专利名称：用于制造半导体衬底的方法
技术领域：
本发明涉及用于制造半导体衬底的方法。
背景技术：
可以通过结合两个或更多层制造复杂的半导体衬底。一类这样的工程化衬底是绝缘体上半导体类型的衬底，其中，将顶端半导体层粘合在机械支撑层上，两者之间具有介电层。对于顶端半导体层，可以采用诸如InGaN (氮化铟镓)的III/V半导体材料。关于用于机械支撑的材料，通常采用蓝宝石(这种情况下)。电子学、微电子学、光学电子学或光电池领域中，采用这种半导体衬底。为了制造这种半导体衬底，例如InGaNOS (粘合在蓝宝石机械支撑上的氮化铟镓层)衬底，常常通过异质外延形成种子衬底的半导体层，半导体层在具有不同原子晶格间距的种子层上。这导致存在于半导体层中的应变。这样，本领域中，为了通过热处理释放应变，诸如低粘性层的顺应层已经被提供在异质外延的半导体层和处理衬底之间，至少一部分半导体层转移到处理衬底。为了转移到处理衬底，常常采用所谓的Smart Cut 技术，其中，一部分种子衬底被转移到处理衬底。为了该目的，通过注入诸如氢和/或氦的离子以预先确定的深度形成预先确定的削弱平面，削弱平面划界种子衬底内部的待转移的层。已经将种子衬底粘合到处理衬底(示例性地采用两个包括二氧化硅的粘合层)之后，热处理分离种子衬底的剩余物(通过预先确定的削弱平面处的分裂)。已知的制造过程的缺点是半导体层的转移常常不完全，并且/或者诸如裂缝的缺陷形成在转移的半导体层中。缺陷尺寸的范围通常从0.1 μπι到几毫米。缺陷可以包括非转移的区域(宏观和/或微观规模)，裂缝(特别是沿着转移的半导体层的整个厚度)，粗糙和/或转移的半导体层的不均匀。因此，大部分转移的半导体层不能用于进一步的处理；换句话说，缺陷导致产能损失。由于InGaN层中的应变，缺陷(比如裂缝)延伸到InGaN层自身和/或延伸到附加的GaN层，GaN层常常被提供作为InGaN层下面的种子层。为了解决该问题，已经提出几个方法，方法主要以改进单个处理步骤(比如清洁、抛光等等)为目标。而且，可以减少转移的半导体层的厚度以避免转移的InGaN层结构中的裂缝的出现，例如，通过减少形成预先确定的削弱平面时的离子注入能量(从120keV到80keV)。然而，这样，如果预先确定的削弱平面靠近GaN-InGaN层界面，缺陷的数量甚至可以增加。另外，为了避免后面松弛步骤期间的InGaN层的膨胀，需要用于GaN层的受控的厚度。
发明内容
由于上述，本发明的一个目的是提供用于制作半导体衬底的改进方法，其减少转移的半导体层中的缺陷数量。
采用根据权利要求I的方法实现该目的。因此，用于制造半导体衬底的方法包括步骤 提供种子支撑层和处理支撑层，形成半导体层，特别包括III-V半导体材料，在种子支撑层的上面，其中半导体层处在应变状态，形成在半导体层上面的粘合层，形成在处理支撑层上面的粘合层，以及将这样获得的种子衬底粘合到这样获得的处理衬底上，以获得施主-处理混合物，由种子衬底的粘合层和处理衬底的粘合层之间的直接粘合产生，
其中，种子衬底的粘合层和处理衬底的粘合层之一包括氮化硅。本应用的发明人发现与两个仅包括二氧化硅层的粘合层之间的结合能相比，采用一个包括氮化硅的粘合层增加两个粘合层之间的结合能，目前工艺水平中采用仅包括二氧化硅层的粘合层。这样，特别地，关于分裂界面能量可以增加结合能，并且可能减少转移的半导体层中的缺陷。该发明的方法可以特别地用于制造绝缘体上的半导体，其中，半导体层被粘合在支撑层上面(两者之间具有绝缘层)。这里采用的，术语“衬底”涉及包括一个或更多层或薄膜的分层结构。特别地，术语“种子衬底”涉及包括一个或更多在种子支撑层上面的层或薄膜的分层结构。因此，术语“处理衬底”涉及包括一个或更多在处理支撑层上面的层或薄膜的分层结构。术语“直接粘合”涉及基于分子黏附的粘合，并且特别与采用粘合剂的粘合区别。换句话说，种子衬底的粘合层和处理衬底的粘合层由于分子黏附彼此粘附。这样，可以通过种子衬底的粘合层和处理衬底的粘合层之间的直接粘合获得施主-处理混合物。处于应变状态的半导体层意味着材料的晶格参数不同于其公称晶格参数(考虑到测量不确定性)。这种应变可能是张力应变或者压力应变。特别地，上述方法步骤可以以该顺序执行。换句话说，方法步骤可以连续执行。根据有利的实现，种子衬底的粘合层和处理衬底的粘合层中的另一个可能包括二氧化硅。换句话说，直接粘合可以在包括氮化硅的粘合层和包括二氧化硅的粘合层之间进行。这样，可以方便地增加两个粘合层之间的结合能。