一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法技术

本发明专利技术提供一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法，包括以下步骤：S1：提供一自下而上依次包括硅衬底、绝缘埋层及顶层硅的SOI衬底；S2：在所述顶层硅表面依次形成III族氮化物薄膜及绝缘帽层；S3：进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层；S4：提供一基片，将所述基片键合于所述绝缘帽层表面，得到键合结构；S5：进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离，得到自下而上依次包括基片、绝缘帽层及III族氮化物薄膜的叠层结构。本发明专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法可实现大尺寸的III族氮化物薄膜转移，并可以得到光滑、高质量的III族氮化物薄膜表面。同时，本发明专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法可广泛应用于材料制备阶段。

A stripping transfer method for III nitride thin films

The invention provides a stripping III nitride film transfer method comprises the following steps: S1, provide a from bottom to top which comprises a silicon substrate, SOI substrate insulating buried layer and the top layer of silicon nitride; S2: III thin film and the insulating cap layer are formed on the top surface of silicon; S3: ion implantation, ion the implanted layer is formed on the silicon layer; S4: providing a substrate, wherein the substrate is bonded to the surface of the insulating cap layer, get the bond structure; S5: annealing, the bonding structure from the top silicon layer is stripped, get the laminated structure from the bottom up comprises the substrate, an insulating cap layer and III nitride thin films. Stripping the III nitride film of the invention can realize the transfer method of III nitride films of large size, the surface of III nitride films and can be smooth, high quality. At the same time, the stripping transfer method of the III nitride film can be widely used in the material preparation stage.

