【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于应力层的半导体单晶材料激光剥离方法，属于半导体材料。
技术介绍
1、以硅(si)、锗(ge)为代表的第一代半导体材料，是大规模集成电路、传感器、光伏器件等领域的材料基础，在半导体产业中拥有着不可替代的地位。第二代半导体材料如砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)等ⅲ-ⅴ族化合物半导体材料则在于半导体激光器、卫星通讯、gps导航等领域应用广泛。近些年来以氮化镓(gan)、碳化硅(sic)等宽禁带材料为代表的第三代半导体材料和以氧化镓(ga2o3)、金刚石(c)、氮化铝(aln)等超宽禁带材料为代表的第四代半导体材料，因其具有高击穿电场、高巴加利优值、热稳定性好以及抗辐射能力强等特点，在制造高性能半导体器件领域有着重要作用，近些年来受到了研究人员的广泛关注。
2、半导体单晶需要制备成一定厚度的晶片才能投入实际应用，对于碳化硅、硅、锗、砷化镓和蓝宝石等材料，通过各种生长方法得到晶锭或者晶棒，晶锭或晶棒再经过定向、掏棒、滚磨、切片、研磨、倒角、抛光、清洗等一系列工艺才能得到可直接使用的晶片。其中的切片，就是将晶棒切成薄薄的晶片。传统的工艺通常是采用金刚石砂线多线切割方式，存在材料损耗大、加工时间长、成本高以及对环境的污染严重等问题。特别是对硬脆性材料如碳化硅、氮化镓等的加工更是困难重重，碳化硅线切割的材料表面和亚表面损伤严重，损伤层的厚度超过了100μm，材料损耗可达40％以上、时间长达数天，极大的提高了成本、限制了产能。
3、除了线切割等剥离和减薄方法，还有化学剥离、激光剥离、各种机械剥离以
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于应力层的半导体单晶材料激光剥离方法。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种基于应力层的半导体单晶材料激光剥离方法，其步骤包括：
4、(1)在半导体单晶材料的表面，通过掩膜板形成图形化的应力层；
5、(2)将激光聚焦在半导体单晶材料内部一定的深度，利用焦点处的热效应将材料分解，形成改质层，并产生微裂纹；
6、(3)在半导体单晶材料表面涂敷热释胶或聚酰亚胺胶带，施加机械外力，即可剥离获得半导体单晶薄膜。
7、剥离后的半导体单晶薄膜可以采用酸洗等方法去除掉应力层。
8、步骤(1)-(3)可以重复施用，直至无法剥离出半导体单晶薄膜。
9、在每次形成图形化的应力层之间，可以先对半导体单晶材料的表面进行抛光及清洗处理，清洁具体为将半导体单晶材料分别在丙酮、酒精、去离子水中超声清洗15分钟，去除表面油污和杂质，用氮气枪吹干。
10、优选的，所述应力层为金属粘附层、金属籽晶层、电镀金属层的三层结构，其中金属粘附层附着在半导体单晶材料表面。
11、优选的，所述金属粘附层为蒸镀或沉积在半导体单晶材料表面的金属ti层，厚度为50-100nm。
12、优选的，所述金属籽晶层为蒸镀或沉积在金属粘附层表面的金属ni层，厚度为50-1000nm。
13、优选的，所述电镀金属层为电镀在金属籽晶层表面的金属ni层，厚度为1-200μm。金属ti粘附层可以使得金属ni更好的附着在半导体单晶表面，从而对单晶施加应力，ni籽晶层是为了更容易电镀上ni，形成具有高应力的电镀金属ni层。
14、优选的，所述半导体单晶材料为gan、sic、gaas、ge或si。可以是晶圆或晶锭，也可以是单晶薄膜。
15、优选的，掩膜板的图形为多个平行的长条形，形成长条形应力层，掩膜区(应力层)图形宽度为10-1000μm，无应力层区的图形宽度为10-100μm，，掩膜区图形长度与半导体单晶材料表面匹配。
16、优选的，电镀条件为：nicl2浓度c＝100-500g/l，h3bo3浓度c＝10-60g/l，镀液ph＝1.0-4.0，电流密度j＝10-60ma/cm2，电镀时间t＝1-100min。
17、优选的，激光光源的波长为300-800nm，脉宽100fs-100ns，单脉冲能量100-600μj，重复频率0.1-10khz，激光器波长大于半导体单晶材料禁带宽度对应的波长。激光器采用脉冲激光，脉冲时间至能量达到分解半导体单晶材料阈值即可，单个点一般采用3-5个脉冲。聚焦深度与预期剥离的厚度要求相关，比如要得到按照国标的4英寸碳化硅，国标要求为厚度为400μm，则激光聚焦深度在450-500μm左右，激光剥离后抛光得到的标准厚度为400μm。本专利技术中的半导体单晶材料可以是单晶晶锭，通过上述方法直接进行剥离获得厚度较薄的晶片，剥离后的晶锭经过简单表面抛光处理可以重复进行实现晶锭切割成多个晶圆；也可以是复合衬底，比如蓝宝石上氮化镓薄膜，通过上述方法将蓝宝石和氮化镓分离，可以获得自支撑氮化镓晶片；也可以用于晶圆的减薄。
