TWI506817B - 用於層轉移之金屬載體及其形成方法 - Google Patents

Description

用於層轉移之金屬載體及其形成方法

一般而言，本發明係關於用於製造半導體結構或裝置之經改造基板之製造、在半導體結構或裝置之製造期間形成之中間體結構，且係關於使用經改造基板之半導體結構或裝置。

使用包括一或多個半導體材料層之基板來形成各種各樣半導體結構及裝置，其包括(例如)積體電路(IC)裝置(例如，邏輯處理器及記憶體裝置)及離散裝置(例如，輻射發射裝置(例如，發光二極體(LED)、共振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL))及輻射感測裝置(例如，光學感測器))。通常，該等半導體裝置係以逐層方式(即，以微影方式)形成於半導體基板之表面上及/或該表面中。

歷史上，已在半導體裝置製造工業中使用之該等半導體基板之大部分已包含矽材料之薄盤或「晶圓」。該等矽材料晶圓係藉由以下步驟製造：首先形成大體為圓柱形之大型矽單晶錠，且隨後垂直於該單晶錠之縱向軸對其進行切割以形成複數個矽晶圓。該等矽晶圓可具有大至約30公分(30 cm)或更大(約12英吋(12 in)或更大)之直徑。雖然矽晶圓通常具有數百微米(例如，約700微米)或更大之厚度，但通常僅使用矽晶圓之主表面上之極薄半導體材料層(例如，小於約300奈米(300 nm))來在矽晶圓上形成作用裝 置。然而，在一些裝置應用中，矽晶圓厚度之大部分可包括在自矽晶圓形成之一或多個裝置結構之電通路中，該等裝置結構通常稱為「垂直」裝置結構。

因此，已研發所謂「經改造基板」，其包括安置於介電材料(例如，二氧化矽(SiO₂ )、氮化矽(Si₃ N₄ )或氧化鋁(Al₂ O₃ ))層上之相對薄之半導體材料層(例如，具有小於約300奈米(300 nm)之厚度之層)。視情況，介電材料層可相對薄(例如，太薄以致不能夠藉由習用半導體裝置製造設備進行處置)，且半導體材料及介電材料層可安置於相對較厚之主體或基底基板上，以促進藉由製造設備處置整體經改造基板。因此，基底基板在業內通常稱為「處置(handle)」或「處置(handling)」基板。基底基板亦可包含除矽之外之半導體材料。

業內已知各種各樣經改造基板，且其可包括諸如矽(Si)、鍺(Ge)、III-V型半導體材料及II-VI型半導體材料等半導體材料。

例如，經改造基板可包括在基底基板之表面上形成之III-V型半導體材料磊晶層，例如氧化鋁(Al₂ O₃ )(其可稱為「藍寶石」)。磊晶層可藉由轉移製程自施體結構(例如施體基板或施體錠)形成於基底基板之表面上。當施體材料極昂貴或供應稀缺時，自施體結構之轉移可係合意的。使用此一經改造基板，可在III-V型半導體材料磊晶層上形成並處理其他材料層，以在經改造基板上形成一或多個裝置。然而，磊晶層與包含經改造基板之基底基板之間之熱 膨脹係數失配(或差異)可影響其他材料層之形成及處理。例如，若磊晶層與基底基板之間之熱膨脹係數顯著失配，則在其他材料層之形成期間經改造基板可受到負面影響。

可利用經改造基板之裝置之實例係高功率裝置及光子裝置，例如發光二極體(LED)及雷射二極體。圖1圖解說明習用LED。基板110可係經改造基板，其包括安置於其上之n型層120。將可包括多個層(例如，量子井、障壁層、電子阻擋層(EBL)等)之作用區130安置於n型層120與p型層140之間。從而得到由n型層120、作用區130及p型層140形成之LED。第一接觸160提供與n型層120之電連接，且第二接觸150提供與p型層140之另一電連接。該等接觸可對該LED發射之波長之光不透明，且因此可減少可自LED獲得之總光量。因此，僅第一接觸160與第二接觸150之間之區域可產生大量光。第二接觸150相對於n型層120之實體佈局可使電流集中於在p型層140與n型層120之間流動之電流中。此外，該實體佈局可能需要將p及n型接觸二者皆安置於LED結構之上表面上，其中此一實體佈局可能需要移除裝置層之一部分，以暴露用於接觸之區。移除裝置層之一部分可增加裝置製造之複雜性，可減少可用於產生光之區域且亦可降低裝置產率。

鑒於上述內容，且出於下文所述之其他原因，業內需要為自施體結構施與之材料提供適宜基底基板之基板技術。另外，業內需要提供熱膨脹係數(CTE)與經改造基板密切匹配之支撐基板之裝置及方法。

