一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法_2

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)的成核生长。
[0047]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法的一种优选方案,半导体介质层为Si02、S1Nx、或SiNx中至少一种,可以采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或其他成膜方法形成,所述半导体介质层更优选为S12,使用PECVD由SiHjP N2O在250-350°C温度区间在等离子体反应环境下生成。
[0048]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法的一种优选方案,所述半导体介质层的厚度优选0.5?2 μπι。
[0049]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法的一种优选方案,所述的半导体介质层在图案化之后由去掉介质层的生长窗口和保留的介质层组成,生长窗口形成所谓的凹孔。在本发明中,去除掉介质层并暴露出所述外延缓冲层的部分被称为生长窗口
[0050]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法的一种优选方案,生长窗口的形状不做限制,可以是圆形,也可以是方形或六边形,生长窗口的尺寸优选0.1到15微米,生长窗口之间的间距优选0.1到25微米。
[0051]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法的一种优选方案,生长窗口的形状也可以是条形结构,条形生长窗口的宽度优选0.1到15微米,条形生长窗口之间的间距优选0.1到25微米。
[0052]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法的一种优选方案,所述的用来键合外延结构层的支撑衬底根据器件功能的要求可以是导电和导热性能良好的Cu基衬底,也可以是其他半导体衬底,比如Si和GaAs衬底,还可以是导热良好的陶瓷衬底。
[0053]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法的一种优选方案,所述的键合工艺可以是半导体行业中的任何一种常规键合工艺,根据器件功能需要如果需要导电,可以优选Au-Au键合或AuSn等金属键合,如果不需要导电还可以选择有机粘合剂键入口 ο
[0054]作为本发明的一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法的一种优选方案,半导体介质层是整片相连,或形成连续的长条,因此溶液能够延伸进去,将半导体介质层全部腐蚀掉,从在生长衬底和外延层之间形成空洞结构。
[0055]本发明中使用到的能够腐蚀所述的半导体介质层的化学试剂或腐蚀溶液以及腐蚀工艺是半导体行业中公知的,在此不再赘述,例如可以优选HF溶液或HF与HNO3的比例为1:1的混合溶液。
[0056]本发明中使用的能够腐蚀所述的外延缓冲层的化学试剂或腐蚀溶液以及腐蚀工艺都是半导体行业中公知的,在此不再赘述,例如可以优选摩尔浓度为10摩尔/升的KOH溶液,腐蚀温度优选10°c。
[0057]实施例
[0058]以下通过特定的具体实施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容易地了解本发明的其他优点与效果。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。
[0059]请参阅图1?图10。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,仅显示与本发明中有关的组件示意,而非对实际实施时的组件数目、形状、尺寸、制造方法及工艺窗口做出限定,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。在实施例中所涉及的工艺条件在有效窗口内可以进行合理改变且达到本发明所揭示的效果。
[0060]实施例1
[0061]如图1?图10所示,本实施例提供一种利用化学腐蚀的方法剥离生长衬底的方法,包括以下步骤:
[0062]1、外延缓冲层的形成。如图1所示,在本实施例中,所述生长衬底101为市售的平片型Al2O3衬底,其表面晶向(0001),具有原子级的平整度,衬底的尺寸为2英寸。在本实施例中,使用的是免清洗的衬底,没有额外清洗,直接使用。将上述衬底放置在具有SiC保护层的石墨托盘之上送入金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)反应室;在氢气气氛下将上述衬底加热到1100°C,并在该温度下保持10分钟;然后将衬底温度降低到550°C,向反应室同时通入氨气、三甲基铝(TMAl)和三甲基镓(TMGa),其中氨气的标准流量为56升/分钟、TMAl和TMGa的摩尔流量分别为3.25X 10_5和2.47X10 _4摩尔/分钟,反应室的压力为500torr,通入时间为215秒。如图2所示,在上述条件下在生长衬底101上形成AlxGal-xN外延缓冲层的厚度为300埃,其中X = 0.2。
[0063]2、如图3所示,完成缓冲层102的生长之后,利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)于所述缓冲层102表面形成3丨02层103,厚度为I微米。PECVD反应腔中的温度为350°C,压力为Itorr (—个标准大气压为760torr),SiH4和N20的流量分别为1sccm(标准毫升/分钟)和300SCCm,等离子的射频功率为30W。
[0064]3、介质层几何图案的形成。如图4?图7所示,形成的图形为周期性排列的S1#孔,排列方式为六角密堆积结构,周期为10 μ m,S12凹孔的形状为圆形,底部宽度为3μηι,间距为7 μπι。
[0065]具体地,介质层几何图案化包括以下步骤:
[0066]a、如图4?图5所示,首先,于所述S1jl 103表面涂布I μπι光刻胶层104,通过曝光工艺将所述光刻胶层104制作成以六角密堆积方式排列的光刻胶凹孔105,六角密堆积的周期为10 μ m,光刻胶圆柱的直径为3 μ m,间距为7 μ m。
[0067]b、如图6所示,然后,通过加热回流工艺使所述多个光刻胶凹孔回流成具有一定斜度的孔,其中,回流温度128摄氏度和回流时间60秒。
[0068]C、如图7所示,之后进行,采用感应耦合等离子体刻蚀法(ICP)将光刻胶图形转移至所述S1Ji 103,形成多个S12凹孔,且露出各S1 2凹孔处的过渡层102,用于后续GaN外延材料的外延生长。上述ICP刻蚀的工艺条件为:刻蚀气体为CHF3 (三氟甲烷),其标准流量为100毫升/分钟;ICP的上电极功率为1000W,下电极功率为50W。清洗工艺条件为:使用丙酮,清洗掉上述S12表面残余的光刻胶,再用稀盐酸清洗掉上述S1 2表面及暴露出的过渡层表面上的其他污染物,即可直接用于GaN的外延生长。
[0069]4、外延结构层的形成。如图8所示,用MOCVD设备在露出的缓冲层表面外延生长一层外延过渡层,所述外延过渡层完全覆盖半导体介质凸起并且完全填充半导体介质凸起之间的空间,所述外延过渡层具有平整的上表面。将上述步骤制备的衬底结构放置在具有SiC保护层的石墨托盘之上送入金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)反应室,在上述衬底结构中,曝露在5102凹孔处的缓冲层表面能够起到缓冲层的作用,在NH3的保护下,直接将反应室温度升至1100°C,外延生长厚度为2微米的GaN非掺杂层过渡层,NH3流量为25标准升/分钟,TMGa流量为4X 10_5摩尔/分钟,生长压力为400Torr。
[0070]在完成外延过渡层生长之后,在不中断生长的情况下,直接利用MOCVD生长于所述外延过渡层的表面面上继续生长外延有源层,所述外延有源层至少含有η型掺杂外延层、P掺杂型外延层、与发光层,所述η型外延层、P型外延层位于所述发光层的两侧。
[0071]外延有源层各层的主要生长条件如下:
[0072]a、生长Si掺杂的η型GaN层,ΝΗ3流量为25标准升/分钟,TMGa流量为4 X 10_3摩尔/分钟,掺杂SiH4流量从2X 10_7摩尔/分钟,反应室的温度为,IlOO0C,压力为400Torr,η型GaN层厚度为3微米;
[0073]b、生长Si掺杂的η型AlGaN插入层,生长温度为1050°C,生长时间为lOmin,压力为400Torr,厚度为0.1微米;
[0074]C、生长多量子阱层发光层:多量子阱层包括10个依次交叠的量子阱结构,所述量子讲结构由InxGal-xN(x = 0.2)势讲层和GaN势皇层依次交叠生长而成。所述InxGal-xN势阱层的生长温度为780°C,压力为300Torr,厚度为2.5nm ;所述GaN势皇层的生长温度为950°C之间,压力为400Torr之间,厚度为12nm ;
[0075]d、生长Mg参杂的P型AlGaN层,生长温度为1000°C,NH3流量为41标准升/分钟,TMGa流量为1.1 X 10_4摩尔/分钟,TMAl流量为6.2 X 10 _5摩尔/分钟,Cp2Mg流量为7.5 X 1(Τ摩尔/分钟,反应室压力为500Torr,生长厚度为50纳米;
[0076]e、生长Mg参杂的P型GaN层:温度降至950°C,TMGa流量为I X 10_4摩尔/分钟,Cp2Mg流量为4.5 X 10
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