[发明专利]制造用于半导体器件的薄膜粘结衬底的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年5月29日提交的韩国专利申请No.10-2012-0056459的优先权，该申请的全部内容为所有目的通过引用并入本申请。

技术领域

本发明涉及制造用于半导体器件的薄膜粘结衬底的方法，更具体地，涉及能够排除相关技术的导电势垒层、防止反射层因高温处理而发生故障、并且从根本上防止由彼此粘结的异质材料之间的热膨胀系数差而引起的裂纹的、制造用于半导体器件的薄膜粘结衬底的方法。

背景技术

诸如激光二极管或发光二极管（LED）之类的半导体器件的性能和寿命由构成相应器件的多个部件决定，尤其由其上堆叠器件的基础衬底决定。因此，正在提出几种用于制造高质量半导体衬底的方法，并且对III-V族化合物半导体衬底的关注正在增加。

这里氮化镓（GaN）衬底可以被视为III-V族化合物半导体衬底的代表性示例。尽管GaN衬底与砷化镓（GaAs）衬底、磷化铟（InP）衬底等等都适合于半导体器件，但是GaN衬底的制造成本比GaAS衬底和InP衬底的制造成本昂贵的多。因此，采用GaN衬底的半导体器件的制造成本变得很高。这源于GaN衬底、GaAs衬底和InP衬底的制造方法的差别。

具体地，对GaAs衬底和InP衬底来说，因为通过诸如布里奇曼（Bridgman）法或柴克拉斯基（Czochralski）法之类的液体方法实施晶体生长，所以晶体生长速度快。因此，可以很容易地在例如大约100小时的晶体生长时间内制备具有200nm或更大厚度的GaAs或InP大晶体块。于是，能够从GaAs或InP大晶体块上裂解出具有200μm至400μm范围的厚度的大量（例如100个或100个以上）GaAs或InP衬底。

相比之下，对于GaN衬底来说，因为通过诸如氢化物气相外延（HVPE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）之类的气相沉积方法实施晶体生长，所以晶体生长速率慢。在一示例中，100小时的晶体生长时间内仅能够制备具有大约10mm厚度的GaN晶体块。当晶体厚度在该范围内时，从那块晶体中仅能够分割出具有200μm至400μm范围的厚度的少量（例如10个）GaN衬底。

然而，当从GaN晶体块中裂解出的GaN膜的厚度下降以便增加裂解的GaN衬底的数量时，裂解出的衬底的机械强度降低至使裂解出的衬底不能形成自支撑衬底的程度。因此，需要一种用于增强从GaN晶体块中裂解出的GaN薄膜层的强度的方法。

作为用于增强相关技术的GaN薄膜层的方法，存在一种制造衬底（下文中被称为粘结衬底）的方法，在该方法中GaN薄膜层被粘结到具有与GaN不同化学成分的异质衬底上。

对于用于高亮度和高效率应用的垂直LED结构来说，垂直LED整体必须导电，因为电流沿LED的垂直方向（即上下方向）流动。此外，为了提高垂直LED的发光效率，需要通过在LED内部形成反射层来提取光源生成的90%或更多的蓝色波长光。

为了将应用有层转移技术的GaN/Si粘结衬底用作这些垂直LED的衬底，必须在GaN薄膜和Si衬底之间形成反射层。此外，使用MOCVD设备在氢气中以1000°C的处理温度实施GaN/Si粘结衬底上垂直LED的外延生长层的生长工艺。然而，在1000°C下，GaN分解成Ga和N，这导致Ga金属的析出。所析出的Ga金属经由对Si的回熔刻蚀（metal-back etching）而损坏Si衬底。此外，由于GaN的热膨胀系数是Si的两倍，所以在200°C下直接粘结的GaN/Si粘结衬底在外延生长工艺之后被冷却至室温时，由于热膨胀系数差而易于产生裂纹。

在相关技术中，为了对此进行补偿，在Si衬底上沉积降低Ga和Si之间的反应的势垒材料。这里，考虑到垂直LED的特性，势垒材料需要是导电的，并且势垒材料需要满足能够在1000°C的高温下正常工作的复杂要求。这与上面描述的反射层相同。这需要使用昂贵的材料来满足该要求，从而引起增加制造成本的问题。

在本发明的背景技术部分公开的信息仅用于更好地理解本发明的背景，而不应当被认为承认或以任何形式暗示该信息形成本领域技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供一种制造用于半导体器件的薄膜粘结衬底的方法，该方法能够排除相关技术的导电势垒层，防止反射层因高温处理而发生故障，并且从根本上防止由于彼此粘结的异质材料之间的热膨胀系数差而导致的裂纹。