專利名稱：應(yīng)變層的松弛與轉(zhuǎn)移的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體器件制造中所使用的可協(xié)變基板(compliant substrate)的 領(lǐng)域，具體來講，涉及利用可協(xié)變基板的應(yīng)變異質(zhì)外延島的松弛以及松弛的應(yīng)變島到某一 支撐基板的至少部分地轉(zhuǎn)移(transfer)，其可以適當(dāng)?shù)赜糜诤罄m(xù)的半導(dǎo)體制造工藝。
背景技術(shù)：
當(dāng)天然大塊基板(native bulk substrate)無法得到或過于昂貴時，常常通過晶 種基板上的異質(zhì)外延來形成可用材料，其中，晶種基板具有不適宜的原子晶格間距以及不 同的熱膨脹系數(shù)。這導(dǎo)致對于生長在其上的層的材料質(zhì)量的有害影響。它們具有較高的位 錯密度、一些裂紋以及壓縮或擴張應(yīng)變，這些將導(dǎo)致隨后在其上制造的器件(例如，光電子 器件或光伏器件)的效率降低。因而，在本領(lǐng)域中，在異質(zhì)外延膜與最終基板之間設(shè)置了可協(xié)變層(例如，低粘度 層)，以通過熱處理來緩解應(yīng)力。然而，目前所使用的使應(yīng)變異質(zhì)外延膜松弛的方法通常對于抑制翹曲等方面不能 顯示出令人滿意的結(jié)果。此外，在晶種(生長)基板上生長的異質(zhì)外延膜到被用于進(jìn)一步 制造特定半導(dǎo)體的另一基板的轉(zhuǎn)移提出了保持異質(zhì)外延膜完好的問題，這是一般來講，具 體地，提出了移除晶種基板而不損傷異質(zhì)外延膜的問題。因此，本發(fā)明潛在的問題是提供一種在目標(biāo)基板上形成可靠松弛且完好的應(yīng)變膜 (島)的方法，該方法適于制造半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的在目標(biāo)基板上形成至少部分松弛的應(yīng)變材料島的方 法來解決上述問題，該方法包括連續(xù)地執(zhí)行以下步驟用應(yīng)變材料層在(中間)基板上形成島；通過第一熱處理使應(yīng)變材料島至少部分松弛；以及將至少部分松弛的應(yīng)變材料島轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板。要松弛的材料可以是例如III/V材料、III/N材料、二元材料、三元材料、四元材 料、極性材料、非極性材料或半極性材料之類的半導(dǎo)體材料。通過對應(yīng)變材料層進(jìn)行構(gòu)圖來 實現(xiàn)島的形成。在以下描述中，術(shù)語“應(yīng)變材料”表示由應(yīng)變材料層形成的應(yīng)變材料層或應(yīng) 變材料島。根據(jù)該方法，當(dāng)應(yīng)變材料是極性的時，對于C平面III/N材料，當(dāng)通過以下步驟來 執(zhí)行處理時，可以保持松弛應(yīng)變材料的與適于任何隨后的層外延生長的晶種基板上生長的 面相對的面的極性在晶種基板上生長應(yīng)變材料，然后進(jìn)行兩步轉(zhuǎn)移處理，即，從晶種基板 轉(zhuǎn)移到中間基板(即，形成有島的基板)，和從中間基板轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板。可以完全地在中間基板上執(zhí)行應(yīng)變材料層的松弛(無論是部分松弛還是完全松 弛)。從而，原則上將已經(jīng)松弛的應(yīng)變層轉(zhuǎn)移到不需進(jìn)一步松弛熱處理的目標(biāo)基板，因此，在用于進(jìn)一步制造步驟的目標(biāo)基板上進(jìn)行熱處理不會導(dǎo)致至少部分松弛的已經(jīng)轉(zhuǎn)移的應(yīng)變 層的翹曲。應(yīng)變材料意味著材料的晶格參數(shù)與其計入測量誤差的標(biāo)稱晶格參數(shù)不同。該應(yīng) 變可以是擴張應(yīng)變也可以是壓縮應(yīng)變。然而，應(yīng)注意的是，如果需要，可以在轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板之后通過熱處理來開始使至 少部分松弛的應(yīng)變層進(jìn)一步松弛。從而，與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高了應(yīng)變材料層的松弛處理的 靈活性。具體來講，對于在中間基板上的熱處理可以適當(dāng)?shù)剡x擇用于促進(jìn)松弛所使用的可 協(xié)變材料，如果需要，可以在目標(biāo)基板上進(jìn)行后續(xù)的額外熱處理。此外，可以在晶種基板上生長應(yīng)變材料層，并且將其轉(zhuǎn)移到上面形成有島的(中 間)基板。