專利名稱：利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法
技術領域：
本發明屬于半導體技術領域，特別是指分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法。
背景技術：
氮化鎵基材料系列是研制高溫大功率電子器件、高頻微波器件、發光二極管和光電探測器的重要材料。因為藍寶石的加工方法以及加工成本等與其他相比較都有不小的優勢，目前用于氮化鎵基材料外延生長的襯底主要是藍寶石。但由于藍寶石導電導熱性能極差，對于高功率器件是一個瓶頸。對于發光二極管，從2004年開始，垂直結構發光二極管得到了人們的廣泛關注。通過去除藍寶石襯底，將氮化鎵基外延層轉移到Cu、Si等具有良好電，熱傳導性能的新襯底上，器件電極上下分布，從而可以實現大電流注入，大功率工作。然而由于藍寶石化學性能穩定，一般的腐蝕方法難以去除。當前用于去除藍寶石的主要方法是激光剝離。利用氮化鎵基外延層材料與藍寶石材料對于紫外激光具有不同的吸收效率，激光穿過藍寶石到達氮化鎵外延層，在氮化鎵與藍寶石的接觸面進行激光剝離。激光剝離 方便快捷，然而激光剝離機器昂貴，對氮化鎵基外延層材料損傷較大，導致器件良率不高。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，該方法是通過將經過一定工藝處理后的樣品放入高溫溶液中腐蝕。不同材料之間的熱膨脹系數的不同會導致界面存在熱應力，界面的氮化鎵為氮極性面比較容易被腐蝕，垂直界面方向的熱應力分力剝離應力會加速對界面材料的腐蝕，從而可以較便捷地分離藍寶石和氮化鎵外延層。本發明提供一種利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括步驟I :選擇一外延結構,該外延結構包括藍寶石襯底和氮化鎵基外延層；步驟2 :在氮化鎵基外延層上沉積金屬層；步驟3 :將外延結構和金屬層轉移到襯底上，外延結構、金屬層和襯底組成外延片;步驟4 :用機械研磨方法，將藍寶石襯底拋光研磨減薄；步驟5 :將藍寶石襯底劃出溝槽，該溝槽的深度與藍寶石襯底的厚度相同；步驟6 :將外延片沉浸于溶液99中，加熱腐蝕，將藍寶石襯底剝離，完成制備。
為使審查員能進一步了解本發明的結構、特征及其目的，以下結合附圖及較佳具體實施例的詳細說明如后，其中圖I為沉積金屬層20和襯底30的示意圖。圖2為機械研磨減薄藍寶石襯底11并在藍寶石襯底11上刻劃溝槽13后的示意圖。圖3為通過此發明剝離部分藍寶石襯底11后的示意圖。圖4為通過此發明剝離部分藍寶石襯底11后的SEM觀測實物圖。
具體實施例方式本發明的目的在于，提供一種利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，該方法是通過將經過一定工藝處理后的樣品放入高溫溶液中腐蝕。不同材料之間的熱膨脹系數的不同會導致界面存在熱應力，垂直界面方向的熱應力分力剝離應力會加速對界面材料的腐蝕，從而可以較便捷地分離藍寶石和氮化鎵外延層 一種利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括步驟I :選擇一外延結構10,該外延結構10包括藍寶石襯底11和氮化鎵基外延層12。藍寶石襯底11可為平面襯底或圖形襯底。其中所述的氮化鎵基外延層12包括非故意摻雜氮化鎵外延層、n型氮化鎵外延層、p型氮化鎵外延層、摻銦氮化鎵外延層、摻鋁氮化鎵外延層或以上組成的多層外延層。氮化鎵基外延層12的厚度非常關鍵，較厚的外延層有利于后續工藝的進行和分離藍寶石。步驟2 :在氮化鎵基外延層12上沉積金屬層20。其中所述的金屬層20包括Au、Sn>AuSn合金、Ni、Ag、Pt或Ni\Ag\Pt\Au多層金屬。不同的金屬體系決定了新襯底轉移的不同方法以及后續工藝的兼容。步驟3 :將外延結構10和金屬層20轉移到襯底30上，外延結構10、金屬層20和新襯底30組成外延片40。其中所述的襯底30包括Si、Cu、W、Ni、CuW合金或Cu\Ni\Cu多層金屬。新襯底3的厚度在10-1000 u m。襯底30的材料及其厚度對于藍寶石分離的成功
至關重要。步驟4 :用機械研磨方法，將藍寶石襯底11拋光研磨減薄，其中所述的機械研磨方法包括粗拋、粗拋和水平減薄工藝。減薄后的藍寶石厚度在20-200 iim。藍寶石的厚度對藍寶石分離的成功也至關重要，因為藍寶石的厚度會影響界面的應力。步驟5 :從藍寶石面將藍寶石劃出一定大小和間隔的溝槽13，該溝槽13的深度與藍寶石襯底11的厚度相同。其中所述的在藍寶石上刻劃溝槽13的方法包括激光刻劃、ICP刻蝕或RIE刻蝕。步驟6 :將新結構40沉浸于溶液99中，加熱腐蝕一定時間，將藍寶石襯底10剝離，其中所述的溶液99包括KOH溶液或H3P04溶液。溶液99的溫度為20_200°C，腐蝕時間為30分鐘-5小時，溶液99的濃度為0. l-10mol/l。實施例請參閱圖I至圖5所示，本發明提供提供一種利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括如下步驟步驟I :選擇外延結構10，該外延結構包括藍寶石襯底11和氮化鎵基外延層12，其中氮化鎵基LED外延層12故意摻雜氮化鎵外延層、n型氮化鎵外延層、摻銦氮化鎵外延層、P型氮化鎵外延層、摻鋁氮化鎵外延層組成的多層外延層，總厚度為10 U m。步驟2 :在氮化鎵基LED外延層上沉積金屬層20，其組成為Ni/Ag/Pt/Au多層金屬；