特别地，种子衬底的粘合层可以包括氮化硅或由氮化硅组成，并且处理衬底的粘合层可以包括二氧化硅或由二氧化硅组成，或者处理衬底的粘合层可以包括氮化硅或由氮化硅组成，并且种子衬底的粘合层可以包括二氧化硅或由二氧化硅组成。如果处理衬底的粘合层包括氮化硅或由氮化硅组成，可以减少其厚度。与采用种子衬底上的氮化硅实现的情况相比，这可以改善松弛。半导体层可以包括III/V半导体材料或由III/V半导体材料组成，特别地，III-N(氮化物)材料，例如，二氮化物、四氮化物或三氮化物。例如，半导体层可以包括氮化铟镓(InGaN)和/或氮化镓(GaN)和/或氮化铝镓(AlGaN)或由氮化铟镓(InGaN)和/或氮化镓(GaN)和/或氮化铝镓(AlGaN)组成。
可以沉积半导体层或通过外延形成半导体层，特别地假晶外延，半导体层在形成在种子支撑层上面的种子层上。因为形成在种子支撑层和半导体层之间的种子层具有与半导体的原子晶格间距不匹配的原子晶格间距，半导体层处在应变状态。特别地，半导体层可以包括氮化铟镓(AlGaN)或由氮化铟镓(AlGaN)组成，并且/或者种子层可以包括氮化镓(GaN)或由氮化镓(GaN)组成。特别地，处理支撑层可以包括蓝宝石和/或玻璃和/或石英和/或硅(Si)或由蓝宝石和/或玻璃和/或石英和/或硅(Si)组成。特别地，由于III-V半导体材料的增长，种子支撑层可以包括蓝宝石，或硅或由蓝宝石，或硅组成。包括氮化硅的粘合层可以包括SiN材料(比如，Si3N4和/或SixNy :H)或由SiN材料(比如，Si3N4和/或SixNy H)组成，并且/或者包括二氧化硅的粘合层包括BPSG和/或PECVD氧化物或由BPSG和/或PECVD氧化物组成。 例如，SixNyHz是可以用于包括氮化硅的粘合层的SiN材料。它在相当低的温度通过PECVD形成。该特殊材料是非化学计算的且非同质的，并且由于它的低密度可以特别适合作为粘合层。它可以提供将粘合副产品(气体，水分子，……)归并到其厚度里的手段，并且避免它们以气泡的形式积聚在粘合界面。种子衬底的粘合层可以包括氮化硅和诸如低粘性层的顺应层(例如包括BPSG)，顺应层可以形成在半导体层和种子衬底的粘合层之间。该层(比如低粘性层)可以用于应变的半导体层的松弛。或者，处理衬底的粘合层可以包括氮化硅和诸如低粘性层的顺应层(例如包括BPSG)，顺应层可以形成在处理支撑层和处理衬底的粘合层之间。该层(比如低粘性层)可以相似地用于应变的半导体层的松弛。二选一地或者附加地，包括二氧化硅(特别是BPSG)或由二氧化硅(特别是BPSG)组成的粘合层可以用于松弛应变的半导体层。可以通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或者通过低压化学气相沉积法(LPCVD)形成包括氮化硅的粘合层。通过化学气相沉积法形成的层复制该层形成在其上的层的表面拓扑。可以通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)采用前体SiH4和NH3形成包括氮化娃的粘合层。根据有利的实现，方法可以进一步包括种子衬底的粘合层和/或处理衬底的粘合层的致密化，特别地，其中密实化步骤包括热处理。特别地，发现如果不密实化粘合层，小气泡可以形成，并且小气泡可以积聚在两层之间的粘合面。结果，预先确定的削弱平面裂开之前可能发生剥离。这样，粘合步骤之前，包括氮化硅和/或诸如BPSG层的顺应层的粘合层可能经受热处理。这样，可以实现这些层的脱气。可以在高于形成种子衬底的粘合层和/或处理衬底的粘合层时采用的温度的温度执行密实化步骤。这样，可以使包含在种子衬底的粘合层和/或处理衬底的粘合层中的气体在形成期间和/或形成之后解除吸附。进一步优选的，可以在高于随后处理步骤中采用的任何温度的温度执行密实化步骤。这样，可以最优化种子衬底的粘合层和/或处理衬底的粘合层的解吸。特别地，可以在高于800° C的温度执行密实化步骤。特别地，随后的半导体松弛期间，粘合层在800° C经受处理。特别地，可以采用氮气执行包括氮化物的粘合层的密实化，并且/或者可以采用氧气执行包括氧化物的粘合层的密实化。根据优选的实施方式，处理支撑层可以包括蓝宝石或由蓝宝石组成，并且方法可以进一步包括形成吸收层(特别氮化硅)，吸收层在处理支撑层(特别地由二氧化硅组成)和处理衬底的粘合层之间。这样，可以在随后的处理步骤中通过激光剥离技术处理支撑层方便地除去。特别地，形成吸收层以便吸收用于处理支撑层的激光剥离的激光。特别地，吸收层(特别地包括氮化物，在处理支撑层和粘合层之间)可以包括氮化硅或由氮化硅组成。另外，可以在吸收层和处理支撑层之间形成一层(包括氧化物、特别包括二氧化硅或由二氧化硅组成)。 根据有利的实现，粘合步骤之前，方法可以进一步包括处理，特别是抛光种子衬底的粘合层，以便其表面粗糙程度小于5埃(人)，特别小于或等于大约2Λ，并且/或者处理，特
