專利名稱：利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法。
背景技術(shù)：
氮化鎵基材料系列是研制高溫大功率電子器件、高頻微波器件、發(fā)光二極管和光電探測(cè)器的重要材料。因?yàn)樗{(lán)寶石的加工方法以及加工成本等與其他相比較都有不小的優(yōu)勢(shì)，目前用于氮化鎵基材料外延生長(zhǎng)的襯底主要是藍(lán)寶石。但由于藍(lán)寶石導(dǎo)電導(dǎo)熱性能極差，對(duì)于高功率器件是一個(gè)瓶頸。對(duì)于發(fā)光二極管，從2004年開始，垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管得到了人們的廣泛關(guān)注。通過(guò)去除藍(lán)寶石襯底，將氮化鎵基外延層轉(zhuǎn)移到Cu、Si等具有良好電，熱傳導(dǎo)性能的新襯底上，器件電極上下分布，從而可以實(shí)現(xiàn)大電流注入，大功率工作。然而由于藍(lán)寶石化學(xué)性能穩(wěn)定，一般的腐蝕方法難以去除。當(dāng)前用于去除藍(lán)寶石的主要方法是激光剝離。利用氮化鎵基外延層材料與藍(lán)寶石材料對(duì)于紫外激光具有不同的吸收效率，激光穿過(guò)藍(lán)寶石到達(dá)氮化鎵外延層，在氮化鎵與藍(lán)寶石的接觸面進(jìn)行激光剝離。激光剝離 方便快捷，然而激光剝離機(jī)器昂貴，對(duì)氮化鎵基外延層材料損傷較大，導(dǎo)致器件良率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，該方法是通過(guò)將經(jīng)過(guò)一定工藝處理后的樣品放入高溫溶液中腐蝕。不同材料之間的熱膨脹系數(shù)的不同會(huì)導(dǎo)致界面存在熱應(yīng)力，界面的氮化鎵為氮極性面比較容易被腐蝕，垂直界面方向的熱應(yīng)力分力剝離應(yīng)力會(huì)加速對(duì)界面材料的腐蝕，從而可以較便捷地分離藍(lán)寶石和氮化鎵外延層。本發(fā)明提供一種利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括步驟I :選擇一外延結(jié)構(gòu),該外延結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延層；步驟2 :在氮化鎵基外延層上沉積金屬層；步驟3 :將外延結(jié)構(gòu)和金屬層轉(zhuǎn)移到襯底上，外延結(jié)構(gòu)、金屬層和襯底組成外延片;步驟4 :用機(jī)械研磨方法，將藍(lán)寶石襯底拋光研磨減??；步驟5 :將藍(lán)寶石襯底劃出溝槽，該溝槽的深度與藍(lán)寶石襯底的厚度相同；步驟6 :將外延片沉浸于溶液99中，加熱腐蝕，將藍(lán)寶石襯底剝離，完成制備。


為使審查員能進(jìn)一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其目的，以下結(jié)合附圖及較佳具體實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖I為沉積金屬層20和襯底30的示意圖。圖2為機(jī)械研磨減薄藍(lán)寶石襯底11并在藍(lán)寶石襯底11上刻劃溝槽13后的示意圖。圖3為通過(guò)此發(fā)明剝離部分藍(lán)寶石襯底11后的示意圖。圖4為通過(guò)此發(fā)明剝離部分藍(lán)寶石襯底11后的SEM觀測(cè)實(shí)物圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的在于，提供一種利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，該方法是通過(guò)將經(jīng)過(guò)一定工藝處理后的樣品放入高溫溶液中腐蝕。不同材料之間的熱膨脹系數(shù)的不同會(huì)導(dǎo)致界面存在熱應(yīng)力，垂直界面方向的熱應(yīng)力分力剝離應(yīng)力會(huì)加速對(duì)界面材料的腐蝕，從而可以較便捷地分離藍(lán)寶石和氮化鎵外延層 一種利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括步驟I :選擇一外延結(jié)構(gòu)10,該外延結(jié)構(gòu)10包括藍(lán)寶石襯底11和氮化鎵基外延層12。藍(lán)寶石襯底11可為平面襯底或圖形襯底。其中所述的氮化鎵基外延層12包括非故意摻雜氮化鎵外延層、n型氮化鎵外延層、p型氮化鎵外延層、摻銦氮化鎵外延層、摻鋁氮化鎵外延層或以上組成的多層外延層。氮化鎵基外延層12的厚度非常關(guān)鍵，較厚的外延層有利于后續(xù)工藝的進(jìn)行和分離藍(lán)寶石。步驟2 :在氮化鎵基外延層12上沉積金屬層20。其中所述的金屬層20包括Au、Sn>AuSn合金、Ni、Ag、Pt或Ni\Ag\Pt\Au多層金屬。不同的金屬體系決定了新襯底轉(zhuǎn)移的不同方法以及后續(xù)工藝的兼容。步驟3 :將外延結(jié)構(gòu)10和金屬層20轉(zhuǎn)移到襯底30上，外延結(jié)構(gòu)10、金屬層20和新襯底30組成外延片40。其中所述的襯底30包括Si、Cu、W、Ni、CuW合金或Cu\Ni\Cu多層金屬。新襯底3的厚度在10-1000 u m。襯底30的材料及其厚度對(duì)于藍(lán)寶石分離的成功