【技术实现步骤摘要】
一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法
本专利技术属于半导体领域，涉及一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法。
技术介绍
硅薄膜剥离转移技术已经十分成熟，广泛应用于SOI衬底制造、MEMS器件中，主要有SOITEC的H离子注入Smart-cut技术，新傲科技的O离子注入Simbond技术等。其中Smart-cut(智能剥离)技术是一种注入氢离子然后进行剥离的技术，即在键合的一片晶片上注入氢离子，然后和另一硅片在一定温度下键合，键合热处理温度在大约500℃时，氢离子注入处会形成连续的空腔，从而自动剥离形成SOI结构。利用键合技术的智能剥离技术可以获得超薄的硅层。Simbond是一种注氧键合技术，其在硅材料上注入离子，产生了一个分布均匀的离子注入层，此层用来充当化学腐蚀阻挡层，可对圆片在最终抛光前器件层的厚度及其均匀性有很好的控制。采用Simbond技术制备的SOI硅片具有优越的SOI薄膜均匀性，同时也能得到厚的绝缘埋层。相比于体硅材料，III族氮化物材料因其直接带隙、极大内建电场等特性，在光电、功率、射频、MEMS等领域有其独特优势。其中，III指元素周期表中第III族中的至少一种元素。因此，实现III族氮化物薄膜的剥离转移更有意义。然而，GaN等III族氮化物材料基于离子注入的薄膜转移技术还不成熟，注入后很难完整剥离，因此难以实现大尺寸薄膜的转移。现有技术中另一种GaN薄膜剥离转移技术是利用激光对GaN薄膜进行剥离转移，一般用于LED行业。但是，激光剥离的界面很不光滑，应用受到局限。一般只能作为后端技术，如蓝宝石上GaNLED器件的激光剥离。因此，如何提供一种新的III族氮化物薄膜的剥离转移方法，以实现大尺寸III族氮化物薄膜的转移，并提高薄膜质量，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法，用于解决现有技术中难以实现大尺寸III族氮化物薄膜的转移，且转移的III族氮化物薄膜质量不高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法，包括以下步骤：S1：提供一自下而上依次包括硅衬底、绝缘埋层及顶层硅的SOI衬底；S2：在所述顶层硅表面依次形成III族氮化物薄膜及绝缘帽层；S3：进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层；S4：提供一基片，将所述基片键合于所述绝缘帽层表面，得到键合结构；S5：进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离，得到自下而上依次包括基片、绝缘帽层及III族氮化物薄膜的叠层结构。可选地，还包括步骤S6：进行化学机械抛光，去除所述III族氮化物薄膜表面多余的顶层硅材料。可选地，所述SOI衬底采用混合晶向衬底，其中，所述硅衬底采用(100)晶向硅，所述顶层硅采用(111)晶向硅。可选地，所述SOI衬底采用键合技术得到。可选地，所述III族氮化物薄膜包括GaN层、AlN层、InN层、InGaN层及AlGaN层中的一种或多种。可选地，所述III族氮化物薄膜的厚度范围是5nm-100μm。可选地，所述绝缘帽层包括氮化硅层或二氧化硅层。可选地，于所述步骤S3中，采用H离子、He离子及B离子中的至少一种进行离子注入。可选地，于所述步骤S3中，从所述绝缘帽层一面对所述顶层硅进行离子注入。可选地，所述基片的材料包括硅、锗、锗硅、蓝宝石及碳化硅中的任意一种。可选地，于所述步骤S5中，退火温度范围是300-1000℃，退火时间是10s-30min。如上所述，本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法，具有以下有益效果：本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法通过混合晶向SOI衬底生长高质量的III族氮化物薄膜，并通过离子注入及键合工艺，将键合结构自SOI顶层硅处剥离，可实现大尺寸的III族氮化物薄膜转移，并可以得到光滑、高质量的III族氮化物薄膜表面。同时，本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法可广泛应用于材料制备阶段。附图说明图1显示为本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法的工艺流程图。图2显示为本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法提供的SOI衬底的示意图。图3显示为本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法在所述顶层硅表面形成III族氮化物薄膜的示意图。图4显示为本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法在所述III族氮化物薄膜表面形成绝缘帽层的示意图。图5显示为本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层的示意图。图6显示为本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法将所述基片键合于所述绝缘帽层表面的示意图。图7显示为本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离的示意图。图8显示为本专利技术的III族氮化物薄膜的剥离转移方法将III族氮化物薄膜转移得到的叠层结构示意图。元件标号说明S1～S5步骤1硅衬底2绝缘埋层3顶层硅4III族氮化物薄膜5绝缘帽层6离子注入层7基片具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术提供一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法，请参阅图1，显示为该方法的工艺流程图，包括以下步骤：S1：提供一自下而上依次包括硅衬底、绝缘埋层及顶层硅的SOI衬底；S2：在所述顶层硅表面依次形成III族氮化物薄膜及绝缘帽层；S3：进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层；S4：提供一基片，将所述基片键合于所述绝缘帽层表面，得到键合结构；S5：进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离，得到自下而上依次包括基片、绝缘帽层及III族氮化物薄膜的叠层结构。首先请参阅图2，执行步骤S1：提供一自下而上依次包括硅衬底1、绝缘埋层2及顶层硅3的SOI衬底。由于III族氮化物晶体主要为六方晶格，一般仅能生长于六轴对称的Si(111)晶面，因此本实施例中，所述顶层硅3优选采用(111)晶向硅。作为示例，所述SOI衬底可通过键合技术得到，例如Soitec公司的利用键合技术的智能剥离(Smart-cut)技术或者新傲公司的Simbond技术等。具体的，键合技术是指通过在硅和二氧化硅或二氧化硅和二氧化硅之间使用键合技术，使两个圆片能够紧密键合在一起，并且在中间形成二氧化硅层充当绝缘埋层。键合圆片的一侧可经削薄，以达到所要求的厚度。Smart-cut技术是一种注入氢离子然后进行剥离的技术，即在键合的一片晶片上注入氢离子，然后和另一硅片在一定温度下键合，键合热处理温度在大约500℃时，氢离子注入处会形成连续的空腔，从而自动剥离形成SOI结构。利用键合技术的智能剥离技术可以获得超薄的硅层，并可以得到混合晶向的SO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供一自下而上依次包括硅衬底、绝缘埋层及顶层硅的SOI衬底；S2：在所述顶层硅表面依次形成III族氮化物薄膜及绝缘帽层；S3：进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层；S4：提供一基片，将所述基片键合于所述绝缘帽层表面，得到键合结构；S5：进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离，得到自下而上依次包括基片、绝缘帽层及III族氮化物薄膜的叠层结构。

【技术特征摘要】
1.一种III族氮化物薄膜的剥离转移方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供一自下而上依次包括硅衬底、绝缘埋层及顶层硅的SOI衬底；S2：在所述顶层硅表面依次形成III族氮化物薄膜及绝缘帽层；S3：进行离子注入，在所述顶层硅中形成离子注入层；S4：提供一基片，将所述基片键合于所述绝缘帽层表面，得到键合结构；S5：进行退火，使得所述键合结构自所述顶层硅处剥离，得到自下而上依次包括基片、绝缘帽层及III族氮化物薄膜的叠层结构。2.根据权利要求1所述的III族氮化物薄膜的剥离转移方法，其特征在于：还包括步骤S6：进行化学机械抛光，去除所述III族氮化物薄膜表面多余的顶层硅材料。3.根据权利要求1所述的III族氮化物薄膜的剥离转移方法，其特征在于：所述SOI衬底采用混合晶向衬底，其中，所述硅衬底采用(100)晶向硅，所述顶层硅采用(111)晶向硅。4.根据权利要求3所述的III族氮化物薄膜的剥离转移方法，其特征在于：所述SOI衬底采用键合技术得到。5.根据权利要求1所述的III族氮化物薄膜的剥离转移...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，
申请(专利权)人：上海芯晨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31