CN102652354B

CN102652354B - 用于重复利用衬底的处理

Info

Publication number: CN102652354B
Application number: CN200980162875.9A
Authority: CN
Inventors: A·L·百利
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: KR20120093434A; CN102652354A; EP2513964A1; US20120258554A1; JP5678092B2; JP2013513963A; KR101460086B1; TWI527099B; US8921239B2; WO2011073716A1; SG181071A1; TW201140666A; EP2513964B1

Abstract

一种用于重复利用支撑衬底（25）的处理，该支撑衬底（25）的材料对于至少电磁辐射波长基本上透明，所述处理包括以下步骤：a）提供初始衬底（10）；b）在所述支撑衬底（25）的具有初始粗糙度的结合面上形成（S1）中间层（15），所述中间层（15）的材料至少对于电磁辐射的波长基本上透明；c）在所述初始衬底（10）的所述结合面（10b）上和/或在所述中间层（15）上，形成（S2）电磁辐射吸收层（24）；d）经由所述电磁辐射吸收层（24），将所述初始衬底（10）结合（S3）至所述支撑衬底（25）；以及e）透过所述支撑衬底（25）和所述中间层，对所述电磁辐射吸收层（24）执行照射（S4），以使得所述支撑衬底（25）从所述初始衬底分离。

Description

用于重复利用衬底的处理

技术领域

本发明涉及执行层和衬底的接合和分离的半导体制造处理的领域，例如，用于形成三维叠层的“片上系统”的器件或者用于转移光电子元件、（光生）伏打元件和电子元件。层的材料例如可以选自IV族材料（Si、Ge...）和III/V族材料（GaN、InGaN、InGaAs..），并且根据应用，材料可以是有极性的、无极性的或半极性的。

背景技术

在半导体制造领域，在实践中常常使用或需要接合或去除半导体材料或绝缘材料的膜或层。一方面，可能期望制备含有电子元件、光生伏打元件和/或光电子元件的三维设计的最终的叠层结构。另一方面，可以在支撑衬底上适当地处理高纯度材料且高晶体质量的薄膜，需要设置有效的手段以将这些膜从初始支撑衬底转移至最终支撑衬底。

此外，尽管可能出现晶格失配和/或热膨胀系数的问题，但是一些类型的半导体材料可能无法用作体衬底（bulk substrate）或者无支撑衬底，并且必须在支撑衬底上进行处理。需要把功能化半导体材料层从其支撑体去除的方法。

在例如硅层的功能化半导体层的区域中，有用的是具有可用的、使得能够进行层转移的方法。的确，这种半导体层的功能化可以涉及电子电路、光生伏打元件（含有，例如Ge籽晶层（seed layer）和三结有源层（triple junction active layer））和/或光电元件。能够把半导体层的“正面”和“背面”相对容易地露出、操作并且结合，使得能够当被处理的半导体层在允许一定类型功能修改的支撑衬底上时引入功能元件，并且使得这些功能元件能够根据后续需要被遮挡然后再次露出。因而，可以在有利于这样的功能化步骤的初始支撑衬底上的薄层的一面上引入电子电路，然后可以将露出并经功能化的“正”面结合至中间衬底。去除初始衬底支撑体使得能够在经功能化的薄层的“背”面上制备其它电路。露出的“背”面还可以转移至例如适于例如为了散热而创建功能化中心的操作的支撑体。

此外，例如InGaAs、InP或InAlAs的III-V族材料对于太阳能电池应用十分有用，并且例如GaN、AlGaN或InGaN的III族氮化物材料在用于例如发光二极管、激光二极管和相关器件的发光器件的半导体业中得到极大的关注。对于光电应用以及高频、高功率电子器件，GaN是有前景的材料。重要的是能够提供表现出晶体缺陷量少和表面品质高的GaN或InGaN层。

在这些技术领域中，关注于部署使得III-V和III-N材料能够设置在各种表面和支撑材料上的方法。在通过外延在衬底表面上生长III-V族材料的技术中，为了能够生长足够品质的III-V材料，需要高结晶品质和适当的晶格参数的生长衬底，限制了用于III-V材料的底层籽晶支撑衬底的选择。

在预计通过刻蚀技术接近III-V层的系统中，这可以证明是有问题的并且导致III-V材料的退化。

也关注能够露出III-N衬底的特定的面。实际上，极性c-面（c-plane）III-N材料通常具有特定的原子表面终止（atom surface termination），使得一个表面终止于来自III族的元素而另一个表面终止于氮原子。

在以上所有相关的情况中，需要从衬底分离或剥离薄膜或层、或者它们二者的叠层的方法。此外，还需要执行这种分离或剥离而不破坏衬底以在随后的使用中重复利用该衬底。

文献EP 0 858 110公开了一种用于将出现在透明衬底上的、与透明衬底之间具有分离层的被拆离件从所述衬底剥离的剥离方法，其中，利用入射光透过透明衬底来照射分离层，以在分离层中和/或界面处发生剥离，从而从衬底拆离该被拆离件。

