专利名称：利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别是指分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法。
背景技术：
氮化镓基材料系列是研制高温大功率电子器件、高频微波器件、发光二极管和光电探测器的重要材料。因为蓝宝石的加工方法以及加工成本等与其他相比较都有不小的优势，目前用于氮化镓基材料外延生长的衬底主要是蓝宝石。但由于蓝宝石导电导热性能极差，对于高功率器件是一个瓶颈。对于发光二极管，从2004年开始，垂直结构发光二极管得到了人们的广泛关注。通过去除蓝宝石衬底，将氮化镓基外延层转移到Cu、Si等具有良好电，热传导性能的新衬底上，器件电极上下分布，从而可以实现大电流注入，大功率工作。然而由于蓝宝石化学性能稳定，一般的腐蚀方法难以去除。当前用于去除蓝宝石的主要方法是激光剥离。利用氮化镓基外延层材料与蓝宝石材料对于紫外激光具有不同的吸收效率，激光穿过蓝宝石到达氮化镓外延层，在氮化镓与蓝宝石的接触面进行激光剥离。激光剥离 方便快捷，然而激光剥离机器昂贵，对氮化镓基外延层材料损伤较大，导致器件良率不高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，该方法是通过将经过一定工艺处理后的样品放入高温溶液中腐蚀。不同材料之间的热膨胀系数的不同会导致界面存在热应力，界面的氮化镓为氮极性面比较容易被腐蚀，垂直界面方向的热应力分力剥离应力会加速对界面材料的腐蚀，从而可以较便捷地分离蓝宝石和氮化镓外延层。本发明提供一种利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，包括步骤I :选择一外延结构,该外延结构包括蓝宝石衬底和氮化镓基外延层；步骤2 :在氮化镓基外延层上沉积金属层；步骤3 :将外延结构和金属层转移到衬底上，外延结构、金属层和衬底组成外延片;步骤4 :用机械研磨方法，将蓝宝石衬底抛光研磨减薄；步骤5 :将蓝宝石衬底划出沟槽，该沟槽的深度与蓝宝石衬底的厚度相同；步骤6 :将外延片沉浸于溶液99中，加热腐蚀，将蓝宝石衬底剥离，完成制备。
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中图I为沉积金属层20和衬底30的示意图。图2为机械研磨减薄蓝宝石衬底11并在蓝宝石衬底11上刻划沟槽13后的示意图。图3为通过此发明剥离部分蓝宝石衬底11后的示意图。图4为通过此发明剥离部分蓝宝石衬底11后的SEM观测实物图。
具体实施例方式本发明的目的在于，提供一种利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，该方法是通过将经过一定工艺处理后的样品放入高温溶液中腐蚀。不同材料之间的热膨胀系数的不同会导致界面存在热应力，垂直界面方向的热应力分力剥离应力会加速对界面材料的腐蚀，从而可以较便捷地分离蓝宝石和氮化镓外延层 一种利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，包括步骤I :选择一外延结构10,该外延结构10包括蓝宝石衬底11和氮化镓基外延层12。蓝宝石衬底11可为平面衬底或图形衬底。其中所述的氮化镓基外延层12包括非故意掺杂氮化镓外延层、n型氮化镓外延层、p型氮化镓外延层、掺铟氮化镓外延层、掺铝氮化镓外延层或以上组成的多层外延层。氮化镓基外延层12的厚度非常关键，较厚的外延层有利于后续工艺的进行和分离蓝宝石。步骤2 :在氮化镓基外延层12上沉积金属层20。其中所述的金属层20包括Au、Sn>AuSn合金、Ni、Ag、Pt或Ni\Ag\Pt\Au多层金属。不同的金属体系决定了新衬底转移的不同方法以及后续工艺的兼容。步骤3 :将外延结构10和金属层20转移到衬底30上，外延结构10、金属层20和新衬底30组成外延片40。其中所述的衬底30包括Si、Cu、W、Ni、CuW合金或Cu\Ni\Cu多层金属。新衬底3的厚度在10-1000 u m。衬底30的材料及其厚度对于蓝宝石分离的成功
至关重要。步骤4 :用机械研磨方法，将蓝宝石衬底11抛光研磨减薄，其中所述的机械研磨方法包括粗抛、粗抛和水平减薄工艺。减薄后的蓝宝石厚度在20-200 iim。蓝宝石的厚度对蓝宝石分离的成功也至关重要，因为蓝宝石的厚度会影响界面的应力。步骤5 :从蓝宝石面将蓝宝石划出一定大小和间隔的沟槽13，该沟槽13的深度与蓝宝石衬底11的厚度相同。其中所述的在蓝宝石上刻划沟槽13的方法包括激光刻划、ICP刻蚀或RIE刻蚀。步骤6 :将新结构40沉浸于溶液99中，加热腐蚀一定时间，将蓝宝石衬底10剥离，其中所述的溶液99包括KOH溶液或H3P04溶液。溶液99的温度为20_200°C，腐蚀时间为30分钟-5小时，溶液99的浓度为0. l-10mol/l。实施例请参阅图I至图5所示，本发明提供提供一种利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，包括如下步骤步骤I :选择外延结构10，该外延结构包括蓝宝石衬底11和氮化镓基外延层12，其中氮化镓基LED外延层12故意掺杂氮化镓外延层、n型氮化镓外延层、掺铟氮化镓外延层、P型氮化镓外延层、掺铝氮化镓外延层组成的多层外延层，总厚度为10 U m。步骤2 :在氮化镓基LED外延层上沉积金属层20，其组成为Ni/Ag/Pt/Au多层金属；
步骤3 :在金属层20上用电镀方法将外延结构10和金属层20转移到衬底30，衬底30为Cu/Ni复合金属，衬底Cu30的厚度约为100 u m.步骤4:用水平减薄加粗抛精抛方法，将蓝宝石衬底11抛光研磨减薄至约100 Ii m ；步骤5 :用激光刻划方法，从蓝宝石面将激光聚焦在蓝宝石11与氮化镓基外延层12的界面，将蓝宝石划出一定大小和间隔的沟槽；步骤6 :在溶液99中加热腐蚀，将蓝宝石衬底剥离。溶液99为KOH溶液，其浓度为6mol/L，腐蚀温度为70°C，腐蚀时间约为I小时。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在 本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，包括 步骤I :选择一外延结构，该外延结构包括蓝宝石衬底和氮化镓基外延层； 步骤2 :在氮化镓基外延层上沉积金属层； 步骤3 :将外延结构和金属层转移到衬底上，外延结构、金属层和衬底组成外延片； 步骤4 :用机械研磨方法，将蓝宝石衬底抛光研磨减薄； 步骤5 :将蓝宝石衬底划出沟槽，该沟槽的深度与蓝宝石衬底的厚度相同； 步骤6 :将外延片沉浸于溶液99中，加热腐蚀，将蓝宝石衬底剥离，完成制备。
2.根据权利要求I所述的利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，其中该氮化镓基外延层包括依次生长的非故意掺杂氮化镓外延层、n型氮化镓外延层、p型氮化镓外延层、掺铟氮化镓外延层和掺铝氮化镓外延层。
3.根据权利要求I所述的利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，其中该金属层包括Au、Sn、AuSn合金、Ni、Ag或Pt,或及其组合。
4.根据权利要求I所述的利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，其中衬底包括Si、Cu、W、Ni或CuW，或及其组合。
5.根据权利要求I所述的利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，其中所述的将蓝宝石衬底划出沟槽的方法包括激光刻划、ICP刻蚀或RTE刻蚀。
6.根据权利要求I所述的利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，其中所述的机械研磨方法包括粗抛、粗抛和水平减薄工艺。
7.根据权利要求I所述的利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，其中所述的溶液99为KOH溶液或H3PO4溶液。
8.根据权利要求7所述的利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，其中溶液99的温度为20-200°C，腐蚀时间为30分钟-5小时，溶液99的浓度为0. I-IOmol/I0
9.根据权利要求7所述的利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，其中将蓝宝石衬底减薄至20-200 u m。
全文摘要
一种利用热应力化学腐蚀分离蓝宝石和氮化镓基外延层的方法，包括选择一外延结构，该外延结构包括蓝宝石衬底和氮化镓基外延层；在氮化镓基外延层上沉积金属层；将外延结构和金属层转移到衬底上，外延结构、金属层和衬底组成外延片；用机械研磨方法，将蓝宝石衬底抛光研磨减薄；将蓝宝石衬底划出沟槽，该沟槽的深度与蓝宝石衬底的厚度相同；将外延片沉浸于溶液99中，加热腐蚀，将蓝宝石衬底剥离，完成制备。该方法是通过将样品放入高温溶液中腐蚀。不同材料之间的热膨胀系数的不同会导致界面存在热应力，界面的氮化镓为氮极性面比较容易被腐蚀，垂直界面方向的热应力分力剥离应力会加速对界面材料的腐蚀，从而可以较便捷地分离蓝宝石和氮化镓外延层。
文档编号H01L33/00GK102709415SQ20121020850
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者伊晓燕, 刘志强, 汪炼成, 王国宏, 马骏 申请人:中国科学院半导体研究所