[发明专利]一种异质外延薄膜外延层的表面处理方法

说明书

本发明公开了一种异质外延薄膜外延层的表面处理方法，包括提供外延衬底，在所述外延衬底上表面制备一外延层，提供待键合层；键合所述外延层和所述待键合层；机械减薄抛光所述外延衬底下表面，当所述外延衬底的厚度减薄至20‑40μm时停止抛光，在减薄后的外延衬底下表面旋涂一层含Si抗反射涂层/有机碳层的光刻胶三层结构掩膜；对所述光刻胶三层结构掩膜表面加热后进行化学机械减薄抛光，得到三层结构掩膜平坦化的外延衬底；干法刻蚀CMP抛光后的外延衬底表面直至所述外延层外漏得到异质外延薄膜外延层。该方法能够使得转移剥离露出的外延层的厚度均匀性较好。

技术领域

本发明属于半导体器件的制造工艺，具体涉及一种异质外延薄膜外延层的表面处理方法。

背景技术

Ⅲ-Ⅴ族化合物被誉为是第三代半导体材料，其中由于氮化物具有宽的禁带宽度、高电子迁移率、发光效率高以及频率高等特点，被广泛的应用在蓝、紫光发光二极管以及半导体激光器上。随着发光材料技术的成熟，发光二极管以其长寿命、高效率、高亮度的优点，被广泛应用在交通信号灯、路灯以及大面积显示屏等照明显示行业。

氮化镓(GaN)、氮化铟(GaIn)、氮化铝(AlN)以及其三元化合物是目前应用最多的一种半导体材料，主要应用照明显示等领域，如激光器、探测器以及高功率放大器等。(Al，Ga，In)N材料的带隙覆盖范围很广可以从InN的0.7eV到GaN的3.4eV再到AlN的6.2eV。

特别是氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)基发光二极管的快速发展，以蓝光发光二极管为基础的白光照明与全彩显示成为全球照明研发的热点。发光二极管已经有逐渐取代白炽灯的趋势，这也预示着半导体照明时代的来临。高效、大功率氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)基发光二极管(LED)是目前固态照明和电子显示领域的研究焦点。对于GaN基LED来说，同质外延十分困难，所以通常采用异质外延生长GaN薄膜。

虽然以蓝宝石(Al₂O₃)衬底材料作为异质外延生长GaN、AlN基LED工艺已经成熟并产业化，但其与GaN、AlN之间较大的晶格失配(～13.4％)和热膨胀的差异(～25.5％)，导致外延GaN、AlN薄膜的缺陷密度很大，严重影响LED性能。硅(Si)衬底材料具有优异的导热和导电性，晶圆工艺成熟，成本低，是高效、大功率LED理想的衬底材料，但Si和GaN、AlN之间晶格失配(～16.9％)和热失配(～54％)更大，导致薄膜开裂。所以在Si衬底上生长高质量的GaN外延薄膜难度更高。

随着LED显示性能要求的提高，键合后的外延衬底层有时要求彻底去除漏出GaN、AlN层已进行后续工艺加工。在许多其它领域，如高频通讯领域，也需要类似的基于蓝宝石和SIC的异质外延技术来生长高质量的单晶GaN、AlN薄膜，并完成硅衬底的转移。由于彻底去除GaN、AlN转移后多余的外延衬底的难度较大，直接采用机械减薄抛光的方法由于抛光和CMP工艺的特点，无法保证晶圆中间和边缘去除速率相同，导致最终减薄的厚度均匀性(TTV)较差，严重时可以达到15um以上，如此难以保证最终得到的GaN、AlN厚度均一性良好。BAW中GaN、AlN的厚度直接影响到滤波频率，因此最终来自同一个晶圆切割的器件很难保证频率的一致。

因此亟需研发一种异质外延薄膜衬底剥离转移工艺，防止转移后的薄膜表面TTV较差。

发明内容

本发明提供一种异质外延薄膜外延层的表面处理方法，该方法能够使得转移剥离露出的外延层的厚度均匀性较好。

一种异质外延薄膜外延层的表面处理方法，包括：

(1)提供外延衬底，在所述外延衬底上表面制备一外延层，提供待键合层；键合所述外延层和所述待键合层；

(2)机械减薄抛光所述外延衬底下表面，当所述外延衬底的厚度减薄至20-40μm时停止抛光，在减薄后的外延衬底下表面旋涂一层含Si抗反射涂层(SIARC)/有机碳层(SOC)的光刻胶三层结构(trilayer)掩膜；