[發(fā)明專利]減少激光剝離損傷的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910087351.X
• 申請(qǐng)日: 2009-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN101924065A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段瑞飛;王良臣;劉志強(qiáng);季安;王國(guó)宏;曾一平;李晉閩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L21/78
• 分類號(hào): H01L21/78;H01L21/324;H01L21/268;H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別針對(duì)于氮化物光電子材料、微電子材料或者厚膜材料等的激光剝離技術(shù)，其是通過控制外延材料所處的溫度，使得異質(zhì)外延材料處于無應(yīng)力或者低應(yīng)力狀態(tài)，然后進(jìn)行激光剝離，可以實(shí)現(xiàn)外延材料的剝離損傷最小化。

背景技術(shù)

III族氮化物多元系材料屬于直接帶隙的半導(dǎo)體材料，帶隙可以從0.7eV連續(xù)調(diào)節(jié)到6.2eV，顏色覆蓋從紅外到紫外波長(zhǎng)，可以制備藍(lán)光、綠光、紫外光發(fā)光二極管(LED)、短波長(zhǎng)激光二極管(LD)等光電子器件，，在高密度存儲(chǔ)、顯示、照明等廣泛領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。尤其是照明領(lǐng)域，日本、美國(guó)、歐洲、韓國(guó)、中國(guó)等非常看好未來的半導(dǎo)體照明并投入巨資進(jìn)行研發(fā)。同時(shí)氮化物體系屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有大帶隙范圍、良好的熱導(dǎo)率、高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高的電子遷移率等優(yōu)異性能，在微電子方面也具有極大的應(yīng)用市場(chǎng)。

作為半導(dǎo)體照明技術(shù)核心產(chǎn)業(yè)的氮化物高亮度LED技術(shù)，擁有高效率、長(zhǎng)壽命以及環(huán)保等潛在優(yōu)越性能，具有非常高的投資回報(bào)，是目前研究單位以及各大公司追求的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)高效、大功率、長(zhǎng)壽命氮化物L(fēng)ED的主流技術(shù)方案之一就是垂直結(jié)構(gòu)的LED，可以通過導(dǎo)電襯底生長(zhǎng)或者去掉不導(dǎo)電襯底的方法來實(shí)現(xiàn)，其中由于氮化物在非導(dǎo)電藍(lán)寶石襯底上外延和器件工藝技術(shù)最成熟，當(dāng)前得到的器件性能最高，通過使用藍(lán)寶石襯底上的異質(zhì)外延，同時(shí)通過激光剝離實(shí)現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)的LED就成為風(fēng)險(xiǎn)較小的技術(shù)途徑。同時(shí)該技術(shù)的突破還有望在基于藍(lán)寶石襯底的氮化物L(fēng)D、氮化物高電子遷移率晶體管(HEMT)等方面進(jìn)行應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)的LD，高散熱的HEMT等。

作為實(shí)現(xiàn)高性能氮化物器件重要的研究和產(chǎn)業(yè)方向之一的氮化物同質(zhì)襯底的工作也是促進(jìn)氮化物器件發(fā)展的重要目標(biāo)。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)氮化物襯底尤其是氮化鎵襯底的重要途徑之一就是通過外延手段使用HVPE(HydrideVapor?Phase?Epitaxy，氫化物氣相外延)來實(shí)現(xiàn)。異質(zhì)外延獲得的厚膜同樣有剝離的要求方能實(shí)現(xiàn)自支撐襯底。

本發(fā)明以前已有激光剝離設(shè)備，如JPSA在市場(chǎng)上銷售的激光剝離系統(tǒng)等。但是由于氮化物在藍(lán)寶石上生長(zhǎng)時(shí)晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的不匹配，導(dǎo)致最終藍(lán)寶石上的氮化物材料具有較高的內(nèi)應(yīng)力，表現(xiàn)在激光剝離工藝中就是剝離過程容易產(chǎn)生裂紋，制作的LED芯片漏電流大，性能下降不能完全實(shí)現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)LED的優(yōu)勢(shì)等等。在剝離自支撐襯底的工藝中也有易碎裂、成品率低等問題。

我們從事的氮化物物理研究工作表明，氮化物異質(zhì)外延材料所受到的內(nèi)應(yīng)力主要源于外延層和襯底熱膨脹系數(shù)不同，使得外延材料(一般在較高的溫度下生長(zhǎng))降溫過程中產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力的積累。通過對(duì)于該內(nèi)應(yīng)力的變溫定量分析，我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力隨著溫度的升高逐漸降低，在一定的溫度下達(dá)到零應(yīng)力狀態(tài)。這里我們使用的是無損的光學(xué)測(cè)試方法：拉曼光譜。對(duì)于氮化鎵的拉曼光譜測(cè)試表明氮化鎵的E2(high)峰位和內(nèi)應(yīng)力是直接對(duì)應(yīng)的，測(cè)試E2(high)峰位的變化就可以得到相應(yīng)內(nèi)應(yīng)力的變化。通過測(cè)試需剝離樣品和體材料氮化鎵E2(high)峰位的變溫曲線關(guān)系就可以得到最佳的低應(yīng)力溫度或者零應(yīng)力溫度。

本發(fā)明旨在改進(jìn)激光剝離工藝，通過在激光剝離時(shí)控制外延材料的環(huán)境溫度，使其內(nèi)應(yīng)力最小，實(shí)現(xiàn)低損傷的剝離工藝，從而實(shí)現(xiàn)高性能的垂直結(jié)構(gòu)LED。

同時(shí)由于現(xiàn)有的激光剝離技術(shù)是通過瞬間加熱氮化鎵材料使其局部氣化產(chǎn)生和襯底的分離，升高溫度還可以降低剝離用激光器的功率，延長(zhǎng)其使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種減少激光剝離損傷的方法，在現(xiàn)有激光剝離技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過在適當(dāng)?shù)臏囟认拢_(dá)到外延材料無應(yīng)力或者低應(yīng)力的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)減少甚至消滅激光剝離損傷的目的，為微電子和光電子尤其是氮化物基光電子的發(fā)展提供一種可行的工藝路線。

本發(fā)明提供一種減少激光剝離損傷的方法，包括如下步驟：

步驟1：將外延片置于一底板上；

步驟2：將底板加熱；

步驟3：利用激光剝離設(shè)備的激光掃描，對(duì)外延片進(jìn)行剝離。

其中將底板加熱，是電阻加熱、射頻加熱或外部光源加熱。

其中將底板加熱的溫度范圍在100-600℃。

其中外延片種類包括：光電子外延材料、微電子外延材料或厚膜外延材料。

附圖說明

為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的描述，其中：

圖1是不同加熱方式下熱輔助激光剝離的裝置示意圖，其中圖1(a)為底座電阻加熱，圖1(b)為底座射頻加熱，圖1(c)外部紅外加熱；

圖2是變溫拉曼光譜確定HVPE厚膜GaN合適的剝離環(huán)境溫度圖。