[发明专利]制备无排除区的外延用结构的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及通过从复合结构外延生长(同质外延或异质外延)制得如III/N型，III/V型材料或IV族材料的半导体材料层的领域，所述复合结构典型地包括支撑衬底和作为半导体材料层外延生长起始的晶体生长籽晶层。术语“III/V型材料”应当被理解为由选自化学元素周期表的第三族和第五族的元素构成的材料，这些材料可能是二元、三元或四元材料。

背景技术

这种复合结构通常通过公知的Smart-(智能剥离技术)制得。图1A到1C是用于采用智能剥离技术外延生长的复合结构的示意图。

图1A描述了源衬底或施予衬底1，其一面通过离子物质(如H⁺离子)轰击注入10，以在衬底的一定深度制得弱化区2。如图1B所示，经注入的施予衬底1与支撑衬底或“接受”衬底3紧密接触(通过晶片结合)。然后，如图1C所示，施予衬底在弱化区被分开，以施予衬底的将位于注入面和弱化区之间的部分转移到接受衬底上，被转移的部分构成了晶体生长籽晶层4。

如图1C所示，在通过智能剥离技术将薄晶体生长籽晶层转移到支撑衬底以制备复合衬底的过程中，在支撑衬底1的外围形成了排除区对应于薄层4的未被转移部分的“排除区”或环5。

这是因为，如图1B概括描述和依据SEMI^TM的标准，施予衬底1和支撑衬底3，在各自面的外围包含倒角或“边缘倒圆”区1a和3a，其作用是便于操作衬底，及避免因边缘突出可能引起的边缘开裂，边缘开裂是晶片表面微粒污染的根源。

然而，这种倒角的存在影响了支撑衬底和施予衬底在其外围的良好接触。结果，在组件外围产生的结合力不足以保持覆盖在施予衬底将被转移到支撑衬底部分的整个宽度上。被转移的晶体生长籽晶层4具有很小的厚度，因其由注入形成的方式被限定在几百个纳米。很小的厚度造成籽晶层的机械强度变弱，剥离过程中在倒角处发生断裂。因此在支撑的外围由施予衬底1剥离出的层4没有被转移，这样产生了排除区5。

在包含排除区的晶体生长籽晶层上外延形成的厚层要与转移的籽晶层被截后的直径相一致，即比标准支撑衬底的直径小。这导致了必然的材料损失。

另外，依照智能剥离技术，当厚层被用作用于转移薄层的施予衬底时，因边缘倒圆而再次形成排除区。得到的衬底最终具有一个缺少材料的非常明显的环，由此限制了其应用。

美国专利文献US 6 974 760描述了该现象，并公示了薄层转移方法，其中注入剂量和能量被参数化表示，使得施予衬底上对应于此排除区的材料在剥离过程中被减少和剥落。因此施予衬底易于循环使用。

然而，不管是否采用特殊的转移方法，在转移层的外围一直会存在排除区。为了获得具有与标准衬底直径相同直径的转移层，必须采用具有比待转移层期望直径更大直径的支撑衬底和施予衬底。然而，除了附加的材料成本之外，用于制备这种复合结构的处理设备只能接受具有特定(标准)直径的晶片，如直径200mm的晶片。该设备一般不适于其他直径。

而且，旨在增强支撑衬底和弱化的施予衬底之间结合的加热不会在组件已经充分组合前引起开裂。在这种情况下，存在部分开裂及精度失准的风险。尽管为结合需要采用低温，但为了获得足够的粘着力，待结合的表面必须高度平整，其上任何粗糙必须被高度抛光，以获得良好接触和最大的粘着力。这进一步增加了制造成本，尤其是对于如SiC或GaN的高硬度材料的情况。

发明内容

本发明的目的是解决上述提到的缺陷并提出允许外延生长半导体材料(尤其是III/N，III/V和IV型)的厚层的结构，这些层具有与生长层的初始直径相对应的特定直径，即使使用具有外围倒角及边缘倒圆区的晶片也是如此。

该目的通过用于制备外延用复合结构的工艺来实现，外延用复合结构包括在支撑衬底上的至少一个半导体材料的晶体生长籽晶层，支撑衬底和晶体生长籽晶层在其接合面的外围都有倒角或边缘倒圆区，其中该工艺包括至少一个通过分子间粘着将结晶籽晶层结合到支撑衬底的步骤，和至少一个减薄晶体生长籽晶层的步骤，所述的晶体生长籽晶层在减薄后具有与起始直径相同的直径。

由此，本发明的工艺能够获得用于形成外延生长层的生长衬底，与采用智能剥离技术获得的生长衬底相比没有直径损失。这是因为，与采用智能剥离技术的复合结构的制备不同，依据本发明工艺的复合结构的制备无须转移生长籽晶层，因此避免了在所述层的外围出现排除区，并由此直接提供了具有特定直径的生长籽晶层，该特定直径与用来形成籽晶层的晶片的起始直径对应。通过该籽晶层得到的半导体材料的厚层也相应的具有相同的特定直径。