TWI527099B - 用於回收基材之方法 - Google Patents

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Description

用於回收基材之方法
本發明係關於半導體製造方法的領域，其中接合並分離層體與基材以(例如)形成三維堆疊「晶載系統」(system-on-chip)裝置，或轉移光電、(光)伏打及電子元件。層體材料可(例如)選自IV族材料(Si、Ge等)、III/V族材料(GaN、InGaN、InGaAs等)，且該等材料根據應用可為極性、非極性或半極性。
就半導體製造而言，實際上通常或需接合及/或移除半導體或絕緣材料膜或層。一方面，需製備含有電子、光伏打及/或光電子元件之三維設計之最終堆疊結構。另一方面，宜於支撐基材上處理高純度材料及高結晶品質之薄膜，且需佈置有效構件以將此等膜自起始支撐基材轉移至最終支撐基材。
此外，儘管會出現晶格失配及/或熱膨脹係數的問題，然而若干類半導體材料不可用作塊狀(bulk)或獨立式(free-standing)基材而需於支撐基材上處理。因而需有能將功能化半導體材料層自其支撐物移除之方法。
例如，就諸如矽層之功能化半導體層而言，亦可使用可實現層轉移之方法。實際上，此等半導體層之功能化可涉及電子電路、光伏打元件(含有，例如，Ge晶種層及三接點活性層)及/或光電子元件。當所處理之半導體層係於一支撐基材上時，半導體層之「前」及「背」面以相對簡易方式曝露、操控及接合可導入功能元件，此可修改某一種功能，及閉合並隨後於需求時再曝露之彼等功能元件。因此，可於起始支撐基材上之薄膜之面上導入利於此功能化步驟之電子電路，及隨後可將所曝露及經功能化之「前表面」接合至中間基材。移除該起始基材支撐物可於經功能化之薄層之「背」面上製備其他電路。可進一步將所曝露之「背」面轉移至，例如，適宜所建立之功能化中心之操作，例如，熱耗散之支撐物。
此外，諸如InGaAs、InP或InAlAs之III-V族材料對太陽能電池設備極有用及諸如GaN、AlGaN或InGaN之III-氮化物材料受到半導體工業極大關注以用於諸如發光二極體、雷射二極體之發光裝置及相關裝置中。GaN係一種用於光電子設備及高頻高能電子裝置之有用材料。提供展現低量結晶缺陷及高品質表面之GaN及InGaN層甚為重要。
此等技術領域所關注的是可於各種表面及支撐材料上提供III-V及III-N材料之佈置方法。於藉由磊晶於基材表面上生長III-V材料之技術中，生長基材需高結晶品質及適宜的晶格參數以獲得充足品質之III-V生長，限制III-V材料之底層晶種支撐基材之選擇。
於期望藉由蝕刻技術進入III-V層之系統中，此方法證明存在缺點且會導致III-V材料降解。
亦為關注的在於可曝露III-N基材之特定面。實際上，極性c-平面III-N材料常具有特定原子面終止，以使一表面係以來自III族之元素終止及另一表面係以氮原子終止。
於所有以上相關情況中，需自基材分離或剝落薄膜或層，或其等堆疊之方法。此外，亦需在不破壞該基材下實施此分離或剝落以回收作後續使用。
文獻EP 0 858 110揭示一種自該基材剝落存在於夾合有分離層之透明基材上之隔離構件之剝落方法，其中該分離層係以入射光穿過透明基材照射以使分離層及/或界面剝落及使隔離構件自該基材分離。
然而，當以雷射束經由，例如，藍寶石(Al2O3)製成之透明基材照射分離層時，於其上形成分離層之基材之表面上產生非所需之拓撲結構或缺陷。此表面拓撲結構可為30 nm。
為使基材於照射及剝落後可再利用，需消除此表面拓撲結構。就表面拓撲結構之程度而言，於每次照射及剝離後，例如藉由拋光均需移除極厚之基材。此大為限制了基材之再循環性。
此外，拋光如藍寶石或碳化矽基材的透明基材，一般會因基材材料之硬度而甚為耗時及成本高。
為解決上述問題，本發明提供一種回收實質上至少一種電磁輻射波長可穿透之材料之支撐基材之方法，該方法包含：
-　提供起始基材；
-　於該支撐基材之面上形成中間層，該中間層係實質上至少一種電磁輻射波長可穿透之材料，