18、本专利技术的有益效果为：
19、本专利技术通过激光聚焦扫描的方式，在半导体单晶材料内部产生微裂纹，借助电镀产生的高应力层施加的应力，使得微裂纹相互扩展接续，最终实现具有一定厚度的晶片的分离。可以适用于较厚的晶锭或者衬底上剥离不同厚度的半导体晶片(如sic或gan等)。大面积应力层的存在，使得即使激光脉冲扫描平面有起伏，应力也会使得微裂纹相互横向扩展融合，从而更容易实现剥离，以实现大尺寸晶圆的分离，而微裂纹厚度仅为数微米量级，与线切割动辄上百微米的厚度损耗相比，极大降低了材料的损耗。
20、本专利技术的工艺和工序简单，耗时短，与传统线切割或常用剥离等工艺相比可以减少材料损耗、节省大量的时间和成本。
21、本专利技术的工艺容易实现，工艺的可重复性好，对上述剥离后剩余的晶锭或衬底表面如sic、gan等仅需进行简单抛光清洗即可重复流程。
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1.一种基于应力层的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于其步骤包括：
2.根据权利要求1所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所述应力层为金属粘附层、金属籽晶层、电镀金属层的三层结构，其中金属粘附层附着在半导体单晶材料表面。
3.根据权利要求2所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所述金属粘附层为蒸镀或沉积在半导体单晶材料表面的金属Ti层，厚度为50-100nm。
4.根据权利要求2所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所述金属籽晶层为蒸镀或沉积在金属粘附层表面的金属Ni层，厚度为50-1000nm。
5.根据权利要求2所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所述电镀金属层为电镀在金属籽晶层表面的金属Ni层，厚度为1-200μm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所述半导体单晶材料为GaN、SiC、GaAs、Ge或Si。
7.根据权利要求6所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于掩膜板的图形为多个平行的长条形，形成长条形应力层，掩膜区图形宽
8.根据权利要求5所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于电镀条件为：NiCl2浓度c＝100-500g/L，H3BO3浓度c＝10-60g/L，镀液PH＝1.0-4.0，电流密度J＝10-60mA/cm2，电镀时间t＝1-100min。
9.根据权利要求1所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于激光光源的波长为300-800nm，脉宽100fs-100ns，单脉冲能量100-600μJ，重复频率0.1-10kHz，激光器波长大于半导体单晶材料禁带宽度对应的波长。
...【技术特征摘要】
1.一种基于应力层的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于其步骤包括：
2.根据权利要求1所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所述应力层为金属粘附层、金属籽晶层、电镀金属层的三层结构，其中金属粘附层附着在半导体单晶材料表面。
3.根据权利要求2所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所述金属粘附层为蒸镀或沉积在半导体单晶材料表面的金属ti层，厚度为50-100nm。
4.根据权利要求2所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所述金属籽晶层为蒸镀或沉积在金属粘附层表面的金属ni层，厚度为50-1000nm。
5.根据权利要求2所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所述电镀金属层为电镀在金属籽晶层表面的金属ni层，厚度为1-200μm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的半导体单晶材料激光剥离方法，其特征在于所...
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