别是抛光处理衬底的粘合层，以便其表面粗糙程度小于5人特别小于或等于大约2A这样，可以改善两个粘合层之间的直接粘合。粘合步骤之前，可以特别处理种子衬底的粘合层和/或处理衬底的粘合层，以便它们的粗糙程度小于或等于2人。根据优选的实施方式，方法进一步包括在种子衬底内部以深度h形成预先确定的削弱平面。可以特别在种子层内部形成削弱平面，在种子层上面通过外延形成半导体层。形成预先确定的削弱平面可以包括离子注入步骤。可以通过注入的离子的能量确定预先确定的削弱平面的深度h。注入的用于形成预先确定的削弱平面的离子可以是或者可以包括氢。它也可以是或者包括稀有气体离子(氦，氩等等)。这样，可以注入离子穿过半导体层以在种子衬底的内部以深度h形成削弱平面。形成至少一个包括氮化硅的粘合层步骤之后，特别在密实化步骤之后，可以特别执行形成预先确定的削弱平面步骤。否则，用于形成和/或密实化粘合层的温度可能导致预先确定的削弱平面中的气泡的形成，这将对分裂质量具有负面影响。进一步优选地，方法可以包括从施主-处理混合物分离种子衬底的剩余物，其中分离发生在预先确定的削弱平面，从而在处理衬底的上面形成转移的半导体层。换句话说，可以将至少一部分半导体层从种子衬底转移到处理衬底。特别地，该发明的方法可以进一步包括退火施主-处理混合物。退火可以加强两个粘合层之间的直接粘合，并且可以最终导致预先确定的削弱平面处的分离。如果在种子衬底的种子层的内部形成预先确定的削弱平面，可以通过从施主-处理混合物分离种子衬底的剩余物形成转移的种子层。换句话说，可以将至少一部分种子层从种子衬底转移到处理衬底，在种子层上形成半导体层。这样，可以将至少一部分种子层转移到处理衬底，从而在转移的半导体层上面形成转移的种子层。将种子衬底粘合到处理衬底之前，可以准备处理衬底和/或种子衬底，特别地准备处理衬底和/或种子衬底的粘合层用于粘合，比如，通过清洁或者任何合适的表面处理。有利地，方法可以进一步包括在转移的半导体层中形成深沟，特别以便在转移的半导体层中获得岛状的结构。深沟也可以延伸到种子衬底的粘合层和/或处理衬底的粘合层。可以形成深沟(至少部分地在顺应层中)，顺应层比如形成在转移的半导体层和处理支撑层之间的低粘性层。低粘性层可以特别包括BPSG (磷硅酸盐玻璃)或由BPSG (磷硅酸盐玻璃)组成。方法可以进一步包括通过热处理至少部分松弛转移的半导体层，特别地，其中至少粘合层之一包括BPSG层。为了至少部分松弛转移的半导体层，转移的种子层可以用作加劲物。处理衬底上面(特别是处理支撑层上面)的转移的半导体层可以随后粘合到目标 衬底上。目标衬底可以包括一个或更多在目标支撑层上面的层或薄膜。目标衬底也可以相当于目标支撑层。目标支撑层也特别包括蓝宝石和/或玻璃和/或石英或由蓝宝石和/或玻璃和/或石英组成。方法也特别包括形成氧化层(特别是二氧化硅层，在转移的半导体层上面和/或在深沟内)，以及将氧化层贴到(特别通过直接粘合)目标衬底。这样，可以实现将转移的半导体层转移到目标衬底。方法可以进一步包括分离处理支撑层，特别通过激光剥离。这样，可以获得中间分层结构，其中，中间分层结构包括至少目标衬底和具有形成在两者之间的氧化层(特别是二氧化硅层)的转移的半导体层。方法可以进一步包括通过化学机械抛光和/或通过蚀刻处理中间分层结构，以便除去布置在转移的半导体层上面和/或在转移的半导体层中间(特别是在岛状转移的半导体层的不同区域或岛屿之间)的层，从而获得最终的包括目标衬底的分层结构，氧化层形成在目标衬底上面，并且转移的半导体层(特别是岛状转移的半导体层)形成在氧化层上面。这样，可以获得最终的半导体衬底(特别是最终的绝缘体衬底上的半导体)。本发明进一步提供施主-处理混合物，施主-处理混合物包括种子衬底和处理衬底；其中，种子衬底包括种子支撑层，半导体层(特别包括III/V-半导体材料)，在种子支撑层上面，其中半导体层处于应变状态，以及第一粘合层，其中，削弱平面形成在种子衬底中，并且其中，处理衬底包括处理支撑层，以及第二粘合层，其中，直接粘合形成在第一粘合层和第二粘合层之间，并且其中第一粘合层和第二粘合层之一包括氮化娃。
