[发明专利]应变层的松弛

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造在电子、光电子、光生伏打领域中有用的半导体器件的应变层和柔性衬底的领域，具体地，涉及通过柔性衬底松弛应变异质外延膜。

背景技术

通过异质外延在衬底上生长薄膜是半导体技术中重要的制造步骤。例如，当无法获得天然大块衬底或者天然大块衬底很贵时，经常通过在籽晶衬底上进行异质外延来形成有用材料。在发光半导体器件或太阳能电池领域中，需要在如蓝宝石或SiC的衬底上生长III/N材料的异质外延膜。但是，当与多种材料中的一种材料相比，通过以不同晶格常数和不同热膨胀系数在衬底上进行异质外延来形成所述多种材料时，由于不合适的压缩或拉伸应变以及相应产生的位错和破裂而造成对材料质量的有害效果。因此，通过异质外延形成具有有限厚度的材料膜，使得在材料中不发生破裂和位错。在向另一个衬底转移异质外延膜之后，这些膜可以例如用于外延生长在电子、光电子和光生伏打应用中使用的层。但是，由于晶格参数不合适而使薄异质外延膜应变，并且会使外延生长或后续步骤的质量恶化。

但是，目前使用的用于松弛低粘度层上的应变异质外延膜的方法经常不显示出针对于抑制屈曲、抑制破裂形成等的满意结果，并且难以实现完全的面内松弛。因此，本发明的根本问题是提供一种避免或至少缓解上述缺陷的用于完全或几乎完全松弛在衬底上方形成的应变层的方法。

发明内容

通过根据权利要求1所述的用于松弛应变材料层的方法来解决上述问题。该方法包括以下步骤：

在所述应变材料层的一面上淀积包括第一柔性材料的第一低粘度层；

在所述应变材料层的另一面上淀积包括第二柔性材料的第二低粘度层，以形成第一夹层结构；以及

使所述第一夹层结构经受热处理，使得造成所述第一低粘度层和所述第二低粘度层的回流，由此至少部分地松弛所述应变材料层。

术语“低粘度”用于表示这样指定的层在热处理(也参见下面的讨论)过程中的柔性和变形能力。具体地，在玻璃转变温度以上的温度进行的热处理导致第一和第二低粘度层的一些回流(例如由于某种玻璃转变的塑料变形)，由此弹性地松弛了应变材料层。在应变材料层的两侧上设置低粘度层允许在不形成缺陷的情况下该应变材料层的自由位移以及，具体地，应变材料层的完全松弛(如果需要的话)。通过适当选择热处理工序的温度和持续时间可以实现完全松弛。

在使所述夹层结构经受所述热处理之前，第一衬底可以粘合到所述第一低粘度层和所述第二低粘度层之一。该第一衬底可以有利地用于从籽晶衬底的转移，在该籽晶衬底上预先异质外延生长应变材料层。而且，在热处理的步骤之前，第二衬底可以粘合到所述第一低粘度层和所述第二低粘度层中的另一个，由此形成包括两个衬底、两个低粘度层和应变材料层的第二夹层结构。

包括了可由例如蓝宝石或某种Si化合物制成的第一衬底和第二衬底的第二夹层结构提供了这样的优点：可以可靠地防止在松弛热处理过程中应变材料层的屈曲。实际上，在抑制或显著减小表面屈曲并且允许应变材料层的主要横向松弛的热处理过程中，第一衬底和第二衬底用作几乎无限刚性的机械加强件。在热处理过程中衬底的膨胀还可以参与应变材料的松弛。

优选地，第一衬底和第二衬底由相同的材料或者至少类似热膨胀系数的材料制成，以避免在热处理过程中由于应变材料层两侧上的显著不同的膨胀而导致第二夹层结构可能破裂的风险。可以有利地选择衬底的材料和厚度，使得热膨胀系数之间的错配效果在回流温度下足够低，使得第二夹层结构在加热过程中机械地稳定，以限制衬底的解体、破裂或分裂的风险。在回流温度下，衬底的热膨胀系数可以相差不多于20％，优选地不多于10％，更有选地，不多于5％。例如，第一衬底和第二衬底可以从Si/SiC、GaAS/Ge、SiC/AlN或GaN/AlN的对中选择。

对于粘合第二衬底以实现第二夹层结构另选的是，一些(机械)压力可以施加到应变材料层，以避免或抑制在热处理过程(也参见下面参照图4和图5的描述)中可能形成的褶皱。因此，根据另一个示例，不是粘合第二衬底，而是该方法包括：在至少一部分所述热处理过程中具体地通过活塞将机械压力与所述应变材料层的面垂直地施加给所述第一低粘度层和所述第二低粘度层中的另一个(没有粘合第一衬底的低粘度层)。具体地，该压力可以以不均匀的方式施加到整个应变材料层上，使得所述压力从所述第一低粘度层和所述第二低粘度层的另一个的一侧线性变化到另一侧，或者中心的压力高于边缘的压力。