在這種情況下，將應(yīng)變材料層從晶種基板轉(zhuǎn)移到中間基板的步驟可以包括在應(yīng) 變材料層上沉積低粘度層(具體來講是氧化物層或聚合物層，它們是可協(xié)變層)，并且將低 粘度氧化層鍵合(bound)至中間基板。同樣地，將至少部分松弛的應(yīng)變材料層轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板的步驟可以包括在至少 部分松弛的應(yīng)變材料(即，至少部分松弛的島)上沉積高粘度層(具體來講是第二掩埋層 (例如，氧化物層))，并且將高粘度層鍵合至目標(biāo)基板。因而，通過兼顧應(yīng)變材料層的鍵合與至少部分松弛(借助可協(xié)變材料)而沉積的 層，可以容易地實現(xiàn)到中間基板的轉(zhuǎn)移。低粘度層可以包括不同的各個層，并且至少包括 可協(xié)變材料層(松弛層)。用可協(xié)變材料來特別表示那種在高于通過熱處理所達(dá)到的玻璃 化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下表現(xiàn)出一些回流(例如，由于某些玻璃化轉(zhuǎn)變)的材料。回流(熔體 流)導(dǎo)致應(yīng)變材料層(其上沉積有低粘度層，例如上述的掩埋(氧化物)層)的彈性應(yīng)力 松弛。例如(下面也會進(jìn)行討論)，適當(dāng)?shù)目蓞f(xié)變材料包括硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)或者含 有B (BSG)或P (PSG)的SiO2混合物。例如，含4. 5 %的硼和2 %的磷的低粘度BPSG層的玻 璃化轉(zhuǎn)變溫度大約是800°C。大多數(shù)低粘度氧化物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為大約600°C至 700°C，然而，高粘度氧化物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度超過1000°C，優(yōu)選地超過1200°C。如上所述，可以預(yù)見到，在對中間基板進(jìn)行第一熱處理期間部分松弛以及將部分 地松弛的應(yīng)變材料層轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板之后，執(zhí)行應(yīng)變材料層的第二熱處理。在這種情況下， 允許在部分松弛的島與目標(biāo)基板之間進(jìn)行鍵合的層是第二可協(xié)變層或者低粘度層，并且本 發(fā)明的方法還包括以下步驟通過第二熱處理來使轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板的至少部分松弛的應(yīng)變 材料松弛。在于此公開的方法的上述示例中，在將應(yīng)變材料層從晶種基板轉(zhuǎn)移到中間基板之 前，可以對其進(jìn)行構(gòu)圖，從而形成通過空隙(溝槽)隔開的應(yīng)變材料島。與連續(xù)應(yīng)變層相比， 這些島能夠?qū)崿F(xiàn)熱處理期間更加有效的松弛，而沒有明顯的翹曲。在特定情況下，可以在構(gòu)圖之前在晶種層中執(zhí)行注入，以在削弱層 (weakenedlayer)下面形成溝槽。在圖案上沉積低粘度層，使得該低粘度第一層不完全地填 充這些溝槽。然后，將這些島鍵合至中間基板，并且在削弱區(qū)域執(zhí)行分離。另選地或另外地，在將應(yīng)變材料層從晶種基板轉(zhuǎn)移到中間基板之后，可以對應(yīng)變 材料層進(jìn)行構(gòu)圖，從而形成由間隙隔開的應(yīng)變材料島，其中，具體來講，間隙向下延伸至中 間基板，使得實質(zhì)上間隙的底部上沒有殘留低粘度層的任何材料，或者執(zhí)行構(gòu)圖，使得低粘 度層保持某個預(yù)定的厚度。將間隙(溝槽)向下刻蝕直至中間基板或者進(jìn)入中間基板，使得 低粘度層的材料僅在間隙的側(cè)壁處曝露，以改進(jìn)松弛步驟并減少低粘度層的成分(例如，在硼磷硅酸鹽玻璃的情況下，B原子與P原子)的擴散。也可以在這里所公開的用于在目標(biāo)基板上形成至少部分松弛的應(yīng)變層的方法的 更靠后的步驟中執(zhí)行應(yīng)變材料層的構(gòu)圖。從而，根據(jù)一個實施方式，在應(yīng)變材料層上沉積第 二掩埋層(作為高粘度層)，并且在使應(yīng)變材料層至少部分松弛之前對第二掩埋層及應(yīng)變 材料層二者進(jìn)行構(gòu)圖。這種構(gòu)圖使得僅在島處鍵合至目標(biāo)基板?？梢酝ㄟ^導(dǎo)致削弱層的離子注入以及隨后的熱處理來促進(jìn)晶種基板的分離，從而 有意地在削弱層中導(dǎo)致裂紋。根據(jù)一個實施例，在此公開的方法包括以下步驟在晶種基板上生長應(yīng)變材料層；在應(yīng)變材料層下面的晶種基板中注入離子，以形成削弱層，以及在優(yōu)選地低于第一可協(xié)變材料的回流溫度的溫度下，通過第三熱處理使低粘度層 和應(yīng)變材料在削弱層處與晶種基板分離開。