然而，当利用激光束透过例如由蓝宝石（Al₂O₃）制成的透明衬底照射分离层时，在衬底的形成有该分离层的表面上产生不期望的拓扑结构（topology）或缺陷。该表面拓扑结构可以是30nm。

为了使衬底在照射和剥离之后可以重复使用，必须去除该表面拓扑结构。考虑到表面拓扑结构的大小，在每次照射和剥离之后，必须例如通过抛光除去很大厚度的衬底。这显著地限制了衬底的重复利用能力。

此外，例如蓝宝石或碳化硅衬底的透明衬底的抛光由于衬底材料的硬度通常时间长且昂贵。

发明内容

为了解决以上提出的问题，本发明提出了一种用于重复利用支撑衬底的处理，支撑衬底的材料对于至少电磁辐射波长基本上透明，所述处理包括以下步骤：

-提供初始衬底；

-在支撑衬底的面上形成中间层，所述中间层的材料对于至少电磁辐射波长基本上透明；

-在所述初始衬底的结合面上和/或在所述中间层上，形成电磁辐射吸收层；

-经由所述电磁辐射吸收层将所述初始衬底结合至所述支撑衬底，以及

-透过所述支撑衬底（25）和所述中间层，对所述电磁辐射吸收层（24）执行照射，以使所述支撑衬底从所述初始衬底分离。

由于在支撑衬底和电磁辐射吸收层之间存在中间层，电磁辐射不再直接在支撑衬底的表面上而是在中间层的表面上击中电磁辐射吸收层。因而，在透明支撑衬底和吸收层之间的界面处可能出现的过量能量现在发生在中间层和吸收层之间的界面处，即，在离支撑衬底足够距离的位置处，以避免在支撑衬底的表面上产生表面拓扑结构。由于中间层在照射之后被去除，所以出现在该中间层上的表面拓扑结构较不重要。

根据本发明的处理，即使在透过支撑衬底和中间层执行照射以使支撑衬底从初始衬底分离之后，支撑衬底的结合面上的粗糙度也不会改变。事实上，该处理还可以包括：在执行照射的步骤之后，去除中间层以恢复支撑衬底的步骤。在该去除步骤之后，支撑衬底的结合面呈现出与其初始粗糙度大致相似的粗糙度。因此，无需任何特定的制备步骤，可以同样重复使用该支撑衬底。

附图说明

图1表示本发明的总体处理的示意图；

图2表示本发明的示例性处理的示意图，其中除去了初始衬底的一部分以形成新的层；

图3和图4分别表示本发明的示例性处理的示意图，其中图2的新的层被功能化以生成功能化的层和/或其它层结合至新的层；

图5是本发明的示例性处理的示意图，其中使用了离子注入以及结合至最终衬底；

图6是本发明的另一个示例性处理的示意图，其中，使用离子注入以及结合至最终衬底。

具体实施方式

图1表示本发明的总体处理的示意图。

如图1所示，本发明包括以下步骤：在支撑衬底25的结合面25b上形成中间层15的步骤（图1中的S1）；步骤S2，在初始衬底10的结合面10b上和/或在中间层15上，形成电磁辐射吸收层24；结合步骤S3；步骤S4，用例如可见光和/或紫外光照射的电磁辐射，来照射结合后的实体；以及步骤S5，从支撑衬底25除去中间层15。

层的结合可以涉及分子结合、共熔结合、热结合、加压结合或者阳极结合。作为示例，可以利用可以添加至要结合的衬底的一面或两面的一个或更多个氧化物结合层（图1中未示出）来实现结合。用于氧化物结合层的材料的适当示例是二氧化硅（SiO₂）。用于结合目的的二氧化硅材料可以通过例如LPCVD或PECVD的化学气相化学沉积技术或者用加热的方法设置为层。

相比之下，不可以使用粘合层来进行结合。粘合剂将不支持该结构在例如外延或其它功能化步骤的后续处理步骤中所承受的温度。

关于电磁辐射吸收层24，以这样的方式来选择该层的组成，即，吸收由例如激光器的源以所选的波长发射的电磁辐射，并允许结合后的实体在所吸收的能量的作用下分离。因而，通常，在本发明的用于修改衬底10的处理中，支撑衬底25的分离是由于电磁辐射吸收层24中的化学变化和/或物理变化。

通过“结合后实体的分离”，表示在施加电磁辐射之后，形成结合后实体的各元件的结合能比之前变弱。如果确实期望该结果，元件彼此之间的实际分离可能需要施加例如机械作用力的附加能量。

根据吸收层的性质，所吸收的能量将导致不同的效果，例如原子级振动、升华、特定的扩散或形成气体（本身导致如上定义的分离）或者化学反应。涉及纯热效应以及光化学的机制因而可以在分离机制之后。

在本发明的处理中，吸收层24可以适当地包括选自由以下组成的组中的至少一种材料：Si_xN_y:H、Si₃N₄、Si_xN_y、GaN、AlN、InN或者“In、Ga和Al中的一种或更多种的混合氮化物”、或多晶硅或单晶硅。吸收层也可以包括通过例如离子注入而氢掺杂的非晶硅。氢含量优选地是至少2原子百分比。

在变型中，可以几个吸收层24并掩埋在结合层中，使得可以执行针对几个后续分离的数次照射。

可以使用导致电磁辐射吸收层24的内部剥离和/或界面剥离的任何类型的电磁辐射，例如X射线、紫外线、可见光线、红外线（热射线）、激光束、毫米波、微波和辐射（伽玛射线）。其中，激光束是优选的，因为它们可以容易地导致电磁辐射吸收层的剥离（烧蚀）。

生成激光束的激光器的示例包括气体激光器和固体激光器（半导体激光器），而且可以优选地使用准分子激光器、Nd-YAG激光器、Ar激光器、CO₂激光器、CO激光器以及He-Ne激光器。在他们中，更加优选地是使用准分子激光器。准分子激光器是能够输出高能激光的气体激光器，并且通过作为激光介质的卤素气体（F2和HCl）和稀有气体（Ar、Kr和Xe）的组合，可以输出四种典型的激光（XeF=351nm；XeCl=308nm；KrF=248nm；ArF=193nm）。

在本发明的构架中，优选地跨越支撑衬底25和中间层15实施激光照射。因此，后面的支撑衬底25和中间层15对于用于产生分离机制的可见光和/或紫外线照射的波长必须是基本上透明的，即，支撑衬底的材料对于所使用的波长（例如，小于10¹cm^-1）具有弱的光吸收系数，或者具有比吸收层24的材料的透射光波段更长的透射光波段。吸收层24可以适当地是Si_xN_y:H类型的材料、非晶形式的Si₃N₄、Si_xN_y、或例如以多晶形式（后者在工业环境中没有单晶形式昂贵）沉积III-N材料。这些材料使得能够在保持在常规支撑材料的吸收波长以上的波长处实现照射。本发明的另一个适当的可能性是使用III-N材料作为吸收例如可见光和/或紫外线照射的电磁辐射的层24。如果例如初始衬底10的衬底本身是要进行处理以引入功能性的III-N材料，则将优选地实现，使用与吸收层24相同的III-N材料层，并且由例如二氧化硅结合层的结合层来分开这两个III-N层（功能化层和牺牲的电磁辐射吸收层）。在可以用作吸收层的III-N材料之中，可以列举出GaN（考虑到3.4eV的禁带具有360nm以下的吸收波长）、AlN（考虑到6.2eV的禁带，198nm以下）、InN（考虑到0.7eV的禁带，230nm以下）。Nd/YAG或准分子激光器可以用于引入这种电磁辐射吸收层24的分解或者其它效应（可以导致分离）。

与铝、镓和铟化合的三价或四价的氮化物材料也可以用作用于电磁辐射吸收层24的材料，例如AlGaN或InGaN。这些氮化物材料是特别有用的，因为它们似乎在分解的同时产生气态氮。它们的禁带限定了清楚的波长吸收阈值，在这一点上，材料显示出从几乎完全透明到几乎完全吸收的转变。此外，它们的熔点比它们的分解温度更高，并且当它们熔化时对周围衬底引起的间接损伤最小。

为了使得分离机制能够起作用，对于在将用于照射吸收层24的波长区域中的电磁辐射（例如紫外线和/或可见光），支撑衬底25和中间层15必须是基本上透明的或者具有高透光率。吸收层24的优选的最小厚度是10nm。当沉积吸收层时，要小心避免在支撑衬底的两面上形成层。事实上，在支撑衬底的背面形成的吸收层也可以完全吸收照射，干扰所掩埋的吸收层24的吸收并且可以阻碍分离步骤。

使用蓝宝石（Al₂O₃）是支撑衬底25的合适选择，因为在高于与常用的激光源相对应的350nm的波长处观察到高透光率。蓝宝石也适于更短的波长，例如处于从大约100nm至350nm的范围内的波长。对于支撑衬底25的其它适当选择包括由以下种类中的至少一种制成的材料：LiTaO₃（在高于270nm的波长处基本上透明）、LiNbO₃（在高于280nm的波长处基本上透明）、MgO（在高于200nm的波长处基本上透明）、CaF₂、MgF₂或者玻璃。其它材料也可以适于实现分离，虽然它们没有显示出与以上列出的材料同样高的透光率值，但是它们可能需要更高的电磁辐射能量，这在工业环境中是不可取的。

中间层15包括对于用于照射吸收层24的电磁辐射波长基本上透明的材料。从对于与大部分常用激光束的波长相对应的100nm至1200nm的波长透明的材料中，特别地选出中间层的材料。

