[0001] 本发明特别涉及一种用于电化学剥离制备纳米薄膜器件的外延结构及剥离方法，属于半导体器件技术领域。

[0002] GaN具有电子迁移率高、带隙宽、临界击穿场强和物理化学性质稳定等优点，这对发光二极管（LED）、场效应晶体管（FET）、肖特基二极管（SBD）等电力电子器件非常有利。由于缺乏天然衬底，Ⅲ族氮化物一般生长在异质衬底上，如蓝宝石、硅、碳化硅等。但是一般衬底的低热导率会导致器件在大功率工作条件下出现严重的性能热退化，所以开发一种低成本温和（不损伤器件外延层）的去除衬底技术尤为重要。制备的超薄器件可以和柔性衬底键合制备柔性器件，与高热导率衬底（如：金刚石）键合改善器件热可靠性。

[0003] 氢化物气相外延（HVPE）因其生长速度快、晶圆尺寸大而被认为是商业化制备自支撑GaN衬底的一种很有前途的方法。然而，用这种方法生长的独立GaN衬底成本很高，不利于大规模应用。目前，已经发展了激光剥离（LLO）方法来分离蓝宝石衬底制备独立的GaN衬底。LLO方法利用大功率紫外激光在蓝宝石与GaN的界面处分解GaN，实现衬底与外延层的分离。
用这种方法的成本和高，且高温会导致GaN开裂，且不适用于在SiC, Si上分离。采用ICP刻蚀去除衬底的方法。刻蚀速率难以控制，极易损伤上层器件层。

[0004] 电化学剥离是一种利用半导体掺杂选择性刻蚀技术，该温和无损的剥离技术在制备纳米级器件薄膜更为妥当且不考虑衬底的种类。但横纵刻蚀比关乎到器件层损伤问题，且一般酸性腐蚀液会沿着位错纵向刻蚀贯穿整个器件层，所以设计一种适用于电化学剥离制备纳米薄膜器件的外延结构显得尤为重要。稳定可靠的阳极接触是长时间晶圆级电化学刻蚀的前提，所以电极结构的设计是电化学刻蚀的关键。

[0010] 鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

[0011] 本发明实施例的第一个方面提供了一种适用于电化学剥离制备纳米薄膜器件的外延结构，其包括：外延结构主体和阳极场板，所述外延结构主体包括衬底、牺牲层和器件结构层，所述牺牲层层叠设置在所述衬底上，所述器件结构层包括沿所述外延结构主体的纵向依次层叠设置在所述牺牲层上的绝缘埋层、器件层和绝缘保护层，其中，所述牺牲层背对所述衬底的表面具有沿所述外延结构主体的横向依次设置的第一区域和第二区域，所述第一区域被所述器件结构层覆盖，所述器件结构层靠近所述第二区域的一侧与所述牺牲层形成台阶结构，并且，所述器件结构层靠近所述第二区域的选定侧壁是倾斜的，所述阳极场板连续覆盖所述台阶结构，且与所述器件结构层、所述牺牲层形成欧姆接触。

[0012] 进一步的，所述器件结构层靠近所述第二区域的选定侧壁的倾斜角度为30°75°。~

[0013] 进一步的，所述器件结构层靠近所述第二区域的侧面作为所述外延片/外延结构的定位边，即通过切除一部分器件结构层作为定位边（因为每个晶圆都要切割一小部分作2 2
为定位边，例如2、4、6、8寸晶圆为了切割定位边损失的面积分别为189mm 、757 mm 、1684 
2 2
mm、2677mm），同时，被切除部分下方的牺牲层被暴露，剩余器件结构层与牺牲层即形成台阶结构。