-　於該起始基材之接合面及/或該中間層上形成電磁輻射吸收層，
-　藉由該電磁輻射吸收層將該起始基材接合至該支撐基材，
-　經由該支撐基材及該中間層照射該電磁輻射吸收層以使該支撐基材自該起始基材分離。
得益於該支撐基材與該電磁輻射吸收層之間存在之中間層，電磁輻射不再立即撞擊於該支撐基材之表面處之該電磁輻射吸收層而係於該中間層之表面處之該電磁輻射吸收層。因此，於該透明支撐基材與該吸收層之間之界面處出現之過量能量現出現於該中間層與該吸收層之間之界面處，即，距支撐基材足夠遠的位置處以避免於支撐基材之表面上產生表面拓撲結構。於中間層上存在表面拓撲結構並非重要問題，係因此層將於照射後移除。
根據本發明之方法，甚至於經由支撐基材及中間層之照射以使該支撐基材自該起始基材分離後，該支撐基材之接合面之粗糙度不會改變。實際上，該方法可進一步包含，於實施照射步驟後，將該中間層移除以回收該支撐基材之步驟。於此移除步驟後，該支撐基材之接合面展現實質上接近其起始粗糙度之粗糙度。因此，該支撐基材可如此般再使用而無需任何特定製備步驟。
圖1顯示本發明之一般方法之示意圖。
如圖1所示，本發明包括於支撐基材25之接合面25b上形成中間層15之步驟(圖1中之S1)；於起始基材10之接合面10b上及/或於中間層15上形成電磁輻射吸收層24之步驟S2；接合步驟S3；利用諸如可見光及/或紫外輻射之電磁輻射照射所接合實體之步驟S4；及將中間層15自支撐基材25移除之步驟S5。
層接合可涉及分子、低共熔、熱、加壓或陽極接合。舉例而言，接合可利用一或多個氧化物接合層(圖1中未顯示)實施，可將該等接合層添加至所接合之基材之一或兩面。、氧化物接合層之材料之適宜實例係二氧化矽(SiO2)。用於接合目的之二氧化矽材料可熱提供於或藉由諸如LPCVD或PECVD之化學氣相化學沈積技術提供於層體中。
然而，無法使用黏著層來實施該接合。黏著劑無法抵受方法之後續步驟(如磊晶或其他功能化步驟)期間結構所經受之溫度。
就電磁輻射吸收層24而言，此層體之組成係以吸收諸如雷射之源所發射之選擇波長下之電磁輻射及容許於所吸收能量之作用下分離所接合之實體的方式選擇。因此，一般而言，於用於改質本發明之基材10之方法中，支撐基材25之分離係由於電磁輻射吸收層24之化學及/或物理變化。
「所接合實體之分離」意指施用電磁輻射後之形成所接合實體之各元件之接合能(binding energy)較施用前弱。若確需此結果，則元件彼此之實質分離需施用諸如機械作用之額外能量。
根據吸收層之屬性，所吸收之能量將產生不同效果，例如，原子能級振動、昇華、如上所述，實質上導致分離之特定的氣體擴散或形成，或化學反應。因此涉及純熱效應及光化學之機理次於分離機理。
於本發明之方法中，吸收層24可適宜地包含選自由SixNy:H、Si3N4、SixNy、GaN、AlN、InN或In、Ga及Al中一或多者之氮化物之混合物、或多晶Si或單晶Si組成之群之至少一種材料。該吸收層亦可包含藉由(例如)離子植入摻雜有氫之非晶矽。氫含量較佳為至少2原子百分比。
於一變體中，可導入數個吸收層24並嵌埋於接合層中以實施用於隨後數次分離之數次照射。
可使用引起電磁輻射吸收層24之內及/或界面剝離之任何類型之電磁輻射，例如，X-射線、紫外線、可見光、紅外線(熱線)、雷射束、毫波、微波及輻射(γ射線)。其中，以雷射束為較佳，係因其等可輕易地導致電磁輻射吸收層之剝離(剝蝕)。
產生雷射束之雷射器實例包括氣體雷射器及固體雷射器(半導體雷射器)，及較佳使用準分子雷射器、Nd-YAG雷射器、Ar雷射器、CO2雷射器、CO雷射器及He-Ne雷射器。其中更佳使用準分子雷射器。準分子雷射器係一種可輸出高能雷射光之氣體雷射器，且可藉由作為雷射介質之稀有氣體(Ar、Kr及Xe)與鹵素氣體(F2及HCl)組合輸出四種典型雷射光(XeF=351 nm、XeCl=308 nm、KrF=248 nm、ArF=193 nm)。
