CN109192670A

CN109192670A - 柔性半导体复合薄膜及其制备方法

Info

Publication number: CN109192670A
Application number: CN201810941708.5A
Authority: CN
Inventors: 欧欣; 林家杰; 张师斌; 伊艾伦; 周鸿燕; 王成立; 王曦
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2019-01-11

Abstract

本发明提供一种柔性半导体复合薄膜及制备方法，柔性半导体复合薄膜的制备包括：提供一异质复合结构，包括牺牲衬底以及位于牺牲衬底表面的异质薄膜，牺牲衬底具有一刻蚀面，牺牲衬底中形成有自刻蚀面向内延伸的凹槽结构，异质薄膜位于刻蚀面的表面；提供一柔性衬底，将柔性衬底与异质薄膜远离刻蚀面的一侧相结合；采用腐蚀工艺腐蚀牺牲衬底，实现异质薄膜与牺牲衬底的分离，得到柔性半导体复合薄膜。本发明的柔性半导体复合薄膜及制备，通过在牺牲衬底(如氧化层)中光刻凹槽结构，增加了后期腐蚀的速率，也保证制得柔性半导体薄膜的完整性；将离子注入剥离制备异质复合结构与化学腐蚀结合，使得该柔性单晶半导体薄膜的制备可以覆盖大部分半导体。

Description

柔性半导体复合薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体材料制备技术领域，特别是涉及一种柔性半导体复合薄膜及制备方法。

背景技术

传统的微电子采用的都是较硬的硅基板、玻璃和有机塑料等作为基材，能够避免器件在使用过程中的损坏，然而，同样也产生了产品的厚度过大和弯曲性低的弱点，这限制了微电子器件在更大领域的应用。近来，随着人工智能得到了广泛的重视，柔性智能可穿戴产品得到了快速的发展，因此，使得微电子器件在智能化、便携性、轻量化、符合人体工程设计已成为发展趋势。

柔性器件的制备基础是实现柔性材料的制备。在20世纪初，研究发现有机电子材料在保持一定的电学特征的同时还具有有机材料本身的柔韧性，但由于有机电子材料的本身特性限制，依然无法匹配无机单晶半导体材料的高性能。然而，无机单晶半导体材料多为脆性材料，无法满足柔性电子需求，将单晶半导体薄膜同柔性衬底材料结合，可以实现半导体材料的柔性化，但是，由于柔性衬底材料本身耐热性较差，很难通过生长的方法在柔性衬底材料表面上生长一层单晶半导体薄膜。现在，大部分采用的方法由于不同材料生长工艺等的限制，很难实现不同柔性半导体薄膜的制备，而且现有的打孔腐蚀会严重破坏单晶薄膜的完整性。

因此，如何提供一种柔性半导体复合薄膜及可以制备完整的柔性半导体复合薄膜的方法，以解决上述技术问题，并可以覆盖大部分半导体实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种柔性半导体复合薄膜及其制备方法，用于解决现有技术中难以获得柔性无机半导体薄膜复合衬底及容易在制备过程中破坏无机半导体薄膜的完整性等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柔性半导体复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一异质复合结构，所述异质复合结构包括牺牲衬底以及位于所述牺牲衬底表面的异质薄膜，其中，所述牺牲衬底具有一刻蚀面，且所述牺牲衬底中形成有自所述刻蚀面向内延伸的凹槽结构，所述异质薄膜位于所述刻蚀面的表面；

2)提供一柔性衬底，将所述柔性衬底与所述异质薄膜远离所述刻蚀面的一侧相结合；

3)采用腐蚀工艺腐蚀所述牺牲衬底，以实现所述异质薄膜与所述牺牲衬底的分离，获得包括所述柔性衬底及所述异质薄膜的柔性半导体复合薄膜。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述异质复合结构的制备方法包括如下步骤：

1-1)提供一键合衬底，且所述键合衬底具有一离子注入面，并自所述离子注入面对所述键合衬底进行离子注入，以在所述键合衬底的预设深度处形成一缺陷层；

1-2)提供所述牺牲衬底，并将所述键合衬底的所述离子注入面与所述牺牲衬底的所述刻蚀面进行键合；以及

1-3)沿所述缺陷层剥离部分所述键合衬底，使所述键合衬底的一部分转移至所述牺牲衬底上，以获得包括所述牺牲衬底以及位于所述牺牲衬底表面的异质薄膜的所述异质复合结构，其中，所述异质薄膜由转移至所述牺牲衬底上的所述键合衬底构成。

