專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造一個(gè)半導(dǎo)體元器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造半導(dǎo)體元器件的方法，在該方法中一個(gè)半導(dǎo)體層與襯底通過(guò)激光射線輻射分離。
這樣一種方法例如在制造GaN基的襯底脫離的光發(fā)射二極管(發(fā)光二極管)時(shí)使用。這種元器件包括一個(gè)半導(dǎo)體本體和一個(gè)載體部件，在載體部件上固定半導(dǎo)體本體。為了制造半導(dǎo)體本體首先將一個(gè)半導(dǎo)體層加工到一個(gè)適合的襯底上，接著與一個(gè)載體連接并且與襯底分離。通過(guò)使載體與設(shè)置在其上的半導(dǎo)體層分離、例如鋸開(kāi)出現(xiàn)多個(gè)半導(dǎo)體本體，它們分別固定在相應(yīng)的載體部件上。在此重要的是，使用于制造半導(dǎo)體層的襯底與半導(dǎo)體層分離并且不同時(shí)作為元器件中的載體或載體部件。
這種制造方法的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于襯底和載體使用不同的材料。因此一方面可以使那些材料適配于用于制造半導(dǎo)體層的不同要求，另一方面盡可能相互獨(dú)立地適配于運(yùn)行條件。因此為了加工半導(dǎo)體層可以對(duì)應(yīng)于襯底的機(jī)械、熱學(xué)和光學(xué)特性地與對(duì)襯底的要求無(wú)關(guān)地選擇襯底。
尤其是外延地制造半導(dǎo)體層對(duì)外延襯底提出了大量專(zhuān)門(mén)的要求。例如襯底與要被鍍覆的半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)必需相互匹配。此外襯底應(yīng)該能夠耐受外延條件、尤其是直至超過(guò)1000℃的溫度并且適合于相關(guān)半導(dǎo)體材料的盡可能均勻的層外延生殖和生長(zhǎng)。
為了繼續(xù)加工半導(dǎo)體本體和運(yùn)行尤其在光電元器件中對(duì)襯底的其它特性如電的和熱學(xué)的傳導(dǎo)性以及射線透射性提出要求。因此適合于外延襯底的材料作為元器件中的載體部件經(jīng)常只是有條件適合的。最后尤其對(duì)于相對(duì)昂貴的外延襯底如碳化硅襯底期望可以多次使用該襯底。
對(duì)于上述制造方法半導(dǎo)體層與襯底的分離是重要的。這種分離可以通過(guò)以激光射線輻射半導(dǎo)體-襯底界面。在此激光射線在界面附近被吸收并且在那里起到分解半導(dǎo)體材料的作用。
所述半導(dǎo)體層與襯底的分離可以例如通過(guò)激光剝離實(shí)現(xiàn)，例如在文獻(xiàn)WO 98/14986中所描述的那樣。在此對(duì)于GaN和GaInN層與一個(gè)藍(lán)寶石襯底的剝離使用一個(gè)Q值Nd:YAG激光三倍頻射線，其脈沖寬度為1ns至10ns并且波長(zhǎng)為355nm。所述藍(lán)寶石襯底對(duì)于這個(gè)波長(zhǎng)的射線是透明的。射線能量在一個(gè)約50nm至300nm厚的邊界層中在藍(lán)寶石襯底與GaN半導(dǎo)體層之間的過(guò)渡區(qū)上被吸收。在脈沖能量在200Mj/cm2以上時(shí)在界面上的溫度高于850℃。在這個(gè)溫度下GaN邊界層分解成釋放的氮?dú)?，使半?dǎo)體層與襯底之間的結(jié)合被分離。
通常對(duì)要被剝離的半導(dǎo)體層的機(jī)械穩(wěn)定性提出要求，因?yàn)樵搶雍袷沁@樣地微薄，否則存在半導(dǎo)體層損傷、尤其是斷裂或裂紋的危險(xiǎn)。為此可以使半導(dǎo)體層與一個(gè)適合的載體連接。一個(gè)這樣的連接應(yīng)該至少耐受這樣的溫度，使得它不受傷害地度過(guò)在下面的加工步驟中產(chǎn)生的溫度。此外這個(gè)連接應(yīng)該在溫度交變負(fù)荷下也保持穩(wěn)定，這種負(fù)荷要求在元器件運(yùn)行中可能產(chǎn)生。
要指出，在此各個(gè)激光參數(shù)對(duì)于剝離工藝的結(jié)果具有決定性的意義。尤其是激光參數(shù)必需這樣相互協(xié)調(diào)，使得一方面使半導(dǎo)體層盡可能完全且無(wú)殘留地剝離，但是另一方面不影響與上述載體的連接。
本發(fā)明的目的是，提供一種更好的用于半導(dǎo)體元器件的制造方法，其中一個(gè)半導(dǎo)體層通過(guò)激光射線與一個(gè)襯底分離。
這個(gè)目的通過(guò)一種如權(quán)利要求1所述的方法得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
本發(fā)明基于這個(gè)規(guī)定，即對(duì)于半導(dǎo)體層與襯底的盡可能完全且無(wú)殘留的剝離在給定能量時(shí)為了分解半導(dǎo)體材料，所述脈沖寬度與射線輪廓尤其要相互協(xié)調(diào)。選擇脈沖寬度，使得瞬時(shí)達(dá)到用于使半導(dǎo)體層在與襯底界面上熱分解所需的溫度。但是同時(shí)要注意，整個(gè)能量到半導(dǎo)體層的加入和與此相關(guān)的半導(dǎo)體層的溫度升高總體上保持很小，使得不對(duì)與載體的連接產(chǎn)生不利影響。尤其是避免在載體與半導(dǎo)體層之間的釬焊連接的熔化，因?yàn)榉駝t存在著在剝離過(guò)程中不像所期望的那樣使載體和襯底與半導(dǎo)體層分離。
在本發(fā)明的范圍中已經(jīng)證實(shí)，脈沖寬度小于或等于10ns是有利的。尤其是試驗(yàn)證實(shí)，在脈沖寬度超過(guò)10ns、例如15ns時(shí)載體與半導(dǎo)體層之間的釬焊連接可能已經(jīng)部分地熔化。
在本發(fā)明的范圍中還已經(jīng)確認(rèn)，在以脈沖寬度小于或等于10ns的激光脈沖分離時(shí)一個(gè)空間上高斯形的射線輪廓是有利的。在以激光脈沖輻射時(shí)在激光脈沖內(nèi)部的輻射范圍與未被輻射的周邊之間在半導(dǎo)體層中出現(xiàn)一個(gè)溫度差，它由于相應(yīng)的不同的熱膨脹在橫向上導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力。隨著空間的射線輪廓的側(cè)面陡度的增加熱梯度也增加并由此最終產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力引起半導(dǎo)體層中裂紋的危險(xiǎn)。在此一個(gè)高斯形空間射線輪廓已經(jīng)證實(shí)是有利的，其中選擇側(cè)面陡度，避免在半導(dǎo)體層中裂紋。一個(gè)羅倫次輪廓、一個(gè)超高斯輪廓分別具有相應(yīng)的側(cè)面陡度或者說(shuō)在很大程度上一個(gè)具有高斯、羅倫次或超高斯形側(cè)面的輪廓可以用來(lái)作為射線輪廓。
按照本發(fā)明，一個(gè)半導(dǎo)體層與一個(gè)襯底通過(guò)激光脈沖輻射分離，該激光脈沖的脈沖寬度小于或等于10ns，其中所述激光脈沖具有一個(gè)空間的射線輪廓，優(yōu)選一個(gè)高斯形射線輪廓，其側(cè)面陡度選擇得很小，使得在半導(dǎo)體層與襯底分離時(shí)避免在半導(dǎo)體層中由于熱感應(yīng)的層面應(yīng)力引起的裂紋。
在本發(fā)明中優(yōu)選所述激光脈沖由一個(gè)固體激光器產(chǎn)生，它具有一個(gè)Nd摻雜激光有效介質(zhì)、尤其是Nd:YAG或Nd:YLF或Nd:KGW。主發(fā)射波長(zhǎng)為約1060nm(例如對(duì)于Nd:YAG為1064nm)，因此可以在紫外頻譜區(qū)通過(guò)三倍頻通過(guò)一個(gè)非線性光線元件實(shí)現(xiàn)一個(gè)對(duì)于剝離有利的波長(zhǎng)。優(yōu)選用于分離使用的激光脈沖的波長(zhǎng)位于200nm至400nm之間，特別優(yōu)選在300nm至400nm之間。
也可以選擇激光脈沖也通過(guò)一個(gè)受激準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生。尤其是具有一個(gè)惰性氣體-鹵素化合物作為激光基質(zhì)的受激準(zhǔn)分子激光器由于一個(gè)在紫外頻譜區(qū)中的有利的發(fā)射波長(zhǎng)和一個(gè)高的脈沖尖峰功率而與眾不同，該尖峰功率通常位于1kW至100MW之間。
因?yàn)槭芗?zhǔn)分子激光器通常以前具有一個(gè)矩形的帶陡斜側(cè)面的矩形射線輪廓，規(guī)定一個(gè)相應(yīng)的射線形狀，它轉(zhuǎn)換成在一個(gè)具有足夠扁平側(cè)面的空間射線輪廓、優(yōu)選一個(gè)高斯形射線輪廓。
在半導(dǎo)體層具有較大的橫向伸展時(shí)有利的是，所述半導(dǎo)體層的相鄰設(shè)置的各個(gè)部位相鄰地輻射，以避免過(guò)大的射線面分布。在此適宜的是，導(dǎo)引激光射線和/或具有位于其上的半導(dǎo)體層的襯底，使被輻射的各個(gè)局部給出一個(gè)表面充滿(mǎn)的整體結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中優(yōu)選在半導(dǎo)體層與襯底之間的直接界面區(qū)通過(guò)激光脈沖輻射，因此使射線能量接近界面地被吸收并且在那里導(dǎo)致材料分解。這一點(diǎn)可以由此實(shí)現(xiàn)，所述襯底對(duì)于激光射線是透穿的并且穿過(guò)襯底輻射半導(dǎo)體層。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中通常所述激光射線在半導(dǎo)體層中的吸收遠(yuǎn)大于在襯底中的吸收，因此激光射線幾乎無(wú)損失地?cái)D入襯底并且由于高的吸收率接近界面地在半導(dǎo)體層中被吸收。
要注意，所述射線吸收不必一定在材料分解的位置上實(shí)現(xiàn)。所述材料分解也可以由此受到影響，使射線首先在另一位置被吸收并且接著將吸收的射線能量輸送到材料分解的位置上。必要時(shí)也可以使射線在襯底中被吸收并接著將射線能量輸送到半導(dǎo)體層。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案是，所述半導(dǎo)體層在與襯底分離前這樣結(jié)構(gòu)化，使得所述半導(dǎo)體層分成大量單個(gè)的半導(dǎo)體本體。例如對(duì)此可以在半導(dǎo)體層中形成溝狀凹下，它們側(cè)面包圍要被形成的半導(dǎo)體本體并且在深度上優(yōu)選直至襯底。這種凹下可以例如通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)母g工藝產(chǎn)生。通過(guò)這種所謂的“芯片結(jié)構(gòu)”有利地使半導(dǎo)體層在橫向上至少局部地?cái)嚅_(kāi)。因此降低在半導(dǎo)體層中的機(jī)械應(yīng)力。
所述半導(dǎo)體層或半導(dǎo)體本體最好接著配有一個(gè)鈍化層。這個(gè)鈍化層保護(hù)由于結(jié)構(gòu)化而外露的半導(dǎo)體本體的側(cè)面。在此一個(gè)不導(dǎo)電的鈍化層是有利的，以防止半導(dǎo)體層由于導(dǎo)電材料而短路，這些導(dǎo)電材料在下面的處理步驟中可能到達(dá)半導(dǎo)體本體的外露側(cè)面上。
在本發(fā)明的另一方面中，在分離前將半導(dǎo)體層通過(guò)背離襯底的一側(cè)涂覆到、最好釬焊到載體上。釬焊連接與傳統(tǒng)的粘連接相比由于高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性而特別有利。
作為焊料最好使用含金焊料，例如金-錫焊料。在此特別優(yōu)選具有高金含量、例如在65％至85％重量之間的金-錫焊料。
這種焊料的熔融溫度一般在278℃并因此高于一般在焊接電子元器件時(shí)出現(xiàn)的溫度。例如在焊接到一個(gè)電路板上時(shí)釬焊溫度一般低于260℃。由此防止在焊接元器件時(shí)半導(dǎo)體本體與載體部件剝離。
此外適于作為焊料的是一種鈀-銦焊料，其組成部分在一個(gè)相對(duì)較低的初始溫度約200℃時(shí)混合，并且在混合后具有一個(gè)有利的超過(guò)600℃的高熔融溫度。
這樣一種連接例如可以由此建立，即，在半導(dǎo)體層上涂覆一個(gè)金層而在載體上涂覆一個(gè)金-錫層并接著將載體與半導(dǎo)體層拼接到一起。在此在半導(dǎo)體層與金屬層之間可以具有其它的層，它們例如保證保護(hù)半導(dǎo)體層或良好地粘附。
在微小的接觸電阻和有利的釬焊特性方面優(yōu)選的是，所述半導(dǎo)體層在面對(duì)載體的側(cè)面上在焊接到載體上之前配有接觸金屬化層。為此例如一個(gè)鉑-金金屬化層是適合的。
在本發(fā)明的另一方面中，使載體的熱膨脹率與半導(dǎo)體層的熱膨脹率和/或襯底的熱膨脹率相協(xié)調(diào)以及選擇激光脈沖的脈沖寬度。
通常關(guān)于熱膨脹率的協(xié)調(diào)可以理解為，其差值小到在制造時(shí)出現(xiàn)的或在運(yùn)行中存在的溫度區(qū)間不對(duì)半導(dǎo)體層和載體產(chǎn)生傷害。尤其是由此可以明顯降低襯底、半導(dǎo)體層與載體之間在制造期間的應(yīng)力。由此明顯降低在載體和在半導(dǎo)體層中形成裂紋的危險(xiǎn)。
盡管在半導(dǎo)體表面上達(dá)到的溫度在半導(dǎo)體層的層厚上明顯下降，但是在半導(dǎo)體層的載體一側(cè)上在激光脈沖區(qū)溫度仍然達(dá)到約200℃至400℃。因此由于在輻射區(qū)以?xún)?nèi)和以外的局部不同的溫度不僅在半導(dǎo)體層中而且在載體中由于半導(dǎo)體層與載體材料的一般不同的熱膨脹率產(chǎn)生拉應(yīng)力，它們可能導(dǎo)致在各輻射區(qū)的邊緣上的半導(dǎo)體材料中形成可觀察到的裂紋。
在對(duì)于具有裂紋的半導(dǎo)體層繼續(xù)進(jìn)行工藝處理時(shí)例如存在著酸可能沿著裂紋逸到半導(dǎo)體層下面并在那里損壞鍵合金屬層。
在本發(fā)明中優(yōu)選使用載體材料，其熱特性專(zhuān)門(mén)適配于剝離工藝。在此有利的是，這樣選擇載體材料，使得載體的熱膨脹率比襯底的熱膨脹率更接近半導(dǎo)體層的熱膨脹率。通過(guò)這種選擇可以?xún)?yōu)選地減少或完全避免在半導(dǎo)體層中形成裂紋。
要注意，在本發(fā)明中襯底、載體和半導(dǎo)體層的熱特性有利地適配于盡可能完全且無(wú)殘留的剝離。但是本發(fā)明還具有優(yōu)點(diǎn)，即，由于小于或等于10ns的短脈沖寬度比在傳統(tǒng)的通過(guò)較長(zhǎng)的脈沖寬度的方法中對(duì)熱特性的適配性提出更低的要求。因此本發(fā)明一方面可以用于實(shí)現(xiàn)盡可能好的剝離。另一方面在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以有利地使用這種載體材料，它在其特特性方面是適合的，盡管不是最佳的，但是也是期望的特性，例如具有一個(gè)對(duì)于以后的工藝步驟的易于加工性、具有在較大的尺寸中易于拼接性或者具有更低的成本。
本發(fā)明尤其適用于含有一個(gè)氮化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體層。氮化合物半導(dǎo)體例如是化學(xué)元素周期表中的第三和第五主族元素的氮化合物，如GaN，AlGaN，InGaN，AlInGaN，InN或AlN。在此所述半導(dǎo)體層也可以包括多個(gè)不同氮化合物半導(dǎo)體的單層。因此半導(dǎo)體層例如可以具有一個(gè)常見(jiàn)的pn結(jié)、一個(gè)雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、一個(gè)單量子諧振腔結(jié)構(gòu)(SQW結(jié)構(gòu))或一個(gè)多量子諧振腔結(jié)構(gòu)(MQW結(jié)構(gòu))。專(zhuān)業(yè)人員已知這些結(jié)構(gòu)并因此在此不再詳細(xì)描述。這些結(jié)構(gòu)優(yōu)選在光電元器件如光發(fā)射二極管、如發(fā)光二極管(LEDs)或激光二極管中應(yīng)用。
例如含有砷化鎵、硅、鍺、銅、鐵、鎳、鉬、鈷或鎢或一種合金、例如鐵基、鎳基和/或鈷基合金的載體適用于氮化合物半導(dǎo)體。
作為外延制造氮化合物半導(dǎo)體層的襯底例如硅、碳化硅或氧化鋁或藍(lán)寶石襯底是適用的，其中藍(lán)寶石襯底優(yōu)選對(duì)于用于使半導(dǎo)體層分離的激光射線、尤其在紫外頻譜區(qū)的激光射線是透穿的。在剝離半導(dǎo)體層時(shí)這一點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)透過(guò)襯底地輻射半導(dǎo)體層。
按照本發(fā)明的方法可以有利地用于薄膜芯片(同義詞薄層芯片)，它一般具有一個(gè)厚度在約50μm以下的半導(dǎo)體層。所述薄膜芯片例如可以是一個(gè)光電芯片，尤其是一個(gè)產(chǎn)生射線的芯片，例如一個(gè)光發(fā)射二極管芯片。
一個(gè)薄膜光發(fā)射二極管芯片由于下列的特性特征而尤其有利-在一個(gè)產(chǎn)生射線的外延層序的轉(zhuǎn)向載體元件的第一主面上涂覆或構(gòu)成一個(gè)反射的層，它至少將在外延層序中產(chǎn)生的電磁射線的一部分反射回到外延層序；-一個(gè)薄膜光發(fā)射二極管芯片良好地接近一個(gè)朗貝特表面輻射器；-所述外延層序具有一個(gè)20μm或更薄、尤其是在10μm范圍的厚度；-所述外延層序包含至少一個(gè)具有至少一個(gè)表面的半導(dǎo)體層，該表面具有一個(gè)混勻結(jié)構(gòu)，它在理想情況下導(dǎo)致光在外延的外延層序中的一個(gè)接近各態(tài)歷經(jīng)的分布，即，它具有一個(gè)盡可能各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)的散射特性。
例如在I.Schnitzer等，Appl.Phys.Lett.63(16)，1993年10月18日，2174-2176中描述了一個(gè)薄膜光發(fā)射二極管芯片的基本原理，因此在此請(qǐng)參閱其公開(kāi)內(nèi)容。要注意，本發(fā)明盡管特別涉及薄膜光發(fā)射二極管芯片，但是不局限于它。而是除薄膜光發(fā)射二極管芯片以外本發(fā)明也適用于所有其它的薄膜半導(dǎo)體本體。
本發(fā)明的其它特征、優(yōu)勢(shì)和適宜性由下面對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例結(jié)合附

圖1至3的描述給出。附圖中圖1a至1e借助于五個(gè)中間步驟示出一個(gè)按照本發(fā)明方法的第一實(shí)施例的示意圖，圖2示出在圖1所示的方法中一個(gè)激光脈沖的射線輪廓的示意圖，圖3a至3e借助于五個(gè)中間步驟示出一個(gè)按照本發(fā)明方法的第二實(shí)施例的示意圖。
在附圖中相同的或相同功能的元件配有相同的標(biāo)記符號(hào)。
在圖1所示方法的第一步、圖1a中在襯底1上涂覆一個(gè)半導(dǎo)體層2。這可以是一個(gè)氮化合物半導(dǎo)體層，如一個(gè)InGaN層，它外延地生長(zhǎng)在一個(gè)藍(lán)寶石襯底上。所述半導(dǎo)體層2在很大程度上也可以包括多個(gè)的單層，它們例如可以包括GaN，AlN，AlGaN，InGaN，InN或InAlGaN并且先后生長(zhǎng)到襯底1上。
在下一步驟、圖1b中所述半導(dǎo)體層2在背離襯底的一側(cè)上配有一個(gè)接觸金屬化層3。該接觸金屬化層3例如可以蒸鍍或?yàn)R射一個(gè)薄的含金和/或含鉑形式的層。
接著在接觸金屬化層3上焊接一個(gè)載體4，圖1c。作為焊料5最好使用含金焊料，例如一個(gè)金成分在65％重量至85％重量、最好75％重量的金-錫焊料。這種釬焊連接由于一個(gè)高的導(dǎo)熱性和在溫度交變負(fù)荷下的一個(gè)高度穩(wěn)定性而與眾不同。
作為載體4例如可以使用一個(gè)砷化鎵晶片，它具有一個(gè)與藍(lán)寶石類(lèi)似的熱膨脹率。
優(yōu)選一個(gè)襯底4以一個(gè)鉬粘接晶片的形式存在。粘接晶片的熱膨脹率a(Mo)＝5.21*10-6K-1與藍(lán)寶石襯底的熱膨脹率a(Al2O3)＝7.5*10-6K-1相對(duì)比較接近，因此以有利的方式使半導(dǎo)體層2中的熱感應(yīng)應(yīng)力保持較小。此外鉬具有足夠的韌性，因此在粘接時(shí)和在粘接溫度冷卻到室溫時(shí)不在鉬粘接晶片中出現(xiàn)裂紋。
代替砷化鎵晶片在本發(fā)明中也可以使用一個(gè)鍺晶片。鍺的熱膨脹率與砷化鎵近似，因此在這方面幾乎沒(méi)有區(qū)別。但是一個(gè)鍺晶片與一個(gè)砷化鎵晶片相比的優(yōu)點(diǎn)是，它可以更容易地鋸開(kāi)，其中尤其不會(huì)掉落含砷的、有毒的鋸廢物。此外鍺晶片在機(jī)械上更穩(wěn)定。因此例如一個(gè)200μm厚的鍺晶片就已經(jīng)達(dá)到足夠的穩(wěn)定性，而一個(gè)相應(yīng)的砷化鎵晶片的厚度大于600μm。在此以有利的方式也無(wú)需使鍺晶片在其它的工藝步驟中通過(guò)磨削減薄。最后鍺晶片一般明顯地比砷化鎵晶片更經(jīng)濟(jì)。
與鍺晶片相結(jié)合最好使用含金的焊料或者金本身作為焊料。由此實(shí)現(xiàn)一個(gè)與半導(dǎo)體層特別牢固的連接。特別優(yōu)選一個(gè)金蒸鍍的鍺晶片，它可以選擇配有一個(gè)金-銻表面層。
在下面的步驟、圖1d中通過(guò)激光脈沖6透過(guò)襯底1輻射半導(dǎo)體層2。射線能量絕大部分在半導(dǎo)體層2中被吸收并且在半導(dǎo)體層2與襯底1之間的界面上起到材料分解的作用，使得下面可以將襯底1掀開(kāi)，圖1e。所述激光脈沖6由一個(gè)Q值連接的Nd:YAG激光器產(chǎn)生并且通過(guò)一個(gè)非線性的光學(xué)元件三倍頻，使得激光脈沖6以一個(gè)約355nm的波長(zhǎng)入射到半導(dǎo)體層2。該激光脈沖的脈沖寬度為7ns或者對(duì)于一個(gè)變化為10ns。此外設(shè)計(jì)該激光脈沖的能量，使得在該激光脈沖的空間中心能量密度在100mJ/cm2至1000mJ/cm2，優(yōu)選在200mJ/cm2至400mJ/cm2。
對(duì)于本發(fā)明一方面重要的是，這樣選擇入射且靠近界面在半導(dǎo)體層中被吸收的射線能量，使得局部地在襯底1與半導(dǎo)體層2之間的界面上出現(xiàn)一個(gè)高的、足夠用于材料分解的溫度，該溫度在半導(dǎo)體層的層厚上這樣快地下降，使得載體4與半導(dǎo)體層之間的連接5不會(huì)受到不利的影響，例如熔融。這一點(diǎn)通過(guò)激光脈沖小于或等于10ns的短脈沖寬度實(shí)現(xiàn)。
另一方面對(duì)于給定的脈沖寬度和脈沖能量所述射線輪廓要這樣匹配，使得在要被剝離的層中不產(chǎn)生裂紋。在圖2中示出激光脈沖的橫向射線輪廓。沿著直線A-A表示射線強(qiáng)度。該射線輪廓接近高斯形。已經(jīng)證實(shí)與上述短脈沖寬度相結(jié)合一個(gè)這樣的射線輪廓是有利的，因?yàn)閭?cè)面的側(cè)壁不是太陡峭地下降并因此在被輻射的與相鄰的未被輻射的部位之間出現(xiàn)一個(gè)流動(dòng)的過(guò)渡區(qū)。這使得側(cè)面溫度梯度減小并因此減小半導(dǎo)體層中的機(jī)械應(yīng)力和形成裂紋。
對(duì)于本發(fā)明一般將射線輪廓的側(cè)面陡度選擇得很小，使得在分離時(shí)避免由于溫度感應(yīng)的機(jī)械應(yīng)力引起的裂紋。一個(gè)適當(dāng)?shù)膫?cè)面陡度可以通過(guò)試驗(yàn)由此獲得，在恒定的能量密度時(shí)在激光脈沖的中心例如通過(guò)激光脈沖的直徑逐步地改變側(cè)面陡度并且借助于一個(gè)由此輻射的試件進(jìn)行評(píng)價(jià)，是否如所期望的那樣避免在剝離過(guò)程時(shí)出現(xiàn)裂紋。必要時(shí)進(jìn)行多次試驗(yàn)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)。
在圖3中示出本發(fā)明的另一實(shí)施例。與在圖1中所示的實(shí)施例一樣首先在一個(gè)襯底1上涂覆一個(gè)半導(dǎo)體層2。該半導(dǎo)體層2可以與第一實(shí)施例一樣包含一個(gè)或多個(gè)氮化合物半導(dǎo)體，包括多個(gè)單層并且在一個(gè)藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)。這個(gè)半導(dǎo)體層最好用于產(chǎn)生射線并具有一個(gè)相應(yīng)有效的射線產(chǎn)生區(qū)11。
在下一步驟、圖3b中使半導(dǎo)體層首先在上面配有接觸金屬化層9。為了制造單個(gè)的半導(dǎo)體本體7接著使半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)化，其中在半導(dǎo)體層中構(gòu)成多個(gè)直到襯底的凹下8。這些凹下8側(cè)面地包圍要被構(gòu)成的半導(dǎo)體本體7。例如可以將這種凹下8腐蝕到半導(dǎo)體層里面。這種芯片結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)凹下8在側(cè)面的方向上產(chǎn)生一定的柔韌性并因此可以去掉在半導(dǎo)體層中的機(jī)械應(yīng)力。
接著在半導(dǎo)體層2或半導(dǎo)體本體7上涂覆一個(gè)最好電絕緣的鈍化層，如一個(gè)氮化硅層用于保護(hù)半導(dǎo)體表面。這個(gè)鈍化層尤其也覆蓋由于凹下外露的半導(dǎo)體本體的側(cè)面。由此防止在下面的步驟中導(dǎo)電的材料進(jìn)入到外露的側(cè)面上并且例如使有效層短路。否則可能在下面焊接載體時(shí)使焊料浸潤(rùn)側(cè)面或者可能在以后剝離襯底時(shí)殘留物、如對(duì)于GaN基層的金屬鎵粘附到側(cè)面上并且起到這種短路的作用。
在此所述鈍化層10最好這樣設(shè)計(jì)尺寸，以實(shí)現(xiàn)外露側(cè)面和襯底部位的一個(gè)層式覆蓋，其中避免完全充滿(mǎn)凹下。具有鈍化層的接觸金屬層覆蓋(未示出)再被去除。
然后使半導(dǎo)體層2或半導(dǎo)體本體7和必要時(shí)位于其間的部位如同在圖1d中所示的實(shí)施例那樣通過(guò)脈沖寬度小于或等于10ns和在射線輪廓中足夠微小的側(cè)面陡度的激光脈沖進(jìn)行輻射。
在最后的步驟圖3e中將襯底如同已經(jīng)結(jié)合圖1e所描述的那樣掀開(kāi)和去除。
借助于所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的描述當(dāng)然不是限制性的。而是可以將實(shí)施例的各個(gè)方面盡可能自由地在本發(fā)明的范圍內(nèi)相互組合。此外本發(fā)明包括每個(gè)新的特征以及特征的每個(gè)組合，尤其是特征的每個(gè)組合包含在權(quán)利要求中，盡管這個(gè)組合沒(méi)有明確地在權(quán)利要求中給出。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體元器件的方法，其中一個(gè)半導(dǎo)體層(2)與一個(gè)襯底(1)通過(guò)激光脈沖(6)輻射分離，其中該激光脈沖(6)的脈沖寬度小于或等于10ns，其特征在于，所述激光脈沖(6)具有一個(gè)空間的射線輪廓(7)，其側(cè)面陡度選擇得很小，使得在半導(dǎo)體層(2)與襯底(1)分離時(shí)避免在半導(dǎo)體層(2)中出現(xiàn)由于熱感應(yīng)的橫向應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光脈沖(6)具有一個(gè)空間上高斯形的射線輪廓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光脈沖(6)由一個(gè)具有Nd摻雜的激光有效介質(zhì)的固體激光器、最好是Nd:YAG激光器產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光脈沖(6)由一個(gè)受激準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述激光脈沖(6)波長(zhǎng)在200nm至400nm、最好在300nm至400nm之間。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述激光脈沖(6)這樣入射到半導(dǎo)體層(2)，使得在輻射部位內(nèi)部由于激光脈沖(6)產(chǎn)生的能量密度在100mJ/cm2至1000mJ/cm2，優(yōu)選在200mJ/cm2至400mJ/cm2。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，先后輻射半導(dǎo)體層(2)的多個(gè)局部(8)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底(1)對(duì)于激光脈沖(6)至少部分是透穿的，并且所述半導(dǎo)體層(2)透過(guò)襯底(1)被輻射。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(2)在與襯底(1)分離前結(jié)構(gòu)化。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，為了使半導(dǎo)體層(2)結(jié)構(gòu)化，在半導(dǎo)體層(2)中構(gòu)成凹下，它們最好將半導(dǎo)體層(2)分離到襯底(1)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)化的半導(dǎo)體層(2)接著配有一個(gè)鈍化層(10)，尤其是配有一個(gè)電絕緣的鈍化層。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在與襯底(1)分離前使半導(dǎo)體層(2)通過(guò)背離襯底(1)的一側(cè)涂覆、最好釬焊到一個(gè)載體(4)上。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，選擇使所述載體的熱膨脹率與激光脈沖的射線輪廓和/或脈沖寬度并與半導(dǎo)體層的熱膨脹率和襯底的熱膨脹率相協(xié)調(diào)，以降低在襯底、半導(dǎo)體層與載體之間在制造期間的應(yīng)力。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，選擇使所述載體的熱膨脹率比襯底的熱膨脹率更接近半導(dǎo)體層的熱膨脹率。
15.如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述載體含有砷化鎵、硅、鍺、銅、鐵、鎳、鈷、鉬、鎢或這些材料的一種適合的混合物或含金。
16.如權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(2)通過(guò)一種焊料釬焊到載體(4)上，該焊料含有金和/或錫或鈀和/或銦。
17.如權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在將半導(dǎo)體層(2)與載體(4)連接之前將一個(gè)金屬化層涂覆到背離襯底(1)的半導(dǎo)體層(2)一側(cè)上。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述金屬化層含有金和/或鉑。
19.如權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(2)包括多個(gè)單層。
20.如權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(2)或單層中的至少一個(gè)含有氮化合物半導(dǎo)體。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述氮化合物半導(dǎo)體是一個(gè)第三和/或第五主族元素的氮化合物。
22.如權(quán)利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(2)或單層中的至少一個(gè)含有InxAlyGa1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤1，和x+y≤1，尤其是含有GaN，AlGaN，InGaN，AlInGaN，AlN或InN。
23.如權(quán)利要求1至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底(1)包括硅、碳化硅或鋁氧化物、尤其是藍(lán)寶石。
24.如權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(2)通過(guò)外延方法涂覆到襯底(1)上。
25.如權(quán)利要求1至24中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(2)的厚度小于或等于50μm，最好小于或等于20μm，特別優(yōu)選小于或等于1μm。
26.如權(quán)利要求1至25中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體元器件是一個(gè)光發(fā)射二極管、尤其是一個(gè)發(fā)光二極管或激光二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造一個(gè)半導(dǎo)體元器件的方法，在該方法中一個(gè)半導(dǎo)體層(2)與一個(gè)襯底(1)通過(guò)激光脈沖(6)輻射分離，其中該激光脈沖(6)的脈沖寬度小于或等于10ns。所述激光脈沖(6)具有一個(gè)空間的射線輪廓(7)，其側(cè)面陡度選擇得很小，使得在半導(dǎo)體層(2)與襯底(1)分離時(shí)避免在半導(dǎo)體層(2)中出現(xiàn)裂紋，它們由于熱感應(yīng)的橫向應(yīng)力而產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H01L21/78GK1745483SQ200480003231
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者S·凱澤, V·海勒, B·哈恩 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司