一般而言，本發明之各種實施例係關於經改造基板及產生該等經改造基板之方法，該等經改造基板提供CTE密切匹配該經改造基板之CTE之適宜基底基板。

提供此概述以簡化形式介紹概念之選擇，該等概念會在下文對本發明一些實例性實施例之詳細說明中進一步闡述。此概述並不意欲確定所主張標的物之關鍵特徵或基本特徵，其亦不意欲用於限制所主張標的物之範圍。

在一些實施例中，本發明包括製造半導體基板之方法，該等方法包括在施體結構中於預定深度形成弱化帶，以界定附著表面與弱化帶之間之轉移層及弱化帶與附著表面之相對表面之間之殘餘施體結構。在附著表面上形成金屬層，且提供密切匹配轉移層之熱膨脹係數(CTE)之金屬層匹配CTE，且提供足夠剛性以向轉移層提供結構支撐。在弱化帶處自施體結構分離轉移層，從而形成包含轉移層及金屬層之複合基板。

在其他實施例中，本發明包括製造半導體基板之方法，該等方法包括在施體結構中於預定深度形成弱化帶，以界定附著表面與弱化帶之間之轉移層及弱化帶與附著表面之相對表面之間之殘餘施體結構。在轉移層與安置於其上之接觸層之間形成歐姆接觸。在耐火金屬層與接觸層之間形成低阻抗耦合，其中耐火金屬層為半導體基板提供結構支撐。該等方法亦包括在弱化帶處自施體結構分離轉移層，從而形成包含轉移層、接觸層及耐火金屬層之複合基板。

在其他實施例中，本發明包含半導體基板，該半導體基板包括經組態以向半導體基板提供足夠剛性之金屬支撐基板。半導體基板亦包括轉移層，該轉移層包含與金屬支撐基板之附著表面接觸之半導體材料，其中使轉移層脫離施體結構，該施體結構包含該半導體材料且在該施體結構中距離附著表面之預定深度處包括弱化帶，以界定附著表面與弱化帶之間之轉移層。金屬支撐基板之匹配CTE密切匹配轉移層之CTE。

根據以下詳細說明可瞭解本發明實施例之元件之其他態樣、細節及替代組合。

參照在附圖中圖解說明之本發明實例性實施例之上文詳細說明可更全面地理解本發明。

本文中所呈現之說明並非意指任一特定材料、裝置或方法之實際情形，而僅係用於描述本發明實施例之理想化表示。

應瞭解，本文中任何使用諸如「第一」、「第二」等名稱提及一元件並不限制彼等元件之數量或順序，除非明確說明該等限制。相反，在本文中該等名稱可用作區分兩個或更多個元件或元件實例之便捷方法。因此，提及第一及第二元件並非意指該處僅可採用兩個元件，或第一元件必須以某一方式位於第二元件之前。而且，除非另外說明，否則一組元件可包含一或多個元件。

本文中所述元件可包括同一元件之多個實例。該等元件 通常可藉由數字命名符來指示(例如110)，且具體而言藉由數字指示符後接字母命名符(例如110A)或前面有「短劃線」之數字指示符(例如110-1)來指示。為便於瞭解說明，在大多數情況下，元件數字指示符始於介紹或最全面論述該等元件之圖式編號。因此，例如，圖1上之元件識別符大多呈數字格式1xx，且圖4上之元件大多呈數字格式4xx。

以下說明提供具體細節(例如材料類型及處理條件)，以充分說明本發明之實施例及其實施方案。然而，熟習此項技術者將理解，可在不採用該等具體細節之情況下且結合習用製造技術來實踐本發明之實施例。此外，本文所提供說明並不形成製造半導體裝置或系統之完整製程流程。本文僅詳細闡述理解本發明實施例所必需之彼等製程動作及結構。本文所述材料可藉由任一適宜技術形成(例如，沈積或生長)，包括(但不限於)旋轉塗佈、毯覆式塗佈、Bridgeman及Czochralski製程、化學氣相沈積(「CVD」)、電漿增強型化學氣相沈積(「PECVD」)、原子層沈積(「ALD」)、電漿增強型ALD或物理氣相沈積(「PVD」)。儘管本文所闡述且圖解說明之材料可以層形式來形成，但該等材料並不限於層且可以其他三維組態來形成。

如本文中所使用，諸如「水平」及「垂直」等術語界定元件或結構相對於半導體結構(例如晶圓、晶粒、基板等)之主平面或主表面之相對位置(不管半導體結構之定向如 何)，且係相對於所闡述結構之定向來解釋之正交維度。如本文中所使用，術語「垂直」意指且包括實質上垂直於半導體結構之主表面之維度，且術語「水平」意指實質上平行於半導體結構之主表面之維度。

如本文中所使用，術語「半導體結構」意指且包括用於形成半導體裝置之任一結構。半導體結構包括(例如)晶粒及晶圓(例如，載體基板及裝置基板)以及包括兩個或更多個彼此三維整合之晶粒及/或晶圓之總成或複合結構。半導體結構亦包括完整製造之半導體裝置以及在半導體裝置製造期間形成之中間體結構。半導體結構可包含導電材料、半導電材料、非導電材料(例如電絕緣體)及其組合。

