半导体层叠结构以及使用半导体层叠结构分离氮化物半导体层的方法和装置制造方法及图纸

根据本发明专利技术的半导体层叠结构包括：与氮化物半导体的相异的单晶衬底；在所述衬底上形成的无机薄膜，以在所述无机薄膜和所述衬底之间限定空腔，其中，至少一部分所述无机薄膜结晶为与所述衬底相同的晶体结构；以及从所述空腔上的结晶化无机薄膜生长的氮化物半导体层。根据本发明专利技术的用于分离氮化物半导体层的方法和装置在所述衬底和所述氮化物半导体层之间进行机械地分离。能够通过对衬底和氮化物半导体层沿垂直方向施加力的分离方法、通过沿水平方向施加力的分离方法、通过以相对圆周运动施加力的分离方法及其组合方法进行机械分离。

Semiconductor stack structure and method and apparatus for separating nitride semiconductor layer using semiconductor stack structure

According to the invention includes a semiconductor stacked structure: single crystal substrate with different nitride semiconductor; inorganic thin film formed on the substrate, to define a cavity between the inorganic thin film and the substrate wherein at least a portion of the crystalline inorganic thin film and the substrate for the same crystal structure and growth; from the crystallization of inorganic thin film of the cavity on the nitride semiconductor layer. A method and an apparatus for separating a nitride semiconductor layer according to the present invention are mechanically separated between the substrate and the nitride semiconductor layer. Can the separation method, a substrate and a nitride semiconductor layer along the vertical direction of the applied force were separated by mechanical separation method to apply a force relative circular motion and combination method by means of separation, along the horizontal direction of the applied force.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体层叠结构以及使用半导体层叠结构分离氮化物半导体层的方法和装置
本公开涉及一种氮化镓(GaN)或镓和其它金属的混合氮化物的半导体层及其形成方法。此外，本公开涉及一种包括该层、氮化物半导体衬底的电子器件或光电器件及其制造方法。本公开的
在广义上可以被定义为用于在衬底上形成具有很少晶体缺陷和高质量的氮化物半导体层的半导体层叠结构及其形成方法。
技术介绍
元素周期表中III族或V族的元素的氮化物半导体在电子器件和光电子器件领域中占据重要地位，并且该领域在未来将更加重要。实际上，氮化物半导体具有广泛的应用范围，从激光二极管(LD)到能够在高频和高温下操作的晶体管。此外，应用范围包括紫外光检测器、弹性表面波(SAW)器件和发光二极管(LED)。例如，已知氮化镓是用于蓝色LED或高温晶体管的应用的合适材料，但是被广泛研究用于微波电子器件，但不限于此。此外，如本文所述，氮化镓具有广泛的应用范围，包括例如氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)和氮化铝铟镓(AlInGaN)的氮化镓类合金。在使用例如氮化镓的氮化物半导体的器件中，用于生长氮化物半导体层的最常用的衬底是“异质”衬底，例如蓝宝石、碳化硅(SiC)和硅。