專利名稱：具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底和制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底，其包含支持襯底、氧化物膜、半導(dǎo)體層和用于保護(hù)氧化物膜的保護(hù)膜；以及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中使用該具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底。
背景技術(shù)：
作為可用于制造半導(dǎo)體器件的復(fù)合襯底的制造方法，日本特開2007-201429號公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)和日本特開2007-201430號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)例如公開了一種制造復(fù)合襯底的方法，所述復(fù)合襯底包含夾在支持襯底與半導(dǎo)體材料的活性層之間的至少一個(gè)薄絕緣層。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-201429號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2007-201430號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題在通過上述日本特開2007-201429號公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)和日本特開2007-201430號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中公開的方法制造的復(fù)合襯底中，將氧化物層用作絕緣層。因此，產(chǎn)生的問題是在例如在上述復(fù)合襯底的半導(dǎo)體材料的活性層上作為另一半導(dǎo)體層外延生長III族氮化物層的情況下收率降低。本發(fā)明人對該問題進(jìn)行了透徹的研究以發(fā)現(xiàn)造成該問題的原因。具體地，發(fā)現(xiàn)該問題的原因在于:(i)所述復(fù)合襯底的氧化物層(絕緣層)具有未被支持襯底和活性層覆蓋的露出部分(這種部分例如為在復(fù)合襯底的側(cè)表面露出的氧化物層的側(cè)表面部分、和由于活性層的缺失而在復(fù)合襯底的主表面上露出的氧化物層的主表面部分)；和(ii)氧化物層(絕緣層)在外延生長上述III族氮化物層的條件下被腐蝕(這種條件例如對于MOCVD(有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積)方法為在大約不低于800°C且不超過1500°C溫度下的含有氨氣的環(huán)境條件且，對于HVPE (氫化物氣相外延)為在大約不低于800°C且不超過1500°C的溫度下的含有III族氮化物氣體的環(huán)境條件)，且特別地，腐蝕從氧化物層中未被支持襯底和活性層覆蓋且因此露出的露出部分起顯著發(fā)展。本發(fā)明人旨在基于上述發(fā)現(xiàn)解決上述問題，并由此提供一種具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底，其包含支持襯底、氧化物膜、半導(dǎo)體層和用于保護(hù)氧化物膜的保護(hù)層，并且具有其中可以以高品質(zhì)外延生長功能半導(dǎo)體層的大的有效區(qū)域，所述功能半導(dǎo)體層使得呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件的功能；以及提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中使用具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底。解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明的一方面，具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底包含支持襯底、布置在所述支持襯底上的氧化物膜、布置在所述氧化物膜上的半導(dǎo)體層、和保護(hù)膜，所述保護(hù)膜通過覆蓋作為所述氧化物膜的一部分且未被所述支持襯底和所述半導(dǎo)體層覆蓋的部分來保護(hù)所述氧化物膜。在根據(jù)本發(fā)明的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底中，所述氧化物膜可以是選自TiO2膜、SrTiO3膜、氧化銦錫膜、氧化銻錫膜、ZnO膜和Ga2O3膜中的至少一種。所述支持襯底和所述半導(dǎo)體層中的至少一種可以由III族氮化物形成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造半導(dǎo)體器件的方法包括:準(zhǔn)備上述具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的步驟；和在所述具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的半導(dǎo)體層上外延生長至少一層功能半導(dǎo)體層的步驟，所述至少一層功能半導(dǎo)體層使得呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件的必要功能。發(fā)明的有利效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底，所述具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底包含支持襯底、氧化物膜、半導(dǎo)體層和用于保護(hù)所述氧化物膜的保護(hù)膜，且具有其中可以以高品質(zhì)外延生長功能半導(dǎo)體層的大的有效區(qū)域，所述功能半導(dǎo)體層使得呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件的功能；以及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中使用具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底。


