TWI300589B

TWI300589B -

Info

Publication number: TWI300589B
Application number: TW091115966A
Authority: TW
Inventors: Yew Chung Sermon Wu; Pei Yen Lin
Original assignee: Univ Nat Chiao Tung
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2008-09-01
Also published as: US20040014297A1; US6686257B1

Description

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1300589 五、發明說明（2) 術’將氮化鎵磊晶層轉移至其他材料之基板上，以增加氮化鎵之應用性。目如分離氮化錄基板之技術包括雷射移除法（1 a s e r lift Off)與離子佈植分離法（smart cut)，但兩者均有其應用之限制與缺點。一般而言，雷射移除法受限於較小之雷射光束打點面積（spot s ize )，使得其僅適用於分離小區域的氮化鎵磊晶層，而除此缺點外，不易均勻之雷射光束能量分佈，會造成氮化鎵不同區域之熱分解程度不同；再者，因無法精確的控制氮化鎵磊晶層與基板之間介面的分解步驟，所以造成雷射移除法分離後的部分氮化蘇I晶層會因不均勻的熱分解而表面粗糙，甚至於分離過私中承叉不均勻的熱震（t h e r m a 1 s h 〇 c k )而使得元件效能降低或無法使用。最後，雷射昂貴的設備與較小的產能也不適合大量的生產製造與降低成本。至於離子佈植法，則是在晶圓接合前於磊晶層中植入離子’然後再進行晶圓接合，並加熱以分離磊晶層。但離子植入氮化鎵蟲晶層的過程中，會破壞磊晶層的晶體結構’增加蠢晶層的缺陷密度，而影響磊晶層中的元件效能或材料品質，因此，並不適於以商業用途為目的之半導體蠢晶層轉移。此外’此兩種方法都有不適合大面積氮化鎵磊晶層轉移、轉移後所得的磊晶層品質較差，磊晶基板不可重複利用’以及造成製程成本偏高等共同的缺點。職是之故，申請人見於習知技術之缺失，乃經悉心試

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終研發出本案之「轉五:發明檢與研究，並一本錢而不捨之精神多侧向覆蓋生長蠢晶層之方法」。發明概述本發明層之方法，上’而不傷及原有之之主要目將該側向本發明晶層至另一度少之氮化盍生長磊晶本發明層之方法， (b)形成一層於該第一案；（d)形一基板於該之接合介面 (f )餘刻該層，以致獲根據上 (sapphire 生長氮化鎵根據上之另一目可選擇之鎵側向覆層不同之之又一目該方法包第^一蠢晶磊晶層上成一第二第二蠢晶可視需要遮罩層，得具有該述構想， )、碳化之基板。述構想，的在於提供覆蓋生長蟲生長基板與的在於轉換基板上，而蓋生長磊晶使用途徑。的在提供一一轉移側向覆蓋生長磊晶層轉移至所需之基板該側向覆蓋生長磊晶層。一氮化鎵側向覆蓋生長磊得到一品質良好、缺陷密層’並提供氮化鎵側向覆曰曰種轉移 :(a) 層於該第一基板上遮罩層遮罩層括下列步驟，並餘刻該蠢晶層於該層上，該第而加入不同並分離該第第二磊晶層 —基板之一接

—晶之該第該第一基板係選自矽（S 矽（S i C ) 側向覆蓋生長磊晶提供一第一基板；，（c) 形成一遮罩以形成至少一圖上；（e ) 接合一第與該第二磊晶層間合媒介層；以及層與該第一磊晶一基板。石申化鎵、氧化鋁 1 )及任何可磊晶該第一蠢晶層係包含—低溫緩衝層

第6頁 1300589 五、發明說明（4) (Low Temperature Buffer Layer ， LT-Buffer Layer ) 及一兩溫蠢晶層。 ^當然’該低溫緩衝層之材質係選自氮化鎵、氮化鋁、虱化鎵鋁及任何可增進氮化鎵磊晶層品質之材料。 =然，該低溫緩衝層係形成於積厚度約20 0 - 5 0 0埃。八^ $然，該高溫磊晶層係包含氮化鎵材質。，該高溫磊晶層係形成於攝氏1 0 0 0- 1 1 〇〇产，1 沈積厚度約1 · 5微米。 ^ υ度，其 _。根據上述構想，該遮罩層係為金屬及陶兗材質其中之 :然，其中該金屬#質係包含鎢。虽# t㈣w f係包含之一 ^一虱化石夕其中根據上述構想，該至，丨、一狀（line)開口。 b 一圖案可為點狀（dot )及條 ,根據上述構想，其中該步驟（d )更可勺人— 形成一接合媒介層於該第二磊晶層上。匕3 一步驟（d 1 ) 鎳生當然’其中該接合媒介層係包含及其混合多層其中之一。鈦銦、金、根據上述構想，其中石曰長磊晶層。 5亥第一麻日日層係為一側向覆蓋鎵根據上述構想，其中石曰 (GaN)材質。中忒第一挪日日層係包含氮化

第7頁 1300589 五、發明說明（5) 根據上述構想形成一接合媒介層當然，其中該及其混合多層其中根據上述構想根據上述構想當然，該晶圓 )步驟。根據上述構想名虫刻。本案之次一目之方法，該方法包 (b)形成一第一蟲層於該第一蟲晶層案；（d)形成一第罩層；以及（f )接離該第二磊晶層與晶層之該第二基板根據上述構想 (Low Temperatur 及一高溫蠢晶層。根據上述構想形成一接合媒介層根據上述構想 ’其中該步驟（e)更可包含一步驟（el) 於該第二基板上。。接合媒介層係包含鈀、鈦、銦、金、鎳之一0 ’ 5亥苐二基板係包含秒材質。 ’該接合係為一晶圓接合。接合更包括一熱處理（thermal anneal ’該步驟（f )之該蝕刻步驟係為一濕式的為提供一種轉移側向覆蓋生長磊晶層括下列步驟··（a) 提供一第一基板；晶層於該第一基板上；（c ) 形成一遮罩上，並餘刻該遮罩層以形成至少一圖二蟲晶層於該遮罩層上，（e )钱刻該遮合一第二基板於該第二蠢晶層上，並分該第一磊晶層，以致獲得具有該第二遙 0 ，該第一磊晶層係包含一低溫緩衝層 e Buffer Layer ， LT-Buffer Layer ) ，其中該步驟（d)更可包含一步驟（dl) 於該第二蠢晶層上。，其中該第二磊晶層係為一側向覆蓋生

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長蠢晶層。根據上述構想 #刻。该步驟（e )之該蝕刻步驟係為一濕式根據上述構想，該接合係為一晶圓接合。當然’该晶圓接合更包括一埶卢 .^ ί 熱處理(thermalanneal 步驟。根據上述構想，其形成一接合媒介層於該中該步驟（f)更可包含一步驟（fl) 第^一基板上。較佳實施例說明

—本案之轉移側向覆蓋生長遙晶層之方法，料由以下的貫施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本幸之音始并丄 '、个系 < 灵施亚非可由下列實施例而被限制其實施型態。

租芩閱第一圖，其係為根據本案構想轉移側向覆蓋生長，化鎵磊晶層之較佳實施例之製造方法及步驟示意圖。如第一圖（a )所示，一第一氮化鎵磊晶層丨丨2形成於一第一基板111上，通常，形成氮化鎵磊晶層之基板多為氧化鋁（sapphire )基板，因其晶格常數與晶體結構適合成長氮化叙之遙晶層’而可得而品質之氮化鎵蠢晶層，但其卻有不易切割、不易導電等缺點。在本案之較佳實施例中，第一氮化鎵遙晶層11 2係包含一低溫氮化鎵蟲晶層1 1 2 1 (低溫緩衝層）及一高溫氮化鎵磊晶層11 2 2，而該低溫氮化鎵遙晶層1 1 2 1係為該第一基板111上所沈積厚度約

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1300589 五、發明說明（7) 2 0 0 - 5 0 0埃之氮化鎵或氮化鋁層，其沈積溫度約在攝氏 6 0 0 - 7 0 0度；該高溫氮化鎵磊晶層11 2 2則為該低溫氮化鎵磊晶層11 21上所沈積厚度約1 · 5微米之氮化鎵層，其沈積溫度約在攝氏1 〇〇〇 -11 〇〇度。而本實施例中，該第一基板、該低溫氮化鎵蟲晶、層及該高溫氮化鎵蟲晶層則共同組成了一蠢晶層組合基板。 t 接著，於該第一氮化鎵磊晶層1 1 2上再形成一遮罩層 11 3 ’並利用蝕刻在該遮罩層11 3上做出一圖案114，此圖案可為點狀或條狀開口，其中該遮罩層丨丨3之材質可為二氧化矽、氮化矽或鎢等金屬或陶瓷。再者，如第一圖（b )所示’形成一第二氮化鎵磊晶層1 21於該遮罩層1 1 3上，该第二側向覆蓋生長氮化鎵磊晶層1 2 1係經由一側向覆蓋生長製程（epitaxy lateral overgrowth)所形成，且該製程需進行至生長出之側向覆蓋氮化鎵晶體平行於基板之表面且平整為止（於此製程中，側向覆蓋生長晶體可合併 C coal eseence )完成，或未合併完成，僅需個別晶粒表面平整即可），同時其形成溫度約在攝氏1〇〇〇 — 11〇〇度之間。然後’一第二基板1 2 2 (所欲轉移之基板）與該第二側向覆蓋生長氮化鎵蠢晶層121進行晶圓接合（wafer bonding )的步驟，以將該第二基板丨22接合至該第二側向覆蓋生長氮化鎵磊晶層1 2 1，其中該第二基板之材質並不限疋’視轉移後之用途、需要而定，而接合時之溫度也視對接材料而定。同時，亦視情況需要，可於該第二基板 1 22與該第二侧向覆蓋生長氮化鎵磊晶層丨2 1上分別鍍覆一