至關(guān)重要。步驟4 :用機(jī)械研磨方法，將藍(lán)寶石襯底11拋光研磨減薄，其中所述的機(jī)械研磨方法包括粗拋、粗拋和水平減薄工藝。減薄后的藍(lán)寶石厚度在20-200 iim。藍(lán)寶石的厚度對(duì)藍(lán)寶石分離的成功也至關(guān)重要，因?yàn)樗{(lán)寶石的厚度會(huì)影響界面的應(yīng)力。步驟5 :從藍(lán)寶石面將藍(lán)寶石劃出一定大小和間隔的溝槽13，該溝槽13的深度與藍(lán)寶石襯底11的厚度相同。其中所述的在藍(lán)寶石上刻劃溝槽13的方法包括激光刻劃、ICP刻蝕或RIE刻蝕。步驟6 :將新結(jié)構(gòu)40沉浸于溶液99中，加熱腐蝕一定時(shí)間，將藍(lán)寶石襯底10剝離，其中所述的溶液99包括KOH溶液或H3P04溶液。溶液99的溫度為20_200°C，腐蝕時(shí)間為30分鐘-5小時(shí)，溶液99的濃度為0. l-10mol/l。實(shí)施例請(qǐng)參閱圖I至圖5所示，本發(fā)明提供提供一種利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括如下步驟步驟I :選擇外延結(jié)構(gòu)10，該外延結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石襯底11和氮化鎵基外延層12，其中氮化鎵基LED外延層12故意摻雜氮化鎵外延層、n型氮化鎵外延層、摻銦氮化鎵外延層、P型氮化鎵外延層、摻鋁氮化鎵外延層組成的多層外延層，總厚度為10 U m。步驟2 :在氮化鎵基LED外延層上沉積金屬層20，其組成為Ni/Ag/Pt/Au多層金屬；
步驟3 :在金屬層20上用電鍍方法將外延結(jié)構(gòu)10和金屬層20轉(zhuǎn)移到襯底30，襯底30為Cu/Ni復(fù)合金屬，襯底Cu30的厚度約為100 u m.步驟4:用水平減薄加粗拋精拋方法，將藍(lán)寶石襯底11拋光研磨減薄至約100 Ii m ；步驟5 :用激光刻劃方法，從藍(lán)寶石面將激光聚焦在藍(lán)寶石11與氮化鎵基外延層12的界面，將藍(lán)寶石劃出一定大小和間隔的溝槽；步驟6 :在溶液99中加熱腐蝕，將藍(lán)寶石襯底剝離。溶液99為KOH溶液，其濃度為6mol/L，腐蝕溫度為70°C，腐蝕時(shí)間約為I小時(shí)。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括 步驟I :選擇一外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延層； 步驟2 :在氮化鎵基外延層上沉積金屬層； 步驟3 :將外延結(jié)構(gòu)和金屬層轉(zhuǎn)移到襯底上，外延結(jié)構(gòu)、金屬層和襯底組成外延片； 步驟4 :用機(jī)械研磨方法，將藍(lán)寶石襯底拋光研磨減?。? 步驟5 :將藍(lán)寶石襯底劃出溝槽，該溝槽的深度與藍(lán)寶石襯底的厚度相同； 步驟6 :將外延片沉浸于溶液99中，加熱腐蝕，將藍(lán)寶石襯底剝離，完成制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中該氮化鎵基外延層包括依次生長(zhǎng)的非故意摻雜氮化鎵外延層、n型氮化鎵外延層、p型氮化鎵外延層、摻銦氮化鎵外延層和摻鋁氮化鎵外延層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中該金屬層包括Au、Sn、AuSn合金、Ni、Ag或Pt,或及其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中襯底包括Si、Cu、W、Ni或CuW，或及其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中所述的將藍(lán)寶石襯底劃出溝槽的方法包括激光刻劃、ICP刻蝕或RTE刻蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中所述的機(jī)械研磨方法包括粗拋、粗拋和水平減薄工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中所述的溶液99為KOH溶液或H3PO4溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中溶液99的溫度為20-200°C，腐蝕時(shí)間為30分鐘-5小時(shí)，溶液99的濃度為0. I-IOmol/I0
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中將藍(lán)寶石襯底減薄至20-200 u m。
全文摘要
一種利用熱應(yīng)力化學(xué)腐蝕分離藍(lán)寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括選擇一外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延層；在氮化鎵基外延層上沉積金屬層；將外延結(jié)構(gòu)和金屬層轉(zhuǎn)移到襯底上，外延結(jié)構(gòu)、金屬層和襯底組成外延片；用機(jī)械研磨方法，將藍(lán)寶石襯底拋光研磨減??；將藍(lán)寶石襯底劃出溝槽，該溝槽的深度與藍(lán)寶石襯底的厚度相同；將外延片沉浸于溶液99中，加熱腐蝕，將藍(lán)寶石襯底剝離，完成制備。該方法是通過(guò)將樣品放入高溫溶液中腐蝕。不同材料之間的熱膨脹系數(shù)的不同會(huì)導(dǎo)致界面存在熱應(yīng)力，界面的氮化鎵為氮極性面比較容易被腐蝕，垂直界面方向的熱應(yīng)力分力剝離應(yīng)力會(huì)加速對(duì)界面材料的腐蝕，從而可以較便捷地分離藍(lán)寶石和氮化鎵外延層。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102709415SQ20121020850
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者伊?xí)匝? 劉志強(qiáng), 汪煉成, 王國(guó)宏, 馬駿 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所