本发明专利技术涉及一种大尺寸外延层及其剥离方法和剥离装置，该剥离方法基于键合至目标衬底上的生长衬底，生长衬底包含重掺杂层和目标层，在生长衬底的边缘四周刻蚀至重掺杂层形成第一凹槽，在第一凹槽中形成导电环层与工作电极接触，在距离第一凹槽一定距离处刻蚀至重掺杂层形成第二凹槽，第二凹槽用于注入适量的电解质溶液，电化学腐蚀获得异质集成于目标衬底上的大尺寸外延层。相应地，该剥离装置设置有导电垫圈、容液腔和位于导电垫圈和容液腔之间的密封圈。该剥离方法和剥离装置能够在减少电极参与电解带来的电子泄露的同时，缩短了电流传输的路径，避免了传统的单点电极电流扩展不均匀和电能利用率低的问题，提高湿法剥离的效率和均匀性。率和均匀性。率和均匀性。
【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸外延层及其剥离方法和剥离装置
[0001]本专利技术涉及材料剥离和异质集成领域，尤其涉及一种大尺寸外延层及其剥离方法和剥离装置。
技术介绍
[0002]三五族氮化物及其合金材料的应用，离不开同质外延及异质外延生长技术。同质外延生长的制备成本过高、实验周期长。异质外延生长的成本相对较低，实验周期较短。但异质生长衬底带来的晶格失配、热失配等问题，会引入大量缺陷与内应力，严重限制了三五族氮化物及其合金的光电器件及功率器件的发展。因此异质生长衬底的剥离及异质集成，成为了三五族氮化物及其合金应用发展的关键。
[0003]三五族氮化物具有较高的化学稳定性，无法使用传统的化学腐蚀法进行剥离。目前常用高能激光对三五族氮化物及其合金进行剥离的方式，难以避免高能激光对三五族氮化物薄膜及其器件结构的影响，而且限制了目标层的设计、工艺成本高、激光控制难度大、制备成本高，制约着三五族氮化物薄膜及其器件的发展。借助外电路提供电力进行湿法剥离的方法，利用了不同外延层之间的导电性差异，可实现氮化物外延薄膜的剥离。然而，对于大尺寸的氮化物外延薄膜的晶圆级完整并高效的剥离，尤其是表面带金属结构的大尺寸的氮化物外延薄膜元器件的剥离，以及剥离后薄膜的稳定异质集成，仍然存在无法攻克的难关。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种大尺寸外延层及其剥离方法和剥离装置，该剥离方法利用不同外延层之间的导电性差异，通过沿衬底边缘四周设置多通路环形电极以及隔离电解液的设计，在减少电极参与电解带来的电子泄露的同时，缩短了电极与腐蚀剥离区间电流传输的路径，解决了常规湿法腐蚀方法中单点电极的电流扩展不均匀和电能利用率低的问题，提高了湿法剥离的效率和均匀性，实现了大尺寸晶圆级外延薄膜快速高效完整的剥离，以及获得了稳定的异质集成外延片，该剥离方法同样适用于外延薄膜中元器件的剥离，解决了常规异质集成外延片缺乏支撑、转移
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键合难度大、难以直接后续集成电路、柔性器件的制备等问题。
[0005]另外，本专利技术的剥离方法采用高效湿法腐蚀的方式，释放了大尺寸氮化物外延薄膜及元器件生长制备过程中产生的固有内应力，提高了器件整体的性能，扩展了潜在的应用场景。
[0006]本专利技术还提供了适用于该剥离方法的剥离装置，该剥离装置通过设置与工作电极电接触的导电垫圈、位于池体底部的容液腔，以及位于导电垫圈和容液腔之间的密封圈，实现了多通路环形电极和隔离电解液的设计，减少了电极参与电解带来的电子泄露，同时缩短了电极与腐蚀剥离区间电流传输的路径，提升了电流扩展的均匀性和电能的利用率，提高了湿法剥离的效率和均匀性。
[0007]本专利技术至少提供如下技术方案：
[0008]一种大尺寸外延层的剥离方法，包括以下步骤：
[0009]将目标衬底键合至包含有重掺杂层和目标层的生长衬底上；
[0010]在所述目标衬底上形成第一预定图案的第一掩膜层，以所述第一掩膜层为掩膜刻蚀所述目标层至所述重掺杂层中一定深度，形成沿所述生长衬底边缘的四周设置的第一凹槽；
[0011]在所述衬底上形成第二预定图案的第二掩膜层，以所述第二掩膜层为掩膜刻蚀所述目标层至所述重掺杂层中一定深度，形成第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相邻边缘之间的间距不小于1mm；
[0012]在所述第一凹槽中形成与工作电极接触的导电层；
[0013]在所述第二凹槽中注入适量电解质溶液；
[0014]采用电化学腐蚀所述重掺杂层，释放所述目标层，获得异质集成于目标衬底上的大尺寸外延层。
[0015]所述第二凹槽位于所述生长衬底的中心区域。
[0016]所述重掺杂层的掺杂浓度高于所述目标层的掺杂浓度至少一个数量级；所述重掺杂层的厚度不小于100nm；所述电解质溶液的液面不高于重掺杂层。
[0017]所述生长衬底选用2英寸时，其电化学腐蚀的腐蚀电压为10V～30V，腐蚀时间为20min～50min。
[0018]一种大尺寸外延层，所述大尺寸外延层采用上述剥离方法获得。
[0019]一种大尺寸外延层的剥离装置，包括，基座，设置于基座上的衬底放置槽；可拆卸式固定于所述基座上的电化学腐蚀池体，所述池体具有一侧壁和一底面；对电极、工作电极、导电垫圈以及密封圈；
[0020]所述池体的侧壁上固定有注水管道和排水管道，所述底面上设置有容液腔，注水管道和排水管道连通至容液腔，对电极连接至容液腔；
[0021]该剥离装置工作时，生长衬底放置于衬底放置槽中，生长衬底上设置有导电环层和腐蚀凹槽，导电垫圈放置于所述导电环层上，与工作电极电连接，所述密封圈放置于所述导电环层和所述腐蚀凹槽之间，所述侧壁的下端可拆卸式固定于所述基座上，所述底面与所述密封圈接触，电解液沿所述注水管道注入所述容液腔，经所述容液腔流至所述腐蚀凹槽。
[0022]所述容液腔为环状管道，所述管道的底部开设有多个通孔。
[0023]所述容液腔为凹槽结构，所述凹槽结构的底部开设有多个开孔。
[0024]所述侧壁靠近所述底面一端的内侧设置有内螺纹，所述基座的外侧设置有外螺纹，所述内螺纹与所述内螺纹配合固定。
[0025]所述侧壁靠近所述底面一端套设于所述基座上的特定位置固定所述池体。
[0026]还包括可旋转工作台，所述基座固定于所述工作台上，所述工作台的倾斜角度可调。
附图说明
[0027]图1是本专利技术一实施例的剥离装置的拆解示意图。
[0028]图2是本专利技术一实施例的剥离装置拆解俯视示意图。
[0029]图3是本专利技术一实施例的剥离装置拆解俯视示意图。
[0030]图4是本专利技术一实施例中湿法腐蚀样品示意图。
[0031]图5是本专利技术一实施例中ICP刻蚀区示意图。
[0032]图6是本专利技术一实施例中湿法腐蚀的样品俯视图。
[0033]图7是本专利技术一实施例中ICP刻蚀区域示意图。
具体实施方式
[0034]接下来将结合本专利技术的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从公开商业途径获得。
[0035]本说明书中使用例如“之下”、“下方”、“下”、“之上”、“上方”、“上”等空间相对性术语，以解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与图中所示那些不同的取向以外，这些术语意在涵盖器件的不同取向。
[0036]另外，使用诸如“第一”、“第二”等术语描述各个元件、层、区域、区段等，并非意在进行限制。使用的“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，表示存在所陈述的元件或特征，但不排除额外的元件或特征。除非上下文明确做出不同表述。
[0037]本专利技术提供一种大尺寸外延层的剥离方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大尺寸外延层的剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：将目标衬底键合至包含有重掺杂层和目标层的生长衬底上；在所述目标衬底上形成第一预定图案的第一掩膜层，以所述第一掩膜层为掩膜刻蚀所述目标层至所述重掺杂层中一定深度，形成沿所述生长衬底边缘的四周设置的第一凹槽；在所述衬底上形成第二预定图案的第二掩膜层，以所述第二掩膜层为掩膜刻蚀所述目标层至所述重掺杂层中一定深度，形成第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相邻边缘之间的间距不小于1mm；在所述第一凹槽中形成与工作电极接触的导电层；在所述第二凹槽中注入适量电解质溶液；采用电化学腐蚀所述重掺杂层，释放所述目标层，获得异质集成于目标衬底上的大尺寸外延层。2.根据权利要求1的所述剥离方法，其特征在于，所述第二凹槽位于所述生长衬底的中心区域。3.根据权利要求1或2的所述剥离方法，其特征在于，所述重掺杂层的掺杂浓度高于所述目标层的掺杂浓度至少一个数量级；所述重掺杂层的厚度不小于100nm；所述电解质溶液的液面不高于重掺杂层。4.根据权利要求3的所述剥离方法，其特征在于，所述生长衬底选用2英寸时，其电化学腐蚀的腐蚀电压为10V～30V，腐蚀时间为20min～50min。5.一种大尺寸外延层，其特征在于，所述大尺寸外延层采用权利要求1至4之一的所述剥离方法获得。6.一种大尺寸外延层的剥离装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王幸福，黎佩珊，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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