[發明專利]制造用于半導體器件的薄膜粘結襯底的方法

無效

• 申請號: 201310205664.7
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103456850A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 金東顯;金東云;金美璟;金旼柱;金雅羅;金鉉埈;徐中源;禹廣濟;李寶賢;全鐘必;鄭璟燮
• 申請（專利權）人: 三星康寧精密素材株式會社
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L21/02
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 宋穎娉;宋志強

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年5月29日提交的韓國專利申請No.10-2012-0056459的優先權，該申請的全部內容為所有目的通過引用并入本申請。

技術領域

本發明涉及制造用于半導體器件的薄膜粘結襯底的方法，更具體地，涉及能夠排除相關技術的導電勢壘層、防止反射層因高溫處理而發生故障、并且從根本上防止由彼此粘結的異質材料之間的熱膨脹系數差而引起的裂紋的、制造用于半導體器件的薄膜粘結襯底的方法。

背景技術

諸如激光二極管或發光二極管（LED）之類的半導體器件的性能和壽命由構成相應器件的多個部件決定，尤其由其上堆疊器件的基礎襯底決定。因此，正在提出幾種用于制造高質量半導體襯底的方法，并且對III-V族化合物半導體襯底的關注正在增加。

這里氮化鎵（GaN）襯底可以被視為III-V族化合物半導體襯底的代表性示例。盡管GaN襯底與砷化鎵（GaAs）襯底、磷化銦（InP）襯底等等都適合于半導體器件，但是GaN襯底的制造成本比GaAS襯底和InP襯底的制造成本昂貴的多。因此，采用GaN襯底的半導體器件的制造成本變得很高。這源于GaN襯底、GaAs襯底和InP襯底的制造方法的差別。

具體地，對GaAs襯底和InP襯底來說，因為通過諸如布里奇曼（Bridgman）法或柴克拉斯基（Czochralski）法之類的液體方法實施晶體生長，所以晶體生長速度快。因此，可以很容易地在例如大約100小時的晶體生長時間內制備具有200nm或更大厚度的GaAs或InP大晶體塊。于是，能夠從GaAs或InP大晶體塊上裂解出具有200μm至400μm范圍的厚度的大量（例如100個或100個以上）GaAs或InP襯底。

相比之下，對于GaN襯底來說，因為通過諸如氫化物氣相外延（HVPE）或金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）之類的氣相沉積方法實施晶體生長，所以晶體生長速率慢。在一示例中，100小時的晶體生長時間內僅能夠制備具有大約10mm厚度的GaN晶體塊。當晶體厚度在該范圍內時，從那塊晶體中僅能夠分割出具有200μm至400μm范圍的厚度的少量（例如10個）GaN襯底。

然而，當從GaN晶體塊中裂解出的GaN膜的厚度下降以便增加裂解的GaN襯底的數量時，裂解出的襯底的機械強度降低至使裂解出的襯底不能形成自支撐襯底的程度。因此，需要一種用于增強從GaN晶體塊中裂解出的GaN薄膜層的強度的方法。

作為用于增強相關技術的GaN薄膜層的方法，存在一種制造襯底（下文中被稱為粘結襯底）的方法，在該方法中GaN薄膜層被粘結到具有與GaN不同化學成分的異質襯底上。

對于用于高亮度和高效率應用的垂直LED結構來說，垂直LED整體必須導電，因為電流沿LED的垂直方向（即上下方向）流動。此外，為了提高垂直LED的發光效率，需要通過在LED內部形成反射層來提取光源生成的90%或更多的藍色波長光。

為了將應用有層轉移技術的GaN/Si粘結襯底用作這些垂直LED的襯底，必須在GaN薄膜和Si襯底之間形成反射層。此外，使用MOCVD設備在氫氣中以1000°C的處理溫度實施GaN/Si粘結襯底上垂直LED的外延生長層的生長工藝。然而，在1000°C下，GaN分解成Ga和N，這導致Ga金屬的析出。所析出的Ga金屬經由對Si的回熔刻蝕（metal-back?etching）而損壞Si襯底。此外，由于GaN的熱膨脹系數是Si的兩倍，所以在200°C下直接粘結的GaN/Si粘結襯底在外延生長工藝之后被冷卻至室溫時，由于熱膨脹系數差而易于產生裂紋。

在相關技術中，為了對此進行補償，在Si襯底上沉積降低Ga和Si之間的反應的勢壘材料。這里，考慮到垂直LED的特性，勢壘材料需要是導電的，并且勢壘材料需要滿足能夠在1000°C的高溫下正常工作的復雜要求。這與上面描述的反射層相同。這需要使用昂貴的材料來滿足該要求，從而引起增加制造成本的問題。

在本發明的背景技術部分公開的信息僅用于更好地理解本發明的背景，而不應當被認為承認或以任何形式暗示該信息形成本領域技術人員已知的現有技術。

發明內容

本發明的各個方面提供一種制造用于半導體器件的薄膜粘結襯底的方法，該方法能夠排除相關技術的導電勢壘層，防止反射層因高溫處理而發生故障，并且從根本上防止由于彼此粘結的異質材料之間的熱膨脹系數差而導致的裂紋。