一种自支撑衬底的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自支撑衬底的制备方法，包括：制备薄膜基底结构，所述薄膜基底结构包括依次层叠的第一衬底层、薄膜层和第二衬底层；将所述第一衬底层从所述薄膜层上剥离；在远离所述第二衬底层的所述薄膜层的一面继续生长与所述薄膜层材料相同的材料，以制备厚膜层；将所述第二衬底层从所述厚膜层上剥离，保留所述厚膜层。本发明专利技术提出的自支撑衬底的制备方法，可以在更大直径的衬底上生长薄膜，而薄膜因为厚度很薄所以不会造成薄膜和/或衬底的破裂，因此可以获得直径很大的薄膜，进而最终获得大尺寸的自支撑厚膜衬底。获得大尺寸的自支撑厚膜衬底。获得大尺寸的自支撑厚膜衬底。

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑衬底的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种自支撑衬底的制备方法。

技术介绍

[0002]GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SiC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。GaN材料已被广泛应用到各种商业领域，例如LED、通信基站的功率放大器以及消费类电子中的充电器等。
[0003]对于GaN材料，长期以来由于衬底单晶没有解决，异质外延缺陷密度相当高。目前为了获得GaN单晶衬底，主要采用了以下三种方法，一种方法是采用高温高压，通过氮气和金属镓直接反应制备GaN单晶体，另一种是利用助熔剂方法在较低的温度和氮压力下生长GaN单晶体；最后一种方法是采用氢化物气相外延生长法(HVPE，Hydride Vapor Phase Epitaxy)在异质衬底上通过生长GaN厚膜，然后将厚膜和异质衬底剥离后得到GaN自支撑单晶衬底。由于工艺原理的局限性，很难采用前两种方法制备大尺寸的晶体，因此商业化的GaN单晶衬底主要采用具有设备简单、成本低、生长速度快等优点的HVPE技术来制备，由于HVPE技术采用异质衬底，所以所获得的GaN单晶衬底尺寸可以由蓝宝石、SiC和硅基衬底等异质外延衬底的尺寸大小来决定，容易获得大尺寸的单晶衬底，特别是基于蓝宝石衬底的GaN自支撑单晶衬底技术，已经得到了广泛的商业化应用。
[0004]国际上主流的基于HVPE技术在蓝宝石衬底上制备GaN自支撑单晶衬底的研究都致力于解决两个主要问题，一个问题是由于蓝宝石材料和GaN材料存在较大的晶格失配和热失配问题，当GaN材料的外延膜达到几十微米时就会因为应力而开裂，严重影响制备大尺寸GaN自支撑单晶衬底的良率；另外一个问题是如何将GaN厚膜与衬底进行分离。各种插入层技术和图形掩膜工艺被广泛研究和申请专利，用以减少由晶格失配导致的开裂和提高晶体质量，例如日本住友电气Sumitomo Electric Industries，Ltd.。
[0005]目前国内外研究氮化镓衬底是用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)和HVPE两台设备分开进行的。即先用MOCVD在蓝宝石衬底上生长0.1～1微米的结晶层，再用HVPE生长约300微米的氮化镓衬底层，最后将原衬底剥离、抛光等。也有直接用HVPE在蓝宝石衬底上先低温生长成核层，再升高温度生长一定厚度的GaN厚膜。
[0006]但是，由于晶格失配和热适配的原因，在氮化镓的厚度达到一定程度时会使得衬底变成碗状的弯曲，会严重影响衬底剥离的良率，同时由于获得的厚膜也是弯曲不平的，不仅需要用机械研磨的方式加工成平片，同时也限制了大尺寸的厚膜的可获得性，尺寸太大后碗状弯曲会变得无法承受导致衬底和厚膜裂开或碎片。目前的方法一般最大可以支撑在
4英寸或6英寸大小的衬底上生长厚膜，更大的蓝宝石衬底例如8英寸和10英寸则没有办法承受这种制作方法所带来的弯曲。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种自支撑衬底的制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0008]一种自支撑衬底的制备方法，包括：
[0009]制备薄膜基底结构，所述薄膜基底结构包括依次层叠的第一衬底层、薄膜层和第二衬底层；
[0010]将所述第一衬底层从所述薄膜层上剥离；
[0011]在远离所述第二衬底层的所述薄膜层的一面继续生长与所述薄膜层材料相同的材料，以制备厚膜层；