於本發明之框架內，較佳經支撐基材25及中間層15實施雷射照射。因此後者支撐基材25及中間層15需實質上可穿透用於實施分離機理之可見光及/或紫外輻射波長，即，支撐基材之材料於所使用之波長下具有弱光吸收係數，例如，少於約101 cm-1，或具有較吸收層24材料寬之透射光帶。該吸收層24宜為SixNy:H、非晶態Si3N4、SixNy類材料、或例如多晶形之III-N材料(後者於工業中較單晶形更為廉價)。此等材料可於仍高於典型支撐材料之吸收波長之波長下實施照射。於本發明中另一適宜可能性係將III-N材料用作吸收諸如可見光及/或紫外輻射之電磁輻射之層體24。若諸如起始基材10之基材自身係待加工以導入功能之III-N材料，則較佳將相同III-N材料層用作吸收層24，其中兩III-N層(功能化層及犧牲電磁輻射吸收層)係由接合層，如二氧化矽接合層分隔。就可用作吸收層之III-N材料而言，可提及GaN(就3.4 eV之禁帶而言具有低於360 nm之吸收波長)、AlN(就6.2 eV之禁帶而言低於198 nm)、InN(就0.7 eV之禁帶而言低於230 nm)。可使用Nd/YAG或準分子雷射器以引起可導致分離之該電磁輻射吸收層24之分解或其他效果。
亦可將組合鋁、鎵及銦之三元或四元氮化物材料用作電磁輻射吸收層24之材料，例如，AlGaN或InGaN。此等氮化物材料特別有用係因其等會隨著氣態氮產生而分解。其等禁帶界定明確之波長吸收臨界值，於該臨界點處材料顯示自幾乎完全透明至幾乎完全吸收之轉變。此外，其等熔點遠比分解時之溫度高且當熔融時其等對周圍基材產生極小的間接損壞。
為可操作分離機理，支撐基材25及中間層15需實質上可穿透用於照射吸收層24之波長區域內之諸如紫外光及/或可見光之電磁輻射或對其具有高透射率。吸收層24之最小厚度較佳係10 nm。當沈積該吸收層時，小心地避免於支撐基材兩側面上形成層。實際上亦於支撐基材之背側上形成之吸收層可完全吸收輻射、影響內埋吸收層24之吸收，及可阻止分離步驟。
支撐基材25使用藍寶石(Al2O3)係一種適宜選擇，係因於在相當於常用雷射源之高於350 nm之波長下觀察到高透射率。藍寶石亦適於較短波長，如，例如，於約100 nm至350 nm範圍內之波長。支撐基材25之其他適宜選擇包括由以下物質中之至少一者製成之材料：LiTaO3(於大於270 nm之波長下實質上為透明)、LiNbO3(於大於280 nm之波長下實質上為透明)、MgO(於大於200 nm之波長下實質上為透明)、CaF2、MgF2或玻璃。其他材料亦適宜實現分離，儘管其等未展現與上述者相同之高透射率值，但隨後需較高電磁輻射能，此非工業情況所期。
中間層15包含實質上可穿透用於照射吸收層24之電磁輻射波長之材料。該中間層材料尤其係選自可穿透相當於大部份常用雷射束之波長之100 nm至1200 nm之波長之材料。
該中間層15較佳亦係以可，特定言之，藉由化學蝕刻或拋光輕易移除並展現絕熱特性之材料製成，如，例如，SiO2，或摻有B及/或P之SiO2、SiN、LiF、CaF2及MgF2。
然而，當支撐基材25包含諸如摻孔(bore-doped)矽石玻璃之玻璃基材時，該中間層15較佳係由諸如摻孔矽石玻璃之玻璃質材料製成，其係藉由機械或化學-機械拋光移除。該中間層15較佳含有較支撐基材25更高之硼濃度以使中間層15之蝕刻速率較支撐基材25更高(例如，10/1之比)及容許選擇性蝕刻。
該中間層之厚度係至少10 nm及較佳至少50 nm。更一般而言，該中間層之厚度可為，例如，10 nm至500 nm。
為避免過度損耗需使用大量光之入射光(電磁輻射)，中間層材料最佳對入射光波長具有至少90%之透射率。
中間層尤其係由二氧化矽(SiO2)製成。就本發明之中間層厚度而言，一般而言，小於1 μm，SiO2可透過大波長的電磁輻射。SiO2對相當於大部份常用雷射束之波長之100 nm及更大之波長具有90%或更大之透射率。
於步驟S5中，可藉由適宜移除中間層材料之任何技術將中間層15自支撐基材25移除。較佳使用相對較具成本效益之化學蝕刻或拋光技術來移除中間層。
就支撐基材25及中間層15之材料而言，熟習本技藝者較佳選擇有利於選擇性地將中間層15自支撐基材25移除之材料。例如，較佳選擇蝕刻速率及/或拋光速率大於支撐基材材料之中間層15材料。中間層與支撐基材之材料亦可具相同化學屬性但具有不同結晶性，以使一材料(即，支撐基材材料)較另一者(即，中間層材料)更難拋光。於彼情況中，中間層與支撐基材間之界面之檢測係藉由檢測拋光速率之差異實施。
如上所述，得益於支撐基材之接合面上存在之中間層，支撐基材展現接近其在步驟S1至S5前之起始粗糙度之粗糙度。因此，於步驟S5之後，回收(至少就表面粗糙度而言)其可就此再利用之狀態之支撐基材。因此，本發明之方法亦包括於如同步驟S5之移除中間層後使用所回收之支撐基材之一或數個其他步驟。由此回收之基材可尤其用於磊晶生長、與另一基材接合、或重複如上所述之步驟S1至S5，且無需特定的額外製備處理。
於本發明之一較佳實施例中，於根據本發明之回收支撐基材25之方法中，移除一部份起始基材10以形成層體100，較佳，然後實施照射電磁輻射吸收層之步驟。根據本發明，層體100可另存在於一材料之單層或不同材料之複數個(堆疊)子層(一些子層可為相同材料)上。此方法之實例示意性地描述於圖2中，於此實例中，起始基材10於在支撐基材25之接合面25b上形成中間層15之步驟S11、於該起始基材10之接合面10b上及/或於該中間層15上形成電磁輻射吸收層24之步驟S12，及接合步驟S13之後，係經諸如研磨、拋光、SMART CUT，藉由雷射剝離技術或蝕刻部份薄化或剝蝕，以產生源自起始基材10之改質層100(步驟S14)。隨後實施利用諸如可見光及/或紫外輻射之電磁輻射對所接合實體進行照射之步驟S15以使改質層100自支撐基材25分離。於步驟S16中，使該中間層15自該支撐基材25移除。
於本發明中用於回收基材之更佳方法包含移除一部份起始基材以形成層體100之步驟，及隨後於另一步驟中，於上述方法之接合步驟之後：
-　功能化層體100；及/或
-　將其他層體接合至層體100。
此兩更佳實施例示意性地描述於圖3及4中。
於圖3中，100'表示經功能化之層體100(源自起始基材10)。繼圖2中所示之步驟S11至S14之圖3之步驟S17中示意性實例所示之功能化步驟可包括於層體100中或上形成具有光伏打、光學、光電子、電子及/或機械功能之區域。亦應理解該功能化步驟可包括改變層體特性之任何技術步驟，如藉由沈積，例如，磊晶沈積形成材料層、薄層或厚度足以獨立之層體，或形成活性層。實施以諸如可見光及/或紫外輻射之電磁輻射對所接合實體進行照射之步驟S18以使功能層100'自支撐基材25分離。隨後實施將中間層15自支撐基材25移除之步驟S19。
於圖4中，繼，例如，圖2所示之步驟S11至S14或圖3之步驟S17後，於步驟S40中將另一基材30接合至包含層體100、電磁輻射吸收層24及支撐基材25之實體。於圖4中，層體100已經功能化之機率係由代號100/100'說明。支撐基材25亦可含有具有光伏打、光學、光電子、電子及/或機械功能之區域以替代或補充層體100。可實施接合以將源自起始基材10之層體100之曝露面接合至亦可經功能化之最終基材30。可，例如，藉由利用上述方法佈下之二氧化矽接合層實施該接合。若需要，此接合亦可涉及用於支撐基材25之隨後分離之電磁輻射吸收層。
實施以諸如可見光及/或紫外輻射之電磁輻射對所接合實體進行照射之步驟S41以使功能層100/100'自支撐基材25分離。隨後實施將中間層15自支撐基材25移除之步驟S42。
於本發明方法之一實施例中，起始基材10可為塊狀獨立式基材。
於一實施例中，起始基材10可包含具有用於接合至支撐基材25之面12b之表面層12，及用作沈積表面層12之樣板之底層支撐基材11。於此等系統中，表面層12及形成層體100之塊狀基材10可適宜地包含選自由以下組成之群中之至少一者：GaN、InGaN、SiC、Si、Si(000)、Si(111)、GaAs、ZnO、晶體AlN、AlGaN、InGaAS、InP、Ge、InAlAs，其等較佳係單晶材料。層體100形成材料亦可為至少一種半導體材料，較佳單晶材料，例如，IV族材料(如Si、Ge)、III/V族材料(諸如GaN、InGaN、InGaAs之極性或非極性或半極性材料)。
本發明方法所用之起始基材10可適宜地含有針對支撐與表面層12之間之合理膨脹係數匹配及/或晶格參數匹配所選擇之底層支撐基材11，其包含藍寶石(Al2O3)、LiTaO3、LiNbO3、MgO、Si、SiC或含有Cr、Ni、Mo及W中一或多者之金屬合金。於存在此最終基材之實施例中，此等材料亦可用於最終基材(30)中。
於起始基材10包含於底層支撐基材11上生長之表面層12之情況中，最佳保證起始晶種支撐基材11與表面層12之間之合理晶格匹配，藉此形成待導入功能之層體100。舉例而言，表面層12係III-N材料時，適宜的起始晶種支撐材料可，例如，包括，藍寶石(Al2O3)、SiC、Si(111)、GaAs、ZnO、晶體AlN。
於本發明方法之一較佳實施例中，於包括薄化起始基材10以製造層體100之方法之框架內，可於層體100上實施作為功能化步驟之磊晶，例如，以獲得厚度足夠之層材料，隨後製成獨立式基材。
於另一較佳實施例中，該起始基材10於經由輻射吸收層24接合至支撐基材25前，實施離子植入以提供界定該基材10之上部區域之薄弱面，及於該薄弱面處分裂而移除該上部區域。
因此，於本發明方法之第一較佳實施例中，如圖5所示意性顯示，利用Smart Cut技術自起始供體基材取出III-N材料層。即，起始時III-N材料(圖5中之12)可存在於塊狀供體基材上。於此實施例之實例中，如圖1所示，III-N材料係可藉由磊晶於諸如藍寶石之「樣板」上生長之GaN。另一實施例使用藉由中間接合層接合至支撐基材之III-N材料，此佈局可稱為GaNOS(接合至藍寶石之GaN)。
於層體12中經由接合層23a實施離子植入(圖5中之步驟S20)，及隨後接合(圖5中之步驟S21)至第二基材上之接合層23b，藉由接合材料層23將III-N層12連接至根據本發明表面上形成中間層15之支撐基材25上之電磁輻射吸收層24。亦可於支撐基材、吸收層24及III-N材料層12之間直接實施接合而無需接合材料層23。可隨後獲得離子植入所產生的薄弱面處之分裂(圖5中之步驟S22)。以熟習本技藝者已知之方式，可植入氫離子、共植入氫及氦離子，及更一般而言，植入輕質離子。就GaN而言氫離子之常見適宜植入劑量係介於1×1017與6×1017原子/cm2之間，利用10至210 keV之植入能。植入一般係於20至400℃，較佳50至150℃之溫度下實施。技術者瞭解如何調節該植入以獲得50至1000 nm之薄弱面深度，且已知可根據植入條件，及特定言之，植入離子劑量，改變引發分離及分裂該薄弱面之加熱溫度及時間段。
於圖5之步驟S23中，將藉由分裂薄弱面所曝露之表面接合至最終基材30，於此情況下，該最終基材30係經選擇以包含最終支撐基材31及接合層33。隨後，於圖5之步驟S24中，使因此獲得之含有來自起始、第二及第三基材各者之元件之實體經受直接通過透明支撐基材25及中間層15之電磁輻射，該輻射具有經選擇以由電磁輻射吸收層24吸收並分離基材25之波長。
當支撐基材25係藍寶石時，中間層15較佳係SiO2材料且具有至少50 nm之適宜厚度。因此，該電磁輻射可於對支撐基材及中間層15至少實質上為透明的193 nm之波長下實施。
於如圖5所示意性顯示之方法中，磊晶生長(圖5中未顯示)可於薄層12f上實施以製造厚度(例如，大於100微米)足以使其獨立之基材，然後使該薄弱面斷裂。因此可於磊晶生長後實施步驟S21，其中第二基材係藉由表面層12f接合至起始基材。於此情況中，熱處理因磊晶生長需弱於熱加工以引起薄弱面之分裂。亦可於薄弱面分離之步驟22後，或於藉由輻射吸收而分離之步驟S24後，於曝露層上實施磊晶生長。此外，但未於圖5中顯示，可於區域12f(對應層體100)中實施功能化以形成其中或其上具有光伏打、光學、光電子、電子及/或機械功能之區域。
於圖5之示例性方法之最終步驟S25中，可移除事先使III-N材料層12f與吸收層24連接之接合層23。若該接合層23包含二氧化矽，則此層宜藉由乾式蝕刻或結合化學蝕刻之機械拋光，例如，利用氫氟酸(HF)之稀釋水溶液(10重量%)移除。於步驟S25中，亦藉由利用氫氟酸(HF)之稀釋水溶液(10重量%)之化學蝕刻移除中間層15以回收支撐基材25作後續使用。實際上，支撐基材25之接合面恢復接近起始時之表面拓撲結構及粗糙度。支撐基材未發生任何材料降解且於再用於該方法之前無需諸如拋光或材料移除之其他製備步驟。例如，就起始不具有表面拓撲結構及具AFM(原子力顯微鏡)於1微米×1微米之上所測定之約1 RMS(均方根)之起始粗糙度之支撐基材25之接合面而言，移除中間層15後支撐基材之所恢復接合面之粗糙度於AFM之1微米×1微米之上測定為約1 RMS。形成無拓撲結構的表面，此容許新分子接合而無需任何進一步製備步驟。
展現c-平面纖鋅礦結構之III-N材料，如於諸如藍寶石之樣板上生長之III-N材料，具有鎵面及氮面。頂面一般係鎵面，而底面(鄰接生長基材)，起始供體支撐基材係氮面。
藉由根據本發明之上述第一較佳實施例之應用於III-N材料之方法，實施雙轉移以曝露最終物之鎵面，即，起始物最初曝露面。因此，可於此時於III-N材料之轉移薄層上再次開始磊晶。於本發明中，可操控具任何具體直徑之晶圓而不受特定限制。
於本發明方法之具優勢實施例中，於經由支撐基材25及中間層照射電磁輻射吸收層24以使支撐基材25自起始基材分離之步驟後，可於照射後因照射電磁輻射吸收層24所釋放的起始基材10之接合面10b上實施磊晶或進一步功能化。
於本發明之第二較佳實施例中，可用於本發明方法中之結構係藉由諸如塊狀GaN之基材之離子植入，接著以不超出沿離子植入所產生之薄弱面分裂基材所需之能量輸入之方式磊晶諸如InGaN之III-N材料，接著將GaN/InGaN材料接合至中間基材上之吸收層及隨後沿薄弱面實施破裂(類似於圖5中之步驟S3)獲得。亦可於InGaN層磊晶後及保護層覆蓋之前實施植入，以不限制磊晶熱預算。為保證薄弱面之成功分裂，最佳先將所植入之III-N材料接合至中間支撐物，如與第二實施例有關之圖5之步驟S21所示，藉此固定及強化堆疊實體。為可繼續磊晶InGaN，本發明之第二實施例受關注，此為(例如)LED設備所關注。
舉例而言，InGaN層可藉由磊晶在GaNOS基材上生長，及隨後可實施InGaN之離子植入。將InGaN層之具有鎵極性之曝露頂面接合至具有接合層及吸收層之中間基材。於離子植入所產生之薄弱區域分裂後，可將由犧牲中間支撐物、UV及/或可見光吸收層、接合層及InGaN層組成之結構接合至最終支撐基材(參見圖5之步驟S23)，該最終支撐基材可為，例如，藍寶石基材。可隨後利用通過中間基材之支撐基材之照射實施分離，及獲得頂面具有所需極性之InGaNOS基材以開始進一步磊晶處理。
於如上所述之本發明之一些具優勢實施例中，可利用一或多個氧化矽接合層實施起始基材與第二基材間之接合。
於一具優勢實施例中，電磁輻射吸收層並非延伸橫跨所製備堆疊實體之長度及寬度之完全清晰層(以使截面圖係如附圖所示)，相反諸如氧化物接合層之一或多個接合層可含有電磁輻射吸收材料之至少一個嵌埋區域，該電磁輻射吸收材料包含SixNy、SixNy:H、Si3N4、GaN、AlN、InN或In、Ga及Al中之一或多者之氮化物之混合物。
於圖6所示意性顯示之本發明之第三具優勢實例實施例中，利用分子接合方法轉移InGaN層並藉由照射本發明之電磁輻射吸收層而釋放。提供起始基材，其中，在顯示於(例如)藍寶石支撐基材11上磊晶生長之GaN晶種層12s之樣板上藉由磊晶術形成待轉移之InGaN層12t。此在圖6中顯示為步驟S30，其中GaN上之InGaN層一併顯示為層12，且底層支撐基材11係藍寶石。於實施本發明之一適宜方法中，InGaN層之厚度為約100 nm及銦之量為約5至15%。層中之錯位密度較佳係小於5×108/cm2。於c-平面藍寶石上磊晶生長之GaN係極性材料及自由頂面係鎵(Ga)面。此極性係藉由其上生長之InGaN保留。
於後續步驟S31中，藉由LPCVD技術將氧化物接合層(SiO2，圖中之層13)置於InGaN層上。適宜厚度為約300 nm。
於後續步驟S32中，可經由氧化物層13及經由InGaN進行諸如氫及/或氦之離子植入，以建立深度約500 nm之薄弱區，該薄弱區係位於GaN晶種層中。就此植入而言，以約4×1017原子/cm2之劑量為宜。
於後續步驟S33中，提供依序包含諸如藍寶石之支撐基材25、本發明之中間層15、藉由PECVD技術置放之具有約100 nm厚度之吸收層24(如SixNy)、及具有約500 nm厚度之二氧化矽接合層23之中間基材。使用分子接合經由接觸的氧化物接合層13與23連接起始與中間基材實體。
於步驟S34中，熱處理則使所建立之實體分裂，移除起始底層起始支撐基材11及一部份GaN晶種層。隨後利用熟習本技藝者已知之蝕刻技術移除殘餘GaN(於步驟S34與S35之間，圖6中未顯示)，及此曝露InGaN層12t或100之具有N極性之面。於後續步驟S35中，藉由PECVD技術置放SixNy層以達到約50 nm厚度。另一電磁輻射吸收層及/或黏著層於圖6中表示為層34。隨後，藉由LPCVD或PECVD技術置放厚度約500 nm至3 μm之二氧化矽接合層(步驟S36，二氧化矽層表示為33)。於接合表面製備(平面化、CMP、刷塗及視需要之電漿活化)後，使步驟S36中獲得之結構與標記為31之藍寶石最終支撐基材接觸(步驟S37)。可實施接合強化熱處理，其包含於300至950℃下加熱數小時。
隨後，於步驟S38中，例如，藉由在中間支撐基材25之表面上掃描193 nm波長之雷射束照射電磁輻射吸收層24，以使中間支撐物(與吸收層24組合之中間支撐基材25及中間層15)分解並分離，亦可添加機械能。
隨後於步驟39中，例如，藉由乾式蝕刻或與稀釋氫氟酸接觸所相關的機械拋光移除可能殘餘的吸收層24及氧化物接合層13及23，隨後曝露具有Ga極性之InGaN面12t或100。隨後可將此用作進一步磊晶InGaN及/或其他活性層之基面。若需要，可將吸收層34用作分離層以在最終實體之隨後使用中分離最終支撐基材31。於步驟S39中，亦移除中間層15以回收支撐基材作後續使用。
10．．．起始基材
10b．．．接合面
11．．．底層支撐基材
12．．．表面層
12b．．．面
12f．．．薄層
12s．．．GaN晶種層
12t．．．InGaN層
13．．．氧化物接合層
15．．．中間層
23．．．接合材料層
24．．．電磁輻射吸收層
25．．．支撐基材
25b．．．支撐基材接合面
30．．．最終基材
31．．．最終支撐基材
33．．．接合層
34．．．另一電磁輻射吸收層及/或黏著層
100．．．層體
100'．．．經功能化之層體100
圖1顯示本發明之一般方法之示意圖；
圖2顯示本發明之一實例方法之示意圖，其中一部份起始基板係經移除以形成新層體；
圖3及4顯示本發明之實例方法之示意圖，其中，分別使圖2中之新層體功能化以產生功能化層及/或將其他層體接合至該新層體；
圖5A與5B為本發明之一實例方法之示意圖，其中使用離子植入及接合至最終基材；及
圖6A與6B為本發明之另一實例方法之示意圖，其中使用離子植入及接合至最終基材。
10．．．起始基材
10b．．．接合面
15．．．中間層
24．．．電磁輻射吸收層
25．．．支撐基材
25b．．．支撐基材接合面

Claims (22)

  1. 一種用於回收至少一種電磁輻射波長實質上可穿透之材料之支撐基材(25)之方法，該方法包含：a)提供起始基材(10)；b)於具有起始粗糙度之支撐基材(25)之接合面上形成中間層(15)，該中間層(15)係至少一種電磁輻射波長實質上可穿透之材料，c)於起始基材(10)之接合面(10b)及/或中間層(15)上形成電磁輻射吸收層(24)，該電磁輻射吸收層係吸收該至少一種電磁輻射波長之材料，d)經由電磁輻射吸收層(24)將起始基材(10)接合至支撐基材(25)，及e)以具有該至少一種電磁輻射波長之電磁輻射通過支撐基材(25)及中間層照射電磁輻射吸收層(24)，以因電磁輻射吸收層(24)之化學及/或物理變化而使支撐基材(25)自起始基材分離。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含，於步驟e)之後，移除中間層(15)以回收支撐基材(25)作後續使用之步驟f)。