圖1A為顯示根據(jù)本發(fā)明的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的一個(gè)實(shí)例的示意性橫截面圖。圖1B為顯示根據(jù)本發(fā)明的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的另一實(shí)例的示意性橫截面圖。圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明的制造具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的方法和制造半導(dǎo)體器件的方法的一個(gè)實(shí)例的示意性橫截面圖。圖3為顯示制造復(fù)合襯底的方法的一個(gè)實(shí)例的示意性橫截面圖。
具體實(shí)施例方式[具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底]參照圖1A和圖1B，根據(jù)本發(fā)明一方面的實(shí)施方式中的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q包含支持襯底10、布置在支持襯底10上的氧化物膜20、布置在氧化物膜20上的半導(dǎo)體層30a、和保護(hù)膜40，所述保護(hù)膜40通過覆蓋氧化物膜20中未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t而保護(hù)氧化物膜20。在此，氧化物膜20中未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t包含例如作為氧化物膜20的側(cè)表面且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s，和作為氧化物膜20的主表面的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20t。在本實(shí)施方式的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q中，作為氧化物膜20的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t被保護(hù)膜覆蓋，因此所述復(fù)合襯底具有大的有效區(qū)域，在所述有效區(qū)域中，可以以高品質(zhì)在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q的半導(dǎo)體層30a的主表面上外延生長功能半導(dǎo)體層，所述功能半導(dǎo)體層使得呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件的必要功能。在此，圖1A中所示的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P具有如下形式:其中除了作為氧化物膜20的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t之外，保護(hù)膜40還覆蓋半導(dǎo)體層30a的主表面。在其中在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的半導(dǎo)體層30a上外延生長功能半導(dǎo)體層的情況下，保護(hù)膜40中覆蓋半導(dǎo)體層30a的主表面的部分必須被除去。然而，在外延生長功能半導(dǎo)體層之前，保護(hù)膜40不僅可以保護(hù)氧化物膜20，而且可以保護(hù)半導(dǎo)體層30a。圖1B中所示的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q具有如下形式:其中半導(dǎo)體層30a的主表面露出，其對應(yīng)于從中除去了保護(hù)膜40的覆蓋半導(dǎo)體層30a主表面的部分的圖1A中所示的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P。處于該形式的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q具有大的有效區(qū)域，在所述有效區(qū)域中可以在半導(dǎo)體層30a的主表面上外延生長高品質(zhì)的功能半導(dǎo)體層。支持襯底本實(shí)施方式的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q中的支持襯底10不受特別限制，只要可以在該支持襯底上形成氧化物膜20即可，且支持襯底的合適實(shí)例可以包括藍(lán)寶石支持襯底、Si支持襯底、SiC支持襯底、III族氮化物支持襯底等。特別地，就III族氮化物支持襯底與半導(dǎo)體層30a之間的熱膨脹系數(shù)和折射率的差小、其間存在高相容性且III族氮化物支持襯底導(dǎo)電的事實(shí)而言，支持襯底10優(yōu)選為由作為半導(dǎo)體材料的III族氮化物形成的III族氮化物支持襯底。特別地，就低成本和在用于光學(xué)器件的情況下的高光學(xué)透明性而言，支持襯底10還優(yōu)選為由作為透明材料的藍(lán)寶石形成的藍(lán)寶石支持襯底。