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晶圓接合媒介層131，該媒介層可為單層或多層結構，其材料可為把、欽、銦、金、鎳等金屬。

之後，利甩濕式蝕刻的方法，將完成以上步驟之晶圓接合組合（wafer bonding assembly ) 1〇放入蝕刻液中， I虫刻泫遮罩層11 3，而形成一懸空式結構，如第一圖（c ) 所示。其中蝕刻液之選擇視遮罩材料及基板轉移材料而決定，以能快速蝕刻遮罩層且不影響其他基板及磊晶層者為佳。最後，如第一圖（d)所示，將第一氮化鎵磊晶層112 與該第二側向覆蓋生長氮化鎵磊晶層丨2丨分離，即可得到覆蓋有該第二側向覆蓋生長氮化鎵磊晶層1 2 1之該第二基板 122。一土在本案較佳實施例之晶圓接合製程，除了提供該第二氮化鎵磊晶層1 2 1 —個新的支撐基材外，更會因基板與氮化鎵熱膨脹係數（Thermal Expansion Coefficient)之

差異’而在晶圓接合之熱處理（annea 1 )過程中，造成應力集中（stress concentration)於接點上，而促進基材與蠢晶基板之分離。同時，濕式蝕刻因具有高選擇比、不破壞蠢晶層、低成本及適合大尺寸等優點，而為一適合本案之去除遮罩層的方式。並且，在基板分離後，由該第一基板、該低溫氮化鎵磊晶層及該高溫氮化鎵磊晶層所共同組成之成晶基板並不受濕式钱刻法破壞，可重複使用，降低生產成本。最重要的是，轉移之側向覆蓋生長磊晶層的缺陷（defect )密度少，對於將來應用於元件時，可增加使用壽命及效能。

第11頁 1300589 —----- 五、發明說明（9) 另’有關本案轉移基板之之順序’施行步驟可以在晶圓覆蓋生長氮化鎵磊晶層前，先懸空的結構，接著，再進行晶合過程中熱處理的步驟，促進綜上所述，本案之製程方生長氮化鎵磊晶層轉移至各類途使用外，也可同時解決現存各種問題，如：不導電、不易高等問題；同時，也克服了現如·氮化蘇蠢晶層受損、不適等問題；而且，本案對於製程可元成’更甚者，蠢晶基板可也可以降低成本。因此，本發本案得由熟悉此技藝之人皆不脫如附申請範圍所欲保護實施步驟，並不侷限於以上接合該第二基板至第二側向行蝕刻該遮罩層，即先形成圓接合，並同時利用晶圓接之後分離的過程。法可以將尚品質之側向覆蓋型基板，除了可提供各種用基板所帶來製程或使用上之切割、不易散熱及材料成本存基板轉移方法的缺點，合大尺寸商業化及成本昂貴之改進，並不需昂貴設備即以回收再使用，如此的同時明貫具產業發展之價值。任施匠思而為諸般修飾，然者0

第12頁 1300589 圖式簡單說明本案藉由下列圖示及詳細說明，俾得一更深入瞭解：第一圖（a )〜（d ):其係為根據本案構想轉移氮化鎵磊晶層之較佳實施例之製造方法及步驟示意圖。本案圖式中所包含之各元件列示如下：第一基板111 第一氮化鎵磊晶層112 低溫氮化鎵磊晶層1121 高溫氮化鎵磊晶層1122 遮罩層113 圖案114 第二側向覆蓋氮化鎵磊晶層1 2 1 晶圓接合媒介層1 3 1 第二基板122