可以特别采用上面讨论的方法形成施主-处理混合物。有利地，半导体层、第一粘合层和第二粘合层可以包括一个或更多上面描述的特征。特别地，第一粘合层或第二粘合层可以包括二氧化硅或由二氧化硅组成。本发明进一步提供分层结构，分层结构包括处理支撑层，和应变材料层，其中，通过包括氮化硅的第一粘合层和包括二氧化硅的第二粘合层将应变材料层粘合到处理支撑层。特别地，可以采用上面讨论的方法形成分层结构。有利地，处理支撑层、第一粘合层和第二粘合层可以包括一个或更多上面描述的特征。 应变材料层尤其可以相当于处于应变状态的半导体层。半导体层可以包括一个或更多上面描述的特征。应变材料层尤其可以相当于上面描述的转移的半导体层。根据优选的实施方式，深沟可以形成在应变材料层中和/或在第一粘合层中和/或在第二粘合层中。分层结构可以进一步包括吸收层(特别来自氮化硅)，吸收层形成在处理支撑层和第一、第二粘合层之间。吸收层可以用于上面描述的处理支撑层的激光剥离技术。吸收层可以包括一个或更多上面描述的特征。
将结合附图描述有利的实施方式。图Ia-Ic示出根据本发明的用于制造半导体衬底的示例性方法的不同步骤；图2a_2d示出在根据本发明的用于制造半导体衬底的示例性方法的不同步骤的种子衬底；图3a_3c示出根据本发明的用于制造半导体衬底的示例性方法的不同步骤的处理衬底；图4示出根据本发明的示例性的施主-处理混合物；图5示出根据本发明的示例性的种子衬底和另一个示例性的处理衬底；图6示出根据本发明的另外的示例性的种子衬底和处理衬底；图7示出根据本发明的另外的示例性的种子衬底和处理衬底；图8示出根据本发明的分离种子衬底的剩余物之后的示例性的分层结构；图9a_9b示出根据本发明的用于制造半导体衬底的另外的示例性的处理步骤；图10显示示出与根据目前工艺水平的示例性粘合层之间的结合能相比的，根据本发明的示例性粘合层之间的结合能的图。
具体实施例方式图Ia-Ic中，显示了根据用于制造半导体衬底的示例性方法的处理步骤。图Ia中，提供了种子衬底I和处理衬底5。种子衬底I包括种子支撑层2，并且半导体层3形成在种子支撑层2的上面。在半导体层3的上面，形成粘合层4。
深度为h的预先确定的削弱平面形成在半导体层3的内部，以图Ia中的虚线示出削弱平面。优选地，采用形成粘合层4之后的离子注入处理形成预先确定的削弱平面。处理衬底5包括处理支撑层6和形成在处理支撑层6上面的粘合层7。种子支撑层2和/或处理支撑层6可以包括硅或蓝宝石或由硅或蓝宝石组成。半导体层3可以特别包括III/V半导体材料，比如氮化铟镓(InGaN)。可以通过外延(特别是假晶外延)在形成于种子支撑层2的上面的种子层(未示出)上形成半导体层3。形成在种子支撑层2和半导体层3之间的种子层可以具有与半导体层3的原子晶格间距不匹配的原子晶格间距，并且因此半导体层3可以处于应变状态。种子层可以具有GaN。 种子衬底I的粘合层4和处理衬底5的粘合层7之一可以包括氮化硅。种子衬底I的粘合层4和处理衬底5的粘合层7的另一个可以包括二氧化硅，比如BPSG。图Ib中，显示了施主-处理混合物8，其是通过将种子衬底I粘合到处理衬底5以便在种子衬底I的粘合层4和处理衬底5的粘合层7之间的形成直接粘合而获得的。通过采用预先确定的温度回火施主-处理混合物8，可以将种子衬底I的剩余物从施主-处理混合物8分离，其中，分离发生在预先确定的削弱平面。这样，获得如图Ic中显示的第一分层结构9和第二分层结构11，其中，第一分层结构9包括处理支撑层6、处理衬底5的粘合层7、种子衬底I的粘合层4和转移的半导体层10，转移的半导体10包括至少一部分半导体层3。第二分层结构11包括种子支撑层2，并且可能包括半导体层3的剩余物12。图2a_2d中，显示处于根据本发明的用于制造半导体衬底的示例性方法的不同步骤的种子衬底。首先，图2a中提供种子支撑层2。该例子中，示例性的种子支撑层2由蓝宝石组成。然而，不同的材料也可以用于种子支撑层2，比如硅。在种子支撑层2的上面，形成包括GaN (氮化镓)的种子层3a。该例子中，种子层3a具有3μπι的厚度。在种子层3a的上面，通过外延形成包括氮化铟镓的半导体层3。该例子中，半导体层3具有150nm的厚度。图2b中示出了这种结构。由于种子层3a和半导体层3的不匹配的原子晶格间距，半导体层3处于应变状态。在半导体层3的上面，形成包括氮化硅的粘合层4。该例子中，粘合层4由氮化硅组成并且具有550nm的厚度。