[发明专利]半导体器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制备方法。

背景技术

在半导体器件中，例如薄膜型光伏电池(Photovoltaic Solar Cell)、发光二极管(Light Emission Diode)、激光二极管(Laser Diode)、光探测器(Photo Detector)、晶体管(Transistor)等的制备过程中，往往涉及在昂贵单晶半导体衬底上制作半导体器件的功能层的步骤。制备完成的半导体器件或功能层需要从衬底上剥离，以实现衬底的重复利用，特别对于价格昂贵的衬底材料尤其如此。

以砷化镓薄膜电池为例，在光伏领域，基于砷化镓的三结电池是目前转换效率最高的电池技术，理论效率63％，目前最高已实现的最高效率为43.5％。虽然砷化镓电池在光伏领域拥有无法替代的地位和价值，但是因为材料昂贵，单位面积电池成本高，限制其大规模应用。以砷化镓三结电池为例，砷化镓电池中用以实现光电转换功能的薄膜厚度只需要10微米左右，另外500-600微米的砷化镓单晶材料只是作为衬底实现机械支撑的功能。为了降低电池制造成本，目前普遍采用衬底剥离技术，把实现光电转换功能的薄膜(厚度为10微米左右)从厚度为500-600微米的砷化镓单晶衬底分离，然后把该薄膜粘附在具有一定机械强度的廉价衬底上，如玻璃、金属片等；电池薄膜和衬底分离后，该衬底可以多次重复使用，从而大大降低电池的制造成本。衬底剥离技术基本步骤如下：

1)在500-600微米厚的砷化镓(GaAs)衬底上先生长一层和砷化镓晶格常数非常接近的砷化铝(AlAs)或砷化镓铝(Al_XGa_1-XAs)，其中X需要大于0.6，厚度在10到100纳米之间，作为单晶牺牲层。

2)在牺牲层上进一步生长具有电池功能的砷化镓外延层，包括GaAs，Al_xGa_1-xAs(x＜0.55)，GaInP，AlInP，AlGaInP，InGaAs，AlGaInAs，AlInAs，AlInAsP，GaInAsP，AlGaAsP等。

3)砷化铝(AlAs)或砷化镓铝(Al_XGa_1-XAs，x＞0.6)非常容易被含有氢氟酸的溶液腐蚀，而砷化镓(GaAs)非常难以被氢氟酸腐蚀，腐蚀选择比大于10⁸。利用氢氟酸对砷化铝(AlAs)和砷化镓(GaAs)的选择性腐蚀特性，腐蚀砷化铝牺牲层，实现砷化镓电池外延层和衬底的剥离。

目前主要普遍采用整片电池和衬底剥离的方法。比如目前工业生产的砷化镓衬底片，其直径都在大约4英寸(10cm)，腐蚀溶液从两侧沿着厚度为小于100纳米的牺牲层进行腐蚀，腐蚀穿透10cm直径的时间非常长，一般需要48小时以上。腐蚀时间过长，导致腐蚀溶液有可能从电池功能层材料的缺陷处穿透电池功能层材料，使电池片穿孔断裂等，导致成品率很低。

发明内容

本发明旨在提供一种半导体器件的制备方法，其中，在半导体器件的制备过程中，能够快速、均匀地剥离衬底，从而提高半导体器件的生产效率和成品率。

根据本发明的一个方面，提供一种半导体器件的制备方法，包括以下步骤：

a)提供第一半导体衬底；

b)在第一半导体衬底上制备单晶牺牲层；

c)在单晶牺牲层上制备半导体器件的功能层；

d)将半导体器件的功能层分离成具有预定阵列图案的半导体器件的功能单元，并暴露各功能单元之间的单晶牺牲层；

e)采用腐蚀溶液腐蚀单晶牺牲层，实现第一半导体衬底与半导体器件的功能层的剥离。

根据本发明的一个实施例的半导体器件的制备方法，在上述步骤d)中，通过去除半导体器件的功能层中除所述预定陈列图案以外的部分来形成具有所述预定阵列图案的分立的半导体器件的功能单元。

根据本发明的一个实施例的半导体器件的制备方法，其中，采用光刻工艺，在半导体器件的功能层上形成具有所述预定陈列图案的光刻胶图案；去除半导体器件的功能层中未被光刻胶覆盖的部分，以形成具有所述预定阵列图案的分立的半导体器件的功能单元。

根据本发明的一个实施例的半导体器件的制备方法，其中，在上述步骤c)和d)之间，还包括步骤：在半导体器件的功能层上制备具有所述预定阵列图案的金属支撑层。

根据本发明的一个实施例的半导体器件的制备方法，其中，在上述步骤d)中，通过去除半导体器件的功能层中除具有所述预定陈列图案的金属支撑层以外的部分，形成具有所述预定阵列图案的分立的半导体器件的功能单元。