[发明专利]一种衬底剥离方法

说明书

本发明公开了一种衬底剥离方法。本发明的衬底剥离方法包括以下步骤：(1)在第一衬底上沉积AlN材料，形成复合基板，其中，沉积AlN材料过程中的环境气氛掺有氧元素，使得AlN材料中氧原子浓度高于1E16cmsupgt;‑3/supgt;；(2)将复合基板置于退火炉中，升温至1400‑2000℃，并在此温度退火0.5‑24h，在退火过程中，在AlN材料与第一衬底的界面上方形成反型边界，退火后降温将复合基板取出；(3)在经过退火的复合基板上外延生长外延层，形成完整的外延片；(4)将激光从第一衬底面照射，激光光斑聚焦在反型边界，使得反型边界上方和下方分离，实现第一衬底的剥离。本发明的剥离方法简单，低成本，良率高，且不受限于短波长、大功率激光器。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种衬底剥离方法。

背景技术

宽禁带的AlN(氮化铝)材料性能优异，可广泛应用于紫外发光二极管、紫外光探测器、光学频率梳、声波滤波器等器件中。由于缺少大尺寸、低成本、高品质的AlN单晶衬底，现有AlN材料普遍通过异质外延技术路线获得。异质外延过程中异质衬底和AlN之间较大的热失配和晶格失配等原因使得AlN材料中存在高密度的位错、开裂等缺陷以及残余应变；另外，制备大功率器件过程中，为了解决异质衬底散热性差、导电性差、光出射率低等缺点，我们通常需要利用激光将衬底进行剥离。激光剥离的作用位置通常在AlN和异质衬底的界面处，通过AlN化学键的断裂实现AlN和异质衬底的分离。对于AlN材料而言，其光吸收波长很短，需要波长非常短的激光器。然而，短波长激光器存在功率低、不稳定、光路复杂、剥离良率低、维护成本高的“卡脖子”难题，严重阻碍了AlN材料的激光剥离。综上所述，我们急需发展一种兼顾AlN晶体质量和衬底剥离效果的新型技术路线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、高良率的衬底剥离方法，旨在解决现有激光剥离技术受限于短波长、大功率激光器的难题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种衬底剥离方法，包括以下步骤：

(1)在第一衬底上沉积AlN材料，形成复合基板，其中，沉积AlN材料过程中的环境气氛掺有氧元素，使得AlN材料中氧原子浓度高于1E16 cm^-3；

(2)将复合基板置于退火炉中，升温至1400-2000℃，并在此温度退火0.5-24h，在退火过程中，在AlN材料与第一衬底的界面上方形成反型边界，退火后降温将复合基板取出；

(3)在经过退火的复合基板上外延生长外延层，形成完整的外延片；

(4)将激光从第一衬底面照射，激光光斑聚焦在反型边界，使得反型边界上方和下方分离，实现第一衬底的剥离。

本发明通过在沉积AlN材料过程中的环境气氛掺入O元素，使AlN材料掺入微量的O杂质。在高温退火的过程中，AlN/第一衬底界面上方几nm到几十nm范围内由于O元素在此位置富集，形成AlON结构，会出现反型边界，在此边界下方为N极性AlN，在此界面上方为Al极性AlN。此反型边界结晶质量较差，存在较高浓度的点缺陷和杂质，会存在强烈的光吸收，其吸收波长要长于AlN的本征吸收峰。因此，将激光从第一衬底面照射，激光光斑聚焦在反型边界时，由于反型边界存在强烈的光吸收，其吸收波长比AlN本征吸收峰要长，会使材料化学键断裂，使得反型边界上部分和下部分分离，从而实现第一衬底的剥离。并且，由于反型边界位置较为一致，所以衬底剥离位置较为均匀，有效解决外延片容易开裂的问题，提高激光剥离成功率。

进一步地，所述反型边界的厚度为1-10nm。

进一步地，步骤(1)中，所述复合基板中AlN的厚度为10-2000nm。