根据该例子，粘合层4是采用PECVD方法形成的SixNyHz氮化物。然而，也可以采用LPCVD方法形成粘合层4。图2c中显示了因此获得的示例性的种子衬底I。采用氮气密实化种子衬底I的粘合层4，根据该例子，以850° C的温度密实化一个小时。可以在高于用于采用PECVD技术形成粘合层4的温度并且高于任何随后的处理步骤中采用的温度的温度特别地执行密实化步骤。下一步，为了形成预先确定的削弱平面13，穿过粘合层4和半导体层3在种子层3a的内部以预先确定的深度h注入氢离子。该例子中，在离子注入的方向，从种子衬底的粘合层4的表面测量深度h。例如，对于大约400° C的分裂温度，离子注入步骤的能量可以高于160keV(以I. 3X IO17Cm-2以上的剂量)。离子注入步骤的能量特别取决于转移的半导体层的期望厚度。图2d中显示在种子层3a的内部以预先确定的深度h具有预先确定的削弱平面13的种子衬底I。为了准备种子衬底I用于粘合，可以执行化学机械抛光。可以通过抛光从粘合层4除去一部分粘合层4 (具有粘合层4形成在其上的层的表面拓扑的峰谷(PV)幅值的三倍厚度)。例如，如果氮化铟镓层3的的表面拓扑的峰谷幅值是50nm，粘合层4的峰谷幅值是至少50nm (由于PECVD方法)，其复制了该层形成在其上的层的表面拓扑。因此，作为第一近似值，不得不抛光粘合层4的3x50=150nm，特别是除去，以使粘合层4的表面平坦(为了使它准备好粘合)。 抛光之后，为了压缩半导体层3的拓扑，粘合层4的厚度应该至少50nm到lOOnm。因此，根据该例子，形成在半导体层3的上面的粘合层4的初始厚度应该至少150+100=250nmo形成预先确定的削弱平面之后，根据该例子，可以采用化学机械抛光除去400nm的粘合层4。这样，可以提供具有150nm剩余厚度的粘合层4 (粗糙程度大约2人)图3a_3c中，显示处于根据本发明的用于制造半导体衬底的示例性方法的不同步骤的处理衬底。首先，图3a中提供由蓝宝石组成的处理支撑层6。作为变体，处理支撑层6也可以包括不同材料(比如硅，玻璃或石英)或由不同材料(比如硅，玻璃或石英)组成。在处理支撑层6的上面沉积具有200nm厚度的二氧化硅层14和具有200nm厚度的氮化硅层15。氮化硅层15担当吸收层。埋入的二氧化硅层14和埋入的氮化硅层15将允许处理支撑层的激光剥离作为下面进一步描述的随后的处理步骤(不破坏处理支撑层6)。图3b显示这样的具有SiO2层14和氮化硅层15的处理支撑层6。图3c显示处理衬底5，其中粘合层7形成在氮化硅层15的上面。这种情况下，粘合层7由磷硅酸盐玻璃(BPSG)组成，并且粘合层7具有I μ m的厚度。粘合层7可以包括4. 7%的硼和I. 45%的磷。随后的处理步骤中，采用氧气密实化粘合层7，该例子中，以850° C的温度密实化一个小时。这样，可以获得密实化的BPSG层(BPSGd)。或者，粘合层7可以由不同材料形成，比如二氧化硅。有利地，粘合层7由具有低粘性的(比如该例子中的BPSG)、适合松弛形成种子衬底的半导体层(该例子中的种子衬底I的InGaN层3)的应变的材料的材料形成。随后的处理步骤中，采用化学机械抛光对粘合层7进行抛光，其中，除去大约
200nm的粘合层，从而获得大约2A的粘合层7的粗糙程度，2人的粘合层 的粗糙程度允许与种子衬底I的粘合层4的直接粘合。随后，可以按照上面讨论的将处理衬底5与种子衬底I粘合，从而获得施主-处理混合物。图4中显示根据本发明的示例性的施主-处理混合物8。特别地，图4的施主-处理混合物8包括处理支撑层6、二氧化硅层14，、氮化硅层15、包括二氧化硅的粘合层7、包括氮化硅的粘合层4、半导体层3、具有形成其中的预先确定的削弱平面13的种子层3a和种子支撑层2。然后采用一个或更多预先确定的温度和/或温度梯度将施主-处理混合物8在烤箱中退火。这样，首先，增加粘合层4和粘合层7的界面处的结合能。第二，在预先确定的分裂温度，分离自然或外加外部机械力发生在预先确定的削弱平面13。图8中显示这样获得的第一分层结构19 (包括转移层20，转移层20包括半导体层3和种子层3a的转移部分23)和第二分层结构21 (包括剩余的种子层22，剩余的种子层22来自于最初的种子支撑层2上面的种子层3a)。上面描述的例子中，包括氮化硅的粘合层已经形成在种子衬底I的半导体层3的上面，并且包括二氧化硅的粘合层已经形成在处理衬底5的氮化硅层15的上面。然而，粘合层的不同布置也是可能的。