如本文中所使用，術語「經處理半導體結構」意指且包括包括一或多個至少部分形成之裝置結構之任一半導體結構。經處理半導體結構係半導體結構亞組，且所有經處理半導體結構皆係半導體結構。

如本文中所使用，術語「III-V半導體」意指且包括至少主要由一或多種來自週期表IIIA族之元素(例如，B、Al、Ga、In及Ti)及一或多種來自週期表VA族之元素(例如，N、P、As、Sb及Bi)構成之任一半導體材料。

除非指定不同含義，否則如本文中所使用，術語「熱膨脹係數」在用於材料或結構時意指材料或結構在室溫下之平均線性熱膨脹係數。

如本文中所使用，術語「經改造基板」之最廣泛含義意指且包括包含兩個或更多個材料層之任一基板且意欲用作 用於在上面製造一或多個半導體裝置之基板。作為非限制性實例，經改造基板包括絕緣體上半導體型基板。

如本文中所使用，術語「足夠剛性」意指半導體結構之剛性，該半導體結構提供足夠剛性，從而使得該半導體結構在後續處理或處置期間不發生由於塑性或彈性變形導致之結構損傷。作為非限制性實例，該結構損傷可包括差排、破裂、晶格損傷、翹曲、彎曲及層分離。

本發明之各種實施例係關於經改造基板及產生該等經改造基板之方法，該等經改造基板提供CTE密切匹配該經改造基板之CTE之適宜基底基板。

本發明之實施例可應用於廣泛範圍之矽、鍺、碳化矽及III-V半導體材料基板。例如，本發明實施例之方法及結構可應用於呈二元、三元、四元及五元形式之III-氮化物、III-砷化物、III-磷化物及III-銻化物。

圖2係施體結構210的簡化剖面圖，其具有弱化帶220以產生轉移層230。作為非限制性實例，本文所述之脫離製程可使用SMART-CUT^TM 技術。該等製程係詳細闡述於(例如)以下文獻中：頒予Bruel之美國專利第RE39,484號、頒予Aspar等人之美國專利第6,303,468號、頒予Aspar等人之美國專利第6,335,258號、頒予Moriceau等人之美國專利第6,756,286號、頒予Aspar等人之美國專利第6,809,044號、頒予Aspar等人之美國專利第6,946,365號、頒予Dupont之美國專利第7,531,428號、頒予Ghyselen等人之美國專利第6,858,107號及頒予Ghyselen等人之美國專利第6,867,067 號，其中每一者之揭示內容皆以引用方式全文併入本文中。然而，應理解，亦可使用適於製造複合材料晶圓且包括利用預定弱化區域之其他製程。

為實施此脫離製程，可在施體結構210中形成預定弱化帶220。圖2顯示SMART-CUT^TM 技術之使用，其中以一定劑量及能量將原子物種(atomic species)250(例如氫離子、氦離子或其他惰性氣體離子中之一或多者)經由附著表面240植入，以在施體結構210中產生弱化帶220。弱化帶220實質上平行於主要附著表面240且基於原子物質植入製程之參數位於預定深度。

從而，在附著表面240與弱化帶220之間形成轉移層230。此外，在弱化帶220與附著表面240之相對表面之間形成殘餘施體結構。

施體結構210包括半導體材料，且在一些實施例中可包括矽、鍺、III-氮化物(例如，GaN、InGaN、AlGaN)及SiC。半導體材料可未經摻雜，或對於一些應用而言，經n+或p+摻雜。半導體可係如圖2中所顯示之獨立晶圓或模板結構，例如，藍寶石基底上之GaN。施體結構210亦可包含至少一部分半導體材料晶錠(或晶塊)，且在一些實施例中，該至少一部分晶錠(或晶塊)可包括矽、鍺、III-氮化物(例如，GaN、InGaN、AlGaN)及SiC。晶錠(晶塊)可包含一結構，例如彼等闡述於以下文獻中者：頒予Ghyselen等人之美國專利第6,858,107號及頒予Ghyselen等人之美國專利第6,867,067號，其中每一者之揭示內容皆以引用方式 全文併入本文中。

若施體結構210係III-氮化物材料，則在確定最終複合基板之極性時應考慮經植入表面之極性。作為非限制性實例，可使用GaN施體結構來產生鎵-極性面或氮-極性面用於後續處理。作為另一非限制性實例，可使用InGaN施體結構來產生金屬-極性面或氮-極性面用於後續處理。

對於轉移至載體晶圓之習用層轉移而言，通常使用鍵結製程，隨後藉助一定熱處理分離出經植入晶圓。鍵結製程需要高品質之欲鍵結表面，以避免大區域缺陷(未轉移區域)，同時兩個晶圓之熱膨脹係數(CTE)不應相差過大，從而避免由於分離製程導致晶圓破損。對於一些應用而言，期望半導體材料與導電基板之導電鍵結以構築垂直裝置結構，即，具有靠近半導體層之表面之作用區域及靠近半導體與基板或載體晶圓之介面之接觸區域之裝置。