作为本发明的一种优选方案，步骤1-2)中，进行所述键合的键合方式包括直接键合；所述直接键合的方式包括亲水性键合及疏水性键合中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤1-1)中，进行所述离子注入的方式包括氢离子注入、氦离子注入及氢氦离子共注入中的任意一种；步骤1-3)中，通过对步骤1-2)得到的结构进行退火处理，以沿所述缺陷层剥离部分所述键合衬底，其中，所述退火处理的方式包括低温退火与高温退火相结合的方式。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述异质薄膜的材料包括Si、Ge、III-V族化合物、SiC、LiNbO₃以及LiTaO₃中的任意一种；步骤2)中，所述柔性衬底的材料包括聚二甲硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯乙二醇、聚醚砜以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种的组合。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述凹槽结构的端部开口延伸至所述牺牲衬底的外侧壁上。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述凹槽结构的形状包括条形、环形或不规则形；所述凹槽结构的深度介于10nm～5μm之间。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述凹槽结构包括若干个平行等间距排布的第一凹槽单元。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中的所述凹槽结构还包括若干个平行等间距排布的第二凹槽单元，其中，所述第一凹槽单元与所述第二凹槽单元交叉设置。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，采用黏附剂实现所述柔性衬底与所述异质薄膜远离所述刻蚀面的一侧的结合；所述的黏附剂包括苯丙环丁烯、聚二甲硅氧烷、紫外固化黏附层以及铟锡氧化物中的至少一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述腐蚀工艺包括采用腐蚀剂进行化学腐蚀的工艺，其中，所述腐蚀剂氢氟酸、BOE以及碱性溶液中的至少一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述牺牲衬底包括支撑衬底层及氧化层，其中，所述凹槽结构形成于所述氧化层中，且步骤3)中，通过所述腐蚀剂腐蚀掉所述氧化层，以实现所述异质薄膜与所述牺牲衬底的分离。

如上所述，本发明的柔性半导体复合薄膜及制备方法，具有以下有益效果：本发明提供的柔性半导体复合薄膜及制备方法，通过在牺牲衬底(如氧化层)中光刻凹槽结构，增加了后期腐蚀的速率，同时也保证制得柔性半导体薄膜的完整性；将离子注入剥离制备异质复合结构与化学腐蚀结合，使得该柔性单晶半导体薄膜的制备可以覆盖大部分半导体。

附图说明

图1显示为本发明提供的柔性半导体复合薄膜的制备工艺流程图。

图2显示为本发明的柔性半导体复合薄膜制备中提供异质复合结构的示意图。

图3显示为本发明的异质复合结构制备中提供键合衬底的结构示意图。

图4显示为本发明的异质复合结构制备中自离子注入面进行离子注入的结构示意图。

图5显示为本发明的异质复合结构制备中提供牺牲衬底的结构示意图。

图6显示为本发明的异质复合结构制备中提供的另外一种牺牲衬底的结构示意图。

图7显示为本发明的异质复合结构制备中将键合衬底与牺牲衬底键合的结构示意图。

图8显示为本发明的异质复合结构制备中剥离键合衬底的结构示意图。

图9显示为本发明的一示例中制备得到的异质复合结构的示意图。

图10显示为本发明的柔性半导体复合薄膜制备中异质复合结构与柔性衬底结合的图示。

图11显示为本发明的柔性半导体复合薄膜制备中去除牺牲衬底得到柔性半导体复合薄膜的示意图。

元件标号说明

100 异质复合结构

101 牺牲衬底

101a 刻蚀面

102 异质薄膜

103 凹槽结构

104 支撑衬底层

105 氧化层

200 键合衬底

200a 离子注入面

201 缺陷层

202 键合衬底余料

203 注入损伤层

300 黏附剂

400 柔性衬底

S1～S3 步骤1)至步骤3)

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种柔性半导体复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

下面将结合附图详细说明本发明的柔性半导体复合薄膜的制备工艺。

首先，如图1中的S1及图2所示，进行步骤1)，提供一异质复合结构100，所述异质复合结构100包括牺牲衬底101以及位于所述牺牲衬底101表面的异质薄膜102，其中，所述牺牲衬底101具有一刻蚀面101a，且所述牺牲衬底101中形成有自所述刻蚀面101a向内延伸的凹槽结构103，所述异质薄膜102形成于所述刻蚀面101a的表面。

