发明的ELO工艺之后可以重复利用基础衬底。
[0006]在一个实施例中，本发明的方法包括在基础衬底的上表面上形成含磷化物层。下一步，在牺牲含磷化物层的上表面上形成半导体器件层；然后用不含HF的蚀刻剂蚀刻从半导体器件层和基础衬底之间去除牺牲含磷化物层。
[0007]在另一个实施例中，本发明的方法包括在基础衬底的上表面上形成半导体缓冲层。然后，在半导体缓冲层的上表面上形成牺牲含磷化物层。下一步，在牺牲含磷化物层的上表面上形成半导体器件层。然后，通过用不含HF的蚀刻剂蚀刻去除位于半导体器件层和基础衬底之间的牺牲含磷化物层。下一步，可以从基础衬底顶部去除半导体缓冲层。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是示出了(通过截面图)根据本发明的一个实施例的包括可以使用的基础衬底的初始结构的示意图。
[0009]图2是示出了(通过截面图)在基础衬底的上表面上形成可选半导体缓冲层之后的图1的结构的示意图。
[0010]图3A和3B是分别示出了(通过截面图)在其上形成牺牲含磷化物层之后的图1和图2的结构的示意图。
[0011]图4A和4B是分别示出了(通过截面图)在其上形成半导体器件层层之后的图3A和图3B的结构的不意图。
[0012]图5A和5B是分别示出了(通过截面图)根据本发明的蚀刻工艺的初始步骤期间的图4A和4B的结构的示意图。
[0013]图6A和6B是分别示出了(通过截面图)根据本发明进行蚀刻工艺之后的图5A和5B的结构的示意图。
[0014]图7是示出了(通过截面图)从基础衬底的上表面上去除可选半导体缓冲层之后的图6B的结构的示意图。
[0015]图8是示出了(通过截面图)包括在半导体器件层和可以在本发明的一个实施例中使用的牺牲含-磷化物层之间的第一保护层的结构的示意图。
[0016]图9是示出了(通过截面图)在构图半导体器件层并在其上形成第二保护层之后的图8的结构的示意图。
[0017]图10示出了(通过截面图)根据本发明的蚀刻工艺的初始阶段期间的图9的结构的示意图。
【具体实施方式】
[0018]现在通过参考随后的讨论和本发明的附图更消息的描述提供了从下层基础衬底去除半导体器件层的方法的本发明。注意，提供本发明的附图用于说明目的并且因此附图没有按比例画出。
[0019]在随后的描述中，解释了大量具体细节，例如具体结构、部件、材料、维度、工艺步骤和技术，目的是提供对本发明的一些方面的理解。然而，本领域的技术人员应该明白，可以在没有这些具体细节下实践本发明的不同实施例。在其它实例中，为了避免模糊本发明的不同实施例，没有详细描述已公知的结构或工艺步骤。
[0020]应该明白，当元件，如层、区域或者衬底称为在另一个元件“上”或者“之上”时，其可以直接在另一个元件上或者还可以存在间隔元件。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件上”或者“直接在另一个元件之上”时，不存在间隔元件。还应该明白，当元件称为在另一个元件“下”或者“之下”时，其可以直接在另一个元件下或者之下或者可以存在间隔元件。相比之下，当元件被称为“直接在下”或者“直接在之下”时，则不存在间隔元件。
[0021]一种形成薄膜器件的方法是利用外延剥离(ELO)工艺从基础衬底释放半导体器件层。在用于II1-V化合物半导体材料的常规ELO工艺中，在II1-V化合物半导体材料和上方半导体器件层之间插入AlAs层。然后，产生的结构在HF中进行蚀刻。蚀刻之后，半导体器件层从II1-V化合物半导体材料释放。
[0022]上述提到的常规ELO工艺要求在HF蚀刻前在半导体器件层的暴露表面上形成粘接带和金属箔。然后，此结构被上下颠倒并且在金属箔的外边缘部分施加重力。在HF蚀刻期间，此具体设置有助于加快蚀刻速率并且防止蚀刻停止。
[0023]上述常规ELO工艺一次仅用于一个II1-V化合物半导体材料并且在蚀刻期间需要关注。如此，使用常规ELO工艺的产率很低。常规ELO工艺除了具有上述缺点外，常规ELO工艺使用HF作为蚀刻剂，其为有害化学试剂并且其废弃物需要特殊的容器。另外，在常规ELO工艺之后回收的II1-V化合物半导体材料是磨损并且粗糙的(RMS表面粗糙度从2nm到4nm)，源于在表面上残留的AlF3络合物以及蚀刻剂HF对GaAs的攻击。典型地，需要化学机械抛光和进一步处理以平滑从常规ELO工艺回收的II1-V化合物半导体的表面。如此，如果没有进一步处理，在常规ELO工艺中使用的原始II1-V化合物半导体材料不能重复利用。
[0024]本发明提供了一种从下层基础衬底(即，II1-V化合物半导体或者含-Ge半导体)去除半导体器件层的方法，其中在半导体器件层和基础衬底之间形成牺牲含磷化物层。在一些实施例中，特别是在使用含-Ge半导体基础衬底时，可以在形成牺牲含磷化物层之前在基础衬底的上表面上形成半导体缓冲层。然后，利用无HF蚀刻剂蚀刻产生的结构以从基础半导体衬底释放半导体器件层。在从基础衬底释放半导体器件层之后，基础衬底可以重复利用。
[0025]本发明的方法提供高产率和高吞吐量以及在从其上去除半导体器件层之后重复利用基础衬底的能力。同时，不需要特殊设备。
[0026]本发明的这些和其它优点列于表1。具体地，表1提供了常规ELO (AlAs层和HF蚀刻)和本发明的ELO工艺(牺牲含-磷化物层并且非HF蚀刻)的比较