然而，此一方法難以實現，此乃因現在大部分鍵結製程皆在鍵結面上包括二氧化矽(SiO₂ )層以確保高品質鍵結。然而，SiO₂ 係絕緣體，且會使得難以導電(若並非不可能)，且另外會阻礙裝置至基板之有效熱散逸。

因此，本發明之實施例提供用於提供支撐結構之結構及製程，該支撐結構可提供熱散逸且具有密切匹配轉移層230之CTE之CTE。在一些實施例中，可在轉移層230與金屬載體層之間形成電接觸，例如，歐姆或肖特基(Schottky)接觸。若肖特基障壁高度係0或負值，則在金屬-半導體接面處形成歐姆接觸(即，具有獨立於電壓之電阻 之接觸)。換言之，歐姆接觸將具有實質上線性且對稱之電流對電壓特性。在該等情形中，載流子可自由流入或流出半導體，從而使得跨過歐姆接觸存在最小電阻。

圖3A至3B係圖解說明根據本發明之一或多個實施例形成具有耐火金屬層310及轉移層230之複合基板之簡化剖面圖；耐火金屬層310可形成至足夠厚度，以形成具有足夠剛性之金屬支撐基板，以向轉移層230提供結構支撐。

藉助適於在耐火金屬層310與轉移層230之間提供電接觸(例如歐姆接觸)之製程在附著表面240上形成耐火金屬層310。在沈積耐火金屬層310之前，半導體之表面可能需要處理以移除可影響耐火金屬層310之品質之任何表面氧化物或其他表面層，例如，可能需要在沈積耐火金屬層310之前移除薄氧化鎵層以供形成電接觸(例如，歐姆接觸)。

可將施體結構210與金屬支撐基板310之整個結構放置於爐(未顯示)中並加熱，以使得可進一步弱化弱化帶220。藉助弱化，可在弱化帶220處使轉移層230及伴隨之金屬支撐基板310自施體結構分離。在弱化及脫離動作期間，可使用呈其他形式之額外能量(例如，機械能、化學能或熱能、機械能及化學能之組合)來代替提供熱能。

由此在分離之後形成之結構係能夠進一步施與薄轉移層之殘餘施體結構(未顯示)及包括金屬支撐基板310及轉移層230之複合基板450。作為非限制性實例，轉移層230可具有小於1000奈米之厚度且更可能約500奈米之厚度。

如圖3B中所顯示，複合基板450可經翻轉以供在轉移層 230之暴露表面上進行其他處理。在實施任何進一步處理步驟之前，複合基板450可接受表面處理，例如，拋光、清潔或其組合。作為非限制性實例，其他處理可包括在複合結構上添加裝置結構。裝置結構可包括多層業內已知的經摻雜半導體材料、未經摻雜之半導體材料及作用區域，以產生電子元件、光子元件及其組合。

圖4A至4C係圖解說明根據本發明之一或多個實施例形成具有耐火金屬層310、轉移層230及其間之接觸層410之複合基板450的簡化剖面圖。

在圖4A至4C之實施例中，將金屬接觸層410沈積於附著表面240上。此接觸層410經組態以在轉移層230與接觸層410之間提供高品質(例如，低電阻)之歐姆接觸。作為非限制性實例，當使用金可能對裝置性能有害時，若施體材料係n+摻雜GaN，則接觸金屬層可係(例如)Ti/Al/Ni/Au堆疊或Ti/Al堆疊。作為另一非限制性實例，若施體材料係p+摻雜GaN，則接觸金屬層可係(例如)Ni/Au堆疊或Ni(列示中之第一金屬係最靠近半導體)。在沈積接觸層410之前，半導體之表面可能需要處理以移除可能影響接觸層410之品質之任何表面氧化物或其他表面層，例如，在沈積接觸層410之前可能需要移除薄氧化鎵層。可藉由濺鍍塗佈、熱蒸發、電子束蒸發等沈積接觸層410。在一些實施例中，接觸層410亦可起晶種金屬之作用以供隨後沈積厚金屬支撐物，此一晶種可改良轉移層230之黏附性且改良與轉移層230之導電性質。

接觸層410可薄至少量單層。在一些實施例中，接觸層410可具有約1奈米至約50奈米之厚度。

如圖4B中所顯示，藉助適於在耐火金屬層310與接觸層410之間提供低阻抗耦合之製程在接觸層410上形成耐火金屬層310。在圖4A至4C之實施例中，接觸層410與耐火金屬層310之組合在本文中可稱為金屬支撐基板310A。