[0014] 进一步的，所述阳极场板的厚度是均匀的，所述阳极场板覆盖所述器件结构层倾斜的选定侧壁的部分整体也是倾斜设置的。

[0015] 进一步的，所述阳极场板包括依次设置的第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分覆盖所述牺牲层的第二区域，所述第二部分覆盖所述器件结构层倾斜的选定侧壁，所述第三部分设置在所述器件结构层背对所述牺牲层的顶部端面，所述第二部分整体是倾斜的，且所述第二部分的倾斜角度与所述器件结构层选定侧壁的倾斜角度相同。

[0016] 进一步的，所述绝缘埋层、所述绝缘保护层的厚度不低于200nm。

[0017] 进一步的，所述绝缘埋层的厚度为200‑500nm。

[0018] 进一步的，所述绝缘保护层的厚度为200‑500nm。

[0019] 进一步的，所述绝缘埋层和所述绝缘保护层的材质包括氧化硅。

[0020] 进一步的，所述台阶结构是通过刻蚀除去所述器件结构层的一部分形成的。

[0021] 进一步的，所述牺牲层是n型重掺杂的，所述牺牲层的n型掺杂浓度≥ 5*e18/cm3。

[0022] 进一步的，在保证晶体质量的前提下，所述牺牲层的n型掺杂浓度越高越好，综合3 3
工艺条件等因素，所述牺牲层的n型掺杂浓度优选为 5*e18/cm 5*e19/cm。
~

[0023] 进一步的，所述牺牲层的厚度为1.5μm 3μm。~

[0024] 进一步的，所述牺牲层为n++ GaN 牺牲层。

[0025] 进一步的，所述外延结构主体还包括缓冲层，所述缓冲层层叠设置在所述衬底上。

[0026] 进一步的，所述缓冲层包括GaN缓冲层。

[0027] 本发明实施例的第二个方面提供了一种电化学剥离制备纳米薄膜器件的方法，其包括：提供电化学腐蚀装置和所述的适用于电化学剥离制备纳米薄膜器件的外延结构，将所述外延结构浸没在电化学腐蚀装置的电解液中，以及，将所述外延结构的阳极场板与所述电化学腐蚀装置的阳极电连接，将所述电化学腐蚀装置的阴极置于所述电解液中，使所述牺牲层被腐蚀除去，从而释放所述器件结构层。

[0028] 如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本发明实施例所采用的外延结构的制备工艺以及刻蚀工艺及其设备、电化学腐蚀装置等均是本领域技术人员已知的。

[0029] 在一较为具体的实施方案中，请参阅图1、图2和图3，一种适用于电化学剥离制备纳米薄膜器件的外延结构，其包括外延结构主体和阳极场板，所述外延结构主体包括沿自身纵向依次层叠设置的衬底、缓冲层、牺牲层、器件结构层，其中，所述牺牲层背对所述缓冲层的表面具有沿所述外延结构主体的横向依次邻接设置的第一区域和第二区域，第一区域被器件结构层完全覆盖，所述器件结构层靠近所述第二区域的一侧与所述牺牲层形成台阶结构，并且，所述器件结构层靠近所述第二区域的选定侧壁是倾斜的，所述阳极场板连续覆盖所述台阶结构，且与所述器件结构层、所述牺牲层形成欧姆接触。

[0030] 具体的，所述阳极场板的厚度是均匀的，所述阳极场板覆盖所述器件结构层的选定侧壁的部分整体也是倾斜设置的，阳极场板的倾斜部分的倾斜角度与器件结构层的选定侧壁的倾斜角度相同。更具体的，所述阳极场板包括依次设置的第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分覆盖所述牺牲层的第二区域，所述第二部分覆盖所述器件结构层倾斜的选定侧壁，所述第三部分设置在所述器件结构层背对所述牺牲层的顶部端面，所述第二部分整体是倾斜的，且所述第二部分的倾斜角度与所述器件结构层选定侧壁的倾斜角度相同。

[0031] 更具体的，所述器件结构层靠近所述第二区域的选定侧壁的倾斜角度为30°75°。~
需要说明的是，该选定侧壁的倾斜角度是选定侧壁的延伸方向和外延结构主体的横向所呈夹角的角度。斜场板结构能够缓解电极边缘电场集中效应，提高电极在长时间工作下的稳定性。如图4所示，若选定侧壁的倾斜角度过小，则电极与重掺牺牲层表面接触面积变小，从而导致电流扩展不均匀，若选定侧壁的倾斜角度过大，接触电极的附着力降低，导致场板与接触电极相连处断裂，从而导致场板失效。

[0032] 具体的，所述器件结构层包括沿所述外延结构主体的纵向依次层叠设置在所述牺牲层上的绝缘埋层、器件层和绝缘保护层，绝缘埋层能够使得电化学刻蚀的纵横刻蚀比达到0，可以避免在进行电化学剥离时纵向刻蚀损伤器件层，有效保护器件层的完整性，这对剥离纳米级薄膜至关重要。

[0033] 具体的，所述绝缘埋层和所述绝缘保护层均为氧化硅层，更具体的，所述绝缘埋层的厚度为200‑500nm，所述绝缘保护层的厚度为200‑500nm。

[0034] 具体的，所述牺牲层是n型重掺杂的，例如，所述牺牲层可以为n++ GaN 牺牲层，具3
体的，所述牺牲层的n型掺杂浓度≥ 5*e18/cm ，在保证晶体质量的前提下，所述牺牲层的n
3
型掺杂浓度越高越好，综合工艺条件等因素，所述牺牲层的n型掺杂浓度优选为 5*e18/cm
3
5*e19/cm，所述牺牲层的厚度为1.5μm 3μm。
~ ~

[0035] 具体的，所述缓冲层包括GaN缓冲层等，衬底可以是同质衬底或异质衬底，例如，衬底可以是蓝宝石衬底或氮化镓衬底等。

[0036] 在一较为具体的实施方案中，一种适用于电化学剥离制备纳米薄膜器件的外延结构的制作方法，可以包括如下步骤：3
首先在衬底上依次外延一层缓冲层、牺牲层（n型掺杂浓度为5*e18/cm 5*e19/~
3
cm，厚度1.5 3 µm以上）、绝缘埋层、器件层和绝缘保护层；
~
利用ICP刻蚀技术在晶圆边缘处刻蚀除去一部分绝缘埋层、一部分器件层和一部分绝缘保护层，从而暴露出牺牲层，且使绝缘埋层、器件层和绝缘保护层整体一侧的侧壁呈现倾斜状态，绝缘埋层、器件层和绝缘保护层的一侧与暴露的牺牲层形成台阶结构；示例性的，ICP刻蚀气氛为BCl3 : Cl2 = 20 slm:10 slm，刻蚀腔室的压力10 mtorr，射频功率=100 W，直流电压120V；
制作阳极场板结构，且使阳极场板结构连续覆盖绝缘埋层的顶端面、绝缘埋层、器件层和绝缘保护层刻蚀形成的倾斜侧壁、暴露的牺牲层上，通过退火处理，使阳极场板结构与器件层、牺牲层形成欧姆接触，通过退火形成欧姆接触并提高长时间刻蚀金半接触界面的可靠性。

[0037] 本发明在横向平面大面积制备阳极电极，确保刻蚀电流的均匀性。斜场板结构能够缓解电极边缘电场集中效应，提高电极（该电极指的是整个阳极，即牺牲层表面电极+台面电极+阳极场板）在长时间工作下的稳定性。通过退火形成欧姆接触并提高长时间刻蚀金半接触界面可靠性。SiO2等绝缘介质埋层避免纵向刻蚀损伤器件层，能够使得电化学刻蚀的纵横刻蚀比达到0，这对剥离纳米级薄膜至关重要，有效保护器件层的完整性。以及，本发明可以实现稳定纳米薄膜器件的无损剥离，提高剥离的成功率。

[0038] 应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。