例如，图5显示变体，其中包括氮化硅的粘合层4形成在顺应层(比如，低粘性层 17，特别包括二氧化硅，特别是BPSG)的上面。低粘性层17形成在半导体层3的上面，二氧化硅层16形成在两者之间。这种情况下，可以选择粘合层4和/或低粘性层17和/或二氧化硅层16的厚度，以便可以通过离子注入实现预先确定的深度h的预先确定的削弱平面。低粘性层17可以由不同的单个次层组成，并且可以包括至少顺应材料次层(松弛次层)。顺应材料是显示一些以通过热处理达到的高于玻璃转化温度的温度的回流(例如，由于一些玻璃转化)的材料。回流(熔融流动)导致应变的半导体层3的弹性应力松弛，在应变的半导体层3上沉积低粘性层，比如，上述的埋入(氧化物)层。合适的顺应材料包括磷硅酸盐玻璃(BPSG)或例如包括B (BSG)或P (PSG)的Si02混合物。例如，低粘性BPSG层(包括4. 5%的硼(B)和2%的磷(P))的玻璃转化温度大约是800° C。大部分低粘性氧化物材料具有大约600-700° C的玻璃转化温度，反之，高粘性氧化物材料的玻璃转化温度高于1000° C并且优选地高于1200° C。处理衬底5相应于图3c中显示的处理衬底5。显示在图1-4中的例子中，除了粘合，处理衬底的粘合层7可以具有与低粘性层17相同的功能至少部分松弛处于应变状态的半导体层3 (特别是转移的半导体层)。根据图6中显示的又一供替代的选择，处理衬底5的粘合层7可以包括氮化硅或由氮化硅组成。这种情况下，粘合层7可以形成在氮化硅层15的上面，二氧化硅层(特别是BPSG层)18形成在两者之间。该例子中，种子衬底I的粘合层4可以包括二氧化硅。特别地，粘合层4可以由BPSG组成，并且可以形成在半导体薄膜3的上面，二氧化硅层16形成在两者之间。这种情况下，除了粘合，种子衬底I的粘合层4和处理衬底的层18可以具有与低粘性层17上面描述的相同的功能至少部分松弛处于应变状态的半导体层3 (特别是转移的半导体层)。形成具有氮化硅的粘合层7之前，可以抛光二氧化硅层18。因此，粘合层7在其形成之后将具有适合直接粘合的粗糙程度。这种情况下,粘合层7的厚度可以是50nm或更少,特别地，20nm或更少。与根据图2a_2d上面描述的粘合层4的厚度相比，该厚度较小，可以减少包括氮化硅的粘合层对半导体薄膜3 (特别是转移的半导体薄膜)的松弛的负面影响。而且，与上面描述的实施方式相t匕，准备粘合层7的表面可以更快，因为它仅以激活表面为目标，不以部分层的拓扑移除为目标。根据图7中显示的第三供替代的选择，处理衬底5的粘合层7可以包括氮化硅或由氮化硅组成，并且可以直接形成在处理支撑层6的上面(特别是处理支撑层6上)。根据该例子，种子衬底I可以相当于根据图6描述的种子衬底I。这种情况下，可以选择包括BPSG的粘合层4的厚度，以便当获得充足的注入深度以形成预先确定的削弱平面13时允许半导体层的松弛。通过采用包括氮化硅的粘合层用于处理衬底或种子衬底，粘合层之间的结合能可以增强(与用在现有技术方法中的两个包括二氧化硅的粘合层之间的结合能相比)。特别地，可以增加关于分裂界面能量的结合能，其导致了转移的半导体层中的缺陷的数量的减少。图10显示示出与根据目前工艺水平的示例性粘合层(也就是，两个BPSGd层)之间的结合能(左手侧的柱形物)相比的，根据本发明的示例性粘合层(也就是一个氮化硅层和一个BPSGd层)之间的结合能(右手侧的柱形物)的图。该没有任何注入步骤执行的具体 的粘合研究，仅仅为了测量各种配置的结合能的目的。就像从图中看到的，采用氮化硅层和BPSGd层作为粘合层可以大大增加结合能。该图尤其示出针对两个不同的粘合后处理(在600° C和800° C)的结合能。对于两种情况，一个氮化硅层和一个BPSGd层之间的结合能高于两个BPSGd层之间的结合能。对于在800° C的处理，氮化硅层和BPSGd层之间的结合能甚至可以进一步增加。分离或分裂步骤之后，获得图8中显示的第一分层结构19和第二分层结构21。将半导体层3转移到第一分层结构19的方法通常称作Smart Cut 处理。与现有技术方法相比，这里描述的该发明的方法可以减少裂缝和非转移的区域的数量。随后，也许可以除去转移的种子层23，并且可以在转移的半导体层3中、粘合层4中和至少部分粘合层7中形成深沟24。图9a中显示这样的结构。这样，可以形成岛状的转移的半导体层。下一步，按照欧洲专利申请EP 2 151 852中描述的，可以执行岛状的转移的半导体层的松弛。特别地，松弛可以包括一系列受控热处理和/或蚀刻转移的种子层23 (如果已经保存层23)。