然而，由于这些异质衬底材料与氮化物存在晶格常数的不匹配和热膨胀系数的差异，所以在异质衬底上生长的氮化物半导体层包括许多晶体缺陷，例如位错。该缺陷成为降低氮化物半导体器件(例如LED)的性能的关键因素。因为蓝宝石衬底具有比氮化镓更高的热膨胀系数，所以当氮化镓在高温下生长然后冷却时，压缩应力施加到氮化镓外延层。因为硅衬底具有比氮化镓更低的热膨胀系数，所以当氮化镓在高温下生长然后冷却时，拉伸应力施加到氮化镓外延层。为此，发生衬底翘曲现象，而为了防止衬底翘曲，衬底厚度增加。使用厚衬底仅有助于减少表面现象，而不是减小薄膜本身的应力的技术。如果薄膜本身的应力减小，则优点在于能够使用薄的衬底。此外，为了从制造的LED分离芯片，需要磨削衬底，同时留下约100μm，而在这种情况下，如果能够使用薄衬底，则在LED制造方面将获得极大的益处。在一些情况下，根据需要，在异质衬底上形成的氮化物半导体层应当与异质衬底分离，并且现有技术提出激光剥离。然而，即使使用激光剥离工艺，由于蓝宝石衬底和氮化物半导体之间的热膨胀系数的差异也会发生衬底翘曲，或者使用激光熔化氮化物半导体层并剥离，如此副作用是在工艺期间由于局部区域的高温热会产生热应力。激光剥离工艺涉及氮化物半导体的热变形和机械变形以及分解。由于激光束冲击，氮化物半导体层易受缺陷(例如裂纹)的影响，并且氮化物半导体层可能被损坏，此外，氮化物半导体层易于断裂，因此，工艺不稳定。因此，需要具有高可靠性的衬底分离方法，或者用于获得高质量氮化物半导体衬底或氮化物半导体器件的方法。
技术实现思路
技术问题本公开要解决的问题是提供一种半导体层叠结构以及使用其分离氮化物半导体层的方法和装置，所述半导体层叠结构在生长氮化物半导体层时以减小的施加到氮化物半导体层的应力形成高质量氮化物半导体层，并且容易将氮化物半导体层与衬底分离而不需要激光剥离。技术方案为了解决上述问题，根据本公开的半导体层叠结构包括于氮化物半导体异质材料的单晶衬底；无机薄膜，其包括与所述衬底接触以在所述无机薄膜和所述衬底之间限定空腔的腿部和从所述腿部平行于所述衬底延伸的上表面部，其中，至少一部分所述无机薄膜结晶为与所述衬底相同的晶体结构；以及从在所述空腔上的所述结晶化无机薄膜生长的氮化物半导体层。特别地，空腔可以由彼此分离的多个空腔组成，并且可以是沿垂直于氮化物半导体层的横向生长速度快的方向的方向延伸的线型图案。氮化物半导体层可以是组合形式或非组合形式。氮化物半导体层在水平方向上可以是连续的或不连续的。氮化物半导体层可以由至少两个膜构成。可以在所述至少两个膜之间进一步形成限定如上所述的空腔的无机薄膜。根据本公开，提供了一种用于分离氮化物半导体层的方法。在与氮化物半导体异质材料的单晶衬底上形成牺牲层图案之后，在牺牲层图案上形成无机薄膜。从具有无机薄膜的衬底去除牺牲层图案，以形成由衬底和无机薄膜限定的空腔。随后，使至少一部分无机薄膜结晶为与衬底相同的晶体结构，并且从空腔上的结晶化无机薄膜生长氮化物半导体层。随后，将氮化物半导体层与衬底机械地分离。生长氮化物半导体层可以包括将氮化物半导体层形成为彼此分离的多个氮化物半导体层。牺牲层图案可以通过各种方法形成。牺牲层图案可以在将光致抗蚀剂膜涂布到衬底上之后通过光刻形成，或者可以在将纳米压印用树脂涂布到衬底上之后通过纳米压印形成。或者，牺牲层图案可以通过将有机纳米颗粒附着到衬底上来形成。优选地，在牺牲层图案不会变形的温度范围内进行无机薄膜的形成。空腔是去除掉牺牲层图案之处。因此，空腔符合牺牲层图案的形状和尺寸以及二维阵列。因此，对于具有可控形状和尺寸以及二维阵列的空腔，需要设置牺牲层图案的形状和尺寸以及二维阵列。根据本公开的分离氮化物半导体层的另一种方法，在根据本公开的半导体层叠结构中进行衬底和氮化物半导体层的机械分离。根据本公开的用于分离氮化物半导体层的又一种方法，在其它半导体层叠结构中进行衬底和氮化物半导体层之间的机械分离，所述其它半导体层叠结构包括在衬底和氮化物半导体层之间具有空腔的界面层(尽管该半导体层叠结构不遵循本公开)。当使用该方法将氮化物半导体层从衬底分离时，氮化物半导体层可以被转移或移动到垂直LED或水平LED或任何类型的衬底，以制造LED或氮化物半导体自支撑衬底。在根据本公开的用于分离氮化物半导体层的方法中，可以通过对衬底和氮化物半导体层沿竖直方向施加力的分离方法、通过沿水平方向施加力的分离方法、通过以相对圆周运动施加力的分离方法及其组合方法来进行机械分离。特别地，在通过对衬底和氮化物半导体层沿竖直方向施加力的分离方法的情况下，优选通过感测衬底和氮化物半导体层沿竖直方向被压缩的厚度或压力来进行终点检测。根据本公开的用于分离氮化物半导体层的方法还可以包括：在将氮化物半导体层从衬底分离之后，将所分离的氮化物半导体层转移到其它衬底或将所分离的氮化物半导体层封装。