可以在轉(zhuǎn)移之后進(jìn)行構(gòu)圖。在這種情況下，削 弱層完全形成在晶種層內(nèi)，可以實現(xiàn)削弱層的均勻(平滑)輪廓(離子注入輪廓)，這對于 以整齊的邊緣進(jìn)行分離是有利的。也可以在應(yīng)變層中進(jìn)行削弱層，這也可以得到均勻輪廓。 在另一種情況下，削弱層包含位于填充了低粘度層(掩埋層)的間隙的底部的部分，并且， 轉(zhuǎn)移之后的表面應(yīng)是平滑的，并且在鍵合至目標(biāo)基板并轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板之前需要一個繁重 的平坦化步驟。因此，根據(jù)一個上述實施例所提供的方法包括以下步驟在沉積在晶種基板上的晶種層上生長應(yīng)變材料層；在對應(yīng)變材料層進(jìn)行了構(gòu)圖之后，在應(yīng)變材料島上并在使應(yīng)變材料島隔開的間隙 中沉積掩埋層(低粘度層)；在應(yīng)變材料島下面的晶種層中注入離子，并且在位于將應(yīng)變材料島隔開的間隙的 底部的掩埋層中注入離子，以形成削弱層；以及在優(yōu)選地低于第一可協(xié)變材料的回流溫度的溫度下，通過第三熱處理將掩埋層和 應(yīng)變材料層從位于削弱層處的晶種基板轉(zhuǎn)移到中間基板上。應(yīng)注意的是，可以在晶種基板上或者鍵合至或沉積在晶種基板上的晶種層上生長 應(yīng)變材料層。為了避免麻煩的平坦化步驟，可以在島下面和可協(xié)變材料下面直接在晶種材料中 進(jìn)行注入，使得在鍵合到目標(biāo)基板上面之前僅需要晶種材料的刻蝕步驟。根據(jù)另一個實施方式，晶種基板與中間基板和/或中間基板與目標(biāo)基板是相同材 料制成的，具體來講，包括硅、藍(lán)寶石、SiC或Ge。從相同材料來選擇晶種基板和中間基板具 有顯著的優(yōu)勢，使得熱膨脹系數(shù)相同，并且由于不同的熱膨脹所導(dǎo)致的張力不會在用于分 離晶種基板而執(zhí)行的熱處理(上述的第三熱處理)期間通過這些基板施加至被這些基板夾 住的層。關(guān)于分離處理，低粘度層和/或高粘度層(第一掩埋層和/或第二掩埋層)可以 包括適于吸收電磁輻射從而促進(jìn)分離的吸收層。在設(shè)置吸收層的情況下，優(yōu)選地是，將第一掩埋層的吸收層布置在低粘度層(第 一掩埋層)與中間基板的界面處，并且/或者將第二掩埋層的吸收層布置在高粘度層(第 二掩埋層)與目標(biāo)基板的界面處，以在分離處理期間分別避免應(yīng)變材料層和至少部分松弛 的應(yīng)變材料層的損傷。上述實施方式中所使用的應(yīng)變材料層可以包括hGaN，并且第一掩埋層可以包括硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)或者含有B (BSG)或P (PSG)的SiO2K合物。由于銦鎵氮化物材料在較寬的波長范圍內(nèi)(尤其是在綠、藍(lán)以及紫外線范圍內(nèi)) 能夠吸收太陽光，所以它在制造LED以及制造太陽能電池的方面特別有用。然而，本領(lǐng)域 已知的是，通過對應(yīng)變層進(jìn)行構(gòu)圖，并且利用沉積在支撐基板上并且位于應(yīng)變材料島下面 的硼磷硅酸鹽玻璃層的回流使應(yīng)變層松弛，可以促進(jìn)作為異質(zhì)外延生長Sia7Gea3的應(yīng)變材 料的松她(例如參見 Hobart，KD. et al. ,"Compliant Substrates :AComparative Study of the Relaxation Mechanisms of Strained Films Bonded to High andLow Viscosity Oxides”，Journal of Electronic Materials, Volume 29，No.7，2000，pages897_900)，本 發(fā)明計劃對應(yīng)變InGaN層進(jìn)行構(gòu)圖、使構(gòu)圖的應(yīng)變InGaN層松弛，以及將所形成的島轉(zhuǎn)移到 目標(biāo)基板上。因此，本發(fā)明提供了—種在基板上形成至少部分松弛的應(yīng)變hGaN層的方法，該方法包括以下步驟在晶種基板上生長應(yīng)變InGaN層；通過在應(yīng)變InGaN層上沉積低粘度層(具體來講，第一掩埋可協(xié)變層)、將第一掩 埋可協(xié)變層鍵合至所述基板并分離晶種基板，來將應(yīng)變InGaN層從晶種基板轉(zhuǎn)移到所述基 板上；在將應(yīng)變InGaN層從晶種基板轉(zhuǎn)移到所述基板之后，對應(yīng)變InGaN層進(jìn)行構(gòu)圖，從 而形成由間隙隔離開的應(yīng)變InGaN島；以及通過導(dǎo)致可協(xié)變材料有些回流的第一熱處理使轉(zhuǎn)移到所述基板上的應(yīng)變MGaN 島至少部分地松弛，以及將松弛的島轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上。