可將施體結構210與金屬支撐基板310A之整個結構放置於爐(未顯示)中並加熱，以使得可進一步弱化弱化帶220。藉助弱化，可在弱化帶220處使轉移層230及伴隨之金屬支撐基板310A自施體結構分離。在弱化及脫離步驟期間，可使用呈其他形式之額外能量(例如，機械能、化學能或熱能、機械能及化學能之組合)來代替提供熱能。

由此在分離之後形成之結構係能夠進一步施與薄轉移層之殘餘施體結構(未顯示)及包括耐火金屬層310、接觸層410及轉移層230之複合基板450。作為非限制性實例，轉移層230可具有小於1000奈米之厚度且更可能約500奈米之厚度。

如圖4C中所顯示，複合基板450可經翻轉以供在轉移層230之暴露表面上進行其他處理。在實施任何進一步處理步驟之前，複合基板450可接受表面處理，例如，拋光、清潔或其組合。作為非限制性實例，其他處理可包括在複合結構上添加裝置結構。裝置結構可包括多層業內已知的經摻雜半導體材料、未經摻雜之半導體材料及作用區域，以產生電子元件、光子元件及其組合。

殘餘施體結構可藉由重複如圖2及圖3A及3B或圖2及圖4A及4C中所圖解說明之製程來重新用於形成其他複合結構。在實施任何進一步處理步驟之前，殘餘施體結構可能需要接受表面處理(例如，拋光、清潔或其組合)，以恢復最初表面品質。

在圖3A至3B及圖4A至4C之兩個實施例中，耐火金屬層310應能夠在高至足以進行後續處理(例如，加熱以供分離及其他層之生長/沈積/處理)之溫度下保持化學及物理穩定。作為非限制性實例，對於其他GaN層之後續處理，耐火金屬層310應能夠耐受在約900℃至約1100℃之範圍內之溫度。此外，對於後續處理，耐火金屬層310應能夠耐受其他生長/沈積/處理設備內之化學環境。

耐火金屬層310之厚度可足以提供足夠剛性以向轉移層230提供結構支撐。作為非限制性實例，耐火金屬層310可具有介於約10微米與約150微米之間之厚度，且更可能介於約10微米與約20微米之間之厚度。作為非限制性實例，可藉由濺鍍塗佈、電漿噴塗或鍍覆方法(例如，無電電鍍及電鍍)沈積耐火金屬層310。

耐火金屬層310可具有密切匹配轉移層230之CTE之匹配CTE，以(例如)防止在後續生長製程期間之應變及破裂。表1列示轉移層230及耐火金屬層310之一些非限制性材料之CTE值。

在一些實施例中，耐火金屬層310之CTE可與轉移層230之半導體材料之CTE相差約20%以內，或與該CTE相差約10%以內。因此，對於該等實施例而言，用作耐火金屬層310之鎢、鉬及鋯可密切匹配SiC轉移層230，且在一些實施例中，特定而言鎢密切匹配。類似地，對於該等實施例而言，用作耐火金屬層310之鋯、鉿、錸及鉭可密切匹配GaN轉移層230，且在一些實施例中，特定而言鉬密切匹配。

由於半導體/金屬之堆疊之CTE相匹配，故半導體材料之厚磊晶層可在該堆疊上無破裂地生長，以完成裝置結構之製造。若需要，則與經濺鍍/經蒸發金屬層種類相同之厚金屬晶圓可充當載體，以增加該堆疊之剛性而不喪失其有利性質。

圖5A至5C圖解說明根據本發明之一或多個實施例之具有n摻雜氮化鎵(GaN)轉移層230N之複合基板450N及在複合基板450N上形成之光子裝置。

在圖5A中，複合基板450N包括在耐火金屬層310(例如，鉬)上之Ti/Al/Ni/Au接觸層410上之n摻雜GaN層(Ga極性)之轉移層230N。轉移層230可提供自n+GaN塊體或藍寶石模板上之n+GaN(Ga極性)。自n+GaN塊體之轉移可藉助在n面極性塊體中植入離子來實現。在沈積接觸層410及耐火金屬層310之後，實施自該塊體分離轉移層230之轉移層分離。藍寶石上之n+GaN之轉移可藉助二次轉移來實現，以在複合基板上提供Ga極性n+-GaN層。

圖5B圖解說明呈光子裝置類型之LED結構，其係由複合基板450N上之其他半導體裝置組成。LED結構包括作用區，其可包括安置於n摻雜GaN轉移層230N上之多個層，例如量子井。將一或多個p型層520安置於作用層510上。從而得到由n摻雜GaN轉移層230N、作用層510及p型層520形成之LED。接觸層530提供與p型層520之電連接。

所得LED結構提供垂直二極體結構，與圖1中之二極體結構相比，其不需要暴露於頂部層用於與二極體之n側面連接之其他電連接。

圖5C圖解說明另一可選動作以包括厚金屬基板550。可藉由經沈積耐火金屬層310與厚金屬基板550之間之金屬至金屬鍵結來增加支撐性金屬之厚度，若厚金屬基板550能夠耐受腐蝕性反應器生長條件，則此金屬支撐物之增厚可在裝置層形成之前實施。