优选地，中间层15也由可以通过化学刻蚀或通过抛光容易去除的并且显示出绝热特性的材料制成，例如，SiO₂、或者“掺杂有B和/或P的SiO₂”、SiN、LiF、CaF₂和MgF₂。

然而，当支撑衬底25包括例如钻孔掺杂（bore-doped）的硅玻璃的玻璃衬底时，中间层25优选地由例如钻孔掺杂的硅玻璃的、通过机械抛光或化学机械抛光能去除的玻璃状材料制成。优选地，中间层25满足比支撑衬底25更高的硼的浓度，使得中间层15的刻蚀率高于支撑衬底25的刻蚀率（例如10/1的比率）并允许选择性刻蚀。

中间层的厚度至少是10nm并且优选地至少是50nm。更一般地，中间层的厚度可以包括例如在10nm和500nm之间。

为了避免需要使用大量光的入射光（电磁辐射）的过大损失，优选的是中间层的材料对于入射光的波长具有至少90%的透光率。

中间层尤其可以由二氧化硅（SiO₂）制成。考虑到本发明的中间层的厚度一般低于1μm，SiO₂对于电磁辐射的大波长是透明的。对于与大多数通常使用的激光束的波长相对应的100nm以及更长的波长，SiO₂具有90%或更大的透光率。

在步骤S5中，利用任何适于去除中间层的材料的技术，可以从支撑衬底25除去中间层15。相对具有成本效益的技术，化学刻蚀或抛光优选地用于去除中间层。

关于支撑衬底25和中间层15的材料，本领域技术人员优选地选择便于从支撑衬底25选择性去除中间层15的材料。例如，优选地将中间层15的材料选择为具有比支撑衬底的材料更高的刻蚀率和/或抛光率的材料。中间层和支撑衬底的材料也可以具有相同的化学性质但具有不同的晶体结构，使得其中一种材料（即，支撑衬底的材料）比另一种材料（即，中间层的材料）更难抛光。在这种情况下，通过检测抛光率的变化来检测中间层和支撑衬底之间的界面。

如上所述，由于在支撑衬底的结合面上存在中间层，支撑衬底展现出与其在步骤S1至S5之前的初始粗糙度相同的粗糙度。因此，在步骤S5之后，支撑衬底至少在表面粗糙度方面被恢复到可以照原样重复使用的状态。因而，本发明的处理还包括：在步骤S5中除去中间层之后，利用恢复的支撑衬底的一个或若干个进一步的步骤。如此恢复的衬底可以尤其用于外延生长、与另一衬底结合、或者重复上述步骤S1至S5，并且无需特定的附加制备处理。

在根据本发明的优选实施方式中，在根据本发明的用于重复利用支撑衬底25的处理中，优选地在照射电磁辐射吸收层的步骤之前去除初始衬底10的一部分以形成层100。根据本发明，层100可以另选地由一种材料的单层或者不同材料的多个子层（叠层）（一些子层可以是相同的材料）构成。在图2中示意性地例示了这种处理的示例，其中，在支撑衬底25的结合面25b上形成中间层15的步骤S11，在初始衬底10的结合面10b上和/或在中间层15上形成电磁辐射吸收层24的步骤S12，以及结合步骤S13之后，通过激光剥离技术或者刻蚀、通过例如研磨、抛光和SMART（智能切割）的方法，将初始衬底10的一部分部分地变薄或烧蚀，以从初始衬底10得到修改后的层100（步骤S14）。然后执行用例如可见光和/或紫外线照射的电磁辐射来照射结合后的实体的步骤S15，以使修改后的层100从支撑衬底25分离。在步骤S16，从支撑衬底25去除中间层15。

在本发明中更优选地是这样的用于重复利用衬底的处理，其包括这样的去除一部分初始衬底以形成层100的步骤，然后，在上述处理中的结合步骤之后，在进一步的步骤中：

-将层100功能化；和/或

-将另外的层结合至层100。

在图3和图4中示意性地例示了这两个进一步优选的实施方式。

在图3中，100'表示（从初始衬底10得到的）功能化后的层100。在图2中示出的步骤S11至S14之后、在图3的步骤S17中的示意性示例中示出的功能化步骤可以包括在层100中或层100上形成具有光生伏打、光、光电、电子和/或机械功能的区域。还应理解的是，该功能化步骤可以包括改变层的特性的任何技术步骤，例如形成材料层、薄层或者足够厚而无需支撑的层，或者通过沉积形成有源层，例如通过外延生长来沉积。执行用例如可见光和/或紫外线照射的电磁辐射来照射结合后的实体的步骤S18，以使得功能化后的层100'从支撑衬底25分离。然后执行从支撑衬底25去除中间层15的步骤S19。