  3. 如請求項2之方法，其中，於步驟f)之後，所回收之支撐基材(25)之接合面具有實質上接近起始粗糙度之粗糙度。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中中間層具有至少10nm之厚度。
  5. 如請求項1至3中任一項之方法，其中導電中間層包含選 自如下群之至少一種材料：SiO2、LiF、CaF2及MgF2。
  6. 如請求項5之方法，其中，於步驟f)中，中間層(15)係藉由化學蝕刻或藉由拋光移除。
  7. 如請求項1至3中任一項之方法，其中支撐基材(25)包含選自藍寶石(Al2O3)、MgO、CaF2、MgF2、LiTaO3及LiNbO3之群中之至少一種材料。
  8. 如請求項2或3之方法，其中中間層係由SiO2製成，支撐基材(25)係由藍寶石(Al2O3)製成，支撐基材(25)之接合面具有藉由AFM於1微米×1微米之上測定約1Å RMS之起始粗糙度，及所回收之支撐基材(25)之接合面之粗糙度藉由AFM於1微米×1微米之上測定為約1Å RMS。
  9. 如請求項2或3之方法，其中支撐基材(25)包含摻孔(bore-doped)的矽石玻璃及中間層(15)包含玻璃質材料，於步驟(f)中，中間層(15)係藉由拋光移除。
  10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該起始基材之一部份係於步驟a)之後經移除以形成層體(100)。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包含，於步驟d)之後，功能化層體(100)及/或將其他層體或基材接合至層體(100)之步驟d')。
  12. 如請求項11之方法，其中步驟d')包括於層體(100)之內或之上形成具有光伏打、光學、光電子、電子及/或機械功能之區域。
  13. 如請求項10之方法，其中層體(100)及/或支撐基材(25)包 含具有光伏打、光學、光電子、電子及/或機械功能之區域。
  14. 如請求項11之方法，其中步驟(d')包含實施接合以將基材(10)之曝露面連接至最終基材(30)。
  15. 如請求項1至3中任一項之方法，其中起始基材(10)係塊狀獨立式基材(bulk free-standing substrate)。
  16. 如請求項1至3中任一項之方法，其中起始基材(10)包含具有用於接合至支撐基材(25)之面(10b)之表面層(12)及用作於其上沈積表面層(12)之樣板之底層支撐基材(11)。
  17. 如請求項1至3中任一項之方法，其中起始基材(10)包含表面層(12)、中間層及底層支撐基材(11)。
  18. 如請求項10之方法，其中於步驟d)中經由電磁輻射吸收層(24)接合至支撐基材(25)前，在該起始基材(10)中經由面(10b)實施離子植入，以提供界定該基材(10)之上部區域之薄弱面，及藉由在薄弱面處之分裂而移除上部區域。
  19. 如請求項1至3中任一項之方法，其中起始基材(10)包含選自GaN、InGaN、SiC、Si、Si(000)、Si(111)、GaAs、ZnO、結晶AlN、AlGaN、InGaAs、InP、Ge、InAlAs之群中之至少一種材料。
  20. 如請求項1至3中任一項之方法，其中電磁輻射吸收層(24)包含選自下列之群中之至少一種材料：SixNy、SixNy：H、Si3N4、GaN、AlN、InN或In、Ga及Al中之一或多者之混合氮化物，或多晶Si、單晶Si或含有至少2原 子百分比氫之非晶形矽。
  21. 如請求項1至3中任一項之方法，其中起始基材(10)與支撐基材(25)之間之接合係利用一或多個氧化矽接合層實施。
  22. 如請求項10之方法，其中，於步驟e)之後，於藉由步驟e)中之照射電磁輻射吸收層(24)釋放之起始基材(10)之接合面(10b)上實施磊晶或進一步功能化。
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