作为示例，步骤1)中，所述异质薄膜102的材料包括Si、Ge、III-V族化合物、SiC、LiNbO₃以及LiTaO₃中的任意一种。另外，所述牺牲衬底101包括硅衬底、氧化硅衬底以及硅层与氧化硅层构成的叠层结构衬底中的任意一种。

具体的，首先提供一异质复合结构100，所述异质复合结构100包括一所述异质薄膜102，本发明中，基于所述异质薄膜102最终获得柔性半导体复合薄膜，其中，在一示例中，所述异质薄膜102的材料包括Si、Ge、III-V族化合物、SiC、LiNbO₃以及LiTaO₃中的任意一种，当然，也可以是其他的材料的异质薄膜102，并不依次为限。另外，所述牺牲衬底101在后续形成柔性半导体复合薄膜的过程中最终被去除。

作为示例，步骤1)中，所述凹槽结构103的端部开口延伸至所述牺牲衬底的外侧壁上。

作为示例，步骤1)中，所述凹槽结构103的形状包括条形、环形或不规则形。

作为示例，步骤1)中，所述凹槽结构103的深度介于10nm～5μm之间。

作为示例，步骤1)中，所述凹槽结构103包括若干个平行等间距排布的第一凹槽单元。

作为示例，步骤1)中，所述凹槽结构103还包括若干个平行等间距排布的第二凹槽单元，其中，所述第一凹槽单元与所述第二凹槽单元交叉设置。

具体的，所述异质复合结构100还包括一牺牲衬底101，所述牺牲衬底101最终会与所述异质薄膜102分离，本示例中，设置一种具有凹槽结构103的所述牺牲衬底101，所述凹槽结构103有利于所述牺牲衬底101与所述异质薄膜102的分离，如增加了后期腐蚀的速率，另外，采用设置凹槽结构的方式也保证制得柔性单晶半导体薄膜的完整性，其中，所述凹槽结构103形成于所述牺牲衬底101的所述刻蚀面101a的一侧，在一示例中，自所述刻蚀面101a刻蚀所述牺牲衬底101，刻蚀工艺包括干法刻蚀及湿法刻蚀中的任意一种。

另外，在一较佳的示例中，所述凹槽结构103的端部开口延伸至所述牺牲衬底101的外侧壁上，使得凹槽结构与外界连通，从而使得后续的腐蚀过程中，有利于腐蚀液自端口进入所述凹槽结构，从而增大腐蚀界面，进一步提高腐蚀效率。所述凹槽结构103可以是一条槽结构，其两端均延伸至牺牲衬底的外侧壁上，当所述凹槽结构为一条槽结构时，其形状可以是直线型，可以是弯曲形状，均依据实际情况选择，当然，所述凹槽结构103也可以是多条槽结构构成的，在一较佳的实施例中，所述凹槽结构103包括若干个等间距平行排布的第一凹槽单元(图中未示出)，其排列的间距依据实际需求设计，在此不做具体限定；在又一较佳的实施例中，所述凹槽结构103包括若干个等间距平行排布的第一凹槽单元以及若干个等间距平行排布的第二凹槽单元，其中，所述第一凹槽单元沿第一方向排布，所述第二凹槽单元沿第二方向排布，且第一方向与第二方向相互垂直，当然也可以以其他角度交叉，这样，便形成有多条均匀排布的通道，有利于增加腐蚀液的腐蚀面积，有利于提高腐蚀效率，进一步优选每一条凹槽单元的端部开口均延伸至所述牺牲衬底101的外壁。另外，所述凹槽结构103的深度优选介于1000nm～4000nm之间，从而可以在保证牺牲衬底强度的条件下，有效的发挥所述凹槽结构的作用。

作为示例，步骤1)中，所述牺牲衬底101包括支撑衬底层104及氧化层105，其中，所述凹槽结构103形成于所述氧化层105中，且步骤3)中，通过所述腐蚀工艺腐蚀所述氧化层105，以实现所述异质薄膜102与所述牺牲衬底101的分离。

具体的，在一较佳的实施例中，所述牺牲衬底101包括支撑衬底层部分及氧化层部分，其中，该示例中，所述氧化层105部分用于实现所述牺牲衬底101与所述异质薄膜102的分离，从而可以基于材料的选择，一方面，可以进一步提高腐蚀剂的腐蚀效率，另一方面，可以进一步有利于提高异质薄膜102的完整性。其中，所述氧化层105的材料可以选择为氧化硅。所述支撑衬底层104的材料可以选择为硅，但并不以此为限。优选地，所述凹槽结构103的底部高于所述氧化层105的底部，即所述凹槽结构103的深度小于所述氧化层105的厚度，进一步优选地，所述凹槽结构103的深度大于所述氧化层105厚度的2/3，从而可以保证腐蚀的均匀稳定性，进一步保证柔性半导体复合薄膜的完整性。