在此，就減小在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q中在支持襯底10與半導(dǎo)體層30a之間的熱膨脹系數(shù)之差而言，支持襯底10優(yōu)選具有與半導(dǎo)體層30a相同或接近的化學(xué)組成。例如，如果半導(dǎo)體層30a為Si層，則支持襯底10優(yōu)選為Si支持襯底，且如果半導(dǎo)體層30a為III族氮化物層，則支持襯底10優(yōu)選為III族氮化物支持襯底。盡管支持襯底10可以是單晶體、諸如非取向多晶體(例如，燒結(jié)體)或取向多晶體的多晶體，或非晶體，但就降低制造成本而言，支持襯底IO優(yōu)選為多晶體或非晶體。支持襯底10的厚度不受特別限制，只要該厚度能夠支持氧化物膜20和半導(dǎo)體層30a即可。就處理容易性而言,該厚度優(yōu)選為300 μ m以上。就降低材料成本而言,該厚度優(yōu)選為1000 μ m以下。氧化物膜在本實(shí)施方式的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q中的氧化物膜20不受特別限制，只要可以在氧化物膜20上形成半導(dǎo)體層30a，可以在支持襯底10上形成氧化物膜20且氧化物膜20在支持襯底10與半導(dǎo)體層30a之間提供高接合強(qiáng)度即可。氧化物膜20的合適實(shí)例可以包括TiO2膜、SrTiO3膜、ITO (氧化銦錫)膜、ATO (氧化銻錫)膜、ZnO膜、Ga2O3膜、Al2O3膜等。就以下方面而言，氧化物膜20優(yōu)選為選自TiO2膜、SrTiO3膜、ITO膜、ATO膜、ZnO膜和Ga2O3膜中的至少一種。具體地講，就增強(qiáng)光學(xué)透明性而言，氧化物膜20優(yōu)選為具有高折射率的氧化物膜，例如為選自TiO2膜(對于波長為400nm的光，具有約2.8的折射率)和SrTiO3膜(對于波長為400nm的光，具有約2.4的折射率)中的至少一種。氧化物膜20的厚度不受特別限制，只要該厚度增加支持襯底10與半導(dǎo)體層30a之間的接合強(qiáng)度即可。就增加接合強(qiáng)度而言，該厚度優(yōu)選為50nm以上。就降低成膜成本而言，該厚度優(yōu)選為IOOOnm以下。半導(dǎo)體層
在本實(shí)施方式的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q中的半導(dǎo)體層30a不受特別限制，只要可以在半導(dǎo)體層30a上外延生長使得呈現(xiàn)預(yù)期的半導(dǎo)體器件功能的功能半導(dǎo)體層即可。半導(dǎo)體層30a的合適實(shí)例可以包括III族氮化物層、Si層等。在預(yù)期的半導(dǎo)體器件為光學(xué)器件且外延生長III族氮化物層作為功能半導(dǎo)體層的情況下，就增強(qiáng)功能半導(dǎo)體層的品質(zhì)而言，半導(dǎo)體層30a特別優(yōu)選為由具有與功能半導(dǎo)體層相同或接近的化學(xué)組成的III族氮化物形成的III族氮化物層。另外如上所述，就具有導(dǎo)電性的事實(shí)而言，支持襯底10優(yōu)選由作為半導(dǎo)體的III族氮化物形成。因此，優(yōu)選支持襯底10和半導(dǎo)體層30a中的至少一種由III族氮化物形成。此外如上所述，就減小支持襯底10與半導(dǎo)體層30a之間的熱膨脹系數(shù)之差而言，半導(dǎo)體層30a優(yōu)選具有與支持襯底10相同或接近的化學(xué)組成。因此，優(yōu)選的是，支持襯底10與半導(dǎo)體層30a兩者都由III族氮化物形成。半導(dǎo)體層30a的厚度不受特別限制，只要該厚度使得能夠在半導(dǎo)體層30a上外延生長高品質(zhì)功能半導(dǎo)體層即可。就形成半導(dǎo)體層30a而不使其破裂而言，該厚度優(yōu)選為IOOnm以上。就以高精度維持半導(dǎo)體層30a的品質(zhì)和厚度而言，該厚度優(yōu)選為1000 μ m以下。保護(hù)膜在本實(shí)施方式的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q中的保護(hù)膜40不受特別限制，只要保護(hù)膜40通過覆蓋氧化物膜20中未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t而保護(hù)氧化物膜20即可。就保護(hù)氧化物膜20而言，保護(hù)膜40優(yōu)選為在半導(dǎo)體層30a上外延生長功能半導(dǎo)體層的條件下具有高耐熱性和高耐腐蝕性的膜。保護(hù)膜40優(yōu)選具有的耐熱性和耐腐蝕性是指，例如，在用于在半導(dǎo)體層30a上外延生長III族氮化物層作為功能半導(dǎo)體層的方法為MOCVD(有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積)法的情況下，保護(hù)膜40在含有氨氣的環(huán)境中在不低于800°C且不超過1500°C的溫度和不低于IkPa且不超過IOOkPa的分壓下具有耐熱性和耐腐蝕性。其也是指，在用于在半導(dǎo)體層30a上外延生長III族氮化物層作為功能半導(dǎo)體層的方法為HVPE (氫化物氣相外延)法的情況下，保護(hù)膜40在含有III族氯化物氣體的環(huán)境中在不低于800°C且不超過1500°C的溫度和不低于IkPa且不超過IOOkPa的分壓下具有耐熱性和耐腐蝕性。就確保保護(hù)膜40覆蓋氧化物膜20中未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t且保護(hù)膜40不與這些部分分離的目的而言，保護(hù)膜40優(yōu)選對支持襯底10、氧化物膜20和半導(dǎo)體層30a中的至少一種具有高接合強(qiáng)度且具有與支持襯底10、氧化物膜20和半導(dǎo)體層30a中的至少一種相同或接近的熱膨脹系數(shù)。在這方面，保護(hù)膜40的熱膨脹系數(shù)與支持襯底10、氧化物膜20和半導(dǎo)體層30a中至少一種的熱膨脹系數(shù)之差優(yōu)選為3 X IO-6oC 以下。就以上方面而言，保護(hù)膜40優(yōu)選由諸如以下的至少一種形成:111族氮化物(由III族元素和氮構(gòu)成的化合物，例如InxAlyGa1TyN(O彡χ,Ο彡y, x+y ( I))、莫來石(具有單鏈結(jié)構(gòu)的硅酸鋁礦物 ，由化學(xué)式3A1203.2Si02-2Al203.SiO2或Al6O13Si2表示)、硅(Si)、鑰(Mo)等。保護(hù)膜40的厚度不受特別限制，只要該厚度足以保護(hù)氧化物膜20即可。就增強(qiáng)對氧化物膜20的保護(hù)而言，該厚度優(yōu)選為IOnm以上。就減少在氧化物膜20中的光吸收量并減少成膜成本而言，該厚度優(yōu)選為500nm以下。如圖1B中所示，對于具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q來講，優(yōu)選的是，半導(dǎo)體層30a的主表面露出。在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的半導(dǎo)體層30a的露出的主表面上，可以容易地外延生長使得呈現(xiàn)預(yù)期的半導(dǎo)體器件功能的功能半導(dǎo)體層。[制造具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的方法]參照圖2，本實(shí)施方式的制造具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q的方法可以包括:準(zhǔn)備包含支持襯底10、氧化物膜20和半導(dǎo)體層30a的復(fù)合襯底I的步驟(圖2(A))、在復(fù)合襯底I上形成保護(hù)膜40以由此獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P的步驟(圖2 (B))、和對具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P進(jìn)行加工以除去保護(hù)膜40中覆蓋半導(dǎo)體層30a的主表面的部分且由此獲得其中半導(dǎo)體層30a的主表面露出的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的步驟(圖2(C))。通過上述步驟，可以有效地制造具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q，由此可以在半導(dǎo)體層30a的主表面上外延生長高品質(zhì)的功能半導(dǎo)體層。準(zhǔn)備復(fù)合襯底I的步驟參照圖2(A)，本實(shí)施方式的制造具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q的方法可以包括準(zhǔn)備包含支持襯底10、氧化物膜20和半導(dǎo)體層30a的復(fù)合襯底I的步驟(準(zhǔn)備復(fù)合襯底I的步驟)。在此，參照圖3，準(zhǔn)備復(fù)合襯底I的步驟不受特別限制。就有效準(zhǔn)備復(fù)合襯底I而言，該步驟可以包括準(zhǔn)備支持襯底10的子步驟(圖3(A))、在支持襯底10的主表面上形成氧化物膜20的子步驟(圖3 (A))、將離子I注入到距半導(dǎo)體襯底30的一個(gè)主表面為特定深度的區(qū)域中的子步驟(圖3 (B))、使半導(dǎo)體襯底30在離子注入?yún)^(qū)域30i (注入了離子I的區(qū)域)側(cè)的主表面接合到在支持襯底10的主表面上形成的氧化物膜20的主表面上的子步驟(圖3 (C))、以及沿離子注入?yún)^(qū)域30i將半導(dǎo)體襯底30分離成半導(dǎo)體層30a和殘余半導(dǎo)體襯底30b以在形成在支持襯底10的主表面上的氧化物膜20的主表面上形成半導(dǎo)體層30a的子步驟(圖3(D))。參照圖3(A)，在準(zhǔn)備支持襯底10的子步驟中，可以通過適合于支持襯底10的材料和形狀的常用方法來準(zhǔn)備支持襯底10。例如，可以通過將通過諸如HVPE (氫化物氣相處延)法或升華法的氣相法或諸如助熔劑生長法或高氮壓溶液生長法的液相法獲得的III族氮化物晶體加工成預(yù)定形狀來準(zhǔn)備III族氮化物支持襯底。可以通過將藍(lán)寶石晶體加工成預(yù)定形狀來準(zhǔn)備藍(lán)寶石支持襯底。在圖3(A)中所示的在支持襯底10上形成氧化物膜20的子步驟中，在支持襯底10的主表面上形成氧化物膜20的方法不受特別限制，只要該方法適合用于形成氧化物膜即可。作為該方法，可以使用任何常用的方法，諸如濺射法、脈沖激光沉積法、分子束外延法、電子束沉積法和化學(xué)氣相沉積法。在圖3(B)中所示的將離子I注入到距半導(dǎo)體襯底30的一個(gè)主表面為特定深度的區(qū)域中的子步驟中，盡管離子I注入的深度不受特別限制，但是該深度優(yōu)選不小于IOOnm且不超過1000 μ m。如果離子I注入的深度小于lOOnm，則通過沿該離子注入?yún)^(qū)域30i分離半導(dǎo)體襯底30而形成的半導(dǎo)體層30a可能破裂。如果該深度大于1000 μ m,則離子在大面積上分布，這使得難以調(diào)節(jié)分離半導(dǎo)體襯底的深度且由此難以調(diào)節(jié)半導(dǎo)體層30a的厚度。所注入的離子的類型不受特別限制。就抑制形成的半導(dǎo)體層的品質(zhì)的降低而言，優(yōu)選小質(zhì)量的離子。例如，優(yōu)選氫離子、氦離子等。由此形成的離子注入?yún)^(qū)域30i由于所注入的離子而變脆。在圖3 (C)中所示的使半導(dǎo)體襯底30在離子注入?yún)^(qū)域30i側(cè)的主表面接合到在支持襯底10的主表面上形成的氧化物膜20的主表面上的子步驟中，使它們彼此接合的方法不受特別限制。就在將它們接合在一起之后即使在高溫環(huán)境下也保持接合強(qiáng)度的能力而言，優(yōu)選的方法可以是直接接合法，通過該方法將要彼此接合的表面清潔且使其彼此直接接合，此后使溫度升高至約60(TC 120(TC的溫度，使得它們接合在一起；表面活化法，通過該方法，通過等離子體、離子等將要彼此接合的表面活化且使它們在約室溫(例如25°C )至400°C的低溫下接合在一起；等等。在圖3(D)中所示的沿離子注入?yún)^(qū)域30i將半導(dǎo)體襯底30分離成半導(dǎo)體層30a和殘余半導(dǎo)體襯底30b、以在形成在支持襯底10的主表面上的氧化物膜20的主表面上形成半導(dǎo)體層30a的子步驟中，沿離子注入?yún)^(qū)域30i分離半導(dǎo)體襯底30的方法不受特別限制，只要該方法對半導(dǎo)體襯底30的離子注入?yún)^(qū)域30i施加特定能量即可。作為該方法，可以使用以下方法中的至少一種:施加應(yīng)力的方法、施加熱的方法、照射光的方法和施加超聲波的方法。因?yàn)殡x子注入?yún)^(qū)域30i已經(jīng)由于所注入的離子而變脆，所以施加上述能量的半導(dǎo)體襯底30易于分離成接合到在支持襯底10的主表面上形成的氧化物膜20上的半導(dǎo)體層30a和殘余半導(dǎo)體襯底30b。以上述方式，在形成在支持襯底10的主表面上的氧化物膜20的主表面上形成半導(dǎo)體層30a，由此獲得復(fù)合襯底I，所述復(fù)合襯底I包含支持襯底10、在支持襯底10的主表面上形成的氧化物膜20和在氧化物膜20的主表面上形成的半導(dǎo)體層30a。參照圖3 (D)，由此獲得的復(fù)合襯底I具有作為氧化物膜20的側(cè)表面且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s。在上述子步驟中，可能存在在形成氧化物膜20時(shí)的故障、在將離子注入到半導(dǎo)體襯底30中時(shí)的故障、在使氧化物膜20與半導(dǎo)體襯底30彼此接合時(shí)的故障等，這在將半導(dǎo)體襯底30分離成半導(dǎo)體層30a和殘余半導(dǎo)體襯底30b時(shí)可能造成異常分離區(qū)域R，在異常分離區(qū)域R中半導(dǎo)體襯底沒有沿離子注入?yún)^(qū)域30i分離，而是沿半導(dǎo)體襯底30與氧化物膜20之間的界面分離。在復(fù)合襯底I的異常分離區(qū)域R中，存在部分20t，其是氧化物膜20的主表面的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋。就在半導(dǎo)體層30a的主表面上外延生長功能半導(dǎo)體層的條件下氧化物膜20的耐熱性和耐腐蝕性而言，具有作為氧化物膜20的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t的上述復(fù)合襯底I是不充分的。因此，腐蝕從作為氧化物膜20的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t起顯著發(fā)展，從而導(dǎo)致外延生長功能半導(dǎo)體層以制造半導(dǎo)體器件時(shí)的有效區(qū)域減小的問題。參照圖2 (B) 圖2 (C)，通過下述步驟制造具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q以解決上述問題。獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P的步驟參照圖2(B)，本實(shí)施方式的制造具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P、2Q的方法可以包括在復(fù)合襯底I上形成保護(hù)膜40以由此獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P的步驟。在獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P的步驟中，在復(fù)合襯底I上形成保護(hù)膜40的方法不受特別限制，只要該方法可以用于覆蓋作為氧化物膜20的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t即可。作為該方法，可以使用任何常用的方法，諸如濺射法、脈沖激光沉積法、分子束外延法、電子束沉積法、化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法等。由此獲得的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P具有如下形式:其中除了作為氧化物膜20的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t之外，半導(dǎo)體層30a的主表面也被保護(hù)膜40覆蓋。因此，在功能半導(dǎo)體層的外延生長之前，該保護(hù)膜40不僅可以保護(hù)氧化物膜20，而且可以保護(hù)半導(dǎo)體層30a。獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的步驟參照圖2(C)，本實(shí)施方式的制造具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的方法可以包括對具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P進(jìn)行加工以除去保護(hù)膜40中覆蓋半導(dǎo)體層30a的主表面的部分且由此獲得其中半導(dǎo)體層30a的主表面露出的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的步驟。在獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的步驟中，對具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P進(jìn)行加工以除去作為保護(hù)膜40的一部分且覆蓋半導(dǎo)體層30a的主表面的部分的方法不受特別限制。作為該方法，可以使用任何常用的方法，諸如干式蝕刻，如RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)；使用酸溶液、堿溶液等的濕式蝕刻；研磨；機(jī)械拋光；化學(xué)機(jī)械拋光；化學(xué)拋光等。在由此獲得的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q中，作為氧化物膜20的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t被保護(hù)膜40覆蓋且半導(dǎo)體層30a的主表面露出，由此提供了大的有效區(qū)域，在該有效區(qū)域中可以在半導(dǎo)體層30a的主表面上外延生長高品質(zhì)功能半導(dǎo)體層。S卩，參照圖2(D)，由上述制造方法獲得的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q，通過增加在半導(dǎo)體層30a的主表面上外延生長功能半導(dǎo)體層50的步驟而具有大的有效區(qū)域，在該有效區(qū)域中可以外延生長高品質(zhì)的功能半導(dǎo)體層。因此，可以以高收率制造具有優(yōu)異特性的半導(dǎo)體器件。[制造半導(dǎo)體器件的方法]參照圖2，根據(jù)本發(fā)明另一方面的實(shí)施方式中的制造半導(dǎo)體器件的方法為一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括:準(zhǔn)備上述具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的步驟(圖2(A) 圖2(C));和在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的半導(dǎo)體層30a上外延生長至少一層功能半導(dǎo)體層50的步驟，所述至少一層功能半導(dǎo)體層50使得呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件3的必要功能(圖2(D))。根據(jù)本實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體器件的方法，準(zhǔn)備具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q，其中包含支持襯底10、氧化物膜20、半導(dǎo)體層30a和保護(hù)膜40，且作為氧化物膜20的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s、20t被保護(hù)膜40覆蓋，并且在該具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的半導(dǎo)體層30a上外延生長至少一層功能半導(dǎo)體層50。由此，在進(jìn)行外延生長的高溫高腐蝕環(huán)境中抑制了氧化物膜的腐蝕，且可以在大的有效區(qū)域上生長高品質(zhì)的功能半導(dǎo)體層。因此，可以以高收率制造具有優(yōu)異特性的半導(dǎo)體器件。準(zhǔn)備具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的步驟參照圖2(A) 圖2(C)，本實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體器件的方法包括準(zhǔn)備上述具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的步驟。準(zhǔn)備具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的步驟包括準(zhǔn)備復(fù)合襯底1、獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P和獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的上述步驟，即，其類似于制造具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的方法。
外延生長功能半導(dǎo)體層的步驟參照圖2(D)，本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法包括在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的半導(dǎo)體層30a上外延生長至少一層功能半導(dǎo)體層50的步驟，所述至少一層功能半導(dǎo)體層50使得呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件3的必要功能。在此，外延生長功能半導(dǎo)體層50的方法不受特別限制。就高品質(zhì)功能半導(dǎo)體層50的生長而言，優(yōu)選氣相法，諸如MOCVD法、HVPE法、MBE (分子束外延)法和升華法；和液相法，諸如助熔劑生長法和高氮壓溶液生長法。使得呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件3的必要功能的至少一層功能半導(dǎo)體層50根據(jù)半導(dǎo)體器件的類型而改變。例如，如果半導(dǎo)體器件為光學(xué)器件，則功能半導(dǎo)體層50的實(shí)例可以包括具有MQW(多重量子阱)結(jié)構(gòu)的發(fā)光層。如果半導(dǎo)體器件為電子器件，則功能半導(dǎo)體層的實(shí)例可以包括電子阻擋層、電子漂移層等。實(shí)施例[實(shí)施例1]實(shí)施例1-11.準(zhǔn)備支持襯底參照圖3 (A)，從通過HVPE法生長的GaN晶體(未示出)切出具有50mm直徑和500 μ m厚度的襯底且將該襯底的主表面拋光。由此，準(zhǔn)備GaN支持襯底(支持襯底10)。2.在支持襯底上形成氧化物膜參照圖3 (A)，使用濺射法在GaN支持襯底(支持襯底10)上生長具有300nm厚度的TiO2膜(氧化物膜20)。3.在氧化物膜上形成半導(dǎo)體層參照圖3 (B)，從通過HVPE法生長的GaN晶體(未示出)切出具有50mm直徑和500 μ m厚度的襯底，且將該襯底的主表面化學(xué)機(jī)械拋光以準(zhǔn)備GaN襯底(半導(dǎo)體襯底30)。將氫離子注入到距該襯底的一個(gè)主表面為300nm的深度。參照圖3 (C)，將GaN支持襯底(支持襯底10)上的TiO2膜(氧化物膜20)的主表面和GaN襯底(半導(dǎo)體襯底30)的離子注入側(cè)的主表面各自用氬等離子體清潔且此后在8MPa的接合壓力下使其彼此接合。參照圖3(D)和圖2(A)，將接合在一起的襯底在300°C下熱處理2小時(shí)，由此增加接合在一起的襯底的接合強(qiáng)度并沿離子注入?yún)^(qū)域30i分離GaN襯底(半導(dǎo)體襯底30)。由此，在TiO2膜(氧化物膜20)上，形成具有300nm厚度的GaN層(半導(dǎo)體層30a)。由此，獲得復(fù)合襯底I，其中依次形成有GaN支持襯底(支持襯底10)、1102膜(氧化物膜20)和GaN層(半導(dǎo)體層30a)。用光學(xué)顯微鏡觀察所獲得的復(fù)合襯底I。發(fā)現(xiàn)了作為TiO2膜(氧化物膜20)的側(cè)表面且未被GaN支持襯底(支持襯底10)和GaN層(半導(dǎo)體層30a)覆蓋的部分20s、以及作為TiO2膜(氧化物膜20)的主表面的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20t。4.形成保護(hù)膜參照圖2 (B)，在其中形成有TiO2膜(氧化物膜20)和GaN層(半導(dǎo)體層30a)的復(fù)合襯底I的主表面上，通過濺射法形成具有300nm厚度的GaN膜(保護(hù)膜40)以由此獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P。用光學(xué)顯微鏡觀察所獲得的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P。發(fā)現(xiàn)，除了作為TiO2膜(氧化物膜20)的側(cè)表面且未被GaN支持襯底(支持襯底10)和GaN層(半導(dǎo)體層30a)覆蓋的部分20s、和作為TiO2膜(氧化物膜20)的主表面的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20t以外，GaN層(半導(dǎo)體層30a)的主表面和側(cè)表面也被GaN膜(保護(hù)膜40)覆蓋。參照圖2(C)，在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2P中，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去保護(hù)膜40中覆蓋半導(dǎo)體層30a的主表面的部分以露出半導(dǎo)體層30a的主表面。由此，獲得具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q。用光學(xué)顯微鏡觀察所獲得的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q。發(fā)現(xiàn)，作為氧化物膜20的側(cè)表面且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20s和作為氧化物膜20的主表面的一部分且未被支持襯底10和半導(dǎo)體層30a覆蓋的部分20t被GaN膜(保護(hù)膜40)覆蓋。5.測量具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的透射率利用紫外可見分光光度計(jì)測量具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q對于具有500nm波長的光的透射率。所測得的透射率為59.4%。6.外延生長功能半導(dǎo)體層在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的GaN層(半導(dǎo)體層30a)的主表面上，通過MOCVD法外延生長厚度為300nm的GaN層(功能半導(dǎo)體層50)。7.測量外延生長之后的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底的透射率利用紫外可見分光光度計(jì)測量以上述方式外延生長有GaN層(功能半導(dǎo)體層50)的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q對于具有500nm波長的光的透射率。所測得的透射率為58.8%。將結(jié)果總結(jié)于表I中。實(shí)施例1-2參照圖2，以與實(shí)施例1-1類似的方式獲得圖2(C)中所示的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q，不同之處在于通過濺射法形成具有300 μ m厚度的莫來石膜作為保護(hù)膜40。由此獲得的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q對于具有500nm波長的光的透射率以與實(shí)施例1_1類似的方式測量。所測得的透射率為59.4%。在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的GaN層(半導(dǎo)體層30a)的主表面上，外延生長具有300nm厚度的GaN層(功能半導(dǎo)體層50)。其上外延生長有GaN層(功能半導(dǎo)體層50)的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q對于具有500nm波長的光的透射率以與實(shí)施例1-1類似的方式測量。所測得的透射率為58.8%。將結(jié)果總結(jié)于表I中。實(shí)施例1-3參照圖2，以與實(shí)施例1-1類似的方式獲得圖2(C)中所示的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q，不同之處在于通過濺射法形成具有300 μ m厚度的鑰膜作為保護(hù)膜40。由此獲得的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q對于具有500nm波長的光的透射率以與實(shí)施例1_1類似的方式測量。所測得的透射率為59.4%。在具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q的GaN層(半導(dǎo)體層30a)的主表面上，外延生長具有300nm厚度的GaN層(功能半導(dǎo)體層50)。其上外延生長有GaN層(功能半導(dǎo)體層50)的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底2Q對于具有500nm波長的光的透射率以與實(shí)施例1-1類似的方式測量。所測得的透射率為58.8%。將結(jié)果總結(jié)于表I中。比較例I
以與實(shí)施例1-1類似的方式，獲得復(fù)合襯底I。由此獲得的復(fù)合襯底I對于具有500nm波長的光的透射率以與實(shí)施例1類似的方式測量。所測得的透射率為62.5%。在該復(fù)合襯底I的GaN層(半導(dǎo)體層)的主表面上，以與實(shí)施例1-1類似的方式外延生長具有300nm厚度的GaN層(功能半導(dǎo)體層)。其上外延生長有GaN層(功能半導(dǎo)體層)的復(fù)合襯底I對于具有500nm波長的光的透射率以與實(shí)施例1_1類似的方式測量。所測得的透射率為43.8%。將結(jié)果總結(jié)于表I中。表I
權(quán)利要求
1.一種具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底，包含: 支持襯底(10)； 布置在所述支持襯底(10)上的氧化物膜(20)； 布置在所述氧化物膜(20)上的半導(dǎo)體層(30a);和 保護(hù)膜(40)， 所述保護(hù)膜(40)通過覆蓋作為所述氧化物膜(20)的一部分且未被所述支持襯底(10)和所述半導(dǎo)體層(30a)覆蓋的部分(20s、20t)來保護(hù)所述氧化物膜(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底，其中所述氧化物膜(20)是選自TiO2膜、SrTiO3膜、氧化銦錫膜、氧化銻錫膜、ZnO膜和Ga2O3膜中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底，其中所述支持襯底(10)和所述半導(dǎo)體層(30a)中的至少一種由III族氮化物形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底，其中所述支持襯底(10)和所述半導(dǎo)體層(30a)中的至少一種由III族氮化物形成。
5.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 準(zhǔn)備權(quán)利要求1中所述的具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底(2Q)的步驟；和 在所述具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底(2Q)的所述半導(dǎo)體層(30a)上外延生長至少一層功能半導(dǎo)體層(50)的步驟，所述至少一層功能半導(dǎo)體層(50)使得呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件(3)的必要功能。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底(2Q)，其包含支持襯底(10)、布置在所述支持襯底(10)上的氧化物膜(20)、布置在所述氧化物膜(20)上的半導(dǎo)體層(30a)、和保護(hù)膜(40)，所述保護(hù)膜(40)通過覆蓋作為所述氧化物膜(20)的一部分且未被所述支持襯底(10)和所述半導(dǎo)體層(30a)覆蓋的部分(20s、20t)來保護(hù)所述氧化物膜(20)。本發(fā)明還提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括準(zhǔn)備所述具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底(2Q)的步驟；和在所述具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底(2Q)的所述半導(dǎo)體層(30a)上外延生長至少一層功能半導(dǎo)體層的步驟，所述至少一層功能半導(dǎo)體層使得呈現(xiàn)半導(dǎo)體器件的必要功能。由此，提供了一種具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底，其具有其中可以外延生長高品質(zhì)功能半導(dǎo)體層的大的有效區(qū)域；和一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中使用所述具有保護(hù)膜的復(fù)合襯底。
文檔編號H01L21/20GK103155102SQ201280003355
公開日2013年6月12日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者佐藤一成, 吉田浩章, 山本喜之, 八鄉(xiāng)昭廣, 松原秀樹 申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社