层叠有宽带隙半导体的复合基板的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种制造低成本结合晶片（８）的方法，该方法能使宽带隙半导体（１）的块状晶体尽量薄地转印到处理基板（３）上而不破坏基板。该方法是通过在处理基板（３）的表面上形成宽带隙半导体薄膜层（４）来制造结合晶片（８），该方法包括以下步骤：从具有２．８ｅＶ以上的带隙的宽带隙半导体（１）的表面（５）注入离子来形成离子注入层（２）；对所述处理基板（３）的所述表面或所述宽带隙半导体（１）的所述离子注入表面（５）中的至少一个表面进行表面活化处理；结合所述宽带隙半导体（１）的所述表面（５）和所述处理基板（３）的所述表面来获得结合体（６）；对所述结合体（６）进行１５０℃－４００℃的热处理；以及从所述结合体（６）的所述半导体基板（１）侧向所述宽带隙半导体（１）的所述离子注入层（２）照射可见光，以使所述离子注入层（２）的界面脆化，然后将所述宽带隙半导体薄膜层（４）转印到所述处理基板（３）上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括宽带隙半导体层的复合基板的制造方法。
技术介绍
近年来，宽带隙半导体作为用于功率半导体和短波长激光器的基板已受到重视。特别是，碳化硅SiC(2. 9eV 3. OeV)、氮化镓GaN(3. 4eV)、氧化锌ZnO(3. 37eV)、钻石 (5. 47eV)和氮化铝AlN(6. OeV)等材料尤其受到重视，这是因为它们具有高的带隙。然而，虽然通过异质外延生长在单晶蓝宝石或单晶SiC上沉积GaN(作为示例)，但沉积的GaN由于晶格常数差异的原因而具有大量的缺陷，从而如今难以将GaN应用到功率半导体、高性能激光器等中。在这些单晶体的生产方法中，最佳质量的晶体的生产方法是诸如水热合成方法 (hydrothermal synthesis method)之类的晶体生长方法，众所周知，从由该方法生产的块状晶体切出的片(晶片)具有最佳质量。然而，晶体生长需要时间，因此晶体价格极高，如今仍未广范围应用。但是，实际用作器件的部分仅限于从表层(surficial layer)开始的数百纳米至数个微米的范围，所以可以说，将块状晶体薄薄地转印到处理基板的方法来降低成本是一种自然的想法。可以将SOITEC方法引用为膜转印的常规方法，在这个方法中，以如下方式将半导体膜转印到处理基板上将预先在室温下经过氢离子注入的半导体基板(供体基板)和充当支撑基板的基板(处理基板)相互结合，使它们在高温(约500°C )下经历热处理以产生大量的微气泡(称作微腔)并进行剥离(detachment)。然而，在实践中，由于供体基板和处理基板(例如，硅、石英、蓝宝石等)之间的热膨胀系数差异的原因，可预料到，将两个基板简单地结合及提高温度将导致基板断裂，因此不能形成复合基板。还存在另一种被称作SiGen方法的方法，在该方法中，使同样预先经历氢离子注入的半导体基板的表面和/或处理基板的表面经历等离子处理以活化表面，接着使其相互结合，对基板进行机械冲击以在氢离子注入界面处进行剥离。然而，由于膜转印依赖于机械方法(冲击等)，因此存在如下问题由于基板的低机械强度的原因，基板在膜从小尺寸的薄半导体基板的转印期间受到破坏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本结合晶片的制造方法，该方法能够在不破坏基板的情况下将块状的宽带隙半导体晶体尽量薄地转印到处理基板上。为了解决上述问题，本专利技术提出了如下制造方法。更具体地，所述方法通过在处理基板的表面上形成宽带隙半导体膜来制造结合晶片，所述方法包括以下步骤通过从具有2. SeV以上的带隙的宽带隙半导体基板的表面注入离子来形成离子注入层；对所述处理基板的所述表面和所述宽带隙半导体基板的所述离子注入表面中的至少一个表面进行表面活化处理；通过结合所述宽带隙半导体基板的所述表面和所述处理基板的所述表面来获得结合基板；对所述结合基板进行150°C以上且 400°C以下的热处理；以及使用可见光从所述结合基板的所述宽带隙半导体基板侧或者所述处理基板侧对所述宽带隙半导体基板的所述离子注入层进行照射，以使所述离子注入层的界面脆化，然后将所述宽带隙半导体膜转印到所述处理基板上。本专利技术能够使形成在宽带隙半导体基板中的离子注入层的界面有效并充分地脆化而不依赖于机械冲击，并能够将宽带隙半导体的块状晶体尽可能薄地转印到处理基板上，从而能够降低成本。另外，本专利技术还能够防止由宽带隙半导体基板和处理基板的热膨胀系数之间的差异所导致的结合晶片的断裂或缺口、结合表面处的脱离等。附图说明图1是表示本专利技术的结合晶片的制造方法的实施例的图。