如图3-9所示，作为示例，步骤1)中，所述异质复合结构100的制备方法包括如下步骤：

1-1)提供一键合衬底200，且所述键合衬底200具有一离子注入面200a，并自所述离子注入面200a对所述键合衬底200进行离子注入，以在所述键合衬底200的预设深度处形成一缺陷层201，如图3及图4所示；

1-2)提供所述牺牲衬底101，并将所述键合衬底200的所述离子注入面200a与所述牺牲衬底101的所述刻蚀面101a进行键合，如图5-7所示；以及

1-3)沿所述缺陷层201剥离部分所述键合衬底200，使所述键合衬底200的一部分转移至所述牺牲衬底101上，以获得包括所述牺牲衬底101以及位于所述牺牲衬底101表面的异质薄膜102的所述异质复合结构100，其中，所述异质薄膜102由转移至所述牺牲衬底101上的所述键合衬底构成，如图8及图9所示。

具体的，本示例提供了一种制备所述异质复合结构100的方法，在步骤1-1)中，所述键合衬底200用于提供最终需要的所述异质薄膜102，其材料与异质薄膜102的材料选择一致，所述键合衬底200具有上表面及下表面，均可作为离子注入面200a，本实施例中，选取其上表面为所述离子注入面200a。另外，所述键合衬底200优选为单晶衬底，这是由于，无机单晶半导体材料相对于有机电子材料等具有优异的高性能。

接着，自所述注入面200a进行离子注入，进行所述离子注入的方式包括氢离子注入、氦离子注入及氢氦离子共注入中的任意一种。其中，所述预设深度是指离子注入后形成的所述缺陷层201与所述键合衬底200的离子注入面200a之间的距离，所述预设深度依据实际需要制备的薄膜异质结构而设定，在离子从所述注入面注入时，离子注入的能量足以使注入离子达到该预设深度，并在所述预设深度处形成所述注入缺陷层。

另外，进行所述离子注入的方式可以为单一的氢离子或者氦离子的注入，还可以是两种离子的共注入的方式，当采用两种离子共注入的方式时，二者的注入顺序可以依据实际需求调整，即所述氢离子的注入可以在所述氦离子的注入之前进行，也在所述氦离子的注入之后进行，还可以与所述氦离子的注入同时进行。

在一示例中，在所述离子注入面200a进行单类型离子注入，所注入的离子为氢(H)离子，所述氢离子可以在后续将所述键合衬底剥离的原理为利用氢离子会对剥离深处(即所述缺陷层201)的晶格形成破坏作用而实现。即，在进行离子注入的过程中，离子进入其原子间隙形成微型缺陷(所述缺陷层)，离子注入形成的注入缺陷层多为纳米级空洞缺陷，材料在此界面依然具有较强的机械强度，在后续的处理过程中，这些微缺陷会聚集结合，形成平台型的缺陷，转变成连续缺陷层。又由于形成所述缺陷层的深度由离子注入的能量决定，而能否形成分离所需的缺陷密度由离子注入的剂量决定，因此，在离子注入的过程中要选择合适的离子注入剂量和离子注入能量。

在另一示例中，在所述离子注入面200a进行两种类型离子的共注入，注入的离子为氢离子及氦离子，其中，在一种方式中，所述氢离子如上所述用于形成缺陷，所述缺陷在所述缺陷层内呈高斯分布；而所述氦离子属于惰性元素，所述氦离子可以被所述氢离子形成的平台缺陷捕获并通过物理作用使这些平台型缺陷扩大并相互结合，最终形成可以分离所述键合衬底的裂痕，进而促进部分所述键合衬底从缺陷浓度最大处实现剥离。在所述离子注入面进行氢离子及氦离子共注入，所述氦离子可以被所述氢离子形成的缺陷捕获，进而进入原子间隙中并施加压强，相当于在所述氢离子已产生的缺陷内部施加了一额外的作用力，可以有效地促进所述键合衬底在离子注入剂量较低的情况下剥离，即可以有效地降低离子注入的总剂量，进而缩短了制备周期，节约了生产成本。

