[發明專利]半導體器件與硅襯底的剝離方法

無效

• 申請號: 200610028797.1
• 申請日: 2006-07-11
• 公開（公告）號: CN101106067A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 周家華
• 申請（專利權）人: 上海宇體光電有限公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/302;H01L21/84;H01L21/762
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 劉佳

技術領域

本發明涉及半導體器件制造方法，尤其涉及將生長在硅襯底上的半導體器件結構層從硅襯底上剝離的方法。

背景技術

III-V族化合物等半導體材料外延時所采用的襯底材料及相關工藝是一個值得關注的領域。現有的成熟的半導體器件，比如GaN基發光半導體器件，大多是以藍寶石或SiC異質襯底為基礎的。但從晶格匹配和電導、熱導特性上看，藍寶石并不是理想的異質外延襯底，而SiC襯底與GaN之間雖然晶格失配小于藍寶石襯底，但其加工困難以及昂貴的價格也限制了該襯底的進一步應用開發。相對于藍寶石與碳化硅襯底而言，硅片作為GaN材料的襯底有許多優點，如：良好的導電、導熱性(對于大功率LED而言非常重要)，晶體質量高、尺寸大(提高產率)、成本低、硬度低(易于進行劃片等加工)等。因此，硅被認為是一種很有前途的制備半導體器件的襯底材料。

盡管硅具有以上諸多優勢，但是要將其作為III-V族化合物的外延襯底材料也面臨著如下挑戰：在采用外延法在硅襯底上形成諸如發光二極管、光傳感器等器件之后，為了減小襯底的光吸收，減小硅襯底引起的串聯電阻，并減小半導體器件的熱阻，往往需要將在硅表面形成的半導體器件和硅襯底剝離分開。然而，由于構成半導體器件的材料的和硅材料之間的熱膨脹系數不一致(通常稱之為熱失配)，典型的，當一邊存在壓應力時，另一邊則存在張應力，可能會導致外延片的彎曲。在采用傳統的方法減薄硅襯底，或者采用化學腐蝕方法將硅襯底腐蝕掉時，由于半導體器件所受的應力不同，隨著襯底越來越薄，半導體器件的器件層可能會發生開裂。

發明內容

本發明著眼于克服現有技術的上述缺陷，提供一種將半導體器件結構和硅襯底剝離的有效辦法。

根據本發明的第一實施例，采用硅汽相外延法在硅片在硅片表面外延腐蝕阻擋層或腐蝕阻擋埋層，或者通過離子注入法在離子投影區域形成腐蝕阻擋埋層；在所形成的具有腐蝕阻擋層的半導體襯底上生長中間層，并通過中間層生長半導體器件結構層；在分層多次減薄的初期，采用物理研磨法或者化學物理研磨法減薄硅襯底直至接近腐蝕阻擋層；然后用化學腐蝕法腐蝕硅襯底的剩余部分，使對硅襯底的腐蝕停止在腐蝕阻擋層前，以保證硅襯底的剩余部分的厚度均勻一致；最后采用化學腐蝕法均勻腐蝕剩余的硅襯底和中間層，從而將半導體器件結構層從硅襯底上分離。

根據本發明的第二實施例，采用硅汽相外延法在硅片在硅片表面外延腐蝕阻擋層或腐蝕阻擋埋層，或者通過離子注入法在離子投影區域形成腐蝕阻擋埋層；在所形成的具有腐蝕阻擋層的半導體襯底上生長中間層，并通過中間層生長半導體器件結構層；在分層多次減薄的初期，采用物理研磨法或者化學物理研磨法減薄硅襯底直至接近腐蝕阻擋層；然后用化學腐蝕法腐蝕硅襯底的剩余部分，使對硅襯底的腐蝕停止在腐蝕阻擋層前，以保證硅襯底的剩余部分的厚度均勻一致；用光刻腐蝕法在腐蝕阻擋層的表面上腐蝕深度達中間層的多個微孔；最后采用對中間層有選擇腐蝕性的化學劑來腐蝕中間層，從而將半導體器件結構層從硅襯底上分離。

根據本發明的第三實施例，采用硅汽相外延法在硅片在硅片表面外延腐蝕速率高的易腐蝕層，或者通過離子注入法在離子投影區域形成腐蝕速率高的易腐蝕層；在所形成的具有易腐蝕層的半導體襯底上生長中間層，并通過中間層生長半導體器件結構層；在分層多次減薄的初期，采用物理研磨法或者化學物理研磨法減薄硅襯底直至接近易腐蝕層；然后用光刻腐蝕法在剩余硅襯底的表面上腐蝕深度達易腐蝕層的多個微孔，通過微孔腐蝕易腐蝕層使得易腐蝕層以下的硅襯底剝離。然后采用化學腐蝕法均勻腐蝕剩下的硅襯底以及中間層，或者采用微孔腐蝕法腐蝕中間層，從而將半導體器件結構層從硅襯底上分離。

根據本發明，一種剝離半導體層的方法包括：首先形成由第一半導體層、第二半導體層、第三半導體層堆疊而成的多層結構；然后在第一半導體層的表面形成深度達第二半導體層的微孔；最后通過所述微孔腐蝕第二半導體層，從而釋放應力，將所需要的第三半導體層從多層結構上剝離。

附圖說明

本申請的附圖用于對于本申請的實施例提供示例性的說明。

圖1A-1D是根據本發明的第一實施例的半導體硅襯底以及在其表面外延生長的半導體器件結構層的縱剖面示意圖。

圖2A是根據本發明的第二實施例的形成于襯底中的深度可達中間層的微孔結構的縱剖面示意圖。

圖2B是根據本發明的第二實施例的形成于襯底中的深度可達中間層的微孔結構的橫截面示意圖。

圖3是根據本發明的第三實施例的形成于襯底中的深度可達易于腐蝕的埋層的微孔結構的橫截面示意圖。