特别地，对于转移的半导体层3(该例子中，转移的半导体层3由InGaN组成)，可以获得松弛的原子晶格间距。随后，可以特别采用PECVD、填充深沟24并且覆盖岛状的转移的半导体层而形成二氧化硅层25。如图9a中显示，可以将该二氧化硅层25粘合到目标衬底26上。目标衬底26可以包括具有蓝宝石或硅的目标支撑层或由具有蓝宝石或硅的目标支撑层组成，并且粘合到二氧化硅层25之前可以清洁目标衬底26。二氧化硅层25可以特别包括二氧化硅或由二氧化硅组成，并且可能不得不被抛光。随后，可以采用WO 2010/015878中公开的激光剥离方法除去处理支撑层6 (不破坏处理支撑层6)。这样，可以获得图9b中显示的中间分层结构。然后可以通过蚀刻和/或抛光而处理中间分层结构，以获得显示在图9b的右手侧的最终的产品。最终的产品包括目标衬底26，从二氧化硅层25剩余的剩余二氧化硅层27和岛状的转移的半导体层。
通过上面描述的方法获得的最终的产品中，可以大大减少缺陷的数量。 尽管已经分别描述了以前讨论的本发明的实施方式和例子，应该理解的是可以以不同的方式组合上面描述的特征的一些或所有。讨论的实施方式并不意在进行限制，而是作为阐明本发明的特征和优点的例子。
权利要求
1.一种用于制造半导体衬底的方法，包括步骤 提供种子支撑层(2)和处理支撑层(6)； 形成在所述种子支撑层(2)的上面的半导体层(3)，特别包括III/V半导体材料，其中所述半导体层(3)处在应变状态； 形成在所述半导体层(3 )上面的粘合层(4 ); 形成在所述处理支撑层(6 )上面的粘合层(7 );以及 将这样获得的种子衬底(I)粘合到这样获得的处理衬底(5)上，以获得施主-处理混合物(8)，由所述种子衬底(I)的粘合层(4)和所述处理衬底(5)的粘合层(7)之间的直接粘合产生， 其中，所述种子衬底(I)的粘合层(4)和所述处理衬底(5)的粘合层(7)之一包括氮化硅。
2.根据权利要求I所述的用于制造半导体衬底的方法，其中，所述种子衬底(I)的所述粘合层(4)和所述处理衬底(5)的所述粘合层(7)中的另一个包括二氧化硅。
3.根据权利要求I或2所述的用于制造半导体衬底的方法，其中，通过外延特别是假晶外延，所述半导体层(3)形成在所述种子支撑层(6)上面的种子层上。
4.根据权利要求3所述的用于制造半导体衬底的方法，其中，形成在所述种子支撑层(6)和所述半导体层(3)之间的所述种子层具有与所述半导体层(3)的原子晶格间距不匹配的原子晶格间距，从而导致所述半导体层(3)处于应变状态。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于制造半导体衬底的方法，所述种子衬底(I)的粘合层(4)包括氮化硅，并且所述处理衬底(5)的粘合层(7)包括二氧化硅，或者，其中所述处理衬底(5 )的粘合层(7 )包括氮化硅，并且所述种子衬底(I)的粘合层(4 )包括二氧化硅。
6.根据权利要求2-5任一所述的用于制造半导体衬底的方法，其中包括氮化硅的粘合层包括SiN材料和/或SixNy :H或由SiN材料和/或SixNy :H组成，并且/或者，其中包括二氧化硅的粘合层包括BPSG和/或PECVD氧化物或由BPSG和/或PECVD氧化物组成。
7.根据权利要求1-6任一所述的用于制造半导体衬底的方法，其中所述种子衬底(I)的粘合层(4)包括氮化硅，并且其中诸如低粘性层的顺应层，特别包括BPSG，形成在所述半导体层(3 )和所述粘合层(4 )之间。
8.根据权利要求1-6任一所述的用于制造半导体衬底的方法，所述处理衬底(5)的粘合层(7)包括氮化硅，并且其中诸如低粘性层的顺应层，特别包括BPSG，形成在所述处理支撑层(6 )和所述粘合层(7 )之间。
9.根据权利要求1-8任一所述的用于制造半导体衬底的方法，通过等离子体增强化学气相沉积法PECVD或者通过低压化学气相沉积法LPCVD形成包括氮化硅的粘合层。
10.根据权利要求1-9任一所述的用于制造半导体衬底的方法，粘合步骤之前，包括氮化硅和/或诸如BPSG层的顺应层的粘合层经受热处理。
11.根据权利要求1-10任一所述的用于制造半导体衬底的方法，所述处理支撑层(6)包括蓝宝石或由蓝宝石组成，并且进一步包括在所述处理支撑层(6)和所述处理衬底(5)的粘合层(7)之间特别是通过氮化硅(15)形成吸收层。
