[发明专利]一种将半导体衬底主体与其上功能层进行分离的方法

说明书

本发明涉及一种将半导体衬底主体与其上功能层进行分离的方法，包括以下步骤：提供离子注入的半导体衬底，离子注入通过半导体衬底上表面，离子注入深度位于上表面下0.1μm－100μm，离子注入在半导体衬底表面下产生一层离子损伤层；在离子注入的半导体衬底上表面制备功能层；在所述功能层上制作至少一层应力导入层，至少一层应力导入层中存在张应力，至少一层应力导入层在功能层中产生压应力；由此可将半导体衬底及其上的功能层在离子损伤层处进行分离。本发明直接在半导体衬底表面进行电子器件的制备，由于离子的注入深度决定了半导体衬底的厚度，本发明的半导体衬底具有与SOI薄膜相同的作用效果，且不需要键合工艺，减少了生产工艺，降低了生产成本。

本申请是申请日为2016年9月14日，进入中国国家阶段的日期为2018 年4月2日，国家申请号为2016800538558、发明名称为“一种将半导体衬底主体与其上功能层进行分离的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电子器件的制造技术领域，具体涉及一种将半导体衬底主体与其上功能层进行分离的方法。

背景技术

半导体材料被广泛应用于电子器件的制造，半导体材料的应用与人们的日常生活和尖端科技都息息相关。半导体材料已经从上世纪以硅、锗为代表的第一代，发展到以碳化硅、氮化镓等为代表的第三代。无论是基于第一代、第二代或第三代半导体材料的电子器件制造工艺，都离不开半导体衬底，半导体衬底的成本直接关系着衬底上制作的电子器件的成本。第一代和第二代半导体衬底大都由溶体法生长制备，第三代半导体衬底则主要由气相生长制备如化学气相沉积(CVD)，金属化学气相沉积(MOCVD)，物理气相传输(PVT)，和氢化物气相外延(HVPE)，等。第三代半导体衬底的生产成本要明显高于第一代和第二代半导体衬底的生产成本。因此，降低半导体衬底的成本，特别是降低第三代半导体衬底的成本对于第三代半导体电子器件的普及应用会带来极大的好处。

上世纪90年代，离子切割薄膜转移技术(smart-cut)被用于制作SOI (silicononinsulator)衬底，离子切割薄膜转移技术是基于离子注入方法分离衬底与衬底薄膜层的技术。SOI制作工艺是首先在施主硅衬底表面制作一层微米量级厚度的二氧化硅层，然后将氢离子经高压加速打入表面已制作了氧化层的硅衬底，氢离子在高电压加速作用下，穿过二氧化硅层到达下面的硅衬底并停留在硅衬底中，产生离子损伤，离子损伤层在硅衬底表面下的深度取决于离子加速电压的高低；电压越高，离子损伤层在硅衬底表面下的深度越深。通常离子损伤层位于硅衬底下距离二氧化硅层1微米到二十几微米处，离子注入后的施主硅衬底与受主硅衬底在二氧化硅表面进行键合，键合后的两片硅衬底经过一个200℃-500℃的温度退火，退火过程中，氢离子在损伤层内聚合形成氢气分子，使原来的微损伤沿着损伤层横向扩展，造成施主硅衬底在损伤层处分离。施主硅衬底可重新利用，而分离后的受主硅衬底经热处理，表面硅原子重新分布以消除离子注入造成的损伤，在二氧化硅氧化层上有一层微米厚度的硅单晶薄膜，其后电子器件的制作就在硅单晶薄膜上进行，受主衬底只是起到支撑作用，这就是SOI衬底。其后，离子切割薄膜转移技术也被用于其它半导体薄膜衬底制备，如转移GaN、SiC等薄膜到硅或氧化物衬底上，以降低衬底价格，与SOI衬底不同的是，因GaN和 SiC通常转移到绝缘体上，GaN、SiC施主衬底上无需制作氧化层。在用离子切割薄膜转移技术制作薄膜衬底的过程中，离子注入深度，单位面积离子注入剂量，受主与施主衬底表面键合，以及键合后的退火是离子切割薄膜转移技术主要组成要素，而受主与施主衬底表面键合则是离子切割薄膜转移技术成败的关键一步。如果受主与施主衬底表面键合不好，在退火过程中，受主与施主衬底可能产生分离，损伤层上的薄膜得不到有效支撑，则薄膜转移失败、或损坏薄膜。为了保证施主与受主衬底的键合，对衬底在键合表面的加工要求非常高，这对SiC一类高硬度的半导体衬底的加工是一个很大的挑战。此外，成功分离后的薄膜表面因表面平整度和离子轰击造成的损伤，也需要热处理或表面再加工。