在图4中，在例如图2所示的步骤S11至S14之后或者图3中的步骤S17之后，在步骤S40中将另一衬底30结合至包含层100、电磁辐射吸收层24和支撑衬底25的实体。在图4中，由图例100/100'来指示层100可能已经被功能化的可能性。也可以是：代替层100或除层100以外，支撑衬底25包含具有光生伏打、光、光电、电子和/或机械功能的区域。可以执行结合，以将从初始衬底10得到的层100的露出面接合至也可以被功能化的最终衬底30。例如，可以通过由上述处理铺设的二氧化硅结合层来执行结合。需要时，该结合也可以包含用于支撑衬底30的后续分离的电磁辐射吸收层。

执行用例如可见光和/或紫外线照射的电磁辐射来照射结合后的实体的步骤S41，以使得功能化后的层100/100'从支撑衬底25分离。然后执行从支撑衬底25去除中间层15的步骤S42。

在根据本发明的处理的一个实施方式中，初始衬底10可以是无支撑的体衬底（bulk free-standing substrate）。

在一个实施方式中，初始衬底10可以包含具有用于结合至支撑衬底25的面12b的表面层12，以及充当上面已沉积有表面层12的模板的底层支撑衬底11。在这种系统中，表面层12和形成层100的体衬底10可以适当地包含选自以下各项的组中的至少一种：GaN、InGaN、SiC、Si、Si(000)、Si(111)、GaAs、ZnO、AlN晶体、AlGaN、InGaAs、InP、Ge和InAlAs，它们优选地是单晶材料。也可以以至少一种半导体材料来形成层100，半导体材料优选地是单晶材料，例如来自IV族材料（例如Si、Ge）、III/V族材料（例如GaN、InGaN、InGaAs的极性材料或非极性材料或半极性材料）。

在本发明的处理中要使用的初始衬底10可以适当地包含针对在支撑体和表面层12之间合理的膨胀系数匹配和/或晶格参数匹配所选择的底层支撑衬底11，其包括蓝宝石(Al₂O₃)、LiTaO₃、LiNbO₃、MgO、Si、SiC或“包含Cr、Ni、Mo和W中一种或更多种的金属合金”。在存在最终衬底的实施方式中，这种材料也可以使用在这种最终衬底（30）中。

在初始衬底10包含在底层支撑衬底11上生长的表面层12的情况下，优选地确保初始籽晶支撑衬底11和表面层12之间的合理晶格匹配，其中，从表面层12形成要被引入功能性的层100。作为示例，在表面层12是III-N材料的情况下，适当的初始籽晶支撑材料例如可以包括：蓝宝石（Al₂O₃）、SiC、Si(111)、GaAs、ZnO或AlN晶体。

在根据本发明的优选处理的实施方式中，在包括使初始衬底10变薄以产生层100的处理的架构中，可以在层100上执行作为功能化的步骤的外延生长，例如以获得对于然后要被处理以变为无支撑衬底层而言足够厚度的材料。

在进一步优选的实施方式中，在通过照射吸收层24结合至支撑衬底25之前，在所述初始衬底10中执行离子注入，以提供限定了所述衬底10的上部区域的薄弱面，并且通过在薄弱面处分开来去除上部区域。

因而，在如图5中示意性所示的、根据本发明的处理的第一优选实施方式中，利用Smart技术将III-N材料层从初始施主衬底移开。即，III-N材料（图5中的12）可以最初存在于施主体衬底上。在该示例中，如图1所示，所示出的III-N材料可以是通过外延生长在例如蓝宝石的“模板”上所生长的GaN。另选的实施方式是使用经由中间结合层附接至支撑衬底的III-N材料，可以将这种布局称为GaNOS（GaNbonded On Sapphire:结合在蓝宝石上的GaN）。

根据本发明，通过结合层23a在层12中执行离子注入（图5中的步骤S20），然后执行结合到第二衬底上的结合层23b的结合（图5中的步骤S21），通过结合材料层23将III-N层12链接至支撑衬底25上的电磁辐射吸收层24，其中，根据本发明在支撑衬底25的表面上形成有中间层15。也可以不用结合材料层23而直接在支撑衬底、吸收层24和III-N材料层12之间执行结合。然后可以在通过离子注入形成的薄弱面处分开（图5中的步骤S22）。可以按照本领域技术人员已知的方式执行氢离子的注入、氢离子和氦离子的共同注入以及更一般的轻离子的注入。通常，针对GaN，氢离子的通常合适的注入剂量在1×10¹⁷atoms/cm²和6×10¹⁷atoms/cm²之间，并且注入能量范围是10keV至210keV。通常，注入可以在20℃和400℃之间的温度下进行，优选地是在50℃和150℃之间的温度进行。本领域技术人员知道如何调节注入以获得在50nm和1000nm之间的薄弱面深度，并且已知用于使得与薄弱面有关的分离和分开的热处理的温度和持续时间根据注入条件（特别是离子注入剂量）而变化。

在图5的步骤S23中，将与薄弱面有关的分开而露出的表面结合至最终衬底30，在该情况下选择包含最终支撑衬底31和结合层33。随后，在图5的步骤S24中，如此获得的、包含来自初始衬底、第二衬底和第三衬底各个的元件的实体经受透过透明支撑衬底25和中间层15而导入的电磁辐射，该辐射的波长是为了电磁辐射吸收层24吸收该辐射使得衬底25分离而选择的。

当支撑衬底25是蓝宝石时，中间层15优选地是SiO₂材料并且优选地具有至少50nm的厚度。因而，可以以193nm的波长执行电磁辐射，支撑衬底和中间层15在该波长下至少是基本上透明的。

在图5中示意性示出的处理中，在与薄弱面有关的破裂之前，可以在薄层12f上执行外延生长（未在图5中示出），以生成足够厚的衬底（例如，大于100微米）以使得该衬底无需支撑。因而，可以在步骤S21之前执行外延生长，在步骤S21中，第二衬底通过表面层12f结合至初始衬底。在这种情况下，由于外延生长而引入的热处理必须比使得在薄弱面处分开的热处理更少。外延生长也可以在薄弱面的分离步骤S22之后而露出的层上执行或者在通过照射吸收引起的分离步骤S24之后露出的层上执行。而且，在图5中未示出，可以在区域12f中形成与层100相对应的功能化，以形成在上面或内部具有光生伏打、光、光电、电子和/或机械功能的区域。

在图5的示例性处理的最后步骤S25中，可以去除之前把吸收层24与III-N材料层12f链接在一起的结合层23。如果结合层23由二氧化硅组成，则可以通过干法刻蚀或者与化学刻蚀相关联的机械抛光（例如使用氢氟酸（HF）的稀释的水溶液（以重量计为10%））来适当地去除该层。在步骤S25中，也使用氢氟酸（HF）的稀释的水溶液（以重量计为10%）通过化学刻蚀来去除中间层15，为了后续使用来重复利用支撑衬底25。实际上，支撑衬底25的结合表面恢复了与其初始表面拓扑结构和粗糙度相似的表面拓扑结构和粗糙度。支撑衬底没有经受任何材料的退化并且在处理中重复使用之前不需要进一步的制备步骤，例如材料的去除或抛光。例如，对于最初没有表面拓扑结构、并且在1微米×1微米的面积上由AFM（原子力显微镜）测量具有约RMS（均方根）的初始粗糙度的支撑衬底25的结合表面，恢复后的支撑衬底的结合表面，在去除中间层15之后的粗糙度为由AFM在1微米×1微米的面积上测得的约RMS。没有形成表面拓扑结构，这允许进行新的分子结合而无需任何进一步的制备步骤。

III-N材料，例如在示出c-面（c-plane）纤锌矿结构的、诸如蓝宝石的模板上生长的III-N材料，具有镓面和氮面。上面通常是镓面，而（与生长衬底相邻的）底面（初始施主支撑衬底）是氮面。

利用根据本发明的应用于III-N材料的上述第一优选实施方式的处理，执行双重转移，以在最终产品中露出镓面，即，最初在初始产品中露出的相同的面。因此在该阶段可以在转移后的III-N材料薄层上再次开始外延生长。在本发明中，可以对任何特定直径的晶片进行操作，而没有任何特定的限制。

在根据本发明的处理的有益实施方式中，在执行透过支撑衬底25和中间层照射电磁辐射吸收层24以使得支撑衬底25从初始衬底分离的步骤之后，可以在初始衬底10的、在照射之后通过电磁辐射吸收层24的照射所释放出的结合面10b上，执行外延生长或进一步的功能化。

在根据本发明的第二优选实施方式中，通过以下获得可以在本发明的处理中使用的结构，即，在例如体GaN的衬底中进行离子注入，然后以不超过沿由离子注入产生的薄弱面分离衬底所需输出的能量的方式来外延生长例如InGaN的III-N材料，然后将GaN/InGaN材料结合至中间衬底上的吸收层，然后沿着薄弱面执行破裂（类似于图5中的步骤S3）。也可以在外延生长InGaN层之后并且在被保护层覆盖之前执行注入，使得外延生长热预算不受限制。为了确保与薄弱面有关的破裂成功，优选地是，如在与第二实施方式相关的图5的步骤S21中所示，首先将注入的III-N材料结合至中间支撑体，这使叠层实体变硬且变强。为了能够继续用InGaN进行外延生长，本第二实施方式受到关注，这在例如LED的应用中受到了关注。

作为示例，可以在GaNOS衬底上通过外延来生长InGaN层，然后可以在InGaN中执行离子注入。将InGaN层中露出的上表面（具有镓极性）结合至具有结合层和吸收层的中间衬底。在通过离子注入产生的薄弱区域处分离之后，可以将由牺牲中间支撑体、UV和/或可见光吸收层、结合层以及InGaN层组成的结构结合至最终支撑衬底（参见图5的步骤S23），其例如可以是蓝宝石衬底。然后可以利用经由中间衬底的支撑衬底的照射来进行分离，并且获得在上面上具有开始进行进一步外延生长所需的极性的InGaNOS衬底。