12.根据权利要求1-11任一所述的用于制造半导体衬底的方法，粘合步骤之前进一步包括处理，特别是抛光所述种子衬底(I)的粘合层(4)，以便其表面粗糙程度小于5埃，特别小于或等于大约2埃，并且/或者处理，特别是抛光所述处理衬底(5)的粘合层(7)，以便其表面粗糙程度小于5埃，特别小于或等于大约2埃。
13.根据权利要求1-12任一所述的用于制造半导体衬底的方法，进一步包括注入离子种类穿过所述半导体层(3)以在所述种子衬底(I)内部以深度h形成削弱平面(13)。
14.根据权利要求13所述的用于制造半导体衬底的方法，进一步包括从所述施主-处理混合物(8)分离所述种子衬底(I)的剩余物(22)，其 中分离发生在所述预先确定的削弱平面(13)，从而在所述处理衬底的上面形成转移的半导体层。
15.根据权利要求14所述的用于制造半导体衬底的方法，进一步包括在所述转移的半导体层中形成深沟(24 )，特别以便在所述转移的半导体层中获得岛状的结构。
16.根据权利要求15所述的用于制造半导体衬底的方法，其中所述深沟(24)至少部分形成在顺应层中，所述顺应层例如为形成在所述转移的半导体层和所述处理支撑层(6)之间的低粘性层。
17.根据权利要求1-16任一所述的用于制造半导体衬底的方法，进一步包括通过热处理使得所述转移的半导体层至少部分松弛，特别地，其中粘合层(4 ；7)的至少一个包括BPSG 层。
18.根据权利要求13-17任一所述的用于制造半导体衬底的方法，进一步包括将所述处理衬底上的所述转移的半导体层粘合到目标衬底(26)。
19.根据权利要求18所述的用于制造半导体衬底的方法，进一步包括分离所述处理支撑层(6 )，特别地通过激光剥离。
20.根据权利要求13-19任一所述的用于制造半导体衬底的方法，其中，所述削弱平面形成在所述种子衬底的种子层中。
21.根据权利要求20所述的用于制造半导体衬底的方法，其中，将至少一部分所述种子层转移到所述处理衬底，从而在所述转移的半导体层上形成转移的种子层。
22.根据权利要求1-21任一所述的用于制造半导体衬底的方法，其中，所述处理支撑层(6)、所述种子支撑层(2)和所述目标衬底包括蓝宝石或由蓝宝石组成，所述种子层包括GaN或由GaN组成，并且/或者应变的半导体层(3)包括InGaN或由InGaN组成。
23.一种施主-处理混合物(8)，包括 种子衬底(I)和处理衬底(5)； 其中，所述种子衬底(I)包括 种子支撑层(2); 半导体层(3)，特别包括III/V-半导体材料，所述半导体层(3)在所述种子支撑层(2)上面，其中所述半导体层(3)处于应变状态，以及 第一粘合层(4), 其中，削弱平面形成在所述种子衬底中；并且 其中，所述处理衬底(5)包括 处理支撑层(6);以及 第二粘合层(7)， 其中，直接粘合形成在所述第一粘合层(4 )和所述第二粘合层(7 )之间，并且其中所述第一粘合层和所述第二粘合层之一包括氮化娃。
24.根据权利要求23所述的施主-处理混合物(8)，其中，所述第一粘合层(4)和所述第二粘合层(7 )中的另一个包括二氧化硅或由二氧化硅组成。
25.一种分层结构包括 处理支撑层(6);和 应变材料层， 其中，通过包括氮化硅的第一粘合层和包括二氧化硅的第二粘合层将所述应变材料层粘合到所述处理支撑层(6)。
26.根据权利要求25所述的分层结构，其中，深沟形成在所述应变材料层中和/或在所述第一粘合层中和/或在所述第二粘合层中。
27.根据权利要求25或26所述的分层结构，进一步包括形成在所述处理支撑层(6)以及所述第一粘合层和所述第二粘合层之间的特别是通过氮化硅形成的吸收层。
全文摘要
本发明涉及用于制造半导体衬底的方法，包括步骤提供种子支撑层(2)和处理支撑层(6)，形成至少一个半导体层(3)(特别包括III/V-半导体材料)，半导体层(3)在种子支撑层(2)的上面，其中，至少一个半导体层处于应变状态，在至少一个半导体层(3)的上面形成粘合层(4)，并且将这样获得的种子衬底(1)粘合到这样获得的处理衬底(5)以获得施主-处理混合物，由种子衬底(1)的粘合层(4)和处理衬底(5)的粘合层(7)之间的直接粘合产生，其中至少种子衬底(1)的粘合层(4)和处理衬底(5)的粘合层(7)之一包括氮化硅。
文档编号H01L21/02GK102810466SQ20121013768
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月4日 优先权日2011年5月10日
发明者M·洛吉乌 申请人:Soitec公司