一种硅衬底和将半导体器件与该硅衬底剥离的方法技术

本发明专利技术涉及一种具有特殊结构的硅衬底，其特征在于，在硅本体材料表面以下数微米深度处设置一层腐蚀阻挡层，当接触硅腐蚀液时，该腐蚀阻挡层的腐蚀速度比硅本体材料小。本发明专利技术还涉及将生长在上述硅衬底上的半导体器件与该硅衬底进行剥离的方法，采用这种剥离方法可以将成膜过程中由于热膨胀系数不同所产生的残余应力在整个硅衬底平面范围内均匀地释放，减少因应力释放不均匀造成半导体器件的开裂，有效而简单地将硅衬底与半导体器件进行剥离，提高了半导体器件的合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种硅衬底和将半导体器件与该硅衬底剥离的方法
本专利技术属于半导体器件加工领域。
技术介绍
氮化物化合物半导体材料的能带结构属于直接间隙半导体，适宜用来制造光电器件。氮化物半导体材料的禁带宽度涵盖的面很宽，有宽达6.2eV到0.65eV，发光器件的波长可覆盖从200纳米到近2000纳米的范围。氮化镓半导体材料是氮化物半导体材料中重要的材料，以氮化镓基化合物半导体材料制成的发光器件的波长范围由深紫外到红外光谱的范围。氮化镓基化合物半导体材料具有很好的电绝缘能力，其耐绝缘电场强度高达2x106V/cm。氮化镓基化合物半导体材料具有很好的耐高温性能，适合制造高温器件。氮化镓基化合物半导体材料中的载流子具有很高的饱和速度，高达2.7x107cm/s，是制造高频器件的好材料。氮化镓基化合物半导体材料已用来制造以下产品：LED的发光器件，用于照明或指示灯；LED激光器，用于高密度的储存、高分辨率的投影仪、表面检测等；紫外探测器，作为火焰的探测，燃烧控制，飞机诱导等；光电转换器件，作为太阳能电池、光合成等；超高频器件，用于卫星通信、高速公路交通监测指挥系统；功率型器件，用于发动机控制、大功率逆变器等器件。氮化镓基化合物半导体材料在制造时需在衬底上进行材料的生长。在衬底上生长氮化镓基化合物半导体材料至少要考虑到材料的晶体结构、晶格常数的匹配、热膨胀系数的匹配等因素。在衬底上生长氮化镓基半导体材料时，通常使用有机金属气相外延的方法。该法中利用三甲基镓（TMGa）或三乙基镓（TEGa）作为Ga的原材料，以氨气（NH3）高温分解作为N的原材料，通常以低温GaN或AlN等材料作为缓冲层，在1050℃-1150℃的高温下，在缓冲层上生长氮化镓基半导体材料薄膜。再根据制作器件的要求，生长适合器件性能的各种半导体层结构。如GaN基发光二极管，将在其上生长n-GaN、InGaN/GaN量子阱结构、电子阻挡层和p-GaN层，构成LED结构的外延层。近来，氮化镓基化合物半导体在生长时，以SiC或蓝宝石材料为衬底，但是这些衬底的价格比较高昂。为了降低成本，人们开始采用大口径的单晶硅作为衬底来生长氮化镓基化合物半导体材料，满足不断扩大的市场需求。以硅为衬底的GaN基半导体器件，如LED中，为了消除硅衬底对光的吸收，或者倒装工艺的需要，必须将半导体器件有源部分与硅衬底剥离。将半导体器件与硅衬底进行剥离的常规方法包括机械研磨法和腐蚀法以及二者的组合。机械研磨法是用研磨工具将硅衬底磨去，由于硅衬底的厚度有数百微米，而半导体器件的有源部分往往只有数微米的厚度，当研磨接近到半导体器件层时，为了避免误伤半导体器件，对研磨精度的要求就急剧提高，甚至成为不可能完成的任务。腐蚀法是用对硅衬底具有腐蚀性的硅腐蚀液将硅衬底腐蚀掉，由于硅衬底与半导体器件之间热膨胀系数的差异，在硅衬底材料和半导体器件层内部均存在一定的内部应力，当腐蚀时，由于应力释放不均匀，常常导致半导体器件的薄膜层产生开裂现象，导致工艺成本的增加和成品率下降。因此，如何安全高效地将半导体器件层与硅衬底剥离，成为困扰半导体行业的一个难题。为了解决上述技术难题，本专利技术人专利技术了一种特殊结构的硅衬底，以及将生长在该硅衬底上的半导体器件例如GaN基半导体器件与该硅衬底进行剥离的方法。本专利技术的实施，使得半导体器件成能够方便、高效且安全地与硅衬底剥离，降低了半导体器件制造的成本，提高了产品的合格率。专利技术概述本专利技术的第一方面涉及一种硅衬底，其特征在于，在硅本体材料表面以下数微米深度处设置一层腐蚀阻挡层，当接触硅腐蚀液时，该腐蚀阻挡层的腐蚀速度比硅本体材料小。本专利技术的第二方面涉及一种将生长在硅衬底上的半导体器件与该硅衬底进行剥离的方法，包括以下步骤：1）使用硅衬底作为衬底材料，在该硅衬底第一面上外延生长半导体器件；其中在该硅衬底的硅本体材料表面以下数微米深度处设置一层腐蚀阻挡层，当接触硅腐蚀液时，该腐蚀阻挡层的腐蚀速度比该硅本体材料小；其中以距离所述腐蚀阻挡层近的硅衬底表面为该硅衬底的第一面；2）用光刻胶涂覆该硅衬底的与该第一面相对的第二面，并通过掩膜光刻法在该第二面上制造局部腐蚀的窗口图形；3）将该硅衬底浸入第一硅腐蚀液中，从上述窗口图形处开始腐蚀硅本体材料，直至腐蚀到所述腐蚀阻挡层；其中所述第一硅腐蚀液能腐蚀硅本体材料但基本不腐蚀所述腐蚀阻挡层；4）去除所述第二面上的光刻胶，并在该第一硅腐蚀液中进一步腐蚀硅本体材料，一直腐蚀到所述腐蚀阻挡层；5）使用第二硅腐蚀液，腐蚀掉所述腐蚀阻挡层，并将剩余的硅本体材料也腐蚀掉，完成硅衬底的剥离；其中所述第二硅腐蚀液能够腐蚀所述腐蚀阻挡层。附图简述图1是本专利技术的易被剥离除去的硅衬底的结构示意图。图2是在图1的硅衬底上生长了GaN半导体器件层之后的结构示意图。图3是将图2的硅衬底上的GaN半导体器件贴合于环形支撑材料上之后的结构示意图。图4是本专利技术的局部腐蚀的窗口图形的几种可能的窗口图案设计。图5是本专利技术在窗口处发生局部腐蚀过程的示意图。附图标记列表：1.第一硅本体材料层；2.腐蚀阻挡层；3.第二硅本体材料层；4.半导体器件层；5.环形支撑材料；6.局部腐蚀窗口；7.光刻胶。专利技术详述为了便于理解本专利技术，现对本专利技术详细介绍如下。“衬底”，又名“基板”，是指一块板状、片状或膜状材料，半导体器件是通过气相沉积法等在该衬底上进行外延生长而制成的。“本体材料”是指构成衬底的体相的材料。衬底可以由各种单晶材料制成，例如SiC、蓝宝石或单晶硅，相应地，本体材料为SiC、蓝宝石或单晶硅。单晶硅可以作为衬底的本体材料，即所述硅本体材料可以为硅本身。或者，也可以使用掺杂某些原子，例如掺杂P原子的硅作为向所述本体材料。本专利技术的特殊结构的硅衬底的结构如图1所示，在硅本体材料表面以下数微米深度处设置一层腐蚀阻挡层，该腐蚀阻挡层对于硅腐蚀液的腐蚀速度比硅本体材料小。因此，本专利技术的特殊结构的硅衬底其实至少由三层组成，如图1所示，从下到上依次为，第一硅本体材料层1，腐蚀阻挡层2和第二硅本体材料层3。在一个实施方案中，其中所述腐蚀阻挡层的腐蚀速度远远小于硅本体材料，例如小一个数量级，甚至小两个数量级。所述腐蚀阻挡层是本专利技术的关键点之一。在一个实施方案中，该腐蚀阻挡层可以是P＋型硅单晶层，其通过在硅本体材料中掺杂硼原子而得到。包含该P＋型硅单晶层的特殊结构的硅衬底可以通过以下方法得到：a.提供第一硅本体材料层1；b.在该第一硅本体材料层1的某一晶面上通过外延生长法生长P＋型硅单晶层作为腐蚀阻挡层2。一种常见的外延生长法是气相沉积法，其通过使含有待沉积的元素的气态化合物在高温下分解而将待沉积的元素沉积在衬底表面上。例如，通过对硅源化合物和硼源化合物的混合物进行高温分解，则可以通过气相沉积法来同时沉积硼和硅，则可获得掺杂硼原子的硅材料，即为所述P＋型硅单晶层。硅中掺杂的硼原子越多，则形成的P＋型硅单晶层在硅腐蚀液中的腐蚀速度就越小。因此，通过调节掺杂的硼原子的数量，可以调节得到的P＋型硅单晶层的腐蚀速度。c.在该P＋型硅单晶层上外延生长第二硅本体材料层3。该第二硅本体材料层3与第一硅本体材料层1的本体材料可以相同或不同，但优选相同。在本专利技术的另一实施方案中，含有腐蚀阻挡层的特殊结构的硅衬底也可以通过离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅衬底，其特征在于，在硅本体材料表面以下数微米深度处设置一层腐蚀阻挡层，当接触硅腐蚀液时，该腐蚀阻挡层的腐蚀速度比硅本体材料小。

【技术特征摘要】
1.一种将生长在硅衬底上的半导体器件与该硅衬底进行剥离的方法，包括以下步骤：1)使用硅衬底作为衬底材料，在该硅衬底的第一面上外延生长半导体器件；其中在该硅衬底的硅本体材料表面以下数微米深度处设置一层腐蚀阻挡层，当接触硅腐蚀液时，该腐蚀阻挡层的腐蚀速度比该硅本体材料小；其中以距离所述腐蚀阻挡层近的硅衬底表面为该硅衬底的第一面；2)用光刻胶涂覆该硅衬底的与该第一面相对的第二面上，并通过掩膜光刻法在该第二面上制造局部腐蚀的图形窗口；3)将该硅衬底浸入第一硅腐蚀液中，从上述图形窗口处开始腐蚀硅本体材料，直至腐蚀到所述腐蚀阻挡层；其中所述第一硅腐蚀液能腐蚀硅本体材料但基本不腐蚀所述腐蚀阻挡层；4)去除所述第二面上的光刻胶，并在该第一硅腐...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵春林，林岳明，汪英杰，
申请(专利权)人：华延芯光北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：