CN103985664A - 硅基氮化镓外延层剥离转移的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种硅基氮化镓外延层剥离转移的方法，包括如下步骤：1）盐酸清洗硅基氮化镓外延片和临时载片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；2）正面旋涂光刻胶，并通过光刻胶将硅基氮化镓外延片粘贴到临时载片上；3）配置腐蚀硅衬底的腐蚀溶液；4）将键合后的圆片置于腐蚀溶液中进行腐蚀；5）在露出来的硅基氮化镓外延层上旋涂BCB；6）自然冷却后，将临时载片上的硅基氮化镓外延层和目标衬底正面相对在温度为250摄氏度的条件下键合；7）去除临时载片。优点：利用本发明的方法可以将硅基氮化镓外延片上的氮化镓外延层薄膜完整的转移到所需衬底上，工艺简单、成品率高，转移过程中氮化镓外延层不会受到破坏。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种硅基氮化镓外延层剥离转移的方法，属于半导体工艺技术领域。
背景技术
随着半导体技术日趋成熟，为了充分发挥不同半导体材料的性能优势，利用异构集成技术在同一圆片上实现不同材料的三维集成已成为当前研究热点。
常规的片上异质集成是采用异质外延生长的方法，然而由于常规半导体材料之间一般存在较大的晶格失配，导致异质外延生长的半导体材料含有很高的位错密度，使得材料特性完全劣化，器件无法使用。尽管采取了各种补救办法，但改善不多。异质外延生长技术对于大失配的异质材料来说存在着先天不足，致使该项技术的发展与应用受到相当的限制。比如说目前氮化镓的外延层材料只能生长在碳化硅、氮化镓以及硅材料上，由于材料本身固有性质所限，无法生长在其他晶格失配较大的衬底材料上。
针对这一问题，目前研究人员并没有很好的解决方案，只能在有限的几种失配较小的半导体材料上进行异质外延生长，严重限制了片上异质集成技术的发展。
发明内容
本发明提出的是一种硅基氮化镓外延层剥离转移的方法，其目的旨在解决氮化镓外延层与所需衬底材料异质集成的问题。
本发明的技术解决方案，硅基氮化镓外延层剥离转移的方法，其特征是该方法包括如下步骤：
1）用质量浓度为10%的盐酸清洗硅基氮化镓外延片和临时载片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；
2）在硅基氮化镓外延片的正面旋涂光刻胶，并通过光刻胶将硅基氮化镓外延片粘贴到临时载片上；
3）配置腐蚀硅衬底的腐蚀溶液，由硝酸HNO3、氢氟酸HF和去离子水组成，它们的体积比为，硝酸HNO3：氢氟HF：去离子水=1：（1～3）：（5～10）；
4）将键合后的圆片置于腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀时间由硅衬底的厚度决定，直到将硅材料全部腐蚀干净；
5）在露出来的硅基氮化镓外延片上,每英寸旋涂5毫升的BCB；厚度2-4um,转速1000rpm-5000rpm，时间为30秒，并在温度为100摄氏度的热板上烘烤2~5分钟；
6）自然冷却后，将临时载片上的硅基氮化镓外延层和目标衬底正面相对在温度为250摄氏度的条件下键合，键合时间1~2小时；
7）去除临时载片：将键合完的圆片浸泡在丙酮中，待光刻胶被丙酮全部溶解后目标衬底将与临时载片自动分离。
所述的采用临时载片作为承接载体，先将硅基氮化镓外延片通过光刻胶粘贴到临时载片上；利用湿法腐蚀去除硅衬底材料得到氮化镓外延层；在临时载片的支撑下将氮化镓外延层通过BCB键合到所需的目标衬底上；最后去除临时载片。
本发明有以下优点：①可以摆脱半导体材料晶格失配等固有限制，将氮化镓外延层与多种不同材料在同一圆片上实现异质集成；②利用临时载片作为载体，支撑超薄的氮化镓外延层，使其在转移过程中不易发生起皱、断裂等形变。
本发明最大的特点在于用外延层转移的方法来实现氮化镓与其他不同半导体材料在同一片内的异质集成，与传统的异质外延生长相比，打破了半导体材料本身的固有限制，能够将氮化镓外延层与多种不同材料在同一圆片上实现异质集成，集成的材料范围更广，更灵活。
附图说明
图1是临时载片样品示意图。
图2是硅基氮化镓外延片样品示意图。
图3是硅基氮化镓外延片正面旋涂光刻胶示意图。
图4是临时衬底正面朝下和硅基氮化镓外延片键合示意图。
图5是将硅基氮化镓外延片的硅衬底去除示意图。
图6是临时载片支撑下的氮化镓外延层上旋涂BCB示意图。
图7是目标衬底样品示意图。
图8是目标衬底正面朝下和载片支撑下的氮化镓外延层键合示意图。
图9是将临时载片和光刻胶去除示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术解决方案。
①准备样品：将硅基氮化镓外延片和临时载片用质量浓度为10%的盐酸（HCl）和去离子水清洗干净，放入甩干机进行甩干。如图1，如图2所示。
②在硅基氮化镓外延片上涂敷光刻胶：在硅基氮化镓外延片的正面滴适量的光刻胶，通过光刻胶将硅基氮化镓外延片粘贴到临时载片上；根据不同厚度（2-4um）需要用1000-5000转/秒的速率进行旋涂，旋涂时间不少于30秒钟，将涂好光刻胶的砷化镓外延片正面朝上放在热板上进行预烘烤，热板温度在110摄氏度左右，时间2~5分钟，如图3所示。