[0012]将所述第二衬底层从所述厚膜层上剥离，保留所述厚膜层。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，制备薄膜基底结构，包括：
[0014]选取第一衬底层；
[0015]在所述第一衬底层上制备薄膜层；
[0016]在远离所述第一衬底层的所述薄膜层的一面上制备第二衬底层。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，在远离所述第一衬底层的所述薄膜层的一面上制备第二衬底层，包括：
[0018]选取第二衬底层；
[0019]将所述薄膜层与所述第二衬底层键合在一起。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，将所述薄膜层与所述第二衬底层键合在一起，包括：
[0021]将所述薄膜层与所述第二衬底层通过粘合层贴合在一起。
[0022]通过晶圆键合的方式将所述薄膜层与所述第二衬底层键合在一起。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，所述粘合层包括第一粘合层和第二粘合层，其中，
[0024]将所述薄膜层与所述第二衬底层通过粘合层贴合在一起，包括：
[0025]在所述薄膜层上制备第一粘合层；
[0026]在所述第二衬底层上制备第二粘合层；
[0027]通过所述第一粘合层和所述第二粘合层将所述薄膜层与所述第二衬底层贴合在一起。
[0028]在本专利技术的一个实施例中，将所述第一衬底层从所述薄膜层上剥离，包括：
[0029]通过激光剥离或化学腐蚀方法将所述第一衬底层从所述薄膜层上剥离。
[0030]在本专利技术的一个实施例中，在远离所述第二衬底层的所述薄膜层的一面继续生长与所述薄膜层材料相同的材料，以制备厚膜层，包括：
[0031]通过MOCVD或HVPE在远离所述第二衬底层的所述薄膜层的一面继续生长与所述薄膜层材料相同的材料，以制备所述厚膜层。
[0032]在本专利技术的一个实施例中，将所述第二衬底层从所述厚膜层上剥离，包括：
[0033]通过化学腐蚀方法方法将所述第二衬底层从所述厚膜层上剥离。
[0034]在本专利技术的一个实施例中，所述第二衬底层与所述薄膜层的材料为同一系列的材
料。
[0035]在本专利技术的一个实施例中，所述薄膜层的材料为GaN系材料。
[0036]本专利技术的有益效果：
[0037]本专利技术提出的自支撑衬底的制备方法，可以在更大直径的衬底上生长薄膜，而薄膜因为厚度很薄所以不会造成薄膜和/或衬底的破裂，因此可以获得直径很大的薄膜，进而最终获得大尺寸的自支撑厚膜衬底。
[0038]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0039]图1是本专利技术实施例提供的一种自支撑衬底的制备方法的流程示意图；
[0040]图2a～图2i是本专利技术实施例提供的一种自支撑衬底的制备方法的过程示意图；
[0041]图3a～图3f是本专利技术实施例提供的一种薄膜层的制备方法的过程示意图。
具体实施方式
[0042]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑衬底的制备方法，其特征在于，包括：制备薄膜基底结构，所述薄膜基底结构包括依次层叠的第一衬底层、薄膜层和第二衬底层；将所述第一衬底层从所述薄膜层上剥离；在远离所述第二衬底层的所述薄膜层的一面继续生长与所述薄膜层材料相同的材料，以制备厚膜层；将所述第二衬底层从所述厚膜层上剥离，保留所述厚膜层。2.根据权利要求1所述的自支撑衬底的制备方法，其特征在于，制备薄膜基底结构，包括：选取第一衬底层；在所述第一衬底层上制备薄膜层；在远离所述第一衬底层的所述薄膜层的一面上制备第二衬底层。3.根据权利要求2所述的自支撑衬底的制备方法，其特征在于，在远离所述第一衬底层的所述薄膜层的一面上制备第二衬底层，包括：选取第二衬底层；将所述薄膜层与所述第二衬底层键合在一起。4.根据权利要求3所述的自支撑衬底的制备方法，其特征在于，将所述薄膜层与所述第二衬底层键合在一起，包括：将所述薄膜层与所述第二衬底层通过粘合层贴合在一起。通过晶圆键合的方式将所述薄膜层与所述第二衬底层键合在一起。5.根据权利要求4所述的自支撑衬底的制备方法，其特征在于，所述粘合层包括第一粘合层和第二粘合层，其中，将所述薄膜层与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜涛，
申请(专利权)人：乂馆信息科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：