图2是表示本专利技术的结合晶片的制造方法的另一实施例的图。具体实施例方式附图标记的说明1宽带隙半导体基板2离子注入界面3处理基板4宽带隙半导体膜5离子注入表面(离子注入面)6结合基板8结合晶片9结合表面本专利技术旨在提供一种通过在处理基板的表面上形成宽带隙半导体膜来制造结合晶片的方法。由于本专利技术中所采用的宽带隙半导体基板具有宽带隙，所以该基板对于处于可见光的整个波长范围(450nm 700nm)的光或至少处于可见光的较长波长范围内的光是透明的或具有70%以上的光透射率。例如，宽带隙半导体的示例包括但不限于碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、钻石和氮化铝(AlN)，能够应用具有2. SeV以上带隙的半导体。 这是因为鉴于对应2. 8eV的吸收边(absorption edge)约为450nm(吸收边波长(微米) =1.24/带隙(eV))，所以波长大于吸收边波长的光几乎不可能被吸收。例如，带隙的标准上限可以是6. 5eV，半导体特性在6. 5eV以上消失而绝缘特性增大。带隙是指纯半导体的禁带宽度(forbidden band width)，其是在不考虑通过加入杂质而形成的杂质水平的情况下的值。在本说明书中，带隙的值是通过将吸收边处的波长转换成能量而获得的。在本专利技术中，宽带隙半导体基板可具有25mm IOOmm的直径。不特定限制宽带隙半导体基板的厚度。然而，接近SEMI/JEIDA标准的Imm以下的普通薄晶片易于处理。只要处理基板能够支撑上述宽带隙半导体膜，则不特定限制处理基板，处理基板的示例包括硅基板、其上形成有氧化物膜的硅基板、氧化铝基板、非单晶氮化硅基板、碳化硅基板、玻璃基板、石英基板和蓝宝石基板。在下述可见光照射步骤中，当从处理基板侧进行可见光照射时，期望处理基板在用于照射的可见光的波长范围内表现出较小的能量损失，只要处理基板在上述可见光范围内表现出70%以上的透射率，则不特定限制处理基板。然而，重要的是，处理基板优选是在绝缘和透明度方面表现优异的玻璃、石英和蓝宝石中的任何一种。在本专利技术中，宽带隙半导体基板通常具有25mm IOOmm的直径。不特定限制宽带隙半导体基板的厚度。然而，接近 SEMI/JEIDA标准的Imm以下的普通薄晶片易于处理。如图1和图2所示，首先从宽带隙半导体基板1的表面5进行离子注入，从而形成离子注入层2，接着，在待结合的各表面经历表面活化处理之后，将宽带隙半导体基板的表面5和处理基板3相互结合，从而获得结合基板6。后面将详细说明离子注入。在宽带隙半导体基板形成有离子注入层之后，可在宽带隙半导体基板上形成厚度约为50nm的SiO2膜。在这种情况下，在结合步骤中获得了增加结合强度的优点。表面活化处理方法可包括臭氧水处理(ozone water treatment)、UV臭氧处理、离子束处理和等离子处理。尽管仍不能完全解释由于表面活化而使结合力增大的机理，但能够以如下方式说明该机理。在臭氧水处理或UV臭氧处理的情况下，以如下方式进行活化 臭氧使表面上的有机物质分解，从而增加了表面上的OH基团。另一方面，在离子束处理或等离子处理的情况下，通过将高活性悬空键(dangling bond)暴露在晶片表面处或将OH基团加入到悬空键来进行活化。可以测量亲水性(可湿性)的程度来确认表面活化。具体地，可通过在晶片表面上进行滴水并测量接触角(contact angle)来进行简单的测量。在臭氧水处理的情况下，可通过将晶片浸入到以大约10mg/L的浓度溶解有臭氧的纯水中来实现表面活化。在UV臭氧处理的情况下，能够通过使臭氧气体或产生自空气的臭氧气体经历UV 光照射(如，185nm)来进本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种通过在处理基板的表面上形成宽带隙半导体膜来制造结合晶片的方法，所述方法包括以下步骤：从具有２．８ｅＶ以上的带隙的宽带隙半导体基板的表面注入离子来形成离子注入层；对所述处理基板的所述表面和所述宽带隙半导体基板的所述离子注入表面中的至少一个表面进行表面活化处理；结合所述宽带隙半导体基板的所述表面和所述处理基板的所述表面来获得结合基板；对所述结合基板进行１５０℃以上且４００℃以下的热处理；以及使用可见光从所述结合基板的所述宽带隙半导体基板侧对所述宽带隙半导体基板的所述离子注入层进行照射，以使所述离子注入层的界面脆化，然后将所述宽带隙半导体膜转印到所述处理基板上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋山昌次，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP