DE102014116231B4 - Gesteuertes Abspalten von Gruppe-III-Nitriden, die eine eingebettete Abspalt-Ablösungsebene enthalten - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Entfernen eines Abschnitts eines Gruppe-III-Nitridmaterials von einer Gruppe-III-Nitridschicht, das Verfahren aufweisend:Bilden einer Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht (14) auf einer Fläche eines Substrats (10), wobei die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eine Abspalt-Ablösungsebene (15) aufweist, welche mindestens einen Typ eines Verunreinigungsatoms enthält, welche in die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eingebettet ist, und wobei das Bilden der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht ein erstes Anwachsen eines unteren Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht (14L) auf dem Substrat, ein zweites Anwachsen der Abspalt-Ablösungsebene und ein drittes Anwachsen eines oberen Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht (14U) auf der Abspalt-Ablösungsebene aufweist, wobei die Halbleiterbauelementschicht einen mehrschichtigen Stapel von epitaxial angewachsenen Gruppe-III-Nitriden aufweist, wobei das Bilden der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht ein Verfahren der metallorganischen chemischen Abscheidung aus der Gasphase aufweist, wobei die Abspalt-Ablösungsebene eine niedrigere Bruchzähigkeit als eine Bruchzähigkeit der unteren und oberen Abschnitte aufweist;Bilden einer Halbleiterbauelementschicht (16) auf dem oberen Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht;Bilden einer Stressorschicht (22) oben auf einer obersten Fläche der Halbleiterbauelementschicht; undEntfernen des oberen Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht und der Halbleiterbauelementschicht durch Abspalten, um eine abgespaltene Struktur bereitzustellen, welche die Stressorschicht, die Halbleiterbauelementschicht und den oberen Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht aufweist, wobei nach dem Abspalten der untere Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht auf der Fläche des Substrates bleibt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer Halbleiterstruktur, die Gruppe-III-Nitrid enthält. Insbesondere betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Entfernen, d.h. Lösen, eines Abschnitts eines Gruppe-III-Nitridmaterials von einem mehrschichtigen Stapel, der eine Gruppe-III-Nitridmaterialschicht enthält, durch Abspalten.
  • Gruppe-III-Nitridmaterialien sind eine einzigartige Gruppe von Halbleitermaterialien, welche in einer breiten Vielfalt von Anwendungen verwendet werden können, zum Beispiel in der Optoelektronik, der Photovoltaik und der Beleuchtung. Gruppe-III-Nitridmaterialien sind aus Stickstoff und mindestens einem Element der Gruppe III des Periodensystems der Elemente, d.h. Aluminium (AI), Gallium (Ga) und Indium (In), zusammengesetzt. Veranschaulichende Beispiele für einige übliche Galliumnitride sind GaN, GaAlN und GaAlInN. Durch Verändern der Zusammensetzung von Al, Ga und/oder In innerhalb eines Gruppe-III-Nitridmaterials kann das Gruppe-III-Nitridmaterial entlang des elektromagnetischen Spektrums eingestellt werden; hauptsächlich von 210 nm bis 1770 nm. Dieses Spektrum umfasst die sichtbares Licht emittierende Diode (LED), wobei es sich um eine Industrie von mehr als 10 Milliarden Dollar mit einer prognostizierten zweistelligen jährlichen Wachstumsrate handelt. Dieser kontinuierliche Anstieg des Bedarfs an LED ermöglicht den Aufbau einer Infrastruktur für das Wachstum und die Herstellung von Halbleitereinheiten auf der Basis von Gruppe-III-Nitriden.
  • Einer der Engpässe für Halbleitereinheiten auf der Basis von Gruppe-III-Nitriden ist das Fehlen eines gitterangepassten Substrats. Einige der herkömmlichen Substrate sind Saphir (Al2O3), Siliciumcarbid (SiC), Silicium (Si) und Zinkoxid (ZnO), welche mit GaN eine Gitterfehlanpassung von etwa 13 %, 3 %, 17 % bzw. 2 % aufweisen. Derzeit werden gitterangepasste frei stehende GaN- und AIN-Substrate entwickelt. Gitterangepasste Substrate sind jedoch kaum verfügbar und sind teuer.
  • Trotz aller Forschungsansätze sind die Kosten für Einheiten, die Gruppe-III-Nitrid enthalten, hoch. Ein Weg zum Verringern der Kosten ist es, eine Wiederverwendung des Gruppe-III-Nitrid-Materials zu ermöglichen.
  • Eine Substratablösung in Gruppe-III-Nitriden wird derzeit durch eine Technik realisiert, die als Laser-Abheben bezeichnet wird. Beim Laser-Abheben wird ein fokussierter Hochenergie-Laserstrahl verwendet, um auf die Gruppe-III-Nitrid/Substrat-Grenzfläche zu zielen, um das Gruppe-III-Nitrid in das entsprechende Gruppe-III-Element zu schmelzen. Nach dieser Laserbehandlung, und sobald es auf etwa 100 °C aufgeheizt ist, schmilzt das Gruppe-III-Element, wodurch das Substrat abgelöst wird. Dieser Ansatz ist langsam, ist nur auf kleine Bereiche anzuwenden und macht ein Substrat erforderlich, welches der Laser ohne Absorption durchdringen kann, so dass er an der Gruppe-III-Nitrid/Substrat-Grenzfläche absorbiert werden kann. Zum Beispiel kann diese Technik nicht für GaN oder ZnO-Substrate, Silicium oder Siliciumcarbid angewendet werden, da diese Materialien eine optische Bandlücke aufweisen, die nahe der oder kleiner als die des GaN-Materials ist. Außerdem führt der Ansatz des Laser-Abhebens zur Bildung eines Gruppe-III-Elements am Laser-Kontaktpunkt, wodurch die Wiederverwendbarkeit des Substrats verschlechtert wird. Ferner kann durch den Ansatz des Laser-Abhebens die dem Laser ausgesetzte Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht beschädigt werden.
  • In Anbetracht der obigen Ausführungen wird eine Substratablösungstechnik für ein Gruppe-III-Nitrid-Materialsystem benötigt, um die Kosten für Halbleitereinheiten auf der Basis von Gruppe-III-Nitriden zu verringern. Eine solche Technik sollte (1) auf Wafer mit großem Durchmesser anwendbar sein, (2) industriell, einfach und schnell durchzuführen sein und (3) nicht die abgelösten Epischichten oder das darunter liegende Substrat beschädigen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Eingebettet in eine Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht wird eine Abspalt-Ablösungsebene gebildet. Die Abspalt-Ablösungsebene umfasst ein Material, welches eine andere Spannung, eine andere Struktur und eine andere Zusammensetzung als die Gruppe-III-Nitrid-Materialabschnitte (d.h. untere und obere) aufweist, welche die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht bereitstellen und die Abspalt-Ablösungsebene einbetten. Die Abspalt-Ablösungsebene stellt eine Region einer geschwächten Materialebene innerhalb der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht bereit, welche während eines anschließend durchgeführten Abspaltverfahrens verwendet werden kann, um einen der Abschnitte des Gruppe-III-Nitridmaterials von der ursprünglichen Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht abzulösen. Speziell tritt während des Abspaltverfahrens innerhalb der Abspalt-Ablösungsebene, die in die ursprüngliche Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eingebettet ist, ein Beginn und eine Fortpflanzung von Rissen auf. Somit stellt die vorliegende Anmeldung ein Mittel zum Steuern der Abspalttiefe innerhalb einer Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht bereit.
  • In einer Erscheinungsform der vorliegenden Anmeldung wird ein Verfahren zum Entfernen eines Abschnitts eines Gruppe-III-Nitridmaterials von einer Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht bereitgestellt. Das Verfahren der vorliegenden Anmeldung umfasst ein Bilden einer Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht auf einer Fläche eines Substrats. Gemäß der vorliegenden Anmeldung umfasst die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eine Abspalt-Ablösungsebene, welche mindestens einen Typ eines Verunreinigungsatoms enthält, das in die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eingebettet ist. Die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht wird durch ein erstes Anwachsen eines unteren Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht auf dem Substrat, durch ein zweites Anwachsen der Abspalt-Ablösungsebene und durch ein drittes Anwachsen eines oberen Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht auf der Abspalt-Ablösungsebene gebildet. Nach dem Bilden der Gruppe-II-Nitrid-Materialschicht wird auf dem oberen Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eine Halbleiterbauelementschicht gebildet. Als Nächstes wird oben auf einer obersten Fläche der Halbleiterbauelementschicht eine Stressorschicht gebildet. Nach dem Bilden der Stressorschicht werden der obere Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht und die Halbleiterbauelementschicht durch Abspalten entfernt, um eine abgespaltene Struktur bereitzustellen, welche die Stressorschicht, die Halbleiterbauelementschicht und den oberen Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht aufweist.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht eines mehrschichtigen Stapels aus, von unten nach oben, einem Substrat, einer Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht, die eine darin eingebettete Abspalt-Ablösungsebene enthält, und einer Halbleiterbauelementschicht, die gemäß der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht des mehrschichtigen Stapels der 1 nach einem Bilden eines Randausschlussmaterials auf der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht der Struktur der 2 nach einem Bilden einer optionalen metallhaltigen Haftschicht auf einem frei liegenden Abschnitt der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels, der das Randausschlussmaterial nicht umfasst, gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht der Struktur der 3 nach einem Bilden einer Stressorschicht auf einer oberen Fläche der optionalen metallhaltigen Haftschicht gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht der in 4 dargestellten Struktur nach einem Bilden eines Handhabungssubstrats oben auf der Stressorschicht gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht der in 5 dargestellten Struktur nach einem Entfernen eines Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht über der Abspalt-Ablösungsebene durch Abspalten gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht der in 6 dargestellten Struktur nach einem Entfernen des Handhabungssubstrats, der Stressorschicht, der optionalen metallhaltigen Haftschicht und des Randausschlussmaterials von oben auf einer abgespaltenen Struktur, welche die Halbleiterbauelementschicht und einen abgespaltenen Abschnitt eines Gruppe-III-Nitridmaterials umfasst, gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht der in 5 dargestellten Struktur ohne das Randausschlussmaterial und nach dem Entfernen eines Abschnitts des Gruppe-III-Nitridmaterials über der Abspalt-Ablösungsebene durch Abspalten gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 9 ist eine Querschnittsansicht der in 8 dargestellten Struktur nach dem Entfernen des Handhabungssubstrats, der Stressorschicht und der optionalen metallhaltigen Haftschicht von oben auf einer abgespaltenen Struktur, welche die Halbleiterbauelementschicht und einen abgespaltenen Abschnitt eines Gruppe-III-Nitridmaterials umfasst, gemäß der vorliegenden Anmeldung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Anmeldung wird nun unter Bezugnahme auf die folgende Erörterung und die folgenden Zeichnungen, welche der vorliegende Anmeldung beigefügt sind, detaillierter beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung Zwecken der Veranschaulichung dienen und daher nicht maßstabsgetreu sind. In den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszahlen beschrieben und gekennzeichnet.
  • In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezielle Einzelheiten ausgeführt, z.B. bestimmte Strukturen, Komponenten, Materialien, Abmessungen, Verarbeitungsschritte und Techniken, um für ein gründliches Verständnis der vorliegenden Anmeldung zu sorgen. Der Fachmann erkennt jedoch, dass die vorliegende Anmeldung mit realisierbaren alternativen Verfahrensoptionen ohne diese speziellen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind wohlbekannte Strukturen und Verarbeitungsschritte nicht beschrieben worden, um zu vermeiden, dass die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung unverständlich werden.
  • Es versteht sich, dass, wenn ein Element wie z.B. eine Schicht, eine Region oder ein Substrat als „auf“ oder „über“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder auch dazwischen angeordnete Elemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt auf“ oder „direkt über“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, sind keine dazwischen angeordneten Elemente vorhanden. Es versteht sich auch, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verknüpft“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder verknüpft sein kann oder dazwischen angeordnete Elemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt verknüpft“ bezeichnet wird, sind keine dazwischen angeordneten Elemente vorhanden.
  • Einheiten wie zum Beispiel Photovoltaikeinheiten und elektrooptische Einheiten, welche in Dünnschichtform hergestellt werden können, weisen drei klare Vorteile gegenüber ihren massiven Gegenstücken auf. Erstens vermindern Dünnschichteinheiten aufgrund des geringeren verwendeten Materials die mit der Produktion der Einheiten verbundenen Materialkosten. Zweitens ist ein niedriges Gewicht der Einheiten ein definitiver Vorteil, welcher zu Anstrengungen auf industrieller Ebene für einen weiten Bereich von Dünnschichtanwendungen motiviert. Drittens können Einheiten in ihrer Dünnschichtform, wenn die Abmessungen klein genug sind, mechanische Flexibilität zeigen. Ferner kann, wenn eine Schicht einer Einheit von einem Substrat entfernt wird, welches wiederverwendet werden kann, eine zusätzliche Verringerung der Herstellungskosten erreicht werden.
  • Es werden Anstrengungen unternommen zum (i) Erzeugen von Dünnschichtsubstraten aus massiven Materialien (d.h. Halbleitern) und (ii) Bilden von Dünnschichteinheits-Schichten durch Entfernen von Schichten von Einheiten von den darunter liegenden massiven Substraten, auf welchen sie gebildet wurden. Die aktuelle Entwicklung, vgl. zum Beispiel die Patentanmeldungsveröffentlichung US 2010 / 0 311 250 A1 eines neuen Schichttransferverfahrens, das als ,Technologie des gesteuerten Abspaltens' bezeichnet wird, hat die Herstellung von kostengünstigen Dünnschichtsubstraten hoher Qualität durch Entfernen einer Flächenschicht von einem Basissubstrat ermöglicht. Abspalten ist ein Verfahren, wobei ein Spannungsmaterial wie Nickel (Ni) oben auf einem Basissubstrat abgeschieden wird, was zu einer Zugspannung führt, wodurch das Ablösen einer Materialschicht von dem Basissubstrat durch Bruchmodussteuerung ermöglicht wird. Die Dünnschicht-Substratschichten, die durch diese Technologie des gesteuerten Abspaltens entfernt werden können, können verwendet werden, um 1) den Kostenje-Watt-Wert der herkömmlichen Photovoltaiktechnologie zu erhöhen oder 2) die Herstellung neuer hocheffizienter Photovoltaik-, Elektronik- und Optoelektronik-Materialien zu ermöglichen, welche flexibel sind und verwendet werden können, um neue Produkte herzustellen.
  • Trotz der obigen Ausführungen sind Gruppe-III-Nitridmaterialien härtere und robustere Materialien als andere Halbleiter wie Silicium, Germanium und Galliumarsenid; daher ist eine Steuerung des Bruchmodus unerlässlich. Die vorliegende Anmeldung stellt ein Abspaltverfahren bereit, welches speziell für eine Steuerung des Bruchmodus innerhalb eines Gruppe-III-Nitridmaterials durch Modifikation der mechanischen und/oder Struktureigenschaften einer Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht entworfen worden ist.
  • Bezug nehmend zunächst auf 1, ist dort ein mehrschichtiger Stapel aus, von unten nach oben, einem Substrat 10, einer Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 und einer Halbleiterbauelementschicht 16 dargestellt, welcher gemäß der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann. Wie dargestellt, enthält die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eine Abspalt-Ablösungsebene 15, die zwischen der obersten Fläche und der untersten Fläche der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eingebettet ist. Und zwar ist die Abspalt-Ablösungsebene 15 zwischen einem unteren Abschnitt 14L der Gruppe-III-Nitridschicht 14 und einem oberen Abschnitt 14U der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 angeordnet. Wie ebenfalls dargestellt, kann zwischen dem Substrat 10 und der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eine optionale Pufferschicht 12 angeordnet sein.
  • Das Substrat 10, das in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann, umfasst ein beliebiges Material, auf welchem man anschließend durch metallorganische chemische Abscheidung aus der Gasphase (Metalorganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) ein Gruppe-III-Nitridmaterial anwachsen lassen kann. Daher kann das Substrat 10 hierin auch als ein Gruppe-III-Nitrid-Wachstumssubstrat bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung kann das Substrat 10 ein einzelnes Material aufweisen, welches einen unitären Aufbau aufweist. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann das Substrat 10 zwei oder mehr aufeinander gestapelte verschiedene Materialien aufweisen.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann das Substrat 10 ein Halbleitermaterial aufweisen, umfassend zum Beispiel (111)-Silicium, Siliciumcarbid, ein Gruppe-III-Nitridmaterial oder einen mehrschichtigen Stapel davon. Zum Beispiel kann das Substrat 10 einen mehrschichtigen Stapel aus, von unten nach oben, einer Siliciumschicht und einem epitaxial angewachsenen Gruppe-III-Nitrid aufweisen. Der Begriff „Gruppe-III-Nitrid, wie er überall in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, bezeichnet eine Verbindung aus Stickstoff und mindestens einem Element der Gruppe III des Periodensystems der Elemente, d.h. Aluminium (AI), Gallium (Ga) und Indium (In). Veranschaulichende Beispiele für einige Gruppe-III-Nitridmaterialien, die als das Substrat 10 verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, GaN, AIN, AlGaN, GaAlN und GaAlInN. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann das Substrat 10 Saphir umfassen, d.h. Al2O3.
  • Wenn das Substrat 10 aus einem Halbleitermaterial besteht, ist das Halbleitermaterial, das in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann, typischerweise ein monokristallines Material und kann dotiert sein, undotiert sein oder Regionen enthalten, die dotiert sind, und andere, die nicht dotiert sind. Der Dotierstoff kann ein Dotierstoff des n-Typs oder ein Dotierstoff des p-Typs sein. Der Begriff „p-Typ“ bezieht sich auf die Zugabe von Verunreinigungen zu einem eigenleitenden Halbleiter, wodurch ein Mangel an Valenzelektronen erzeugt wird. Der Begriff „n-Typ“ bezieht sich auf die Zugabe von Verunreinigungen, wodurch freie Elektronen zu einem eigenleitenden Halbleitermaterial hinzugefügt werden. Das Substrat 10 kann eine Region enthalten, welche mit einem Dotierstoff des p-Typs dotiert ist, und eine andere Region enthalten, welche mit einem Dotierstoff des n-Typs dotiert ist.
  • Das Substrat 10 kann eine Dicke von 5 Mikrometern bis 2 cm aufweisen. Dicken, die höher oder niedriger als der besagte Dickenbereich sind, können für das Substrat 10 ebenfalls verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung, insbesondere wenn das Substrat 10 (111)-Si umfasst, kann das Substrat 10 in einer Wasserstoffatmosphäre (oder einer inerten Atmosphäre) erwärmt werden und anschließend kann ein Voraluminierungsverfahren durchgeführt werden, welches die Flächen des Siliciumsubstrats stabilisiert. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung wird das Voraluminierungsverfahren weggelassen. Diese Schritte werden vor dem Bilden einer optionalen Pufferschicht 12 und vor dem Bilden der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 durchgeführt.
  • Die Erwärmung des Substrats 10 in einer Wasserstoffatmosphäre umfasst ein Bringen der Struktur in eine Reaktorkammer einer Vorrichtung zur metallorganischen chemischen Abscheidung aus der Gasphase (MOCVD). Die MOCVD kann mit oder ohne Plasmaunterstützung durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen und vor dem Bringen des Substrats 10 in die MOCVD-Reaktorkammer kann das Substrat 10 mit einem HF-Reinigungsverfahren gereinigt werden. Die MOCVD-Reaktorkammer, welche das Substrat 10 umfasst, wird dann auf einen Druck von etwa 50 mBar bis 100 mBar oder weniger evakuiert und anschließend wird eine Wasserstoffatmosphäre in die Reaktorkammer eingelassen. In einigen Ausführungsformen ist der Druck innerhalb des MOCVD-Reaktors atmosphärisch, d.h. 760 mbar. Die Wasserstoffatmosphäre kann reinen Wasserstoff oder Wasserstoff umfassen, der mit einem inerten Trägergas wie zum Beispiel Helium und/oder Argon vermischt ist. Wenn ein Gemisch verwendet wird, macht Wasserstoff mindestens 25 % oder mehr des Gemisches aus, wobei der Rest des Gemisches (bis zu 100 %) aus dem inerten Trägergas besteht.
  • Mit der Wasserstoffatmosphäre in der Reaktorkammer wird die Struktur auf eine Temperatur von etwa 900 °C oder weniger erwärmt. In einer Ausführungsform beträgt die Temperatur, auf welche das Substrat 10 in der Wasserstoffatmosphäre erwärmt wird, 500 °C bis 600 °C. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Temperatur, auf welche das Substrat 10 in der Wasserstoffatmosphäre erwärmt wird, 600 °C bis 900 °C. Ungeachtet der Temperatur, auf welche das Substrat 10 in der Wasserstoffatmosphäre erwärmt wird, wird die Erwärmung für eine Zeitperiode von 5 Minuten bis 20 Minuten durchgeführt. Es wird angenommen, dass durch diesen Schritt der vorliegenden Anmeldung die Flächen gereinigt werden und die frei liegenden Flächen des Substrats 10 hydriert werden, was besonders nützlich sein kann, wenn ein (111)-Silicium-Substrat verwendet wird. In einigen Ausführungsformen kann die Erwärmung unter Wasserstoff durch eine Erwärmung unter einem inerten Gas ersetzt werden.
  • Da die meisten Gruppe-III-Elemente direkt mit Silicium reagieren, wird vor dem Bilden des Gruppe-III-Nitridmaterials typischerweise ein Voraluminierungsschritt durchgeführt, um die Silicium-Keimbildungsstellen zu stabilisieren; während dieses Schritts der vorliegenden Anmeldung wird keine Al-Schicht gebildet. Der Voraluminierungsschritt kann durch Einbringen einer Organoaluminium-Vorstufe wie zum Beispiel einer Trialkylaluminium-Verbindung in die Reaktorkammer durchgeführt werden, wobei die Alkylgruppe 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthält. Beispiele für Trialkylaluminiumverbindungen, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Trimethylaluminium, Triethylaluminium und Tributylaluminium. Die Organoaluminium-Vorstufe kann in reiner Form in die Reaktorkammer der MOCVD-Vorrichtung eingebracht werden, oder sie kann mit einem inerten Trägergas vermischt sein. Der Voraluminierungsschritt wird typischerweise bei einer Temperatur von 450 °C oder mehr durchgeführt. In einer Ausführungsform erfolgt das Einbringen der Organoaluminium-Vorstufe typischerweise bei einer Temperatur von 500 °C bis 600 °C. In einer anderen Ausführungsform erfolgt das Einbringen der Organoaluminium-Vorstufe bei einer Temperatur von 600 °C bis 900 °C. Ungeachtet der Temperatur, bei welcher die Organoaluminium-Vorstufe in die Reaktorkammer eingebracht wird, wird die Voraluminierung für eine Zeitperiode von 5 Sekunden bis 120 Sekunden durchgeführt.
  • Als Nächstes kann gegebenenfalls die Pufferschicht 12 auf einer frei liegenden Fläche des Substrats 10 gebildet werden. Wie dargestellt, ist die Pufferschicht 12 eine ununterbrochene Schicht, welche auf einer Gesamtheit der Fläche des Substrats 10 vorhanden ist. In einigen Ausführungsformen, insbesondere wenn Galliumnitrid selbst als das Substrat 10 verwendet wird, kann der Schritt des Bildens der Pufferschicht 12 weggelassen werden.
  • Die Pufferschicht 12, die an diesem Punkt der vorliegenden Anmeldung gebildet werden kann, ist ein Gruppe-III-Nitridmaterial, welches in Abhängigkeit von dem Typ des Materials des Substrats 10 variiert, in welchem anschließend die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 gebildet wird. Zum Beispiel, und wenn das Substrat 10 aus Silicium aufgebaut ist, besteht die Pufferschicht 12 typischerweise aus AIN. Wenn das Substrat 10 entweder aus Saphir oder SiC besteht, kann die Pufferschicht 12 aus AIN, GaN oder AlGaN bestehen. Wenn das Substrat 10 aus GaN besteht, muss keine Pufferschicht 12 verwendet werden.
  • Die Pufferschicht 12 wird durch Einbringen einer Organo-Gruppe-III-Element enthaltenden Vorstufe wie zum Beispiel einer Organoaluminium-Vorstufe (d.h. einer Trialkylaluminium-Verbindung, wie oben erwähnt) oder einer Organogallium-Vorstufe (d.h. einer Trialkylgallium-Verbindung) oder eines Gemisches daraus und einer Nitrid-Vorstufe wie zum Beispiel Ammoniumnitrid in die Reaktorkammer der MOCVD-Vorrichtung gebildet. Die MOCVD kann mit oder ohne Plasmaunterstützung durchgeführt werden. Ein inertes Trägergas kann mit einer der Vorstufen vorliegen, die beim Bilden der Pufferschicht 12 verwendet werden, oder ein inertes Trägergas kann mit beiden Vorstufen vorliegen, die beim Bilden der Pufferschicht 12 verwendet werden. Die Pufferschicht 12 wird typischerweise bei einer Temperatur von 500 °C oder mehr gebildet. In einer Ausführungsform erfolgt die Abscheidung der Pufferschicht 12 typischerweise bei einer Temperatur von 650 °C bis 850 °C. In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Abscheidung der Pufferschicht 12 typischerweise bei einer Temperatur von 850 °C bis 1050 °C. Ungeachtet der Temperatur, bei welcher die Pufferschicht 12 gebildet wird, wird die Abscheidung der Pufferschicht 12 für eine Zeitperiode von 1 Minute bis 20 Minuten durchgeführt. Die Pufferschicht 12, die gebildet wird, weist typischerweise eine Dicke von 10 nm bis 250 nm auf, wobei eine Dicke von 60 nm bis 80 nm noch typischer ist.
  • Als Nächstes wird die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 gebildet, welche die Abspalt-Ablösungsebene 15 umfasst, welche mindestens einen Typ eines Verunreinigungsatoms enthält. Wie dargestellt, ist die Abspalt-Ablösungsebene 15 zwischen einem oberen Abschnitt 14U und einem unteren Abschnitt 14L der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 angeordnet.
  • Wie bereits erwähnt, wird mit dem Begriff „Gruppe-III-Nitridmaterial“ eine Verbindung bezeichnet, welche aus Stickstoff und mindestens einem Element der Gruppe III des Periodensystems der Elemente, d.h. Aluminium (AI), Gallium (Ga) und Indium (In), zusammengesetzt ist. Veranschaulichende Beispiele für einige übliche Gruppe-III-Nitride sind AIN, InN, GaN, GaAlN und GaAlInN. In einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ist das Gruppe-III-Nitridmaterial, das in der vorliegenden Anmeldung gebildet wird, ein Galliumnitridmaterial wie z.B. Galliumnitrid (GaN), GaAlN, GaInN und GaAlInN. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ist das Gruppe-III-Nitridmaterial, das in der vorliegenden Anmeldung gebildet wird, ein Aluminiumnitridmaterial wie z.B. Aluminiumnitrid (AIN), AlGaN, AlInN und AlGaInN. Ungeachtet der Zusammensetzung der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 ist die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 monokristallin.
  • Die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 weist eine Bruchzähigkeit auf, die niedriger als die des anschließend zu bildenden Stressormaterials ist. Die Bruchzähigkeit ist eine Eigenschaft, welche die Fähigkeit eines einen Riss aufweisenden Materials beschreibt, nicht zu brechen. Die Bruchzähigkeit wird mit KIC, bezeichnet. Der Index Ic bezeichnet eine Modus-I-Rissöffnung unter einer normalen Zugspannung senkrecht zu dem Riss und c bedeutet, dass es ein kritischer Wert ist. Eine Modus-I-Bruchzähigkeit ist typischerweise der wichtigste Wert, da ein Bruch im Abspaltmodus gewöhnlich an einer Stelle in dem Substrat auftritt, wo die Modus-II-Spannung (Scherspannung) null beträgt. Die Bruchzähigkeit ist ein quantitativer Weg zum Ausdrücken der Sprödbruchfestigkeit eines Materials, wenn ein Riss vorhanden ist.
  • Das Bilden der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 der vorliegenden Anmeldung umfasst ein Einbringen einer Organo-Gruppe-III-Element enthaltenden Vorstufe und einer Nitrid-Vorstufe wie zum Beispiel Ammoniumnitrid in die Reaktorkammer der MOCVD-Vorrichtung. Die MOCVD kann mit oder ohne Plasmaunterstützung durchgeführt werden. Beispiele für Organogallium-Vorstufen, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden können, umfassen Trialkylgallium-Verbindungen wie zum Beispiel Trimethylgallium und Triethylgallium. Beispiele für Organoaluminium-Vorstufen, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden können, umfassen Trialkylaluminium-Verbindungen wie zum Beispiel Trimethylaluminium und Triethylaluminium. Für andere Typen von Gruppe-III-Nitriden können ähnliche Vorstufen verwendet werden.
  • Mit einer der Vorstufen, die beim Bilden der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 verwendet werden, kann ein inertes Trägergas vorhanden sein oder mit beiden Vorstufen, die beim Bilden der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 verwendet werden, kann ein inertes Trägergas vorhanden sein.
  • Die Abscheidung der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 erfolgt typischerweise bei einer Temperatur von 750 °C oder mehr. In einer Ausführungsform erfolgt die Abscheidung der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 typischerweise bei einer Temperatur von 900 °C bis 1.200 °C. In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Abscheidung der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 typischerweise bei einer Temperatur von 1.200 °C bis 1.400 °C. Ungeachtet der Temperatur, bei welcher die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 gebildet wird, wird die Abscheidung der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 für eine Zeitperiode für 1 Minute bis 2 Stunden durchgeführt.
  • Die resultierende Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14, welche die Abspalt-Ablösungsebene 15 umfasst, die gebildet wird, weist eine Dicke auf, die typischerweise 100 nm bis 5.000 nm beträgt, wobei eine Dicke von 500 nm bis 1.000 nm noch typischer ist.
  • Wie oben erwähnt, umfasst die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eine Abspalt-Ablösungsebene 15, die zwischen einem oberen Abschnitt 14U und einem unteren Abschnitt 14L der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eingebettet ist. Die Abspalt-Ablösungsebene 15 der vorliegenden Anmeldung umfasst ein Material, welches eine andere Spannung, eine andere Struktur und eine andere Zusammensetzung als das Gruppe-III-Nitridmaterial aufweist, welches die Abspalt-Ablösungsebene 15 umgibt. Die Abspalt-Ablösungsebene 15 stellt eine Region einer geschwächten Materialebene innerhalb der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 bereit, welche während eines anschließend durchgeführten Abspaltverfahrens verwendet werden kann, um den oberen Abschnitt 14U des Gruppe-III-Nitridmaterials von der ursprünglichen Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 abzulösen. Speziell tritt während des Abspaltverfahrens innerhalb der Abspalt-Ablösungsebene 15, die in die ursprüngliche Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eingebettet ist, ein Beginn und eine Fortpflanzung von Rissen auf. Somit weist die Abspalt-Ablösungsebene eine niedrigere Bruchzähigkeit als eine Bruchzähigkeit der unteren und oberen Abschnitte der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 auf.
  • Ein Spannungsunterschied zwischen der Abspalt-Ablösungsebene 15 und den umgebenden Gruppe-III-Nitrid-Materialabschnitten 14U, 14L, welche die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 bereitstellen, bildet sich aufgrund eines Unterschieds zwischen den Gitterkonstanten der Abspalt-Ablösungsebene 15 und den benachbarten Abschnitten der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14. Ein struktureller Unterschied bildet sich aufgrund eines Wechsels der Kristallographie und der Korngröße, der Abmessungen und der Verteilung. Ein Zusammensetzungsunterschied bildet sich aufgrund von Zugaben anderer Elemente außerhalb der Familie der Gruppe-III-Nitridmaterialien (als Verunreinigungen bezeichnet, z.B. Silicium (Si), Magnesium (Mg), Beryllium (Be), Calcium (Ca) und Kohlenstoff (C)).
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung wird die Abspalt-Ablösungsebene 15 in situ während des Anwachsens der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 auf dem Substrat 10 gebildet. Mit „in situ“ ist gemeint, dass die abspaltungsinduzierende Ebene 15 innerhalb eines gleichen Reaktors wie die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 und ohne Auflösen des Vakuums zwischen den verschiedenen Abscheidungen gebildet wird. Zum Beispiel kann beim Bilden der Abspalt-Ablösungsebene 15 innerhalb des Gruppe-III-Nitridmaterials, welches die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 bereitstellt, ein MOCVD-Reaktor wie oben beschrieben verwendet werden. Somit lässt man den unteren Abschnitt 14L der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 zuerst anwachsen, gefolgt vom Anwachsen der Abspalt-Ablösungsebene 15 und vom anschließenden Anwachsen des oberen Abschnitts 14U der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung umfasst die Abspalt-Ablösungsebene 15 ein Nitridmaterial, welches eine Verunreinigung umfasst, ausgewählt aus Silicium, Magnesium, Beryllium, Calcium und/oder Kohlenstoff. Ein optionales Gruppe-III-Element kann in der Abspalt-Ablösungsebene 15 ebenfalls vorhanden sein. In einer Ausführungsform beträgt die Menge der Verunreinigung, die in der Abspalt-Ablösungsebene 15 vorhanden ist, typischerweise 1020 Atome/cm3 bis 1021 Atome/cm3. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Menge der Verunreinigung, die in der Abspalt-Ablösungsebene 15 vorhanden ist, typischerweise 1021 Atome/cm3 bis 1022 Atome/cm3. In einem Beispiel kann die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 einen unteren Abschnitt 14L aus GaN und einen oberen Abschnitt 14U aus GaN aufweisen, während die Abspalt-Ablösungsebene 15 GaN aufweisen kann, welches mit Silicium, Magnesium, Beryllium, Calcium oder Kohlenstoff dotiert ist. In einem anderen Beispiel kann die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 einen unteren Abschnitt 14L aus GaN und einen oberen Abschnitt 14U aus GaN aufweisen, während die Abspalt-Ablösungsebene 15 InAIN aufweisen kann, welches mit Silicium, Magnesium, Beryllium, Calcium oder Kohlenstoff dotiert ist.
  • Wie oben erwähnt und wie in einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die Verunreinigung in Abwesenheit eines Gruppe-III-Vorstufenmaterials in den Reaktor eingebracht werden. Ein solches Verfahren kann als ein Delta-Dotierschema bezeichnet werden. Dieses stellt ein Mittel zum Einbauen der Verunreinigungen auf der Fläche eines Gruppe-III-Nitridmaterials bereit. In einigen Ausführungsformen können die Verunreinigungen die Bruchzähigkeit des Gruppe-III-Nitridmaterials senken, welches dieselben enthält.
  • Ungeachtet der Art der Abspalt-Ablösungsebene 15, die verwendet wird, kann die Abspalt-Ablösungsebene 15, die in die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eingebettet wird, eine Dicke von 10 nm bis 500 nm aufweisen. Andere Dicken, die kleiner oder größer als der vorstehende Dickenbereich sind, können ebenfalls für die Abspalt-Ablösungsebene 15 verwendet werden. In einigen Ausführungsformen weisen die Abspalt-Ablösungsebene 15 und die unteren und oberen Abschnitte der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eine gleiche Kristallstruktur auf, d.h. sie befinden sich in epitaxialer Ausrichtung zueinander.
  • Die Abspalt-Ablösungsebene 15 kann gebildet werden, indem man zunächst einen unteren Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 auf dem Substrat 10 anwachsen lässt. Das Anwachsen des unteren Abschnitts 14L der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 kann unter Anwendung des oben erwähnten MOCVD-Verfahrens durchgeführt werden. Als Nächstes lässt man auf dem unteren Abschnitt 14L der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 die Abspalt-Ablösungsebene 15 anwachsen. Nach dem Bilden der Abspalt-Ablösungsebene 15 lässt man auf der Abspalt-Ablösungsebene 15 einen oberen Abschnitt 14U der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 anwachsen. Das Anwachsen des oberen Abschnitts 14U der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 kann unter Anwendung des oben erwähnten MOCVD-Verfahrens durchgeführt werden. Gemäß der vorliegenden Anmeldung erfolgt das erste, zweite und dritte Anwachsen in einer gleichen Reaktorkammer und ohne Auflösen des Vakuums zwischen den jeweiligen Schritten des Anwachsens.
  • In einigen Ausführungsformen weist das zweite Anwachsen der Abspalt-Ablösungsebene 15 ein Wechseln einer Zusammensetzung einer Gruppe-III-Nitridmaterial-Vorstufe gegenüber jener auf, die beim Anwachsen der unteren und oberen Abschnitte der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 verwendet wird. Zum Beispiel können beim Bilden der unteren und oberen Abschnitte der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eine Gallium-Vorstufe und eine Nitrid-Vorstufe verwendet werden, während beim Bilden der Abspalt-Ablösungsebene 15 eine Gallium-Vorstufe, eine Aluminium-Vorstufe, eine Nitrid-Vorstufe und mindestens ein Verunreinigungsatom verwendet werden können.
  • In einigen Ausführungsformen weist das zweite Anwachsen der Abspalt-Ablösungsebene 15 ein Einbringen einer Verunreinigung in den Gasstrom und ein anschließendes Entfernen der Verunreinigung aus dem Gasstrom nach einer vorgegebenen Zeitperiode auf. In einer anderen Ausführungsform und wie oben erwähnt, kann die Verunreinigung, die beim Bereitstellen der Abspalt-Ablösungsebene 15 verwendet wird, in Abwesenheit jeglicher Gruppe-III-Nitridmaterial-Vorstufe eingebracht werden.
  • In einer anderen Ausführungsform weist das zweite Anwachsen der Abspalt-Ablösungsebene 15 ein Wechseln einer Abscheidungstemperatur gegenüber jener auf, die beim Bilden der unteren und oberen Abschnitte der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 verwendet wird. Zum Beispiel können die unteren und oberen Abschnitte der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 bei einer Abscheidungstemperatur von 850 °C bis 1.250 °C gebildet werden, während die Abspalt-Ablösungsebene 15 bei einer Abscheidungstemperatur von 450 °C bis 600 °C gebildet werden kann.
  • In einer anderen Ausführungsform weist das zweite Anwachsen der Abspalt-Ablösungsebene 15 ein Wechseln des Trägergases im Vergleich zu jenem auf, das beim Bilden der unteren und oberen Abschnitte der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 verwendet wird. Zum Beispiel können die unteren und oberen Abschnitte der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 unter Verwendung eines Helium-Trägergases gebildet werden, während die Abspalt-Ablösungsebene 15 unter Verwendung eines Wasserstoff-, Stickstoff- oder Argon-Trägergases gebildet werden kann.
  • Der mehrschichtige Stapel der 1 umfasst auch eine Halbleiterbauelementschicht 16, welche auf der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 angeordnet ist. Die Halbleiterbauelementschicht 16 kann eine oder mehrere Einheiten umfassen, z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, Transistoren, Kondensatoren, Dioden, BiCMOS, Widerstände usw. Diese können unter Anwendung von Techniken, die dem Fachmann bekannt sind, auf und/oder in der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 verarbeitet werden. In einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterbauelementschicht 16 eine Vielzahl von epitaxial angewachsenen Halbleitermaterialien, die oben auf der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 ausgebildet sind. In einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterbauelementschicht 16 LEDs. Zum Beispiel kann die Halbleiterbauelementschicht 16 verschiedene epitaxial angewachsene Gruppe-III-Nitridmaterialien umfassen.
  • Bezug nehmend auf 2, ist dort der mehrschichtige Stapel der 1 nach einem Bilden eines Randausschlussmaterials 18 auf der obersten Fläche und an den vertikalen Rändern V1, V2 des mehrschichtigen Stapels dargestellt. Wie dargestellt, weist das Randausschlussmaterial 18 einen Rand auf, der vertikal mit dem vertikalen Rand V1, V2 des mehrschichtigen Stapels zusammenfällt, während ein anderer Rand des Randausschlussmaterials 18 von dem Rand V1, V2 aus nach innen und auf der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels angeordnet ist. Der Begriff „Randausschlussregion“ wird überall in der vorliegenden Anmeldung verwendet, um einen Bereich oben auf dem mehrschichtigen Stapel zu bezeichnen, in welchem eine anschließend gebildete Stressorschicht entweder nicht vorhanden ist oder, falls vorhanden, die Stressorschicht nicht bedeutend an der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels haftet. Durch die Bildung des Randausschlussmaterials 18 wird ein auf einen Rand bezogener Substratbruch während des Abspaltens auf ein Mindestmaß reduziert. In einigen Ausführungsformen wird das Randausschlussmaterial weggelassen.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann das Randausschlussmaterial 18 ein Haftungshemmer sein. Mit „Haftungshemmer“ ist ein beliebiges Material gemeint, welches die Fähigkeit einer anschließend gebildeten optionalen metallhaltigen Haftschicht oder Stressorschicht verringert, an der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels zu haften, d.h. zu kleben. Die Haftungshemmer, die in der vorliegenden Anmeldung als das Randausschlussmaterial 18 verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Photoresistmaterialien, Polymere, Kohlenwasserstoffmaterialien, Tinten, Pulver, Pasten oder nicht haftende Metalle. In einer Ausführungsform ist der Haftungshemmer, der in der vorliegenden Anmeldung als das Randausschlussmaterial 18 verwendet werden kann, eine Tinte.
  • Die Photoresistmaterialien, die als Haftungshemmer verwendet werden können, umfassen beliebige wohlbekannte positive und/oder negative Materialien. Die Polymere, die als Haftungshemmer verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, natürliche Polymere wie Kautschuke, Schellack, Cellulose, synthetische Polymere wie Nylon, Polyethylen und Polypropylen, abgeschieden oder aufgebracht in Form eines Bands oder einer Dünnschicht. Die Kohlenwasserstoffmaterialien, die als Haftungshemmer verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, gesättigte Kohlenwasserstoffe (d.h. Alkane), ungesättigte Kohlenwasserstoffe (d.h. Alkene oder Alkine), Cycloalkane und aromatische Kohlenwasserstoffe (d.h. Arene). Tinten, die als Haftungshemmer verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Tinten auf Alkohol- oder Wasserbasis, die sich üblicherweise in kommerziellen Permanent-Markern finden, oder Tinten, die in der Bubble-Jet-Drucktechnologie verwendet werden. Nicht haftende Metalle, die als Haftungshemmer verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Au, Ag, Lötmittel oder Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt. Pasten, die als Haftungshemmer verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Pasten auf Metallbasis, teilgehärtete Epoxide, Vakuumfett oder ähnliche Materialien.
  • Die Haftungshemmer, die in der vorliegenden Erfindung als das Randausschlussmaterial 18 verwendet werden können, können auf der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels in der Nähe der Ränder V1, V2 unter Anwendung von Techniken gebildet werden, die auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind. Zum Beispiel können die Haftungshemmer, die in der vorliegenden Erfindung als das Randausschlussmaterial 18 verwendet werden können, durch chemische Abscheidung aus der Gasphase, plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase, Atomschichtabscheidung, Schleuderbeschichten, Aufstreichen, Spritzbeschichten, Siebdruck, Bubble-Jet-Druck oder Stoffspitzenauftrag gebildet werden. In einigen Ausführungsformen, bei welchen Tinten als Haftungshemmer verwendet werden, kann die Tinte von einem Pen oder Marker aufgetragen werden, der dieselbe enthält. In einer Ausführungsform weist das Randausschlussmaterial 18 eine Breite, welche von einem Seitenwandrand bis zu einem anderen Seitenwandrand bestimmt wird, von 0,01 mm bis 10 mm auf. In einer anderen Ausführungsform weist das Randausschlussmaterial 18 eine Breite von 0,1 mm bis 5 mm auf. Es ist zu beobachten, dass der Abschnitt des mehrschichtigen Stapels, der direkt unterhalb des Randausschlussmaterials 18 angeordnet ist, eine Randausschlussregion definiert, durch deren Vorliegen ein auf den Rand bezogener Bruch während eines anschließenden Abspaltverfahrens auf ein Mindestmaß beschränkt wird.
  • Bezug nehmend nun auf 3, ist dort die Struktur der 2 nach einem Bilden einer optionalen metallhaltigen Haftschicht 20 auf einem frei liegenden Abschnitt der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels veranschaulicht, welcher nicht das Randausschlussmaterial 18 umfasst. Wenn das Randausschlussmaterial 18 nicht verwendet wird, kann die optionale metallhaltige Haftschicht auf der Gesamtheit der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels gebildet werden, die in 1 dargestellt ist.
  • Die optionale metallhaltige Haftschicht 20 wird in Ausführungsformen verwendet, bei denen die anschließend zu bildende Stressorschicht eine schlechte Haftung an der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels aufweist. Typischerweise wird die metallhaltige Haftschicht 20 verwendet, wenn eine Stressorschicht verwendet wird, die aus einem Metall besteht. In einigen Ausführungsformen kann direkt auf der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels eine (nicht dargestellte) optionale Plattierungs-Keimschicht gebildet werden. Die optionale Plattierungs-Keimschicht kann zusammen mit der metallhaltigen Haftschicht 20 oder an Stelle dieser verwendet werden. Wenn die optionale Plattierungs-Keimschicht in Verbindung mit dem Randausschlussmaterial 18 verwendet wird, wird das Randausschlussmaterial 18 vor dem Abscheiden der Plattierungs-Keimschicht auf die oberste Fläche des mehrschichtigen Stapels aufgebracht.
  • Die optionale metallhaltige Haftschicht 20, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann, umfasst ein beliebiges Metallhaftmaterial wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, Ti/W, Ti, Cr, Ni oder eine beliebige Kombination davon. Die optionale metallhaltige Haftschicht 20 kann eine einzelne Schicht aufweisen oder sie kann eine mehrschichtige Struktur aufweisen, welche mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Metallhaftmaterialien aufweist.
  • Wenn sie vorhanden ist, kann die optionale metallhaltige Haftschicht 20 bei einer Temperatur von 15 °C bis 40 °C, d.h. 288 K bis 313 K, oder höher gebildet werden. In einer Ausführungsform kann die optionale metallhaltige Haftschicht 20 bei einer Temperatur gebildet werden, welche 20 °C (293 K) bis 180 °C (353 K) beträgt. In einer anderen Ausführungsform kann die optionale metallhaltige Haftschicht 20 bei einer Temperatur gebildet werden, welche 20 °C (293 K) bis 60 °C (333 K) beträgt.
  • Die metallhaltige Haftschicht 20, welche gegebenenfalls verwendet werden kann, kann unter Anwendung von Abscheidungstechniken gebildet werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind. Zum Beispiel kann die optionale metallhaltige Haftschicht 20 durch Sputtern, chemische Abscheidung aus der Gasphase, plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase, chemische Lösungsabscheidung, physikalische Abscheidung aus der Gasphase oder Plattieren gebildet werden. Wenn eine Sputter-Abscheidung angewendet wird, kann das Sputter-Abscheidungsverfahren ferner ein In-situ-Sputter-Reinigungsverfahren vor der Abscheidung umfassen.
  • Wenn sie verwendet wird, weist die optionale metallhaltige Haftschicht 20 typischerweise eine Dicke von 5 nm bis 300 nm auf, wobei eine Dicke von 100 nm bis 150 nm noch typischer ist. Andere Dicken für die optionale metallhaltige Haftschicht 20, welche unter und/oder über den vorstehenden Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Anmeldung ebenfalls verwendet werden.
  • Die (nicht dargestellte) optionale Plattierungs-Keimschicht wird typischerweise in Ausführungsformen verwendet, bei welchen die anschließend zu bildende Stressorschicht ein Metall ist und eine Plattierung angewendet wird, um die metallhaltige Stressorschicht zu bilden. Die optionale Plattierungs-Keimschicht wird verwendet, um die anschließende Plattierung einer vorher ausgewählten metallhaltigen Stressorschicht selektiv zu unterstützen. Die optionale Plattierungs-Keimschicht kann zum Beispiel eine einzelne Ni-Schicht oder eine geschichtete Struktur von zwei oder mehr Metallen wie z.B. Ti/Ni, Ti/Ag, Ti/Au, Cr/Ni, Cr/Ag, Cr/Au, Al(unten)/Ti/Ni(oben) usw. aufweisen. Die Dicke der optionalen Plattierungs-Keimschicht kann in Abhängigkeit von dem Material oder den Materialien der optionalen Plattierungs-Keimschicht sowie von der Technik variieren, die beim Bilden derselben angewendet wird. Typischerweise weist die optionale Plattierungs-Keimschicht eine Dicke von 2 nm bis 1 Mikrometer auf. Die optionale Plattierungs-Keimschicht kann durch ein herkömmliches Abscheidungsverfahren gebildet werden, zum Beispiel durch Techniken der chemischen Abscheidung aus der Gasphase (CVD), plasmaunterstützten chemischen Abscheidung aus der Gasphase (PECVD), Atomschichtabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD) oder physikalischen Abscheidung aus der Gasphase (Physical Vapor Deposition, PVD), welche Verdampfen und/oder Sputtern umfassen können.
  • Gemäß der vorliegenden Anmeldung wird/ (werden) die optionale metallhaltige Haftschicht 20 und/oder die optionale Plattierungs-Keimschicht bei einer Temperatur gebildet, welche kein spontanes Auftreten einer Abspaltung innerhalb des mehrschichtigen Stapels bewirkt.
  • Bezug nehmend nun auf 4, ist dort die Struktur der 3 nach einem Bilden einer Stressorschicht 22 auf einer oberen Fläche der optionalen metallhaltigen Haftschicht 20 dargestellt. In einigen Ausführungsformen, bei welchen die optionale metallhaltige Haftschicht 20 und das Randausschlussmaterial 18 nicht vorhanden sind, kann die Stressorschicht 22 direkt auf der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels gebildet werden; diese spezielle Ausführungsform ist in den Zeichnungen nicht dargestellt, kann aber aus den Zeichnungen, die in der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht sind, einfach abgeleitet werden. In anderen Ausführungsformen, bei welchen eine optionale Plattierungs-Keimschicht verwendet wird, kann die Stressorschicht 22 direkt auf der oberen Fläche der optionalen Plattierungs-Keimschicht gebildet werden; diese spezielle Ausführungsform ist in den Zeichnungen ebenfalls nicht dargestellt, kann aber aus den Zeichnungen, die in der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht sind, einfach abgeleitet werden.
  • Die Stressorschicht 22, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann, umfasst ein beliebiges Material, welches sich nach der Abscheidung auf einem mehrschichtigen Stapel (d.h. den Elementen 10, 12, 14 und 16) unter Zugspannung befindet. Die Stressorschicht 22 kann auch als eine spannungsinduzierende Schicht bezeichnet werden. Gemäß der vorliegenden Anmeldung weist die Stressorschicht 22 eine kritische Dicke und einen Spannungswert auf, welche bewirken, dass an der Abspalt-Ablösungsebene 15, die in die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eingebettet ist, ein Bruch im Abspaltmodus auftritt. Speziell weist die Stressorschicht 22 eine kritische Dicke auf, bei welcher eine Abspaltung unterhalb der obersten Fläche der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 und an der Abspalt-Ablösungsebene 15 ausgelöst wird. Mit „kritisch“ ist gemeint, dass für eine gegebene Kombination aus Stressormaterial und Gruppe-III-Nitridmaterial ein Wert der Dicke und ein Stressorwert für die Stressorschicht ausgewählt werden, welche einen Bruch im Abspaltmodus möglich machen (zu einem KI-Wert führen können, der größer als der KIC des Gruppe-III-Nitridmaterials ist). Der Spannungswert kann durch Einstellen der Abscheidungsbedingungen der Stressorschicht 22 abgestimmt werden. Zum Beispiel kann im Fall einer Sputter-Abscheidung der Stressorschicht 22 der Gasdruck verwendet werden, um den Spannungswert einzustellen, wie bei J. A. Thornton und D. W. Hoffman: Internal stresses in titanium, nickel, molybdenum, and tantalum films deposited by cylindrical magnetron sputtering. In: Journal of Vacuum Science and Technology, Vol. 14, 1977, S. 164 - 168 beschrieben.
  • Die Dicke der Stressorschicht 22 wird so gewählt, dass für die gewünschte Bruchtiefe an der Abspalt-Ablösungsebene 15 gesorgt ist, die in das Gruppe-III-Nitrid eingebettet ist. Wenn zum Beispiel für die Stressorschicht 22 Ni gewählt wird, dann tritt ein Bruch bei einer Tiefe unterhalb der Stressorschicht 22 auf, die ungefähr das 2- bis 3-fache der Ni-Dicke beträgt. Der Spannungswert für die Stressorschicht 22 wird dann so gewählt, dass er die kritische Bedingung für einen Bruch im Abspaltmodus erfüllt. Dieser kann durch Umwandeln der empirischen Gleichung t*=[(2,5×106)(KIC 3/2)]/σ2 abgeschätzt werden, wobei t* die kritische Dicke der Stressorschicht (in Mikrometern) ist, KIC die Bruchzähigkeit (in Einheiten von MPa·m1/2) der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 ist und σ der Spannungswert der Stressorschicht (in MPa oder Megapascal) ist. Der obige Ausdruck ist ein Richtwert, in der Praxis kann ein Abspalten bei Spannungs- oder Dickenwerten auftreten, die bis zu 20 % niedriger als die sind, die durch den obigen Ausdruck vorhergesagt werden.
  • Veranschaulichende Beispiele für solche Materialien, die sich unter Zugspannung befinden, wenn sie oben auf den mehrschichtigen Stapel aufgebracht werden, und somit als die Stressorschicht 22 verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Metall, ein Polymer, z.B. eine abspaltungsinduzierende Bandschicht, oder eine beliebige Kombination dieser. Die Stressorschicht 22 kann eine einzelne Stressorschicht aufweisen oder es kann eine mehrschichtige Stressorstruktur verwendet werden, welche mindestens zwei Schichten unterschiedlichen Stressormaterials umfassen.
  • In einer Ausführungsform ist die Stressorschicht 22 ein Metall und das Metall ist auf einer oberen Fläche der optionalen metallhaltigen Haftschicht 20 ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Stressorschicht 22 ein abspaltungsinduzierendes Band und das abspaltungsinduzierende Band wird direkt auf die oberste Fläche des mehrschichtigen Stapels aufgebracht. In einer anderen Ausführungsform kann die Stressorschicht 22 zum Beispiel eine zweiteilige Stressorschicht aufweisen, welche einen unteren Teil und einen oberen Teil umfasst. Der obere Teil der zweiteiligen Stressorschicht kann aus einer abspaltungsinduzierenden Bandschicht bestehen.
  • Wenn ein Metall als die Stressorschicht 22 verwendet wird, kann das Metall zum Beispiel Ni, Cr, Fe, Mo, Ti oder W umfassen. Legierungen dieser Metalle können ebenso verwendet werden. In einer Ausführungsform umfasst die Stressorschicht 22 mindestens eine Schicht, die aus Ni besteht.
  • Wenn ein Polymer als die Stressorschicht 22 verwendet wird, ist das Polymer ein großes Makromolekül, welches aus sich wiederholenden Struktureinheiten zusammengesetzt ist. Diese Untereinheiten sind typischerweise durch kovalente chemische Bindungen verbunden. Veranschaulichende Beispiele für Polymere, die als die Stressorschicht 22 verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyimide, Polyester, Polyolefine, Polyacrylate, Polyurethan, Polyvinylacetat und Polyvinylchlorid.
  • Wenn eine abspaltungsinduzierende nichtmetallische Schicht (d.h. Polymermaterialien wie z.B. ein Band) als die Stressorschicht 22 verwendet wird, umfasst die abspaltungsinduzierende Schicht ein beliebiges druckempfindliches Band, welches bei einer ersten Temperatur, die verwendet wird, um das Band zu bilden, flexibel, weich und spannungsfrei ist, aber bei einer zweiten Temperatur, die während der Entfernung, d.h. dem Abspalten, eines Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 verwendet wird, stark, duktil und ziehend ist. Mit „druckempfindliches Band“ ist ein Klebeband gemeint, welches bei Anwendung von Druck haftet, ohne dass zur Aktivierung ein Lösungsmittel, Wärme oder Wasser erforderlich ist. Eine Zugspannung in dem Band bei der zweiten Temperatur ist hauptsächlich durch eine Fehlanpassung der Wärmeausdehnung zwischen den Materialien des mehrschichtigen Stapels (mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten) und dem Band (mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten) bedingt.
  • Typischerweise umfasst das druckempfindliche Band, das in der vorliegenden Anmeldung als Stressorschicht 22 verwendet wird, mindestens eine Haftschicht und eine Basisschicht. Materialien für die Haftschicht und die Basisschicht des druckempfindlichen Bands umfassen Polymermaterialien wie zum Beispiel Acryle, Polyester, Olefine und Vinyle mit oder ohne geeignete Weichmacher. Weichmacher sind Additive, welche die Plastizität des Polymermaterials, dem sie zugegeben werden, erhöhen können.
  • In einer Ausführungsform wird die Stressorschicht 22, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, bei Raumtemperatur (15 °C bis 40 °C, d.h. 288 K bis 313 K) gebildet. In einer anderen Ausführungsform kann, wenn eine Bandschicht verwendet wird, die Bandschicht bei einer Temperatur von 15 °C (288 K) bis 60 °C (333 K) gebildet werden.
  • Wenn die Stressorschicht 22 ein Metall oder Polymer ist, kann die Stressorschicht 22 unter Anwendung von Abscheidungstechniken gebildet werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind, umfassend zum Beispiel Tauchbeschichten, Schleuderbeschichten, Streichbeschichten, Sputtern, chemische Abscheidung aus der Gasphase, plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase, chemische Lösungsabscheidung, physikalische Abscheidung aus der Gasphase oder Plattieren.
  • Wenn die Stressorschicht 22 eine abspaltungsinduzierende Bandschicht ist, kann die Bandschicht per Hand oder durch mechanische Mittel auf die Struktur aufgebracht werden. Das abspaltungsinduzierende Band kann unter Anwendung von Techniken gebildet werden, die auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind, oder sie können von einem beliebigen wohlbekannten Hersteller von Klebebändern kommerziell erworben werden. Einige Beispiele für abspaltungsinduzierende Bänder, welche in der vorliegenden Anwendung als Stressorschicht 22 verwendet werden können, umfassen zum Beispiel das wärmeablösbare Band Nitto Denko 3193MS, Kapton KPT-1 und CLEAR-170 von Diversified Biotech (Acrylklebstoff, Vinylbasis).
  • In einer Ausführungsform kann eine zweiteilige Stressorschicht auf der obersten Fläche des mehrschichtigen Stapels gebildet werden, wobei ein unterer Teil der zweiteiligen Stressorschicht bei einer ersten Temperatur gebildet wird, welche bei Raumtemperatur oder leicht darüber liegt (z.B. 15 °C (288 K) bis 60 °C (333 K)), wobei ein oberer Teil der zweiteiligen Stressorschicht bei einer Hilfstemperatur, welche bei Raumtemperatur liegt, eine abspaltungsinduzierende Bandschicht aufweist.
  • Wenn die Stressorschicht 22 metallischer Natur ist, weist sie typischerweise eine Dicke von 1 µm bis 50 µm auf, wobei eine Dicke von 4 µm bis 7 µm noch typischer ist. Andere Dicken für die Stressorschicht 22, die unter und/oder über den vorstehenden Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Anmeldung ebenfalls verwendet werden.
  • Wenn die Stressorschicht 22 polymerer Natur ist, weist sie typischerweise eine Dicke von 10 µm bis 200 µm auf, wobei eine Dicke von 50 µm bis 100 µm noch typischer ist. Andere Dicken für die Stressorschicht 22, die unter und/oder über den vorstehenden Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Anmeldung ebenfalls verwendet werden.
  • Bezug nehmend auf 5, ist dort die Struktur der 4 nach einem Bilden eines Handhabungssubstrats 24 oben auf der Stressorschicht 22 veranschaulicht. Das in der vorliegenden Anmeldung verwendete Handhabungssubstrat 24 weist ein beliebiges flexibles Material auf, welches einen minimalen Krümmungsradius von weniger als 30 cm aufweist. Veranschaulichende Beispiele für flexible Materialien, die als das Handhabungssubstrat 24 verwendet werden können, umfassen eine Metallfolie oder eine Polyimidfolie. In einigen Ausführungsformen kann ein Band, wie oben beschrieben, als das Handhabungssubstrat 24 verwendet werden.
  • Das Handhabungssubstrat 24 kann verwendet werden, um für eine bessere Bruchsteuerung und höhere Anpassungsfähigkeit beim Handhaben des abgespaltenen Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 zu sorgen. Überdies kann das Handhabungssubstrat 24 verwendet werden, um die Rissfortpflanzung an der Abspalt-Ablösungsebene 15, die in die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 eingebettet ist, während des Abspaltungsverfahrens der vorliegenden Anmeldung zu leiten. Das Handhabungssubstrat 24 der vorliegenden Anmeldung wird typischerweise, aber nicht notwendigerweise, bei einer ersten Temperatur gebildet, welche bei Raumtemperatur liegt (15 °C (288 K) bis 40 °C (313 K)).
  • Das Handhabungssubstrat 24 kann unter Anwendung von Abscheidungstechniken gebildet werden, welche dem Fachmann wohlbekannt sind, umfassend zum Beispiel mechanischen Druck, Tauchbeschichten, Schleuderbeschichten, Streichbeschichten, Sputtern, chemische Abscheidung aus der Gasphase, plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase, chemische Lösungsabscheidung, physikalische Abscheidung aus der Gasphase und Plattieren.
  • Das Handhabungssubstrat 24 weist typischerweise eine Dicke von 5 µm bis 500 µm auf, wobei eine Dicke von 10 µm bis 150 µm noch typischer ist. Andere Dicken für das Handhabungssubstrat 24, welche unter und/oder über den vorstehenden Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Anmeldung ebenfalls verwendet werden.
  • Bezug nehmend auf 6, ist dort die Struktur der 5 nach einem Entfernen eines Teils des oberen Abschnitts 14U der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14, der über der Abspalt-Ablösungsebene 15 angeordnet ist, durch Abspalten dargestellt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung umfasst das Abspaltungsverfahren ein Ziehen oder Abschälen des Handhabungssubstrats 24, um eine abgespaltene Struktur zu entfernen, welche zumindest die Stressorschicht 22, die Halbleiterbauelementschicht 16 und einen Teil des oberen Abschnitts (d.h. 14U') der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 umfasst. Der Teil des oberen Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14, der durch Abspalten von der ursprünglichen Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 entfernt wird, kann hierin als eine abgespaltene Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14U' bezeichnet werden. Der verbleibende Abschnitt der ursprünglichen Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 kann hierin als wiederverwendbare Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14B bezeichnet werden, welche die Gesamtheit des unteren Abschnitts 14L der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht und die verbleibenden oberen Abschnitte 14U umfasst.