在本发明的一些有利的实施方式中，如上所述，可以利用一个或更多个二氧化硅结合层来进行初始衬底和第二衬底之间的结合。

在有利的实施方式中，一个或更多个结合层（例如氧化物结合层）可以包含具有电磁辐射吸收材料（包含Si_xN_y、Si_xN_y:H、Si₃N₄、GaN、AlN、InN或“In、Ga和Al中的一个或更多个的混合氮化物”）的至少一个嵌入的区域，而不是电磁辐射吸收层作为跨过所制备的叠层实体的长和宽延伸的完全不同的层（使得自始至终的横截面如附图所示）。

在根据本发明的在图6中示例性表示的第三有利的示例性实施方式中，根据本发明，利用分子结合处理来转移InGaN层，并且通过照射电磁辐射吸收层来释放InGaN层。提供初始衬底，其中，在模板上通过外延生长形成要转移的InGaN层12t，该模板示出通过外延生长在作为示例的蓝宝石支撑衬底11上生长的GaN籽晶层12s。这在图6中被示出为步骤S30，其中，将GaN上的InGaN层一起表示为层12，并且底层支撑衬底11是蓝宝石。在用于执行本发明的合适的方法中，InGaN层的厚度将是大约100nm，并且铟的量将达到5%至15%的量级。层中的位错密度将优选地低于5×10⁸/cm²。在c面蓝宝石上通过外延生长的GaN是极性材料，并且上自由面是镓（Ga）面。该极性由上面所生长的InGaN来保持。

在随后的步骤S31中，通过LPCVD技术，将氧化物结合层（SiO₂，图中的层13）铺在InGaN层上。合适的厚度将是大约300nm。

在随后的步骤S32中，可以通过氧化物层13并且通过InGaN进行例如氢离子和/或氦离子的离子注入，以在大约500nm的深度处创建薄弱区，薄弱区位于GaN籽晶层中。适合于这种注入的剂量大约是4×10¹⁷atoms/cm²的量级。

在随后的步骤S33中，提供了按顺序包含以下各层的中间衬底：例如蓝宝石的支撑衬底25、根据本发明的中间层15、由PECVD技术以约100nm的厚度铺设的例如Si_xN_y的吸收层24以及具有约500nm的厚度的二氧化硅结合层23。使用分子结合，以经由接触的氧化物结合层13和23来链接初始衬底实体和中间衬底实体。

然后，在步骤S34中，热处理使所创建的实体破裂，去除最初底层初始支撑衬底11以及一部分GaN籽晶层。然后使用本领域技术人员已知的刻蚀技术去除残留的GaN（在步骤S34和S35之间，并且未在图6中示出），并且这露出了InGaN层12t或100的具有N极性的面。在随后的步骤S35中，通过PECVD技术以约50nm的厚度铺设Si_xN_y层。在图6中将该进一步的电磁辐射吸收层和/或粘结层表示为层34。然后，通过LPCVD或PECVD技术以约500nm至3μm的厚度铺设二氧化硅结合层（步骤S36，二氧化硅层被表示为33）。在制备了用于结合的表面之后（平坦化、CMP、刷净、可选的等离子激活），在步骤S36获得的结构与标记为31的蓝宝石的最终支撑衬底接触（步骤S37）。可以执行结合加强热处理，涉及在300℃至950℃持续几个小时的加热。

随后，在步骤S38，可以照射电磁辐射吸收层24，例如通过在中间支撑衬底25的表面处以193nm的波长扫描激光束，以使得中间支撑体（与吸收层24相结合的中间支撑衬底25和中间层15）分解并分离，可能的话附加机械能。

随后在步骤39中进行可能的吸收层残留24以及氧化物结合层13和23的去除，例如通过干法刻蚀或者与接触稀释的氢氟酸相关的机械抛光，然后使具有Ga极性的InGaN表面12t或100露出。这可以然后用作InGaN和/或其它有源层的进一步外延生长的基础。如果需要，吸收层34可以用作在最终实体的后续使用中分离最终支撑衬底31的分离层。在步骤S39中，中间层15也被去除，以为了后续使用而重复利用支撑衬底。