圖6A至6C圖解說明根據本發明之一或多個實施例之具有p摻雜氮化鎵(GaN)轉移層230P之複合基板450P及在複合 基板450P上形成之光子裝置。

圖6A至6C之實施例中之各層與圖5A至5C之實施例之彼等層類似，只是轉移層230包含p摻雜GaN轉移層230P。相應接觸層410可係(例如)Ni/Au。

圖6B圖解說明呈光子裝置形式之包括作用區之LED結構，該作用區可包括安置於p摻雜GaN轉移層230P上之多個層，例如量子井。將一或多個n型層620安置於作用層610上。從而得到由p摻雜GaN轉移層230P、作用層610及n型層620形成之LED。接觸層630提供與n型層620之電連接。

所得LED結構提供垂直二極體結構，與圖1中之二極體結構相比，其不需要暴露於頂部層用於與二極體之p側面連接之其他電連接。

圖6C圖解說明另一可選動作以包括厚金屬基板650。可藉由經沈積耐火金屬層310與厚金屬基板650之間之金屬至金屬鍵結來增加支撐性金屬厚度，若厚金屬基板650能夠耐受腐蝕性反應器生長條件，則此金屬支撐物之增厚可在裝置層形成之前實施。

圖7A至7C圖解說明根據本發明之一或多個實施例之具有碳化矽(SiC)轉移層230S之複合基板450S及在複合基板450S上形成之高功率電子裝置。複合基板450S包括在耐火金屬層310(例如，鎢310T)上之SiC轉移層230S。如自表1看出，SiC轉移層230及鎢耐火金屬層310T之CTE相匹配，從而使得在裝置形成期間，SiC轉移層230及其上形成之高 功率電子裝置將幾乎不經歷或不經歷由於CTE失配導致之應變效應。

如圖7B中所圖解說明，可利用SiC轉移層230S上之一或多個功率裝置層710形成功率裝置。接觸層730提供與功率裝置層710之電連接。

圖7C圖解說明另一可選動作以包括厚金屬基板750。可藉由經沈積耐火金屬層310與厚金屬基板750之間之金屬至金屬鍵結來增加支撐性金屬厚度，若厚金屬基板750能夠耐受腐蝕性反應器生長條件，則此金屬支撐物之增厚可在裝置層形成之前實施。

圖8A至8D圖解說明根據本發明之一或多個實施例之具有n摻雜氮化鎵(GaN)轉移層230之複合基板及在複合基板450上形成之光子裝置，該複合基板經翻轉以形成n層向上之光子裝置。

圖8A之實施例中之各層與圖3B之實施例之彼等層類似。然而，與圖4A至6C之實施例相比，圖8A至8D之實施例不包括毗鄰複合基板450之接觸層。相反，可在此實施例中以n摻雜氮化鎵(GaN)轉移層230N形式形成之半導體材料230上形成光子器件(例如，LED)。

如圖8B中所顯示，光子裝置可包括作用區810，其可包括安置於n型氮化鎵(GaN)轉移層230N上之多個層，例如量子井。可將一或多個p型GaN層820安置於作用層810上。從而得到由n型氮化鎵(GaN)轉移層230N、作用層810及p型層820形成之LED。

利用所形成之光子裝置結構，可在p型GaN層820上形成接觸層840(例如彼等上文所述者)，其提供與p型層820之電連接。可在接觸層840上形成散熱體(例如，厚金屬基板850)。所得結構可視為經翻轉形式。在圖8C中圖解說明經翻轉組態。然後可移除耐火金屬310以暴露n型氮化鎵(GaN)轉移層230N。

所得LED結構提供垂直二極體結構，與圖1中之二極體結構相比，其不需要暴露於頂部層用於與二極體之p側面連接之其他電連接。相反，可經由接觸層840及厚金屬基板850接觸二極體之p側面。可形成接觸層830以提供與n摻雜氮化鎵(GaN)轉移層230N之電連接。

上述本發明實施例不限制本發明之範圍，此乃因該等實施例僅係本發明實施例之實例，本發明範圍係藉由隨附申請專利範圍及其法律等效物之範圍來界定。任何等效實施例皆意欲屬於本發明之範圍。實際上，熟習此項技術者根據說明可了解除彼等本文中所顯示且闡述者之外的本發明之各種修改，例如所述元件之有用替代組合。該等修改亦意欲屬於隨附申請專利範圍之範圍。

