[發明專利]一種異質結構的制備方法

有效

• 申請號: 201710735726.3
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN109427538B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 歐欣;王庶民;王暢;游天桂;張焱超;黃凱;王利娟;林家杰;潘文武
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/683
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 宋纓

本發明提供一種異質結構的制備方法，包括提供供體襯底，并于供體襯底表面形成犧牲層；于犧牲層表面形成薄膜蓋層，其遠離所述犧牲層的表面為注入面；從注入面進行離子注入，以在犧牲層中形成缺陷層；提供受體襯底，并將受體襯底與薄膜蓋層的注入面鍵合；沿缺陷層剝離所述犧牲層，以將鍵合有薄膜蓋層的受體襯底與供體襯底分離，獲得受體襯底?薄膜蓋層異質結構。通過上述方案，本發明中引入含鋁化合物等易被化學腐蝕的材料作為犧牲層，層裂之后借用含鋁化合物易氧化的特點，將處理犧牲層的工序簡化，并且使得到的異質結構和供體襯底表面潔凈，可以成功的將薄膜蓋層轉移到受體襯底上，在提供柔性襯底的同時，供體襯底材料還可以重復利用。

技術領域

本發明屬于硅基光電集成應用技術領域，特別是涉及一種異質結構的制備方法。

背景技術

近些年，硅基化合物半導體集成工藝受到越來越廣泛的關注。傳統工藝以硅材料作為光發射器，由于硅是間接帶隙半導體，發光性能很差，雖然之后有研究者將硅材料處理成納米或者量子尺寸來開發其非線性的光學性質，但是性能仍然不能和化合物半導體媲美。化合物半導體，由于其高的電子遷移率，由直接帶隙而產生的高效的光發射優勢，一直是科研和產業界的熱門研究對象。但是化合物半導體價格相對昂貴，而且后期集成工藝向大尺寸方向發展舉步維艱，也是其走向產業化的一個巨大瓶頸。因此，將化合物半導體與硅集成電路相結合的異質集成技術，成為了光電集成領域的研究熱點。異質集成技術為器件與系統的設計制備提供更大的自由度，能夠提升器件性能，減少制備成本等，在電子光電子、自旋電子學、生物傳感以及光伏太陽能領域都有著廣闊的應用前景。

此外，柔性襯底(compliant substrate)也是一直以來研究十分熱門的話題。外延層在襯底表面形核生長，島合并時易產生穿透位錯，這個位錯會貫穿到整個外延層，若采用柔性襯底材料，那么外延小島原子團簇和非常薄的柔性襯底之間的原子作用力小于同體材料作用力，一部分穿透位錯可以在柔性襯底和外延層的界面處通過滑移釋放，超薄的柔性襯底對外延層原子束縛力遠遠低于體硅材料襯底。因此，柔性襯底在器件中的應用也是很有前景的。

目前，異質集成工藝有兩種方案：外延生長以及離子束剝離薄膜轉移技術。對于一般的外延方法，硅基上異質外延層有高的位錯密度，加上反相疇和自摻雜效應會影響載流子遷移率，增大器件的漏電流；離子束剝離薄膜轉移技術是將離子注入缺陷工程的切割技術和基于晶片鍵合的層轉移技術結合起來，是異質集成常用的方法，此方法在單晶襯底上切割和轉移薄層到相對便宜的異質襯底上，有一定的經濟效益，對于離子束剝離薄膜轉移技術而言，首先離子注入(氫離子或者氦離子)產生一個高斯分布，在一個特定的平行于表面位置處(注入離子密度最大處或者晶格傷害最大處)形成缺陷層，在后續退火工藝中被離子注入的晶片就會沿缺陷層裂開，然而，由于層裂過程引起的表面粗糙，以及離子注入引入的表面缺陷為后續工作帶來很大的困擾，用刻蝕方法處理，也會加多工序甚至容易引入雜質粒子。

因此，如何提供一種異質結構的制備方法，以解決現有技術中的上述問題實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種異質結構的制備方法，用于解決現有技術中異質結構形成所帶來的漏電流大、容易引入表面缺陷以及雜質粒子等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種異質結構的制備方法，包括如下步驟：

1)提供一供體襯底，并于所述供體襯底表面形成犧牲層；

2)于所述犧牲層表面形成薄膜蓋層，所述薄膜蓋層遠離所述犧牲層的表面為注入面；

3)從所述注入面進行離子注入，以使得在所述犧牲層中形成缺陷層；

4)提供一受體襯底，并將所述受體襯底與所述薄膜蓋層的注入面鍵合；

5)沿所述缺陷層剝離所述犧牲層，以將鍵合有所述薄膜蓋層的所述受體襯底與所述供體襯底分離，獲得受體襯底-薄膜蓋層異質結構。