[發(fā)明專利]一種異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910470048.1
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN110970363A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐欣;伊艾倫;武震宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L21/78
• 分類號: H01L21/78;H01L21/762;H01L21/265
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

1.一種異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，至少包括以下步驟：

提供一鉆石襯底，對所述鉆石襯底上表面進行離子注入，離子注入的能量以使注入離子到達所述鉆石襯底內(nèi)的預設(shè)深度，在預設(shè)深度處形成缺陷層，并將位于缺陷層之上的鉆石襯底設(shè)為襯底薄層；

于所述襯底薄層表面生長同質(zhì)外延單晶鉆石薄膜層；

于所述單晶鉆石薄膜層表面形成第一鍵合介質(zhì)層；

提供一異質(zhì)襯底，于所述異質(zhì)襯底上表面形成第二鍵合介質(zhì)層；

將所述鉆石襯底覆蓋有第一鍵合介質(zhì)層的一面與所述異質(zhì)襯底覆蓋有第二鍵合介質(zhì)層的一面進行鍵合，形成鍵合結(jié)構(gòu)；

沿所述缺陷層剝離所述鍵合結(jié)構(gòu)，去除所述鉆石襯底，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)；

對所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的剝離面進行表面處理，去除殘留的缺陷層及所述襯底薄層。

2.一種異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，至少包括以下步驟：

提供一鉆石襯底，對所述鉆石襯底上表面進行離子注入，離子注入的能量以使注入離子到達所述鉆石襯底內(nèi)的預設(shè)深度，在預設(shè)深度處形成缺陷層，并將位于缺陷層之上的部鉆石襯底設(shè)為襯底薄層；

于所述襯底薄層上表面形成第一鍵合介質(zhì)層；

提供一異質(zhì)襯底，于所述異質(zhì)襯底上表面形成第二鍵合介質(zhì)層；

將所述襯底薄層上覆蓋有第一鍵合介質(zhì)層的一面與所述異質(zhì)襯底覆蓋有第二鍵合介質(zhì)層的一面進行鍵合，形成鍵合結(jié)構(gòu)；

沿所述缺陷層剝離所述鍵合結(jié)構(gòu)，去除所述鉆石襯底，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)；

對所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的剝離面進行表面處理，去除殘留的缺陷層；

于所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)上具有所述襯底薄層的一面生長同質(zhì)外延單晶鉆石薄膜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述鍵合步驟還包括在鍵合之前，采用等離子激活法激活第一鍵合介質(zhì)層和第二鍵合介質(zhì)層的步驟，所述等離子激活法中所采用的氣體包括氧氣、氮氣、氬氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述剝離步驟還包括于剝離之前，對所述鍵合結(jié)構(gòu)進行高溫退火的步驟。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述高溫退火的溫度范圍為500～1600℃，退火時間為1分鐘到24小時，退火氣氛包括氮氣、氬氣、氫氣、真空。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述注入離子為H離子或He離子。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述注入離子的能量范圍為20KeV～2MeV，所述注入離子劑量范圍為1E16 ions/cm²～1E18 ions/cm²。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述同質(zhì)外延鉆石薄膜的生長方法包括化學氣相沉積法、微波等離子化學氣相沉積法。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述異質(zhì)襯底的材料包括硅、SOI、藍寶石、碳化硅、SiCOI。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述第一鍵合介質(zhì)層和第二鍵合介質(zhì)層的材料包括氧化硅、氧化鋁、氮化硅，厚度范圍為0nm～5μm，鍵合介質(zhì)層的生長方法包括熱氧化法，氣相沉積法。

11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述鍵合溫度范圍為室溫到800℃，鍵合環(huán)境條件包括真空環(huán)境、常溫常壓、氮氣氣氛。

12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異質(zhì)集成單晶鉆石薄膜的制備方法，其特征在于，所述表面處理的方法包括高溫退火法、化學機械拋光法、反應離子刻蝕法、離子束刻蝕法，離子束掠入射拋光法。