110‧‧‧基板

120‧‧‧n型層

130‧‧‧作用區

140‧‧‧p型層

150‧‧‧第二接觸

160‧‧‧第一接觸

210‧‧‧施體結構

220‧‧‧弱化帶

230‧‧‧轉移層

230N‧‧‧n摻雜氮化鎵(GaN)轉移層

230P‧‧‧p摻雜氮化鎵(GaN)轉移層

230S‧‧‧碳化矽(SiC)轉移層

240‧‧‧附著表面

250‧‧‧原子物質

310‧‧‧耐火金屬層

310A‧‧‧金屬支撐基板

310T‧‧‧鎢耐火金屬層

410‧‧‧接觸層

450‧‧‧複合基板

450N‧‧‧複合基板

450P‧‧‧複合基板

450S‧‧‧複合基板

510‧‧‧作用層

520‧‧‧p型層

530‧‧‧接觸層

550‧‧‧厚金屬基板

610‧‧‧作用層

620‧‧‧n型層

630‧‧‧接觸層

650‧‧‧厚金屬基板

710‧‧‧功率裝置層

730‧‧‧接觸層

750‧‧‧厚金屬基板

810‧‧‧作用層

820‧‧‧p型氮化鎵層

840‧‧‧接觸層

850‧‧‧厚金屬基板

圖1係習用LED結構之簡化剖面圖；圖2係具有弱化帶以產生轉移層之施體結構的簡化剖面圖；圖3A至3B係圖解說明根據本發明之一或多個實施例形成具有耐火金屬載體及轉移層之複合基板之簡化剖面圖； 圖4A至4C係圖解說明根據本發明之一或多個實施例形成具有耐火金屬載體、轉移層及其間之接觸層之複合基板的簡化剖面圖；圖5A至5C圖解說明根據本發明之一或多個實施例之具有n摻雜氮化鎵(GaN)轉移層之複合基板及在該複合基板上形成之光子裝置；圖6A至6C圖解說明根據本發明之一或多個實施例之具有p摻雜氮化鎵(GaN)轉移層之複合基板及在該複合基板上形成之光子裝置；圖7A至7C圖解說明根據本發明之一或多個實施例之具有碳化矽(SiC)轉移層之複合基板及在該複合基板上形成之高功率電子裝置；且圖8A至8D圖解說明根據本發明之一或多個實施例之具有n摻雜氮化鎵(GaN)轉移層之複合基板及在該複合基板上形成之光子裝置，該複合基板經翻轉以形成n層向上之光子裝置。

210‧‧‧施體結構

220‧‧‧弱化帶

230‧‧‧轉移層

310‧‧‧耐火金屬層

450‧‧‧複合基板

Claims (37)