优选地，为了使得注入的所述氦离子容易被所述氢离子形成的缺陷所捕获，或注入的所述氢离子容易被所述氦离子形成的缺陷所捕获，所述氦离子注入的深度需与所述氢离子注入的深度相同或相近，即需要保证所述氦离子的射程(Rp)在所述氢离子注入的射程附近。

接着，将所述键合衬底200的所述离子注入面200a与所述牺牲衬底101的所述刻蚀面101a进行键合。作为示例，步骤1-2)中，进行所述键合的键合方式包括直接键合。

作为示例，所述直接键合的方式包括亲水性键合及疏水性键合中的任意一种。

具体的，该步骤中，进行所述键合衬底200与所述牺牲衬底101的键合，在一较佳的实施例中，采用直接键合的方式将二者结合，本发明的结构中，采用直接键合的方式。直接键合会使工艺过程更加简单有效，避免工艺繁琐引入其它问题，而且直接键合可以保证后期制备的柔性薄膜表面洁净，不需要进一步的表面处理。进一步地，所述直接键合的方式包括亲水性键合及疏水性键合中的任意一种，依据实际情况选择。

最后，沿所述缺陷层201剥离部分所述键合衬底200，使所述键合衬底200的一部分转移至所述牺牲衬底101上，以获得所述异质复合结构100。

作为示例，步骤1-3)中，通过对步骤1-2)得到的结构进行退火处理，以沿所述缺陷层201剥离部分所述键合衬底200，其中，在一优选实施例中，所述退火处理包括低温退火与高温退火相结合的方式。当然，也可以采用直接进行高温退火剥离的方式，不以此为限。

具体的，本步骤中通过退火处理的方式剥离所述键合衬底，在一优选的实施例中，采用两段式退火的方式，先于第一温度下进行退火，再于第二温度下进行退火，其中，所述第一温度低于所述第二温度，先在较低的温度(如所述第一温度)下进行较长时间的退火，可以使所述H离子和He离子有足够的迁移能量形成缺陷，即促进H或He在材料中的扩散并与材料中的缺陷结合，但又保证不至于使大量所述H离子和所述He离子逃逸出所述衬底；进而再在较高的温度(如所述第二温度)下进行退火，可使形成的所述缺陷层201中的缺陷连城一条缺陷带，以致产生剥离。其中，在退火过程中，H和/或He的聚集会受热膨胀，增加缺陷内部的压强，导致化学键的断裂及缺陷的增值，在缺陷层处形成平台型的缺陷带，并最终导致异质薄膜的剥离。从而，低温预退火与高温后退火结合的复合退火过程与直接退火过程相比，可以更加缩短退火时间，另外，所述退火工艺优选在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行。

另外，将所述键合衬底200转移到所述牺牲衬底101后，一部分所述键合衬底200键合于牺牲衬底101上，作为后续需要的异质薄膜102，另一部分余料，即键合衬底余料202经过处理后可以循环利用，如作为图3中的键合衬底200继续使用。

继续，如图1中的S2及图10所示，进行步骤2)，提供一柔性衬底400，将所述柔性衬底400与所述异质薄膜102远离所述刻蚀面101a的一侧相结合。

作为示例，步骤2)中，所述柔性衬底400的材料包括聚二甲硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯乙二醇、聚醚砜以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种的组合。

作为示例，步骤2)中，采用黏附剂300实现将所述柔性衬底400与所述异质薄膜102远离所述刻蚀面101a的一侧相结合。

作为示例，所述的黏附剂300包括苯丙环丁烯、聚二甲硅氧烷、紫外固化黏附层以及铟锡氧化物中的至少一种。

具体的，该步骤中，将柔性衬底400与异质薄膜102的另一表面相结合，优选地，采用粘附剂300将二者粘合在一起。其中，所述柔性衬底400可以是上述任意一种材料构成的材料层，也可是上述材料所构成的材料层的叠层结构，依据实际需求选择，采用黏附剂300的方式，可以简单有效的实现复合材料的结合，且有利于保证材料的完整性，此外，还可以直接进行后续应用，不影响复合薄膜性能的发挥。

最后，如图1中的S3及图11所示，进行步骤3)，采用腐蚀工艺腐蚀所述牺牲衬底101，以实现所述异质薄膜102与所述牺牲衬底101的分离，得到包括所述柔性衬底400及所述异质薄膜102的柔性半导体复合薄膜。