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Claims

t 丨一… ^一 M I3雖A日修(叉)正本六、申請專利範圍 1 · 一種轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，該方法包括下 -列步驟： (a) 提供一第一基板； (b) 形成一第一蠢晶層於該第一基板上； (c) 形成一遮罩層於該第一磊晶層上，並蝕刻該遮罩層以形成至少一圖案，其中該圖案為貫穿該遮罩層的一開口； (d) 形成一第二磊晶層於該開口内及該遮罩層上，使該第二磊晶層藉由該開口而與該第一磊晶層相連接，其中該第一蠢晶層係為一侧向覆蓋生長蠢晶層； (e )接合一第二基板於該第二磊晶層上，；以及 (〇蝕刻該遮罩層，並分離該第二磊晶層與該第一磊晶層，致獲得具有該第二磊晶層之該第二基板。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該第一基板係包含砷化鎵、氧化鋁 (sapphire)、複化矽（SiC)及矽（Si)基板其中之 —^ 0 3. 如申請專利範圍第1項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該第一磊晶層係包含一低溫緩衝層（Low Temperature Buffer Layer，LT-Buffer Layer )及一高♦ 溫蠢晶層。 4. 如申請專利範圍第3項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該低溫緩衝層之材質係包含氮化鎵、氮化鋁及氮化鎵鋁其中之一。 5 ·如申請專利範圍第3項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層

1300589 六、申請專利範圍之方法，其中該低溫緩衝層係形成於攝氏60 0 -70 0度，其沈積厚度約20 0-5〇〇埃。 6.如申請專利範圍第3項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該高溫磊晶層係包含氮化鎵材質。 7 ·如申請專利範圍第3項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該高溫磊晶層係形成於攝氏丨0 〇〇 —丨丨〇〇度，其沈積厚度約1 · 5微米。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該遮罩層係為金屬及陶瓷材質其中之一。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該金屬材質係包含鎢。 1〇·如申請專利範圍第8項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該陶瓷材質係包含氮化矽、二氧化矽其中之一 ° 11·如申請專利範圍第丨項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該至少一圖案町為點狀（do t )及條狀 (1 ine )開口其中之一。 12.如申請專利範圍第1項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該步驟（d)更讦包含一步驟（dl)形成一接合媒介層於該第二磊晶層上。 13>如申請專利範圍第12項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該接合媒介層係包含鈀、鈦、銦、鎳、金及其混合多層其中之一。 14·如申請專利範圍第丨項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶

1300589 六、申請專利範圍，層之方法，其中該第二磊晶層係包含氮化鎵（GaN )材 ’ 質。 · 15. 如申請專利範圍第1項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該步驟（e )更可包含一步驟（e 1)形成一接合媒介層於該第二基板上。 16. 如申請專利範圍第1 5項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該接合媒介層係包含鈀、鈦、銦、鎳、金及其混合多層其中之一。 17. 如申請專利範圍第1項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該第二基板係包含矽材質。〇 18. 如申請專利範圍第1項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該接合係為一晶圓接合。 19. 如申請專利範圍第1 8項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該晶圓接合更包括一熱處理（thermal anneal )步驟。 20. 如申請專利範圍第1項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該步驟（f)之該蝕刻步驟係為一濕式蝕刻。 21. —種轉移侧向覆蓋生長蠢晶層之方法，該方法包括下列步驟： (a) 提供一第一基板； (b) 形成一第一磊晶層於該第一基板上； (c) 形成一遮罩層於該第一磊晶層上，並蝕刻該遮罩層以形成至少一圖案，其中該圖案為貫穿該遮罩層的一開口；

第16頁 1300589 六、申請專利範圍 (d )形成一第二磊晶層於該開口内及該遮罩層卜，处> # ㈢工使該第二磊晶層藉由該開口而與該第一磊晶層相連接，其中_第二磊晶層係為一側向覆蓋生長磊晶層； ~ (e ) 蝕刻該遮罩層；以及 (f)接合一第二基板於該第二蠢晶層上’並分離該第一石晶層與該第一磊晶層，致獲得具有該第二磊晶層之今第一基板。 22. 如申請專利範圍第2 1項所述之轉移侧向覆蓋生長遙曰層之方法，其中該第一磊晶層係包含一低溫緩衝層（L〇w Temperature Buffer Layer ，LT-Buffer Layer)及_高溫蟲晶層。 23. 如申請專利範圍第2 1項所述之轉移侧向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該步驟（d )更可包含一步驟（d 1 )形成一接合媒介層於該第二磊晶層與該第二基板之上。 2 4.如申請專利範圍第2 1項所述之轉移側向覆盍生長蠢晶層之方法，其中該步驟（e)之該蝕刻步驟係為一濕式蝕刻。 25.如申請專利範圍第21項所述之轉移側向覆蓋生長磊晶層之方法，其中該步驟（f)更玎包含一步驟（fl)形成一接合媒介層於該第二基板與該第二磊晶層之接觸面。 2 6.如申請專利範圍第2 1項所述之轉移側向復盍生長磊晶

層之方法’其中該接合係為/晶圓接合。 27. *申請專利範圍第26項戶斤述之轉移；向二二層之方法，其中該晶圓接合更包括一熱處（ ermal 曰曰

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