③将硅基氮化镓外延片和临时衬底的正面相对叠在一起，利用键合机进行圆片键合，键合力应不低于4000N，键合时间1小时，如图4所示。
④配置腐蚀硅衬底的腐蚀溶液：在常温下，将浓度为≥40%的分析纯氢氟酸(HF)溶液、浓度为65-68%的分析纯硝酸(HNO3)溶液与去离子水按体积比HF: HNO3: H2O =1：（1 ～3）：（5～10）按HF、HNO3、去离子水顺序混合制成刻蚀溶液，以下是几个具体的腐蚀溶液的配比：
a、取氢氟酸(HF)100毫升，硝酸(HNO3)200毫升，去离子水500毫升在常温下混合即可；
b、取氢氟酸(HF)100毫升，硝酸(HNO3)250毫升，去离子水500毫升在常温下混合即可；
c、取氢氟酸(HF)200毫升，硝酸(HNO3)360毫升，去离子水2000毫升在常温下混合即可。
⑤腐蚀硅衬底：将键合好的圆片样品浸没在上述腐蚀溶液中，轻微晃动样品，待硅材料全部腐蚀干净露出氮化镓外延层以后用去离子水冲洗，并用氮气(N2)吹干；如图5所示。
⑥旋涂BCB：在氮化镓外延片上每英寸滴5毫升的BCB，根据不同厚度（2-4um ）需要用1000-5000转/秒的速率进行旋涂，旋涂时间不少于30秒钟，然后正面朝上放在热板上进行预烘烤，热板温度在100摄氏度左右，时间2~5分钟，如图6所示。
⑥键合：将氮化镓外延层和目标衬底的正面相对叠在一起，利用键合机进行圆片键合，键合温度为250摄氏度，键合时间1小时，如图8所示。
⑦去除临时载片：将键合完成的圆片浸泡在丙酮中，液面应全部没过圆片，待光刻胶被丙酮全部溶解后目标衬底将与临时衬底自动分离，将其小心托起用去离子水冲洗干净，并用氮气（N2）吹干即可。如图9所示。
实施例
①将硅衬底上生长氮化镓外延层的圆片和玻璃片放在浓度为10%的盐酸（HCl）中浸泡30秒钟，然后去离子水冲洗，放入甩干机进行甩干；
②在硅基氮化镓圆片正面旋涂光刻胶，通过光刻胶将硅基氮化镓外延片粘贴到临时载片上；转速为2000转/秒，加速度为2000转/秒，旋涂时间为90秒；
③将涂好光刻胶的硅基氮化镓圆片正面朝上放热板上，热板温度为110摄氏度，烘片时间2分钟；
④将硅基氮化镓圆片从热板上取出和蓝宝石正面相对叠在一起，用夹具固定好放入键合机进行键合，键合力为4000N，键合时间为60分钟；
⑤用量筒分别取100ml分析纯氢氟酸(HF)溶液、250ml分析纯硝酸(HNO3)溶液，按HF、HNO3顺序倒入500ml去离子水中混合制成腐蚀液；
⑥将键合好的圆片浸没在腐蚀液中，轻轻晃动，硅材料被完全腐蚀掉以后将圆片取出，用去离子水冲洗干净，并用氮气（N2）吹干；
⑦在玻璃片支撑下的氮化镓外延片上每英寸滴5毫升的BCB，旋涂BCB，转速为2000转/秒，加速度为2000转/秒，旋涂时间为90秒。涂好后正面朝上放在热板上，热板温度为100摄氏度，烘片时间2分钟；
⑧将氮化镓外延层和砷化镓圆片正面相对叠在一起，用夹具固定好放入键合机进行键合，键合温度为250摄氏度，键合时间为60分钟；
⑨将键合完的圆片浸泡在丙酮中，液面应全部没过圆片，待光刻胶被丙酮全部溶解后玻璃片将自动分离，将砷化镓圆片取出，用去离子水冲洗干净，并用氮气（N2）吹干。
经过以上步骤，就实现了氮化镓外延层从硅衬底到砷化镓衬底的转移。
Claims (2)
1.一种硅基氮化镓外延层剥离转移的方法，其特征是该方法包括如下步骤：
1）用质量浓度为10%的盐酸清洗硅基氮化镓外延片和临时载片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；
2）在硅基氮化镓外延片的正面旋涂光刻胶，并通过光刻胶将硅基氮化镓外延片粘贴到临时载片上；
3）配置腐蚀硅衬底的腐蚀溶液，由硝酸HNO3、氢氟酸HF和去离子水组成，它们的体积比为，硝酸HNO3：氢氟HF：去离子水=1：（1～3）：（5～10）；
4）将键合后的圆片置于腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀时间由硅衬底的厚度决定，直到将硅材料全部腐蚀干净；
5）在露出来的硅基氮化镓外延片上,每英寸旋涂5毫升的BCB；厚度2-4um,转速1000rpm-5000rpm，时间为30秒，并在温度为100摄氏度的热板上烘烤2~5分钟；
6）自然冷却后，将临时载片上的硅基氮化镓外延层和目标衬底正面相对在温度为250摄氏度的条件下键合，键合时间1~2小时；
7）去除临时载片：将键合完的圆片浸泡在丙酮中，待光刻胶被丙酮全部溶解后目标衬底将与临时载片自动分离。
2.根据权利要求1所述的一种硅基氮化镓外延层剥离转移的方法，其特征是所述的采用临时载片作为承接载体，先将硅基氮化镓外延片通过光刻胶粘贴到临时载片上；利用湿法腐蚀去除硅衬底材料得到氮化镓外延层；在临时载片的支撑下将氮化镓外延层通过BCB键合到所需的目标衬底上；最后去除临时载片。
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