Claims

1.一种用于重复利用支撑衬底的处理，该支撑衬底的材料对于至少电磁辐射波长透明，所述处理包括以下步骤：

a)提供初始衬底；

b)在所述支撑衬底的具有初始粗糙度的结合面上形成中间层，所述中间层的材料对于至少电磁辐射波长透明；

c)在所述初始衬底的所述结合面上和/或在所述中间层上，形成电磁辐射吸收层，所述电磁辐射吸收层的材料吸收所述至少电磁辐射波长；

d)经由所述电磁辐射吸收层，将所述初始衬底结合至所述支撑衬底；

e)利用具有所述至少电磁辐射波长的电磁辐射，透过所述支撑衬底和所述中间层，对所述电磁辐射吸收层执行照射，以使得由于所述电磁辐射吸收层中的化学变化和/或物理变化，所述支撑衬底从所述初始衬底分离；以及

f)去除所述中间层以恢复所述支撑衬底，

其中，所述中间层的材料具有比所述支撑衬底的材料更高的刻蚀率和/或比所述支撑衬底的材料更高的抛光率。

2.根据权利要求1所述的处理，其中，在步骤f)之后，恢复后的支撑衬底的所述结合面具有与所述初始粗糙度相似的粗糙度。

3.根据权利要求1或2所述的处理，该处理还包括：在步骤f)之后，使用恢复后的支撑衬底的至少步骤g)。

4.根据权利要求1所述的处理，其中，所述中间层具有至少10nm的厚度。

5.根据权利要求1所述的处理，其中，传导的中间层包括选自以下各项的组中的至少一种材料：

SiO₂、LiF、CaF₂和MgF₂。

6.根据权利要求5所述的处理，其中，在步骤f)中，如果所述中间层具有比所述支撑衬底的材料更高的刻蚀率，则通过化学刻蚀去除所述中间层，并且如果所述中间层具有比所述支撑衬底的材料更高的抛光率，则通过抛光去除所述中间层。

7.根据权利要求1所述的处理，其中，所述支撑衬底包括选自以下各项的组中的至少一种材料：

蓝宝石Al₂O₃、MgO、CaF₂、MgF₂、LiTaO₃和LiNbO₃。

8.根据权利要求1所述的处理，其中，所述中间层由SiO₂制成，所述支撑衬底由蓝宝石Al₂O₃制成，所述支撑衬底的所述结合面具有由AFM在1微米×1微米上测得的RMS的初始粗糙度，并且被重复利用的支撑衬底的结合面的粗糙度是由AFM在1微米×1微米上测得的RMS。

9.根据权利要求1所述的处理，其中，所述支撑衬底包括钻孔掺杂的硅玻璃，并且所述中间层包括玻璃状材料，在步骤f)中通过抛光来去除所述中间层。

10.根据权利要求1所述的处理，其中，在步骤a)之后并且优选地在步骤e)之前，去除所述初始衬底的一部分以形成层。

11.根据权利要求10所述的处理，该处理还包括：在步骤d)之后的步骤d')，所述步骤d')对所述层进行功能化和/或将其它层或衬底结合至所述层。

12.根据权利要求11所述的处理，其中，步骤d')包括在所述层中或在所述层上形成具有光生伏打、光、光电、电子和/或机械功能的区域。

13.根据权利要求10所述的处理，其中，层和/或支撑衬底包括具有光生伏打、光、光电、电子和/或机械功能的区域。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的处理，其中，步骤d')包括执行结合，以将所述衬底的露出面接合至最终衬底。

15.根据权利要求1所述的处理，其中，所述初始衬底是无支撑的体衬底。

16.根据权利要求1所述的处理，其中，所述初始衬底包括表面层和底层第二支撑衬底，所述表面层具有用于结合至所述支撑衬底的面，而所述底层第二支撑衬底充当上面已沉积有所述表面层的模板。

17.根据权利要求1所述的处理，其中，所述初始衬底包括表面层、第二中间层和底层第二支撑衬底。

18.根据权利要求10所述的处理，其中，在步骤d)中经由所述电磁辐射吸收层结合至所述支撑衬底之前，通过所述结合面在所述初始衬底中执行离子注入，以提供限定了所述衬底的上部区域的薄弱面，并且通过在所述薄弱面处分开来去除所述上部区域。

19.根据权利要求1所述的处理，其中，所述初始衬底包含选自以下各项的组中的至少一种材料：

GaN、InGaN、SiC、Si、Si(000)、Si(111)、GaAs、ZnO、AlN晶体、AlGaN、InGaAs、InP、Ge、InAlAs。

20.根据权利要求1所述的处理，其中，所述电磁辐射吸收层包含以下组中的至少一种材料：

Si_xN_y、Si_xN_y:H、Si₃N₄、GaN、AlN、InN、或者“In、Ga和Al中的一种或更多种的混合氮化物”、或者含有至少2个原子百分比的氢的非晶硅、多晶硅或单晶硅。

21.根据权利要求1所述的处理，其中，利用一个或更多个二氧化硅结合层来进行所述初始衬底和所述支撑衬底之间的结合。

22.根据权利要求10所述的处理，其中，在步骤e)之后，在所述初始衬底的、在步骤e)中通过对电磁辐射吸收层的照射所释放的所述结合面上进行外延生长或进一步的功能化。