1. 一種製造半導體基板之方法，其包含：在施體結構中於預定深度處形成弱化帶，以界定在附著表面與該弱化帶之間之轉移層及在該弱化帶與該附著表面之相對表面之間之殘餘施體結構；在該附著表面上沈積金屬層及在該附著表面上形成包含該金屬層之金屬支撐結構，其中該金屬層提供：該金屬層密切匹配該轉移層之熱膨脹係數(CTE)之匹配CTE；及足夠剛性，以向該轉移層提供結構支撐；及在該弱化帶處自該施體結構分離該轉移層，從而形成包含該轉移層及該金屬層之複合基板。
2. 如請求項1之方法，其中在該附著表面上沈積該金屬層進一步包含形成該金屬層，以在該金屬層與該轉移層之間提供歐姆接觸。
3. 如請求項1之方法，其中在該附著表面上沈積該金屬層進一步包含形成該金屬層，以在該金屬層與該轉移層之間提供肖特基(Schottky)接觸。
4. 如請求項1之方法，其中在該施體結構中形成該弱化帶包含在半導體材料之晶錠或半導體材料之晶塊之至少一部分中形成該弱化帶。
5. 如請求項1之方法，其中在該附著表面上沈積金屬層包括：在該附著表面上沈積接觸層，其中該接觸層提供與該 轉移層之電接觸；及在該接觸層上沈積耐火金屬層，該耐火金屬層與該接觸層導電耦合，其中該耐火金屬層與該接觸層相比相對較厚，提供該足夠剛性，且提供該匹配CTE。
6. 如請求項1之方法，其中該匹配CTE與該轉移層之該CTE相差10%以內。
7. 如請求項1之方法，其進一步包含自由矽、鍺、SiC、GaN、AlN、InGaN及GaAs組成之群選擇該施體結構。
8. 如請求項7之方法，其中選擇該施體結構進一步包含選擇施體結構以具有附著於該施體結構相對於該附著表面處之藍寶石基底。
9. 如請求項1之方法，其進一步包含選擇該施體結構以包括SiC及選擇該金屬層以包括鎢或鉬。
10. 如請求項9之方法，其進一步包含選擇該施體結構以包括SiC及選擇該金屬層以包括鎢。
11. 如請求項1之方法，其進一步包含選擇該施體結構以包括GaN及選擇該金屬層以包括鉬、鋯、鉿、錸或鉭。
12. 如請求項11之方法，其進一步包含選擇該施體結構以包括GaN及選擇該金屬層以包括鉬。
13. 如請求項1之方法，其進一步包含在該轉移層內、在該轉移層上或其組合形成其他半導體結構。
14. 如請求項1之方法，其中在該弱化帶處自該施體結構分離該轉移層從而形成複合基板之步驟，包含在該附著表面上沈積該金屬層以在該附著表面上形成包含該金屬層 之該金屬支撐結構之後將該殘餘施體結構與該轉移層分離。
15. 如請求項1之方法，其中在該附著表面上沈積該金屬層以在該附著表面上形成包含該金屬層之該金屬支撐結構之步驟，包含利用濺鍍塗佈法、蒸發法、噴塗法、無電電鍍法及電鍍法中之至少一者在該附著表面上沈積該金屬層。
16. 一種製造半導體基板之方法，其包含：在施體結構中於預定深度處形成弱化帶，以界定在附著表面與該弱化帶之間之轉移層及在該弱化帶與該附著表面之相對表面之間之殘餘施體結構；在該轉移層上沈積金屬以形成接觸層及在該轉移層及沈積於其上之該接觸層間形成歐姆接觸；在該接觸層上沈積耐火金屬以形成耐火金屬層並於該耐火金屬層與該接觸層間形成低阻抗耦合，其中該耐火金屬層為該半導體基板提供結構支撐；及在該弱化帶處自該施體結構分離該轉移層，從而形成包含該轉移層、該接觸層及該耐火金屬層之複合基板。
17. 如請求項16之方法，進一步包含選擇該耐火金屬以使該耐火金屬層具有相對於該轉移層之熱膨脹係數(CTE)之匹配CTE。
18. 如請求項16之方法，進一步包含形成該接觸層以具有約1奈米至約50奈米之厚度。
19. 如請求項16之方法，進一步包含形成該耐火金屬層以具 有約10微米至約150微米之厚度。
20. 如請求項16之方法，其中在該轉移層上沈積金屬以形成該接觸層之步驟，包含利用濺鍍塗佈法、熱蒸發法及電子束蒸發法中之一或多者沈積該金屬。
21. 如請求項16之方法，其中在該接觸層上沈積該耐火金屬以形成該耐火金屬層之步驟，包含利用濺鍍塗佈法、蒸發法、噴塗法、無電電鍍法及電鍍法中之至少一者沈積該耐火金屬。
22. 如請求項16之方法，進一步包含自由矽、鍺、SiC、GaN、AlN、InGaN及GaAs所組成之群選擇該施體結構。
23. 如請求項22之方法，其中選擇該施體結構進一步包含選擇該施體結構以具有附著於該施體結構相對於該附著表面處之藍寶石基底。
24. 如請求項16之方法，進一步包含重新使用該殘餘施體結構以形成其他複合基板。
25. 一種半導體基板，其包含：轉移層，其包含半導體材料；及沈積之金屬支撐基板，其係形成於該轉移層上且經組態以向該半導體基板提供足夠剛性；其中該金屬支撐基板之匹配熱膨脹係數(CTE)密切匹配該轉移層之CTE。
26. 如請求項25之半導體基板，其中該沈積之金屬支撐基板包含：沈積之接觸層，其形成於該轉移層上且提供與該轉移 層之導電接觸；及沈積之耐火金屬層，其形成於該接觸層上之與該轉移層相對的一側，該耐火金屬層與該接觸層導電耦合，其中該耐火金屬層提供足夠剛性以為該半導體基板提供結構支撐且提供該匹配CTE。
27. 如請求項26之半導體基板，其中該導電接觸包含歐姆接觸。
28. 如請求項26之半導體基板，其中該導電接觸包含肖特基接觸。
29. 如請求項26之半導體基板，其中該匹配CTE與該轉移層之該CTE相差20%以內。
30. 如請求項26之半導體基板，其中該轉移層包含SiC且該沈積之耐火金屬層包括鎢、鉬及鋯中之至少一者。
31. 如請求項26之半導體基板，其中該轉移層包含GaN且該沈積之耐火金屬層包括鋯、鉿、錸及鉭中之至少一者。
32. 如請求項26之半導體基板，其中該轉移層包含n摻雜GaN，及該沈積之接觸層包含鈦、鋁、鎳及金中之至少一者。
33. 如請求項26之半導體基板，其中該轉移層包含p摻雜GaN，及該沈積之接觸層包含鎳及金中之至少一者。
34. 如請求項26之半導體基板，其進一步包含與該沈積之耐火金屬層導電耦合且毗鄰該沈積之耐火金屬層之厚金屬基板。
35. 如請求項25之半導體基板，其中該轉移層包含n摻雜 GaN，且進一步包含在該轉移層上經整合之半導體裝置層以形成至少一個光子元件。
36. 如請求項25之半導體基板，其中該轉移層包含p摻雜GaN，且進一步包含在該轉移層上經整合之半導體裝置層以形成至少一個光子元件。
37. 如請求項25之半導體基板，其中該轉移層包含SiC，且進一步包含在該轉移層上經整合之半導體裝置層以形成至少一個高功率電子裝置。