[发明专利]一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，涉及一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法。

背景技术

硅薄膜剥离转移技术已经十分成熟，广泛应用于SOI衬底制造、MEMS器件中，主要有SOITEC的H离子注入Smart-cut技术，新傲科技的O离子注入Simbond技术等。其中Smart-cut(智能剥离)技术是一种注入氢离子然后进行剥离的技术，即在键合的一片晶片上注入氢离子，然后和另一硅片在一定温度下键合，键合热处理温度在大约500℃时，氢离子注入处会形成连续的空腔，从而自动剥离形成SOI结构。利用键合技术的智能剥离技术可以获得超薄的硅层。Simbond是一种注氧键合技术，其在硅材料上注入离子，产生了一个分布均匀的离子注入层，此层用来充当化学腐蚀阻挡层，可对圆片在最终抛光前器件层的厚度及其均匀性有很好的控制。采用Simbond技术制备的SOI硅片具有优越的SOI薄膜均匀性，同时也能得到厚的绝缘埋层。

相比于体硅材料，III族氮化物材料因其直接带隙、极大内建电场等特性，在光电、功率、射频、MEMS等领域有其独特优势。其中，III指元素周期表中第III族中的至少一种元素。因此，实现III族氮化物薄膜的剥离转移更有意义。

然而，GaN等III族氮化物材料基于离子注入的薄膜转移技术还不成熟，注入后很难完整剥离，因此难以实现大尺寸薄膜的转移。

现有技术中另一种GaN薄膜剥离转移技术是利用激光对GaN薄膜进行剥离转移，一般用于LED行业。但是，激光剥离的界面很不光滑，应用受到局限。一般只能作为后端技术，如蓝宝石上GaN LED器件的激光剥离。

因此，如何提供一种新的III族氮化物薄膜的剥离转移方法，以实现大尺寸III族氮化物薄膜的转移，并提高薄膜质量，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法，用于解决现有技术中难以实现大尺寸III族氮化物薄膜的转移，且转移的III族氮化物薄膜质量不高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法，包 括以下步骤：

S1：提供一自下而上依次包括硅衬底、绝缘埋层及顶层硅的SOI衬底；

S2：在所述顶层硅表面依次形成III族氮化物薄膜及绝缘帽层；

S3：进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层；

S4：提供一基片，将所述基片键合于所述绝缘帽层表面，得到键合结构；

S5：进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离，得到自下而上依次包括基片、绝缘帽层及III族氮化物薄膜的叠层结构。

可选地，还包括步骤S6：进行化学机械抛光，去除所述III族氮化物薄膜表面多余的顶层硅材料。

可选地，所述SOI衬底采用混合晶向衬底，其中，所述硅衬底采用(100)晶向硅，所述顶层硅采用(111)晶向硅。

可选地，所述SOI衬底采用键合技术得到。

可选地，所述III族氮化物薄膜包括GaN层、AlN层、InN层、InGaN层及AlGaN层中的一种或多种。

可选地，所述III族氮化物薄膜的厚度范围是5nm-100μm。

可选地，所述绝缘帽层包括氮化硅层或二氧化硅层。

可选地，于所述步骤S3中，采用H离子、He离子及B离子中的至少一种进行离子注入。

可选地，于所述步骤S3中，从所述绝缘帽层一面对所述顶层硅进行离子注入。

可选地，所述基片的材料包括硅、锗、锗硅、蓝宝石及碳化硅中的任意一种。

可选地，于所述步骤S5中，退火温度范围是300-1000℃，退火时间是10s-30min。

如上所述，本发明的III族氮化物薄膜的剥离转移方法，具有以下有益效果：本发明的III族氮化物薄膜的剥离转移方法通过混合晶向SOI衬底生长高质量的III族氮化物薄膜，并通过离子注入及键合工艺，将键合结构自SOI顶层硅处剥离，可实现大尺寸的III族氮化物薄膜转移，并可以得到光滑、高质量的III族氮化物薄膜表面。同时，本发明的III族氮化物薄膜的剥离转移方法可广泛应用于材料制备阶段。

附图说明

图1显示为本发明的III族氮化物薄膜的剥离转移方法的工艺流程图。

图2显示为本发明的III族氮化物薄膜的剥离转移方法提供的SOI衬底的示意图。