硼磷硅酸鹽玻璃在超過約800°C或850°C (取決于玻璃的實際成分)的溫度下表 現(xiàn)出所期望的回流特性，從而能夠使應(yīng)變材料層(例如，InGaN材料)松弛。取決于溝槽的 寬度，應(yīng)變材料島可以在材料松弛之后形成明顯連續(xù)的層?？梢酝ㄟ^在BPSG沉積之前在應(yīng) 變hGaN層(或不同的應(yīng)變材料層)的( 面上沉積SiO2層來有利地改善所沉積的包括硼 磷硅酸鹽玻璃的掩埋層的粘附度。如上所述，利用至少部分松弛的應(yīng)變材料層，可以制造出不同種類的半導(dǎo)體器件。 因而，在此提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括根據(jù)一個前述權(quán)利要求在目標(biāo) 基板上形成至少部分松弛的應(yīng)變材料的步驟，還包括在所形成的至少部分松弛的應(yīng)變材料 島上外延地或者均勻外延地生長材料層的步驟。生長技術(shù)可以包括外延橫向附生，其允許 從材料島得到連續(xù)的材料層生長。此外，本發(fā)明還提供了一種晶片，該晶片包括支撐結(jié)構(gòu)，具體來講，由藍(lán)寶石構(gòu)成；高粘度層，以及至少部分松弛的應(yīng)變材料島，具體來講，面積尺寸從100微米X100微米到 ImmX Imm,厚度不超過1000埃。


將參照附圖來描述本發(fā)明另外的特征與優(yōu)勢。在說明書中，對附圖進(jìn)行參照是要 例示本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應(yīng)理解的是，這種實施方式不代表本發(fā)明的全部范圍。
圖1例示了本發(fā)明的方法的示例，其包括在第一基板上方形成部分松弛的應(yīng)變層 的步驟以及將該層轉(zhuǎn)移到第二基板上的步驟。圖2例示了形成包括上面轉(zhuǎn)移了應(yīng)變材料層的中間基板的結(jié)構(gòu)的步驟。圖3例示了圖1中所示結(jié)構(gòu)A的形成，包括在鍵合至基板的掩埋層上對應(yīng)變材料 層進(jìn)行構(gòu)圖。
具體實施例方式下面將參照附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)變材料層的松弛島的形成以及這些島的 轉(zhuǎn)移。根據(jù)圖1，提供若干支撐基板1。支撐基板1可以由包括Si、SiC、Ge等的半導(dǎo)體材料 制成，或者它可以是藍(lán)寶石支撐體。在支撐基板1頂上形成掩埋層2。掩埋層可以包括不同 的單獨層，并且至少包括可協(xié)變層(松弛層)?？蓞f(xié)變層非限制性地包括硼磷硅酸鹽玻璃 (BPSG)或者含有B(BSG)或P(PSG)的SiO2K合物。通過B或P的含量可以容易地調(diào)整回 流速度。無論如何，可協(xié)變層都包括在經(jīng)受熱處理(例如，退火處理)時可以塑性變形并且 回流的材料。回流導(dǎo)致通過掩埋層2而鍵合至支撐基板1的應(yīng)變材料島3完全或部分松 弛。通過對形成在包括可協(xié)變材料層的掩埋層2的頂上的應(yīng)變層進(jìn)行構(gòu)圖來形成應(yīng)變材料 島3。具體地，應(yīng)變材料島可以包括hGaN。原則上，應(yīng)變材料島3的形狀是任意的，并且可 以選為便于制造的圓形或矩形。取決于要松弛的島的表面尺寸，可以在島中至少開出至少 一個孔，以改善材料松弛而不導(dǎo)致翹曲?？卓梢允侨魏涡螤?例如，圓形、正方形或星形)， 并且可以在同一應(yīng)變島中重復(fù)。此外，可以用掩埋層2的材料來填充應(yīng)變材料島3之間的 間隙(溝槽)。下面將描述包括支撐基板1、掩埋層2以及應(yīng)變材料島3的結(jié)構(gòu)A的制造細(xì) 節(jié)。當(dāng)對結(jié)構(gòu)A進(jìn)行熱處理時，掩埋層2的可協(xié)變層會塑性變形并且表現(xiàn)出回流，從而 獲得了塑性變形的掩埋層2’。橫向變形導(dǎo)致至少部分且彈性松弛的島3’，從而防止了翹 曲。當(dāng)然，可能受翹曲效應(yīng)影響的表面粗糙度通常需要較低，以進(jìn)行進(jìn)一步的應(yīng)用。針對用 于LED的外延生長，松弛后的表面粗糙度最好限制在20nm RMS (經(jīng)AFM測量)。接著，在至少部分松弛的島3’之間以及其上面形成第二掩埋層4。第二掩埋層4 用于將至少部分松弛的島3’鍵合至第二支撐基板5。第二掩埋層4最好不包括可能在后 續(xù)處理步驟期間進(jìn)行的熱處理(具體地，用于開始分離的退火)下很容易擴散出第二掩埋 層4的污染元素。第二掩埋層4將顯著地缺乏在至少部分松弛的島3’上所形成的硼或任 何會使LED元件的質(zhì)量劣化的污染元素，例如，當(dāng)在某種熱處理環(huán)境下擴散時。