作为示例，步骤3)中，所述腐蚀工艺包括采用腐蚀剂进行化学腐蚀的工艺，其中，所述腐蚀剂氢氟酸、BOE(Buffered Oxide Etch，缓冲氧化物刻蚀液)以及碱性溶液中的至少一种，依据实际需要腐蚀的材料进行选择。

具体的，该步骤中，最终得到所述柔性半导体复合薄膜，基于腐蚀剂的腐蚀，实现所述异质薄膜102与所述牺牲衬底101的分离，最终得到了异质薄膜102和柔性衬底400结合的柔性半导体复合薄膜，其中，在一示例中，在所述异质复合结构100的制备过程中，还存在一注入损伤层203，这部分材料层会保存在所述柔性半导体复合薄膜中。将离子注入剥离制备异质复合结构与化学腐蚀结合，使得该柔性单晶半导体薄膜的制备可以覆盖大部分半导体。

另外，本发明还提供一种柔性半导体复合薄膜，优选采用本发明提供的柔性半导体复合薄膜制备方法制备得到，所述柔性半导体复合薄膜包括柔性衬底400及位于所述柔性衬底400上的异质薄膜102，当然，二者之间还可以包括将二者粘附在一起的粘附剂300，当然，也可以存在制备过程中的其他材料层，依据实际情况选择。

综上所述，本发明提供一种柔性半导体复合薄膜及制备方法，制备方法包括步骤：1)提供一异质复合结构，所述异质复合结构包括所述牺牲衬底以及位于所述牺牲衬底表面的异质薄膜，其中，所述牺牲衬底具有一刻蚀面，且所述牺牲衬底中形成有自所述刻蚀面向内延伸的凹槽结构，所述异质薄膜位于所述刻蚀面的表面；2)提供一柔性衬底，将所述柔性衬底与所述异质薄膜远离所述刻蚀面的一侧相结合；3)采用腐蚀工艺腐蚀所述牺牲衬底，以实现所述异质薄膜与所述牺牲衬底的分离，获得包括所述柔性衬底及所述异质薄膜的柔性半导体复合薄膜，本发明提供的柔性半导体复合薄膜及制备方法，通过在牺牲衬底(如氧化层)中光刻凹槽结构，增加了后期腐蚀的速率，同时也保证制得柔性单晶半导体薄膜的完整性；将离子注入剥离制备异质复合结构与化学腐蚀结合，使得该柔性半导体薄膜的制备可以覆盖大部分半导体。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述异质复合结构的制备方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1-2)中，进行所述键合的键合方式包括直接键合；所述直接键合的方式包括亲水性键合及疏水性键合中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1-1)中，进行所述离子注入的方式包括氢离子注入、氦离子注入及氢氦离子共注入中的任意一种；步骤1-3)中，通过对步骤1-2)得到的结构进行退火处理，以沿所述缺陷层剥离部分所述键合衬底，其中，所述退火处理的方式包括低温退火与高温退火相结合的方式。

5.根据权利要求1所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述异质薄膜的材料包括Si、Ge、III-V族化合物、SiC、LiNbO₃以及LiTaO₃中的任意一种；步骤2)中，所述柔性衬底的材料包括聚二甲硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯乙二醇、聚醚砜以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种的组合。

6.根据权利要求1所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述凹槽结构的端部开口延伸至所述牺牲衬底的外侧壁上。

7.根据权利要求1所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述凹槽结构的形状包括条形、环形或不规则形；所述凹槽结构的深度介于10nm～5μm之间。

8.根据权利要求1所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述凹槽结构包括若干个平行等间距排布的第一凹槽单元。

9.根据权利要求8所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中的所述凹槽结构还包括若干个平行等间距排布的第二凹槽单元，其中，所述第一凹槽单元与所述第二凹槽单元交叉设置。

10.根据权利要求1所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用黏附剂实现所述柔性衬底与所述异质薄膜远离所述刻蚀面的一侧的结合；所述的黏附剂包括苯丙环丁烯、聚二甲硅氧烷、紫外固化黏附层以及铟锡氧化物中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述腐蚀工艺包括采用腐蚀剂进行化学腐蚀的工艺，其中，所述腐蚀剂氢氟酸、BOE以及碱性溶液中的至少一种。

12.根据权利要求1-11中任意一项所述的柔性半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述牺牲衬底包括支撑衬底层及氧化层，其中，所述凹槽结构形成于所述氧化层中，且步骤3)中，通过所述腐蚀工艺腐蚀所述氧化层，以实现所述异质薄膜与所述牺牲衬底的分离。