[0027]表1
[0028]
【权利要求】
1.一种从基础衬底(10)释放半导体器件层(16)的方法，所述方法包括: 在基础衬底(10)的上表面上形成牺牲含磷化物层(14)； 在所述牺牲含磷化物层(14)的上表面上形成半导体器件层(16)； 从所述半导体器件层(16)和所述基础衬底(10)之间去除所述牺牲含磷化物层(14)，其中所述去除包括用不含HF的蚀刻剂蚀刻。
2.根据权利要求1的方法，其中所述基础衬底(10)是II1-V化合物半导体材料。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述基础衬底(10)是含Ge半导体材料。
4.根据权利要求1-3中任一个的方法，还包括在所述含-Ge半导体衬底(10)和所述牺牲含磷化物层(14)之间形成半导体缓冲层(12)。
5.根据权利要求4的方法，其中所述半导体缓冲层(12)是II1-V化合物半导体材料。
6.根据权利要求1-5中任一个的方法，其中所述非HF蚀刻剂是不含HF的酸。
7.根据权利要求6的方法，其中所述不含HF的酸选自HCl、HBr、HI及其混合物组成的组。
8.根据权利要求1-7中任一个的方法，其中在从室温高至但不超出所述不含HF的蚀刻剂的沸点的温度下进行利用所述不含HF的蚀刻剂的所述牺牲含磷化物层(14)的所述去除。
9.根据权利要求1-8中任一个的方法，其中在从所述基础衬底(10)和所述半导体器件层(16)之间去除所述牺牲含磷化物层(14)之后，所述基础衬底(10)具有的RMS表面粗糙度从0.1nm到0.5nm或者在初始RMS粗糙度的±0.5nm内。
10.根据权利要求1-9中任一个的方法，其中所述牺牲含磷化物层(14)由磷和至少一种比磷的电负性小的元素的化合物构成。
11.根据权利要求10的方法，其中所述牺牲含磷化物层(14)包括InAlP、InGaP、InAsP、GaAsP, InGaAlP, InGaAsP, GaP, InP 以及含磷化物合金。
12.根据权利要求1-11中任一个的方法，其中所述牺牲含磷化物层(14)是与所述基础衬底(10)和所述半导体器件层(16)不同的半导体材料。
13.根据权利要求1-12中任一个的方法，其中所述牺牲含磷化物层(14)是与所述半导体器件层(16)相同的材料并且其中在所述半导体器件层(16)和所述牺牲含磷化物层(14)之间形成第一保护层(20)并且其中在所述半导体器件层(16’)的暴露表面上形成第二保护层(22)。
14.一种从基础衬底(10)释放半导体器件层(16)的方法，所述方法包括: 在基础衬底(10)的上表面上形成半导体缓冲层(12)； 在所述半导体缓冲层(12)的上表面上形成牺牲含磷化物层(14)； 在所述牺牲含磷化物层(14)的上表面上形成半导体器件层(16)； 去除位于所述半导体器件层(16)和所述基础衬底(10)之间的所述牺牲含磷化物层(14)，其中所述去除包括用不含HF的蚀刻剂蚀刻。
15.根据权利要求14的方法，还包括从所述基础衬底(10)顶部去除所述半导体缓冲层(12)。
16.根据权利要求14或15的方法，其中所述基础衬底(10)是II1-V族化合物半导体材料。
17.根据权利要求14-16中任一个方法，其中所述基础衬底(10)是含Ge半导体衬底。
18.根据权利要求17的方法，其中所述含Ge半导体材料包括硅锗合金。
19.根据权利要求14-18中任一个的方法，其中所述非HF蚀刻剂是不含HF的酸。
20.根据权利要求19的方法，其中所述不含HF的酸选自HCl、HBr和HI及其混合物组成的组。
21.根据权利要求14-20中任一个的方法，其中在从室温高至但不超出所述不含HF的蚀刻剂的沸点的温度下进行利用所述不含HF的蚀刻剂的所述牺牲含磷化物层(14)的所述去除。
22.根据权利要求14-21中任一个的方法，其中在从所述基础衬底(10)和所述半导体器件层(16)之间去除所述牺牲含磷化物层(14)和所述半导体缓冲层(12)之后，所述基础衬底(10)具有的RMS表面粗糙度从0.1nm到0.5nm或者在初始RMS粗糙度的±0.5nm内。
23.根据权利要求14-22中任一个的方法，其中所述牺牲含磷化物层(14)由磷和至少一种比磷的电负性小的元素的化合物构成。
24.根据权利要求23的方法，其中所述牺牲含磷化物层(14)包括InAlP、InGaP、InAsP、GaAsP, InGaAlP, InGaAsP, GaP, InP 以及含磷化物合金。
25.根据权利要求14-24中任一个的方法，其中所述牺牲含磷化物层(14)是与所述基础衬底(10)和所述半 导体器件层(16)不同的半导体材料。
26.根据权利要求14-25中任一个的方法，其中所述牺牲含磷化物层(14)是与所述半导体器件层(16)相同的材料并且其中在所述半导体器件层(16)和所述牺牲含磷化物层(14)之间形成第一保护层(20)并且其中在所述半导体器件层(16’)的暴露表面上形成第二保护层(22)。
【文档编号】H01L21/311GK103797568SQ201280045159
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2011年9月19日
【发明者】郑政玮, 徐崑庭 申请人:国际商业机器公司