[發(fā)明專利]一種利用二維晶體過(guò)渡層制備半導(dǎo)體單晶襯底的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811330967.0
• 申請(qǐng)日: 2018-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN109585269B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王新強(qiáng);劉放;沈波;吳潔君;榮新;鄭顯通;盛博文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;H01L21/78
• 代理公司: 北京萬(wàn)象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種利用二維晶體過(guò)渡層制備半導(dǎo)體單晶襯底的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

1)根據(jù)半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性選擇二維晶體，二維晶體與半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)具有相同的對(duì)稱性；

2)在異質(zhì)襯底上采用薄膜沉積法或者轉(zhuǎn)移法沉積二維晶體，根據(jù)剝離方法確定二維晶體的沉積厚度，在異質(zhì)襯底上形成二維晶體過(guò)渡層，構(gòu)成二維晶體過(guò)渡層復(fù)合襯底；

3)對(duì)二維晶體過(guò)渡層復(fù)合襯底進(jìn)行化學(xué)清洗預(yù)處理，使二維晶體過(guò)渡層的表面潔凈；

4)在二維晶體過(guò)渡層復(fù)合襯底的上表面采用薄膜沉積法制備半導(dǎo)體單晶薄膜層，半導(dǎo)體單晶薄膜層具有與二維晶體相同的對(duì)稱性；

5)利用厚膜沉積法在半導(dǎo)體單晶薄膜層上制備半導(dǎo)體單晶厚膜層，通過(guò)應(yīng)力控制方法控制半導(dǎo)體單晶厚膜層的厚度，從而在二維晶體過(guò)渡層復(fù)合襯底上形成半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)具有與二維晶體相同的對(duì)稱性；

6)根據(jù)步驟2)中二維晶體過(guò)渡層的厚度，采用相應(yīng)的自剝離或機(jī)械剝離的剝離方法，將半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)與異質(zhì)襯底分離；

7)化學(xué)清洗處理后獲得自支撐半導(dǎo)體單晶襯底。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟1)中，二維晶體采用具有三方或六方晶格對(duì)稱性的材料。

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟1)中，二維晶體采用六方氮化硼、石墨烯和過(guò)渡金屬硫化物中的一種。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟2)中，二維晶體過(guò)渡層的厚度為1～100nm；根據(jù)步驟6)中采用的剝離方法確定，如果采用自剝離，則厚度小于3nm；如果采用機(jī)械剝離，則厚度為3～100nm。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟2)中，薄膜沉積法采用分子束外延法MBE、化學(xué)氣相沉積法CVD、磁控濺射、脈沖激光沉積PLD和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD中的一種；轉(zhuǎn)移法是指將制備的二維晶體過(guò)渡層從其他襯底轉(zhuǎn)移到異質(zhì)襯底上。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟2)中，異質(zhì)襯底采用藍(lán)寶石、硅和金屬中的一種。

7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟5)中，厚膜沉積法采用氫化物氣相外延HVPE、物理氣相輸運(yùn)PVT和化學(xué)氣相輸運(yùn)CVT中的一種。

8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟5)中，厚膜沉積法在半導(dǎo)體單晶薄膜層上制備的半導(dǎo)體單晶厚膜層的厚度為異質(zhì)襯底的0.2～1.5倍。

9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟6)中，剝離方法采用自剝離或機(jī)械剝離；當(dāng)二維晶體過(guò)渡層的厚度小于3nm時(shí)，采用基于二維晶體過(guò)渡層的自剝離：在氣相外延法降溫過(guò)程中利用局域熱應(yīng)力自發(fā)破壞二維晶體過(guò)渡層，實(shí)現(xiàn)異質(zhì)襯底與半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)的分離；當(dāng)二維晶體過(guò)渡層的厚度在3～100nm之間時(shí)，采用基于二維晶體過(guò)渡層的機(jī)械剝離：將半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)的上表面與異質(zhì)襯底的下表面通過(guò)粘結(jié)劑固定在固體硬物上，然后施加方向相反的水平作用力，通過(guò)破壞二維晶體過(guò)渡層的方式實(shí)現(xiàn)異質(zhì)襯底與半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)的分離。

10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟7)中，化學(xué)清洗處理包括有機(jī)清洗和超聲，除去殘留在半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)表面的二維晶體過(guò)渡層，或者除去殘留在半導(dǎo)體單晶厚膜結(jié)構(gòu)表面的二維晶體過(guò)渡層和粘結(jié)劑。