根据本公开的用于分离氮化物半导体层的装置在根据本公开的半导体层叠结构或者其它半导体层叠结构中进行氮化物半导体层与衬底之间的机械分离，所述其它半导体层叠结构包括在衬底和氮化物半导体层之间具有空腔的界面层(尽管该半导体层叠结构不遵循本公开)。所述装置可以包括一对分离构件，作为夹具分别施加到半导体层叠结构的衬底和氮化物半导体层。分离构件和半导体层叠结构可以彼此暂时附着。暂时附着可以通过粘合剂层、粘合剂涂层、胶带、静电力或经由真空的力中的任一种。所述装置可以包括用于向半导体层叠结构施加外力的驱动单元和用于控制驱动单元的控制单元。驱动单元可以向衬底和氮化物半导体层施加相对压缩、拉神、剪切、扭转及其组合外力。根据本公开的分离装置可以在一对分离构件中的至少一个暂时附着到半导体层叠结构时施加外力，该对分离构件作为夹具分别施加到半导体层叠结构的衬底和氮化物半导体层。当将任一分离构件固定时，可以将沿垂直方向、沿水平方向的外力或旋转相对于剩余分离构件施加到另一分离构件。特别地，优选地将任一分离构件固定并且相对于剩余的分离构件沿垂直方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体层叠结构，包括：与氮化物半导体异质材料的单晶衬底；在所述衬底上形成的无机薄膜，以在所述无机薄膜和所述衬底之间限定空腔，其中，至少一部分所述无机薄膜结晶为与所述衬底相同的晶体结构；以及从所述空腔上的结晶化无机薄膜生长的氮化物半导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.14 KR 10-2014-00885031.一种半导体层叠结构，包括：与氮化物半导体异质材料的单晶衬底；在所述衬底上形成的无机薄膜，以在所述无机薄膜和所述衬底之间限定空腔，其中，至少一部分所述无机薄膜结晶为与所述衬底相同的晶体结构；以及从所述空腔上的结晶化无机薄膜生长的氮化物半导体层。2.根据权利要求1所述的半导体层叠结构，其中，所述氮化物半导体层是组合或非组合形式。3.根据权利要求1所述的半导体层叠结构，其中，所述氮化物半导体层在水平方向上是连续的或不连续的。4.根据权利要求1所述的半导体层叠结构，其中，所述氮化物半导体层具有在所述空腔之间的区域处形成的空隙。5.根据权利要求1所述的半导体层叠结构，其中，所述无机薄膜包括：与所述衬底接触的腿部；和从所述腿部延伸的上表面部。6.根据权利要求5所述的半导体层叠结构，其中，所述上表面部具有与所述衬底平行的表面或弯曲表面，并且所述腿部垂直于所述衬底或具有相对于衬底的预定倾斜度或弯曲表面。7.根据权利要求1所述的半导体层叠结构，其中，所述氮化物半导体层形成为彼此分离的多个氮化物半导体层。8.一种用于分离氮化物半导体层的方法，包括：在与氮化物半导体异质材料的单晶衬底上形成牺牲层图案；在所述牺牲层图案上形成无机薄膜；从具有所述无机薄膜的所述衬底去除所述牺牲层图案，以形成由所述衬底和所述无机薄膜限定的空腔；使至少一部分所述无机薄膜结晶为与所述衬底相同的晶体结构；以及从所述空腔上的结晶化无机薄膜生长氮化物半导体层以形成半导体层叠结构，并且随后将所述氮化物半导体层与所述衬底机械分离。9.一种用于分离氮化物半导体层的方法，包括在权利要求1所述的半导体层叠结构中将所述氮化物半导体层与所述衬底机械分离。10.根据权利要求8所述的用于分离氮化物半导体层的方法，其中，在生长氮化物半导体层的步骤中使所述氮化物半导体层形成为彼此分离的多个氮化物半导体层。11.根据权利要求8或9所述的用于分离氮化物半导体层的方法，其中，通过对所述衬底和所述氮化物半导体层沿竖直方向施加力的分离方法、通过沿水平方向施加力的分离方法、通过以相对圆周运动施加力的分离方法、及其组合方法来进行机械地分离。12.根据权利要求11所述的用于分离氮化物半导体层的方法，其中，通过感测所述衬底和所述氮化物半导体层沿竖直方向被压缩的厚度或压力来进行终点检测。13.根据权利要求11所述的用于分离氮化物半导体层的方法，在从所述衬底将所述氮化物半导体层分离之后，还包括：将所分离的氮化物半导体层转移到其它衬底或者将所分离的氮化物半导体层封装。14.一种用于分离氮化物半导体层的装置，其中，所述装置在权利要求1中限定的半导体层叠结构或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹义埈，文大荣，张正焕，朴容助，裵德圭，
申请(专利权)人：首尔大学校产学协力团，海瑟解决方案股份有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR