CN115320271A - 一种半导体薄膜的转移印刷方法 - Google Patents

一种半导体薄膜的转移印刷方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种半导体薄膜的转移印刷方法，包括步骤：S1获得具有第一图案的半导体薄膜；S2：在柔性材料表面加工出第二光刻胶；S3：将第二光刻胶与半导体薄膜对准并接触，然后加热并施压，使得第二光刻胶与半导体薄膜表面充分接触；S4：停止加热，降至室温后通过柔性材料将半导体薄膜拾起；S5：将半导体薄膜转移到第二衬底上，加热并施压，使部分第二光刻胶与第二衬底接触并覆盖半导体薄膜；S6：待第二衬底降至室温后将柔性材料缓慢提起；S7：洗去第二光刻胶，使半导体薄膜留在第二衬底上，完成转移。本发明的半导体薄膜的转移印刷方法，通过第二光刻胶与半导体薄膜粘接来进行辅助转移，能有效提高转移印刷的成功率。

Description

一种半导体薄膜的转移印刷方法
技术领域
本发明涉及半导体薄膜制备方法技术领域，更具体地涉及一种半导体薄膜的转移印刷方法。
背景技术
转移印刷技术，即通过在高精度位移台上利用柔性材料如PDMS(聚二甲基矽氧烷)把各种光学材料、电学材料等各种材料的薄膜拾起，然后转移到异质衬底上面。转移印刷技术的成功率受薄膜材料与衬底之间的粘附性影响较大，而粘附性的来源一般是依靠薄膜与衬底之间的范德华力。
对于一些表面比较粗糙的衬底，薄膜与衬底间的范德华力较小，导致薄膜无法转移。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体薄膜的转移印刷方法，利用光刻胶辅助转移，从而提高转移印刷的成功率。
本发明提供一种半导体薄膜的转移印刷方法，包括以下步骤：
S1：获得可供转移印刷的具有第一图案的半导体薄膜；
S2：在柔性材料表面加工出与所述第一图案对应且面积更大的第二光刻胶；
S3：使所述柔性材料上的所述第二光刻胶与所述半导体薄膜对准并接触，然后加热并施加压力，使得所述第二光刻胶与所述半导体薄膜表面充分接触；
S4：停止加热，当所述第二光刻胶降至室温后将所述柔性材料缓慢提起，从而将所述半导体薄膜拾起；
S5：通过所述柔性材料将所述半导体薄膜转移到第二衬底上，加热所述第二衬底并施加压力，使部分第二光刻胶与所述第二衬底接触并覆盖所述半导体薄膜，当完全覆盖所述半导体薄膜后停止加热；
S6：待所述第二衬底降至室温后将所述柔性材料缓慢提起，使所述柔性材料与所述第二光刻胶分离；
S7：洗去所述第二光刻胶，使所述半导体薄膜留在所述第二衬底上，完成转移。
进一步地，所述半导体薄膜为GaAs薄膜、InP薄膜、SiC薄膜、二维材料薄膜或压电材料薄膜。
进一步地，步骤S1进一步包括：
S11：依次在第一衬底上生长缓冲层、牺牲层和半导体薄膜；
S12：依次进行表面清洗、旋涂光刻胶、前烘、光刻和显影，在所述半导体薄膜的表面加工出具有第一图案的第一光刻胶；
S13：利用第一光刻胶作为掩膜，对所述半导体薄膜进行腐蚀或刻蚀，使得所述半导体薄膜具有所述第一图案；
S14：洗去所述第一光刻胶；
S15：对所述牺牲层进行彻底的侧向腐蚀，获得可供转移印刷的具有所述第一图案的半导体薄膜。
进一步地，所述第一衬底和所述缓冲层的材料均为GaAs，所述牺牲层的材料为AlAs。
进一步地，所述第一光刻胶为AZ5214光刻胶。
进一步地，所述柔性材料为PDMS、玻璃或蓝宝石。
进一步地，所述第二光刻胶为AZ4620光刻胶。
进一步地，所述第二衬底的材料为Ⅲ-Ⅴ族材料、Ⅱ-Ⅵ族材料、Ⅳ族材料、玻璃或柔性材料。
进一步地，所述第二衬底的表面为平整的或具有沟槽。
进一步地，步骤S3中，所述第二光刻胶被加热至80摄氏度，步骤S5中，所述第二衬底被加热至110摄氏度。
本发明的半导体薄膜的转移印刷方法，在柔性材料上加工第二光刻胶，通过第二光刻胶与半导体薄膜粘接来进行辅助转移，能有效提高转移印刷的成功率；柔性材料可以是任意能加工光刻胶图案的透明材料，如玻璃、蓝宝石等，大大地提高了该转移印刷方法的应用价值；借助成熟的光刻技术可以加工出任意所需要的半导体薄膜图案，从而将各种大小、形状类型的半导体薄膜进行大规模转移；本发明的转移印刷方法除了能将半导体薄膜转移到平整的衬底表面上，还可以转移到具有沟槽结构的衬底上，应用范围更广。
附图说明
图1为根据本发明实施例的半导体薄膜的转移印刷方法的流程示意图；
图2为根据本发明实施例的半导体薄膜的制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种半导体薄膜的转移印刷方法，包括以下步骤：
S1：获得可供转移印刷的具有第一图案的半导体薄膜20；
半导体薄膜20可以为通过一定方法使之与其衬底相分离的薄膜，例如GaAs薄膜、InP薄膜、SiC薄膜、二维材料薄膜或压电材料薄膜等。
如图2所示，在本实施例中，半导体薄膜20为GaAs薄膜，其通过如下步骤获得：
S11：利用分子束外延技术依次在第一衬底10上生长缓冲层30、牺牲层40和半导体薄膜20；
S12：依次进行表面清洗、旋涂光刻胶、前烘、光刻和显影，在半导体薄膜20的表面加工出具有第一图案的第一光刻胶50；
S13：利用第一光刻胶50作为掩膜，使用腐蚀性化学物(例如配比为H2SO4:H2O2:H2O＝1:10:200的硫酸溶液)对半导体薄膜20进行腐蚀或刻蚀，到牺牲层40处停止，使得半导体薄膜20具有第一图案；
S14：使用丙酮(或去胶液)洗去第一光刻胶50；
S15：使用稀释的氢氟酸溶液(40％HF:H20＝1:9)对牺牲层40进行彻底的侧向腐蚀，从而获得了可供转移印刷的具有第一图案的半导体薄膜20。
在本实施例中，第一衬底10、缓冲层30和半导体薄膜20的材料均为GaAs，牺牲层40则为AlAs。第一光刻胶50为AZ5214光刻胶。
S2：依次进行旋涂光刻胶、前烘、光刻和显影，在柔性材料60表面加工出与第一图案对应且面积更大的第二光刻胶70；
柔性材料可以为PDMS、玻璃或蓝宝石等任意能加工光刻胶图案的透明材料。
在加工第二光刻胶70时，可先将柔性材料60放置在硅片或其他具有一定硬度的支撑物上，从而保证第二光刻胶70的顺利加工。
在本实施例中，第二光刻胶70为AZ4620光刻胶。
S3：在高精度转移平台上使得柔性材料60上的第二光刻胶70与半导体薄膜20对准并接触，然后加热并施加压力(例如加热第一衬底10至80摄氏度，从而将热量传递至第二光刻胶70使得第二光刻胶70被加热至80摄氏度，然后对柔性材料60施加压力)，使得第二光刻胶70与半导体薄膜20表面充分接触；
S4：停止加热，当第二光刻胶70降至室温后将柔性材料60缓慢提起，从而将半导体薄膜20拾起；
S5：通过柔性材料60将半导体薄膜20转移到第二衬底80上，加热第二衬底80至110摄氏度并施加压力，此时第二光刻胶70会具备一定程度的流动性，使部分第二光刻胶70与第二衬底80接触并覆盖整个半导体薄膜20，当完全覆盖半导体薄膜20后停止加热；
第二衬底80可以是任何具有一定粗糙度与洁净度的衬底，包括但不限于各种Ⅲ-Ⅴ族材料、Ⅱ-Ⅵ族材料、Ⅳ族材料、玻璃、柔性材料等。
在本实施例中，第二衬底80具有沟槽。在其他实施例中，第二衬底80的表面也可以是平整的。
S6：停止加热后，第二衬底80将降至室温，然后将柔性材料60缓慢提起，此时柔性材料60将与第二光刻胶70分离，第二光刻胶70和半导体薄膜20则留在第二衬底80上；
S7：使用丙酮(或去胶液)洗去第二光刻胶70，使得半导体薄膜20留在第二衬底80上，完成转移。