  • Es sei angemerkt, dass, wenn ein Randausschlussmaterial 18 vorhanden ist, Abschnitte der Halbleiterbauelementschicht 16 und der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14, die sich direkt unterhalb des Randausschlussmaterials 18 befinden, nicht entfernt werden. Der abgespaltene Abschnitt der Halbleiterbauelementschicht 16 ist in den Zeichnungen als Element 16A dargestellt, während der Abschnitt der Halbleiterbauelementschicht, der an der ursprünglichen Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 befestigt bleibt, in den Zeichnungen als Element 16B dargestellt ist.
  • Das Abspaltungsverfahren umfasst eine Rissbildung und -fortpflanzung an der Abspalt-Ablösungsebene 15 innerhalb der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14. Das Abspaltungsverfahren wird etwa bei Raumtemperatur (d.h. 15 °C bis 40 °C) ausgelöst. In anderen Ausführungsformen kann die Abspaltung bei einer Temperatur von 100 °C und niedriger durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung kann die Abspaltung durch Senken der Temperatur in einer festen kontinuierlichen Geschwindigkeit ausgelöst werden. Mit „fester kontinuierlicher Geschwindigkeit“ sind zum Beispiel 20 °C je Sekunde unter Verwendung eines elektronisch gesteuerten Kühltisches oder einer elektronisch gesteuerten Kühlkammer gemeint.
  • Nach dem Abspalten können das Handhabungssubstrat 24, die Stressorschicht 22 und, falls vorhanden, die optionale Plattierungs-Keimschicht, die optionale metallhaltige Haftschicht 20 und das Randausschlussmaterial 18 von der abgespaltenen Struktur entfernt werden, wobei nur ein Materialstapel aus der Halbleiterbauelementschicht 16 und der abgespaltenen Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14U' zurückgelassen wird. Eine solche Struktur ist zum Beispiel in 7 dargestellt.
  • Das Handhabungssubstrat 24, die Stressorschicht 22, die optionale Plattierungs-Keimschicht und der Abschnitt der optionalen metallhaltigen Haftschicht 20 können an diesem Punkt der vorliegenden Anmeldung unter Anwendung herkömmlicher Techniken entfernt werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind. Zum Beispiel und in einer Ausführungsform kann zum Entfernen des Handhabungssubstrats 24, der Stressorschicht 22, der optionalen Plattierungs-Keimschicht und der optionalen metallhaltigen Haftschicht 16 Königswasser (HNO3/HCl) verwendet werden. In einem anderen Beispiel wird eine UV- oder Wärmebehandlung angewendet, um das Handhabungssubstrat 24 zu entfernen, gefolgt von einem chemischen Ätzen zum Entfernen der Stressorschicht 22, gefolgt von einem anderen chemischen Ätzen zum Entfernen der optionalen Plattierungs-Keimschicht und der optionalen metallhaltigen Haftschicht 16. Das Randausschlussmaterial 18 kann unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels wie zum Beispiel Aceton entfernt werden.
  • Die Dicke der abgespaltenen Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14U', die von der ursprünglichen Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 entfernt wird, variiert in Abhängigkeit von dem Material der Stressorschicht 22, dem Material der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 und der Stelle der Abspalt-Ablösungsebene 15. In einer Ausführungsform weist die abgespaltene Materialschicht 14U', die von der ursprünglichen Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 entfernt wird, eine Dicke von weniger als 100 Mikrometern auf. In einer anderen Ausführungsform weist die abgespaltene Materialschicht 14U', die entfernt wird, eine Dicke von weniger als 50 Mikrometern auf.
  • Bezug nehmend nun auf 8, ist dort eine Struktur, wie sie z.B. in 5 dargestellt ist, ohne das Randausschlussmaterial 18 und nach dem Entfernen eines Abschnitts des Gruppe-III-Nitridmaterials oberhalb der Abspalt-Ablösungsebene 15 durch Abspalten gemäß der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht. Man beachte, dass in diesem Fall die Gesamtheit der Halbleiterbauelementschicht 16 und die Gesamtheit des oberen Abschnitts 14U der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14 entfernt werden.
  • Bezug nehmend nun auf 9, ist dort die in 8 dargestellte Struktur nach einem Entfernen des Handhabungssubstrats 24, der Stressorschicht 22 und der optionalen metallhaltigen Haftschicht 20 von oben auf einer abgespaltenen Struktur, welche die Halbleiterbauelementschicht 16 und einen abgespaltenen Abschnitt des Gruppe-III-Nitridmaterials (d.h. die Gesamtheit des oberen Abschnitts 14U der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht 14) umfasst, gemäß der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung können die abgespaltenen Strukturen, die entweder in 7 oder in 9 dargestellt sind, auf ein anderes Substrat übertragen werden. Die Übertragung kann unter Anwendung eines herkömmlichen Verbindungsverfahrens durchgeführt werden, wie es dem Fachmann wohlbekannt ist. Das andere Substrat kann flexibel oder nicht flexibel sein. In einigen Ausführungsformen kann das andere Substrat aus einem Halbleitermaterial bestehen. In anderen Ausführungsformen kann das andere Substrat aus einem Dielektrikumsmaterial bestehen. Nach dem Übertragen kann sich eine Grenzfläche abgespaltenes Gruppe-III-Nitrid/anderes Substrat bilden.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Entfernen eines Abschnitts eines Gruppe-III-Nitridmaterials von einer Gruppe-III-Nitridschicht, das Verfahren aufweisend: Bilden einer Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht (14) auf einer Fläche eines Substrats (10), wobei die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eine Abspalt-Ablösungsebene (15) aufweist, welche mindestens einen Typ eines Verunreinigungsatoms enthält, welche in die Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eingebettet ist, und wobei das Bilden der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht ein erstes Anwachsen eines unteren Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht (14L) auf dem Substrat, ein zweites Anwachsen der Abspalt-Ablösungsebene und ein drittes Anwachsen eines oberen Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht (14U) auf der Abspalt-Ablösungsebene aufweist, wobei die Halbleiterbauelementschicht einen mehrschichtigen Stapel von epitaxial angewachsenen Gruppe-III-Nitriden aufweist, wobei das Bilden der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht ein Verfahren der metallorganischen chemischen Abscheidung aus der Gasphase aufweist, wobei die Abspalt-Ablösungsebene eine niedrigere Bruchzähigkeit als eine Bruchzähigkeit der unteren und oberen Abschnitte aufweist; Bilden einer Halbleiterbauelementschicht (16) auf dem oberen Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht; Bilden einer Stressorschicht (22) oben auf einer obersten Fläche der Halbleiterbauelementschicht; und Entfernen des oberen Abschnitts der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht und der Halbleiterbauelementschicht durch Abspalten, um eine abgespaltene Struktur bereitzustellen, welche die Stressorschicht, die Halbleiterbauelementschicht und den oberen Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht aufweist, wobei nach dem Abspalten der untere Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht auf der Fläche des Substrates bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend Bilden eines Randausschlussmaterials (18) auf der obersten Fläche und an jedem vertikalen Rand der Halbleiterbauelementschicht vor dem Bilden der Stressorschicht, wobei das Randausschlussmaterial ein Photoresistmaterial, ein Polymer, ein Kohlenwasserstoffmaterial, eine Tinte, ein Metall oder eine Paste aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend Bilden einer metallhaltigen Haftschicht (20) zwischen der Stressorschicht und der Halbleiterbauelementschicht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stressorschicht ein Metall, ein Polymer, ein abspaltungsinduzierendes Band oder eine beliebige Kombination dieser aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend Bilden eines Handhabungssubstrats (24) auf einer frei liegenden Fläche der Stressorschicht vor dem Abspalten, wobei das Abspalten Ziehen oder Abschälen des Handhabungssubstrats aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abspalten bei Raumtemperatur durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend Entfernen zumindest der Stressorschicht von der abgespaltenen Struktur.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat Saphir aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Typ eines Verunreinigungsatoms der Abspalt-Ablösungsebene aus Silicium, Magnesium, Beryllium, Calcium und Kohlenstoff ausgewählt ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Anwachsen, das zweite Anwachsen und das dritte Anwachsen in einer gleichen Reaktorkammer ohne Auflösen des Vakuums zwischen den jeweiligen Anwachsschritten erfolgen.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der untere Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht, die Abspalt-Ablösungsebene und der obere Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eine gleiche Kristallstruktur aufweisen.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abspalt-Ablösungsebene ein Gruppe-III-Nitrid aufweist, welches mit Silicium, Magnesium, Beryllium, Calcium oder Kohlenstoff dotiert ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der untere Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht eine gleiche Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht wie der obere Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht aufweist oder eine andere Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht als der obere Abschnitt der Gruppe-III-Nitrid-Materialschicht aufweist.
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