然而，為了 在轉(zhuǎn)移到第二支撐基板5之后使至少部分松弛的島3’進(jìn)一步松弛，第二掩埋層4也可以包 括一些可協(xié)變材料。掩埋層2與第二掩埋層4都可以包括吸收層，以吸收各個支撐物質(zhì)可以透射的波 長的電磁輻射，從而實現(xiàn)與至少部分松弛的島3’的分離，由此分別地移除支撐物質(zhì)1或5。 這種吸收層最好設(shè)置在相應(yīng)的掩埋層和相應(yīng)的基板的界面處，并且可以由SixNy :H來形 成。隨后將基板1與掩埋層2 —起分離，從而獲得包括第二基板5、第二掩埋層4以及 至少部分松弛的島3’的結(jié)構(gòu)B。至少部分松弛的島3’可以隨后用于有結(jié)構(gòu)的(structured)材料層6的外延生長，具體地，用于晶體層的外延或均勻外延生長，而晶體層在制造電子、 光伏或者光電應(yīng)用(例如，LED或者激光)的特殊半導(dǎo)體器件中被采用。當(dāng)經(jīng)構(gòu)圖(部分松弛)的應(yīng)變層(S卩，島3和3’)的雙重轉(zhuǎn)移分別首先對于第一 支撐基板1執(zhí)行然后對于第二支撐基板5執(zhí)行時，在結(jié)構(gòu)B中保持了在晶種基板(見下文) 上生長的應(yīng)變材料的極性結(jié)構(gòu)(如果提供極性材料的話)。針對極性III/N材料特別有利 的是，針對松弛島上的容易的外延生長提供III元素的曝露的極性面。該面也是通常在晶 種基板進(jìn)行外延附生之后提供的面。應(yīng)注意的是，盡管根據(jù)本實例，原則上在轉(zhuǎn)移到第二支 撐基板5之前，通過結(jié)構(gòu)A的熱處理來執(zhí)行應(yīng)變材料島3的(部分)松弛，但是另選地或另 外地，可以通過結(jié)構(gòu)B的熱處理，即，在轉(zhuǎn)移到第二支撐基板5之后，來實現(xiàn)應(yīng)變材料島3的 至少部分松弛。然而，此處的重點在于已經(jīng)松弛的應(yīng)變材料島3’的轉(zhuǎn)移。例如，可以通過 鍵合與向后研磨/刻蝕、鍵合與電磁吸收、Smart Cut 或者任何其它本領(lǐng)域已知的層轉(zhuǎn)移機 制，來執(zhí)行從第一支撐基板1到第二支撐基板5的轉(zhuǎn)移。接著，將參照圖2更具體地說明與根據(jù)本發(fā)明在圖1中所示的結(jié)構(gòu)A相似的結(jié)構(gòu) 的形成。應(yīng)變材料層10 (例如，由InGaN制成)在晶種層11 (例如，由GaN制成)上異質(zhì) 外延生長，其中晶種層11形成在充當(dāng)晶種基板的藍(lán)寶石或SiC或硅基板12的頂上。也可 以通過在是大塊基板的晶種基板上或包括鍵合至支撐基板的晶種層的晶種基板上的外延 附生來形成應(yīng)變材料。有利地，基板的材料與圖1中的第一支撐基板1的材料相同，以在 這些基板被鍵合并且經(jīng)受用于隨后的分離的熱處理時使其熱膨脹系數(shù)相匹配。應(yīng)變材料 層10的厚度可以是例如大約lOOnm。通常，異質(zhì)外延膜的形成與構(gòu)圖在本領(lǐng)域中是公知的 (Hobart,K. D. et al. , "Compliant Substrates :A ComparativeStudy of the Relaxation Mechanisms of Strained Films Bonded to High and Low ViscosityOxides", Journal of Electronic Materials, Volume 29，No. 7，2000，pages 897-900)，并且，在本發(fā)明中針 對這種形成所使用的具體方法一點也不重要。根據(jù)圖2中所示的實施例，通過刻蝕溝槽13從而形成應(yīng)變材料島14來對應(yīng)變材 料層10進(jìn)行構(gòu)圖?？梢韵蛳驴涛g溝槽13直至支撐基板12，或者將晶種材料11保持在某個 預(yù)定的厚度。例如，溝槽可以按100微米至Imm的間隙隔開，溝槽可以具有大約25微米的 寬度以及150納米的深度。根據(jù)應(yīng)用，溝槽的寬度和/或深度可以在數(shù)百納米的范圍內(nèi)。如本領(lǐng)域中所公知的，將掩埋可協(xié)變層15沉積在溝槽13中以及應(yīng)變材料島14的 頂上。可以選擇掩埋層15的厚度從而減小表面不平整度，例如，選擇三倍的溝槽深度的厚 度。注入離子核素，以在填充了掩埋材料15的溝槽13的底部以及應(yīng)變材料島14的下 面形成離子注入?yún)^(qū)16。離子注入導(dǎo)致掩埋層15和應(yīng)變材料島14至晶種層11的鍵合的削 弱，從而，促進(jìn)了在鍵合至支撐基板17之后與晶種層11的分離。如果需要，可以在離子注 入的步驟之前進(jìn)行表面平坦化。也可以通過研磨來實現(xiàn)與晶種層11的分離。如果對離子注入進(jìn)行控制，使得注入深度超過溝槽的深度(見圖2的左半邊rhs)， 即，完全在晶種材料中執(zhí)行離子注入，則與在位于溝槽底部的掩埋材料中形成注入的情況 (圖2的右半邊Ihs)相比，注入更加均勻。由于更加均勻的注入輪廓，在例如鍵合至基板 19的進(jìn)一步處理之前的表面平坦化更加容易。應(yīng)注意的是，也可以在應(yīng)變層中進(jìn)行離子注入，并且，可以在轉(zhuǎn)移到中間基板之后在晶種基板上的應(yīng)變層中進(jìn)行構(gòu)圖。在轉(zhuǎn)移到支撐基板17之后，執(zhí)行熱處理，以使應(yīng)變材料層15塑性變形。該變形導(dǎo) 致至少部分松弛的應(yīng)變材料島14。為了進(jìn)一步減小任何翹曲，可以移除晶種層11的殘留， 例如，通過在熱處理之后的選擇性刻蝕，而不是在松弛步驟之前執(zhí)行。隨后通過第二掩埋層 18將松弛的結(jié)構(gòu)鍵合至第二支撐基板19。取決于晶種材料11，當(dāng)在可協(xié)變層中并在晶種材 料中已經(jīng)實現(xiàn)了注入輪廓時可能已經(jīng)進(jìn)行了平坦化的繁瑣步驟，以恢復(fù)充分平坦的表面來 進(jìn)行鍵合。然而，在圖2所示出的示例中，如果在將應(yīng)變材料島14轉(zhuǎn)移到第一支撐基板17之 后執(zhí)行對掩埋層15進(jìn)行構(gòu)圖的步驟，則圖1中所示出的結(jié)構(gòu)A導(dǎo)致通過掩埋材料15來分 離應(yīng)變材料島14(見圖幻。根據(jù)圖3所示的實施例，晶種層11形成在基板12的頂上，生長 在晶種層11上的應(yīng)變材料層10通過掩埋層15而鍵合至支撐基板17，并且，向下離子注入 直至應(yīng)變材料層10或者晶種層11，導(dǎo)致具有更加均勻注入輪廓(深度)的削弱的層16，從 而促進(jìn)了精確的分離。隨后，至少以應(yīng)變材料層10的厚度的深度來刻蝕溝槽13。另選地， 可以通過掩埋層15向下形成溝槽直至第一支撐基板17。接著，形成第二掩埋層(圖2的標(biāo) 號18)用于鍵合至第二支撐基板(圖2的標(biāo)號19)。另選地，可以在處理步驟的順序中更后面的步驟執(zhí)行應(yīng)變材料層10的構(gòu)圖的步 驟。在第二掩埋層18的沉積之后的構(gòu)圖導(dǎo)致將單獨的應(yīng)變材料島鍵合至第二支撐基板。此外，可以在晶種層11的部分刻蝕之后執(zhí)行應(yīng)變材料層10的構(gòu)圖，以對于應(yīng)變材 料層10的厚度采用晶種層11的厚度。然后針對由晶種層11以及在可協(xié)變層15頂上的應(yīng) 變材料層10的材料組成的雙層層疊執(zhí)行熱處理。隨后晶種層11的材料的最終移除可以伴 隨附加的退火步驟，以完成全部的松弛。此外，可以部分地刻蝕晶種層11，并且，可以在最終 移除晶種層材料11的殘留之前多次順序執(zhí)行熱處理，此時，其充當(dāng)硬化方法以進(jìn)一步避免 翹曲。另選地，針對整個結(jié)構(gòu)執(zhí)行熱處理，其中，整個結(jié)構(gòu)包括第一支撐基板17、第一 掩埋層15、應(yīng)變材料島14、第二掩埋層(也可以是可協(xié)變層)18、以及第二支撐基板19 (見 圖2)。在這種情況下，第二基板19提供硬化效果，以進(jìn)一步避免應(yīng)變材料島14的翹曲，其 證實對于相對較大尺寸(例如，ImmX Imm并且更大)的島是特別有利的。也應(yīng)注意的是，如果晶種層11是沉積在藍(lán)寶石基板上的GaN，則也可以在應(yīng)變材 料島的轉(zhuǎn)移處理期間執(zhí)行通過在GaN層以及藍(lán)寶石基板的界面的激光發(fā)射的分離。此外， 如果晶種層11是硅片、并且通過SMART CUT 處理來實現(xiàn)分離，則支撐基板17有利地是硅 基板，以獲得相似的熱膨脹熱處理系數(shù)。下面將描述基于根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)變層的松弛與轉(zhuǎn)移的用于制造LED、激光器、或者 太陽能電池的InGaN外延層的形成的示例。首先，通過在沉積在藍(lán)寶石晶種基板(對應(yīng)于圖2的參考標(biāo)記12)上的GaN晶種層 上的異質(zhì)外延來形成厚度為大約IOOnm并且包括5%至7%銦的應(yīng)變hGaN層。將厚度為大 約50nm的SW2 (或者不摻雜的硅玻璃)氧化層沉積在鎵極性的InGaN層上，以改善與另一 基板的粘附度。隨后在氧化層上形成厚度為大約500nm的摻硼磷硅酸鹽玻璃可協(xié)變層?？?協(xié)變層包括4. 5%的硼與2%的磷，以達(dá)到期望的松弛效果。通過可協(xié)變層的自由表面執(zhí)行 氫離子注入，以在GaN晶種層中形成削弱的層，然后通過例如CMP的技術(shù)對表面進(jìn)行研磨。以如17原子/cm2以及足夠穿過應(yīng)變層、氧化層、以及InGaN層的離子能量(大約120keV) 執(zhí)行離子注入。在另一藍(lán)寶石基板(對應(yīng)于圖2的參考標(biāo)記17)上沉積厚度大約為150nm的 SixNy =H吸收層，并且，隨后在氮化層上形成摻硼磷硅酸鹽玻璃鍵合層，并且在鍵合至包括 ^GaN應(yīng)變層的削弱的結(jié)構(gòu)之前進(jìn)行研磨。所產(chǎn)生的整個摻硼磷硅酸鹽玻璃層具有大約1 微米的厚度。接著，通過10個小時溫度為450°C的熱處理來實現(xiàn)削弱的層的斷裂以及最初藍(lán)寶 石晶種層與GaN晶種層的分離。注意，將在該階段的溫度保持在摻硼磷硅酸鹽玻璃層的熔 化(回流)溫度以下。在熱處理之后，將殘留的GaN晶種材料進(jìn)行干法刻蝕，以釋放N極性 的InGaN層。隨后將InGaN層構(gòu)圖，以通過標(biāo)準(zhǔn)的光刻過程在摻硼磷硅酸鹽玻璃層中形成 單個深度為IOnm至40nm的溝槽。在接著的步驟中，執(zhí)行4個小時800°C的退火處理，以使摻硼磷硅酸鹽玻璃層回 流，并使由構(gòu)圖處理所產(chǎn)生的對應(yīng)的應(yīng)變InGaN島松弛(大約1002至3002平方微米)。在 InGaN層的N面與SiO2氧化層(或者不摻雜的硅玻璃)之間可以提供厚度大約為50nm的 SiN層，以改善hGaN層與氧化層之間的粘附度。在這種情況下，SiN層充當(dāng)可以用作分離 步驟的吸收層。在第二藍(lán)寶石基板(對應(yīng)于圖2的參考標(biāo)記19)上沉積厚度為大約1微米的不摻 雜的硅玻璃層。不摻雜的硅玻璃層與可選擇的SiN層的組合至少形成圖2的部分的掩埋層 18。在鍵合不摻雜的硅玻璃層之前，執(zhí)行鍵合表面的研磨。鍵合的不摻雜的硅玻璃層的整 個厚度可以是大約1微米(研磨之后)。通過異質(zhì)外延所形成的InGaN應(yīng)變層在第一轉(zhuǎn)移 步驟中所轉(zhuǎn)移到的基板(見圖2的參考標(biāo)記17)的分離是通過利用Ar/F激光器的電磁輻 射來實現(xiàn)的，其中，Ar/F激光器通過基板提供193nm的光，基板對于該波長是透明的。隨后， 通過研磨與刻蝕來移除SiN的殘留、不摻雜的硅玻璃、以及摻硼磷硅酸鹽玻璃層。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)包括完全松弛的鎵極性的InGaN島，該結(jié)構(gòu)可以用于適合于制造電 子器件、光伏器件、或者光電器件的材料層的均勻外延生長。例如，可以執(zhí)行與松弛的hGaN 島的銦含量相比具有相同的或相似的銦含量的InGaN材料的外延附生。之前討論的所有實施方式都不是旨在限制，而是充當(dāng)闡明本發(fā)明的特征與優(yōu)勢的 示例。應(yīng)理解的是，也可以以不同的方式組合部分或全部上述特征。
權(quán)利要求
1.一種在目標(biāo)基板上形成至少部分松弛的應(yīng)變材料島的方法，該方法包括相繼執(zhí)行的 以下步驟用應(yīng)變材料層在中間基板上形成島； 通過第一熱處理使應(yīng)變材料島至少部分松弛；以及 將至少部分松弛的應(yīng)變材料島轉(zhuǎn)移到所述目標(biāo)基板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括將所述應(yīng)變材料層從晶種基板轉(zhuǎn)移到所 述中間基板上的步驟，其中，將所述應(yīng)變材料層從晶種基板轉(zhuǎn)移到所述中間基板上的步驟 包括以下處理在所述應(yīng)變材料層上沉積低粘度層，具體來講，在所述應(yīng)變材料層上沉積掩 埋可協(xié)變層；以及將所述低粘度層接合至所述中間基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，將至少部分松弛的應(yīng)變材料島轉(zhuǎn)移到所述目 標(biāo)基板上的步驟包括以下處理在所述至少部分松弛的應(yīng)變材料島上沉積高粘度層，具體 來講，在所述至少部分松弛的應(yīng)變材料島上沉積掩埋層；以及將所述高粘度層接合至所述 目標(biāo)基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，將至少部分松弛的應(yīng)變材料島轉(zhuǎn)移到所述目 標(biāo)基板上的步驟包括以下處理在所述至少部分松弛的應(yīng)變材料島上沉積低粘度層，具體 來講，在所述至少部分松弛的應(yīng)變材料島上沉積掩埋層；以及將所述低粘度層接合至所述 目標(biāo)基板；并且該方法還包括以下步驟通過第二熱處理來使轉(zhuǎn)移到所述目標(biāo)基板上的所 述至少部分松弛的應(yīng)變材料島松弛。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，該方法還包括以下步驟在將所述應(yīng)變材料層 從晶種基板轉(zhuǎn)移到所述中間基板上之前對所述應(yīng)變材料層進(jìn)行構(gòu)圖，由此形成通過間隙而 隔開的應(yīng)變材料島。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，該方法還包括以下步驟在將所述應(yīng)變材料層 從晶種基板轉(zhuǎn)移到所述中間基板上之后對所述應(yīng)變材料層進(jìn)行構(gòu)圖，由此形成通過間隙而 隔開的應(yīng)變材料島，其中，具體來講，所述間隙向下延伸至所述中間基板，使得所述間隙的 底部上基本上沒有殘留所述低粘度層的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，該方法還包括以下步驟在所述應(yīng)變材料層島上沉積 第二掩埋層；以及在使所述應(yīng)變材料層島至少部分松弛之前對第二掩埋層和所述應(yīng)變材料 層島進(jìn)行構(gòu)圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7之一所述的方法，該方法還包括以下步驟 在晶種基板上生長所述應(yīng)變材料層；在所述應(yīng)變材料下面的所述晶種基板中注入離子，以形成削弱層；以及 通過第三熱處理使所述應(yīng)變材料在所述削弱層處與所述晶種基板分離開。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，該方法還包括以下步驟 在晶種基板上生長所述應(yīng)變材料層；在對所述應(yīng)變材料層進(jìn)行了構(gòu)圖之后，在所述應(yīng)變材料島上并在使所述應(yīng)變材料島隔 開的所述間隙中沉積所述低粘度層；在所述應(yīng)變材料島下面的所述晶種基板中注入離子，并且在位于將所述應(yīng)變材料島隔 開的所述間隙的底部的所述低粘度層中注入離子，以形成削弱層；以及通過第三熱處理將所述應(yīng)變材料島在所述削弱層處與所述晶種基板分離開。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述晶種基板與所述中間基板和/或所 述中間基板與所述目標(biāo)基板是相同材料制成的，具體來講，所述材料包括藍(lán)寶石、硅、SiC或Ge0
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述低粘度層和/或所述高粘度層包括 適于吸收電磁輻射的吸收層。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，該方法還包括以下步驟在進(jìn)行構(gòu)圖以在削弱區(qū)域下 面形成溝槽之前，在所述晶種基板中注入離子以形成該削弱區(qū)域，并且其中，將所述低粘度 層沉積在經(jīng)構(gòu)圖的應(yīng)變材料層上，使之不完全填充通過所述構(gòu)圖而形成的溝槽；并且該方 法還包括以下步驟將通過所述構(gòu)圖而形成的島接合至所述中間基板；以及在所述削弱區(qū) 域處分離所述晶種基板。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述應(yīng)變材料層包括InGaN，并且/或者 所述低粘度層包括硼磷硅酸鹽玻璃、BPSG或包含硼或磷的SiO2化合物，并且/或者所述高 粘度層包括熱氧化物材料。
14.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的在目 標(biāo)基板上提供至少部分松弛的應(yīng)變材料的步驟，還包括在所形成的至少部分松弛的應(yīng)變材 料上外延生長至少一個材料層，具體來講，在所形成的至少部分松弛的應(yīng)變材料上外延生 長用于LED器件層、光伏器件層或激光器件層的層。
15.一種晶片，該晶片包括支撐結(jié)構(gòu)，具體來講，由藍(lán)寶石構(gòu)成；高粘度層；以及至少部分松弛的應(yīng)變材料島，具體來講，面積尺寸從100微米X 100微米到ImmX Imm, 厚度不超過1000埃。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的晶片，該晶片還包括位于松弛的應(yīng)變材料上的至少一個 有源層，具體來講，該晶片還包括位于松弛的應(yīng)變材料上的LED器件層、激光器件層或光伏 器件層。
全文摘要
本發(fā)明涉及在目標(biāo)基板上形成至少部分地松弛的應(yīng)變材料的方法，該方法包括相繼執(zhí)行的以下步驟在中間基板上從應(yīng)變材料層形成島；通過第一熱處理來至少部分地松弛所述應(yīng)變材料島；以及，將所述至少部分地松弛的應(yīng)變材料島轉(zhuǎn)移到所述目標(biāo)基板。
文檔編號H01L33/00GK102113090SQ200980130447
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者尼爾遜·麥克勞林, 布魯斯·富爾, 帕斯卡·昆納德, 法布里斯·勒泰特, 納特·加的納, 邁克·卡梅斯 申請人:硅絕緣體技術(shù)有限公司