本发明实施例的半导体薄膜的转移印刷方法，在柔性材料60上加工第二光刻胶70，通过第二光刻胶70与半导体薄膜20粘接来进行辅助转移，能有效提高转移印刷的成功率；柔性材料60可以是任意能加工光刻胶图案的透明材料，如玻璃、蓝宝石等，大大地提高了该转移印刷方法的应用价值；借助成熟的光刻技术可以加工出任意所需要的半导体薄膜图案，从而将各种大小、形状类型的半导体薄膜进行大规模转移；本发明的转移印刷方法除了能将半导体薄膜转移到平整的衬底表面上，还可以转移到具有沟槽结构的衬底上，应用范围更广。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获得可供转移印刷的具有第一图案的半导体薄膜；
S2：在柔性材料表面加工出与所述第一图案对应且面积更大的第二光刻胶；
S3：使所述柔性材料上的所述第二光刻胶与所述半导体薄膜对准并接触，然后加热并施加压力，使得所述第二光刻胶与所述半导体薄膜表面充分接触；
S4：停止加热，当所述第二光刻胶降至室温后将所述柔性材料缓慢提起，从而将所述半导体薄膜拾起；
S5：通过所述柔性材料将所述半导体薄膜转移到第二衬底上，加热所述第二衬底并施加压力，使部分第二光刻胶与所述第二衬底接触并覆盖所述半导体薄膜，当完全覆盖所述半导体薄膜后停止加热；
S6：待所述第二衬底降至室温后将所述柔性材料缓慢提起，使所述柔性材料与所述第二光刻胶分离；
S7：洗去所述第二光刻胶，使所述半导体薄膜留在所述第二衬底上，完成转移。
2.根据权利要求1所述的半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，所述半导体薄膜为GaAs薄膜、InP薄膜、SiC薄膜、二维材料薄膜或压电材料薄膜。
3.根据权利要求1所述的半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：
S11：依次在第一衬底上生长缓冲层、牺牲层和半导体薄膜；
S12：依次进行表面清洗、旋涂光刻胶、前烘、光刻和显影，在所述半导体薄膜的表面加工出具有第一图案的第一光刻胶；
S13：利用第一光刻胶作为掩膜，对所述半导体薄膜进行腐蚀或刻蚀，使得所述半导体薄膜具有所述第一图案；
S14：洗去所述第一光刻胶；
S15：对所述牺牲层进行彻底的侧向腐蚀，获得可供转移印刷的具有所述第一图案的半导体薄膜。
4.根据权利要求3所述的半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，所述第一衬底和所述缓冲层的材料均为GaAs，所述牺牲层的材料为AlAs。
5.根据权利要求3所述的半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，所述第一光刻胶为AZ5214光刻胶。
6.根据权利要求1所述的半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，所述柔性材料为PDMS、玻璃或蓝宝石。
7.根据权利要求1所述的半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，所述第二光刻胶为AZ4620光刻胶。
8.根据权利要求1所述的半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，所述第二衬底的材料为Ⅲ-Ⅴ族材料、Ⅱ-Ⅵ族材料、Ⅳ族材料、玻璃或柔性材料。
9.根据权利要求8所述的半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，所述第二衬底的表面为平整的或具有沟槽。
10.根据权利要求1所述的半导体薄膜的转移印刷方法，其特征在于，步骤S3中，所述第二光刻胶被加热至80摄氏度，步骤S5中，所述第二衬底被加热至110摄氏度。
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