[發明專利]包含嵌入的剝落釋放平面的Ⅲ族氮化物的受控剝落

在審

• 申請號: 201410699689.1
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104733286A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: C·巴伊拉姆;S·W·比德爾;K·E·福格爾;J·A·奧特;D·K·薩達那
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L33/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 牛南輝;于靜

技術領域

本申請涉及形成包含Ⅲ族氮化物的半導體結構的方法。更具體地，本發明涉及通過剝落，從包含Ⅲ族氮化物材料層的多層疊層去除(即，釋放)Ⅲ族氮化物材料的一部分的方法。

背景技術

Ⅲ族氮化物材料為半導體材料的獨特的族，其可以在包括諸如光電、光伏和照明的各種各樣的應用中使用。Ⅲ族氮化物材料由氮和至少一種來自元素周期表的Ⅲ族的元素(即，鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In))組成。一些常見的氮鎵化合物的說明性實例為GaN、GaAlN和GaAlInN。通過改變Ⅲ族氮化物之內的Al、Ga和/或In的組分，Ⅲ族氮化物材料可以被沿著電磁譜而調整；主要從210nm到1770nm。該譜包括可見光發光二極管(LED)，其為超過100億美元的產業并且具有預測的兩位數年增長率。LED需求的此連續增長使能用于基于Ⅲ族氮化物的半導體器件的生長和制造的基礎設施的建立。

對于基于Ⅲ族氮化物的半導體器件的一個瓶頸是缺乏晶格匹配的襯底。一些常規的襯底為分別具有與GaN的約13％、3％、17％和2％的晶格失配的藍寶石(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、硅(Si)和氧化鋅(ZnO)。目前，在開發晶格匹配的獨立式GaN和AlN襯底。然而，晶格匹配襯底遭受可用性和高成本的限制。

盡管有所有的研究努力，含Ⅲ族氮化物器件的成本是高的。一種用以降低成本的方式是使能Ⅲ族氮化物材料的再利用。

通過稱為激光剝離的技術，目前實現了在Ⅲ族氮化物中的襯底釋放。激光剝離采用高功率聚焦激光束以對準Ⅲ族氮化物/襯底界面，以將Ⅲ族氮化物熔化為相應的Ⅲ族元素。在此激光處理之后，并且一旦加熱到約100℃，Ⅲ族元素熔化釋放襯底。此辦法慢，僅適用于小區域，并且需要激光可以穿透而沒有吸收的襯底，以便其可以在Ⅲ族氮化物材料/襯底界面處被吸收。例如，此技術不可以被用于GaN或者ZnO襯底、硅或者碳化硅，因為這些材料具有接近或者小于GaN材料的光學帶隙。此外，激光剝離辦法導致在激光接觸的點上的Ⅲ族元素的形成，其劣化襯底的再使用。進一步，激光剝離辦法可以損傷激光暴露的Ⅲ族氮化物材料層。

鑒于以上所述，需要用于Ⅲ族氮化物材料系統的襯底釋放技術，以削減基于Ⅲ族氮化物的半導體器件的成本。這樣的技術應(1)可用于大直徑晶片，(2)為供工業用、方便且快速執行的，以及(3)不損傷釋放的外延層或者下伏的襯底。

發明內容

形成嵌入在Ⅲ族氮化物材料之內的剝落釋放平面。與提供所述Ⅲ族氮化物材料層并且嵌入所述剝落釋放平面的所述Ⅲ族氮化物材料部分(即，下和上部)相比，所述剝落釋放平面包括具有不同的應變、不同的結構和不同的組成的材料。所述剝落釋放平面在Ⅲ族氮化物材料層之內提供削弱的材料平面區域，其在隨后進行的剝落工藝期間可被用以將Ⅲ族氮化物材料的一部分從初始Ⅲ族氮化物材料層釋放。特別地，在剝落工藝期間在嵌入在所述初始Ⅲ族氮化物材料層內的剝落釋放平面內發生裂縫萌生和傳播。從而，本發明提供一種控制在Ⅲ族氮化物材料層之內的剝落深度的方法。

在本申請的一個方面，提供一種用于從Ⅲ族氮化物材料層去除Ⅲ族氮化物材料的一部分的方法。本申請的方法包括在襯底的表面上形成Ⅲ族氮化物材料層。按照本申請，Ⅲ族氮化物材料層包括包含嵌入在所述Ⅲ族氮化物材料層之內的至少一種雜質原子的剝落釋放平面。通過在所述襯底上第一生長Ⅲ族氮化物材料層的下部，第二生長所述剝落釋放平面，以及在所述剝落釋放平面上第三生長所述Ⅲ族氮化物層的上部，形成所述Ⅲ族氮化物層。在形成所述所述Ⅲ族氮化物之后，在所述Ⅲ族氮化物材料層的上部上形成半導體器件層。接著，在所述半導體器件層的最上表面的頂上形成應力源層。在形成所述應力源層后，通過剝落，去除所述Ⅲ族氮化物材料層的上部和所述半導體器件層，以提供包括所述應力源層、所述半導體器件層和所述Ⅲ族氮化物材料層的上部的剝落結構。

附圖說明

圖1為按照本申請的多層疊層的截面圖，從底到頂為襯底、該多層疊層含有嵌入其內的剝落釋放平面的Ⅲ族氮化物層以及可以采用的半導體器件層。

圖2為按照本申請，在多層疊層的最上表面上形成邊緣排除材料后，圖1的多層疊層的截面圖。

圖3為按照本申請，在多層疊層的最上表面的暴露的部分上(不包括邊緣排除材料)形成可選的含金屬粘附層后，圖2的結構的截面圖。

圖4為按照本申請，在可選的含金屬粘附層的上表面上形成應力源層后，圖3的結構的截面圖。

圖5為按照本申請，在應力源層頂上形成處理襯底后，圖4中所示的結構的截面圖。