步驟3 :在金屬層20上用電鍍方法將外延結構10和金屬層20轉移到襯底30，襯底30為Cu/Ni復合金屬，襯底Cu30的厚度約為100 u m.步驟4:用水平減薄加粗拋精拋方法，將藍寶石襯底11拋光研磨減薄至約100 Ii m ；步驟5 :用激光刻劃方法，從藍寶石面將激光聚焦在藍寶石11與氮化鎵基外延層12的界面，將藍寶石劃出一定大小和間隔的溝槽；步驟6 :在溶液99中加熱腐蝕，將藍寶石襯底剝離。溶液99為KOH溶液，其濃度為6mol/L，腐蝕溫度為70°C，腐蝕時間約為I小時。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在 本發明的包含范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括 步驟I :選擇一外延結構，該外延結構包括藍寶石襯底和氮化鎵基外延層； 步驟2 :在氮化鎵基外延層上沉積金屬層； 步驟3 :將外延結構和金屬層轉移到襯底上，外延結構、金屬層和襯底組成外延片； 步驟4 :用機械研磨方法，將藍寶石襯底拋光研磨減薄； 步驟5 :將藍寶石襯底劃出溝槽，該溝槽的深度與藍寶石襯底的厚度相同； 步驟6 :將外延片沉浸于溶液99中，加熱腐蝕，將藍寶石襯底剝離，完成制備。
2.根據權利要求I所述的利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中該氮化鎵基外延層包括依次生長的非故意摻雜氮化鎵外延層、n型氮化鎵外延層、p型氮化鎵外延層、摻銦氮化鎵外延層和摻鋁氮化鎵外延層。
3.根據權利要求I所述的利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中該金屬層包括Au、Sn、AuSn合金、Ni、Ag或Pt,或及其組合。
4.根據權利要求I所述的利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中襯底包括Si、Cu、W、Ni或CuW，或及其組合。
5.根據權利要求I所述的利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中所述的將藍寶石襯底劃出溝槽的方法包括激光刻劃、ICP刻蝕或RTE刻蝕。
6.根據權利要求I所述的利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中所述的機械研磨方法包括粗拋、粗拋和水平減薄工藝。
7.根據權利要求I所述的利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中所述的溶液99為KOH溶液或H3PO4溶液。
8.根據權利要求7所述的利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中溶液99的溫度為20-200°C，腐蝕時間為30分鐘-5小時，溶液99的濃度為0. I-IOmol/I0
9.根據權利要求7所述的利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，其中將藍寶石襯底減薄至20-200 u m。
全文摘要
一種利用熱應力化學腐蝕分離藍寶石和氮化鎵基外延層的方法，包括選擇一外延結構，該外延結構包括藍寶石襯底和氮化鎵基外延層；在氮化鎵基外延層上沉積金屬層；將外延結構和金屬層轉移到襯底上，外延結構、金屬層和襯底組成外延片；用機械研磨方法，將藍寶石襯底拋光研磨減薄；將藍寶石襯底劃出溝槽，該溝槽的深度與藍寶石襯底的厚度相同；將外延片沉浸于溶液99中，加熱腐蝕，將藍寶石襯底剝離，完成制備。該方法是通過將樣品放入高溫溶液中腐蝕。不同材料之間的熱膨脹系數的不同會導致界面存在熱應力，界面的氮化鎵為氮極性面比較容易被腐蝕，垂直界面方向的熱應力分力剝離應力會加速對界面材料的腐蝕，從而可以較便捷地分離藍寶石和氮化鎵外延層。
文檔編號H01L33/00GK102709415SQ20121020850
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者伊曉燕, 劉志強, 汪煉成, 王國宏, 馬駿 申請人:中國科學院半導體研究所