[發(fā)明專利]一種異質(zhì)外延薄膜外延層的表面處理方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111483162.1
• 申請(qǐng)日: 2021-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN114496746A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董樹榮;龐正基;軒偉鵬;金浩;駱季奎;劉剛;劉舒婷;鐘高峰;鄒錦林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心
• 主分類號(hào): H01L21/18
• 分類號(hào): H01L21/18;H01L21/60;H01L23/488;C23C14/18;C23C14/35;C23C16/24;C23C16/50;C23C16/56;C30B25/02;C30B29/40
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開了一種異質(zhì)外延薄膜外延層的表面處理方法，包括提供外延襯底，在所述外延襯底上表面制備一外延層，提供待鍵合層；鍵合所述外延層和所述待鍵合層；機(jī)械減薄拋光所述外延襯底下表面，當(dāng)所述外延襯底的厚度減薄至20?40μm時(shí)停止拋光，在減薄后的外延襯底下表面旋涂一層含Si抗反射涂層/有機(jī)碳層的光刻膠三層結(jié)構(gòu)掩膜；對(duì)所述光刻膠三層結(jié)構(gòu)掩膜表面加熱后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械減薄拋光，得到三層結(jié)構(gòu)掩膜平坦化的外延襯底；干法刻蝕CMP拋光后的外延襯底表面直至所述外延層外漏得到異質(zhì)外延薄膜外延層。該方法能夠使得轉(zhuǎn)移剝離露出的外延層的厚度均勻性較好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件的制造工藝，具體涉及一種異質(zhì)外延薄膜外延層的表面處理方法。

背景技術(shù)

Ⅲ-Ⅴ族化合物被譽(yù)為是第三代半導(dǎo)體材料，其中由于氮化物具有寬的禁帶寬度、高電子遷移率、發(fā)光效率高以及頻率高等特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在藍(lán)、紫光發(fā)光二極管以及半導(dǎo)體激光器上。隨著發(fā)光材料技術(shù)的成熟，發(fā)光二極管以其長(zhǎng)壽命、高效率、高亮度的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在交通信號(hào)燈、路燈以及大面積顯示屏等照明顯示行業(yè)。

氮化鎵(GaN)、氮化銦(GaIn)、氮化鋁(AlN)以及其三元化合物是目前應(yīng)用最多的一種半導(dǎo)體材料，主要應(yīng)用照明顯示等領(lǐng)域，如激光器、探測(cè)器以及高功率放大器等。(Al，Ga，In)N材料的帶隙覆蓋范圍很廣可以從InN的0.7eV到GaN的3.4eV再到AlN的6.2eV。

特別是氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)基發(fā)光二極管的快速發(fā)展，以藍(lán)光發(fā)光二極管為基礎(chǔ)的白光照明與全彩顯示成為全球照明研發(fā)的熱點(diǎn)。發(fā)光二極管已經(jīng)有逐漸取代白熾燈的趨勢(shì)，這也預(yù)示著半導(dǎo)體照明時(shí)代的來臨。高效、大功率氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)基發(fā)光二極管(LED)是目前固態(tài)照明和電子顯示領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。對(duì)于GaN基LED來說，同質(zhì)外延十分困難，所以通常采用異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN薄膜。

雖然以藍(lán)寶石(Al₂O₃)襯底材料作為異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN、AlN基LED工藝已經(jīng)成熟并產(chǎn)業(yè)化，但其與GaN、AlN之間較大的晶格失配(～13.4％)和熱膨脹的差異(～25.5％)，導(dǎo)致外延GaN、AlN薄膜的缺陷密度很大，嚴(yán)重影響LED性能。硅(Si)襯底材料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，晶圓工藝成熟，成本低，是高效、大功率LED理想的襯底材料，但Si和GaN、AlN之間晶格失配(～16.9％)和熱失配(～54％)更大，導(dǎo)致薄膜開裂。所以在Si襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量的GaN外延薄膜難度更高。

隨著LED顯示性能要求的提高，鍵合后的外延襯底層有時(shí)要求徹底去除漏出GaN、AlN層已進(jìn)行后續(xù)工藝加工。在許多其它領(lǐng)域，如高頻通訊領(lǐng)域，也需要類似的基于藍(lán)寶石和SIC的異質(zhì)外延技術(shù)來生長(zhǎng)高質(zhì)量的單晶GaN、AlN薄膜，并完成硅襯底的轉(zhuǎn)移。由于徹底去除GaN、AlN轉(zhuǎn)移后多余的外延襯底的難度較大，直接采用機(jī)械減薄拋光的方法由于拋光和CMP工藝的特點(diǎn)，無法保證晶圓中間和邊緣去除速率相同，導(dǎo)致最終減薄的厚度均勻性(TTV)較差，嚴(yán)重時(shí)可以達(dá)到15um以上，如此難以保證最終得到的GaN、AlN厚度均一性良好。BAW中GaN、AlN的厚度直接影響到濾波頻率，因此最終來自同一個(gè)晶圓切割的器件很難保證頻率的一致。

因此亟需研發(fā)一種異質(zhì)外延薄膜襯底剝離轉(zhuǎn)移工藝，防止轉(zhuǎn)移后的薄膜表面TTV較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種異質(zhì)外延薄膜外延層的表面處理方法，該方法能夠使得轉(zhuǎn)移剝離露出的外延層的厚度均勻性較好。

一種異質(zhì)外延薄膜外延層的表面處理方法，包括：

(1)提供外延襯底，在所述外延襯底上表面制備一外延層，提供待鍵合層；鍵合所述外延層和所述待鍵合層；

(2)機(jī)械減薄拋光所述外延襯底下表面，當(dāng)所述外延襯底的厚度減薄至20-40μm時(shí)停止拋光，在減薄后的外延襯底下表面旋涂一層含Si抗反射涂層(SIARC)/有機(jī)碳層(SOC)的光刻膠三層結(jié)構(gòu)(trilayer)掩膜；