[發明專利]一種多層異質單晶薄膜襯底的制備方法

在審

• 申請號: 202110395087.7
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113130376A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 歐欣;王成立;張師斌;伊艾倫;鄭鵬程
• 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: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/78
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本申請涉及一種多層異質單晶薄膜襯底的制備方法，該方法包括步驟S101～S107，通過該步驟S101～S107可以實現任意多層異質單晶薄膜襯底結構，且各異質單晶薄膜間的結合為范德華力結合，異質單晶薄膜之間的鍵合十分牢固；另外，本申請實施例提供的一種任意多層異質單晶薄膜襯底的制備方法，可將多種具有不同功能的薄膜集成于一片襯底，用于多功能三維異質集成芯片的實現。

技術領域

本申請涉及半導體制備技術領域，特別涉及一種多層異質單晶薄膜襯底的制備方法。

背景技術

半導體工業進入后摩爾時代，依靠尺度微縮實現性能提升的途徑將會遇到物理原理上難以跨越的瓶頸。將多種不同功能的器件進行片上異質集成或芯片化發展是的后摩爾時代實現功能器件性能提升另一條可行路徑。這要求功能薄膜與半導體薄膜進行異質集成。

異質集成襯底通常由異質外延生長和離子注入剝離方法實現。但是，現在的異質外延生長和離子注入剝離方法難以制備較多層異質單晶薄膜。如21世紀初獲得成功的絕緣體上硅材料，是由離子注入剝離方法得到的硅-氧化硅-硅材料的異質集成結構。然而在許多應用場景中，人們希望得到硅-鈮酸鋰-碳化硅-氧化硅-硅材料，以在一個平臺上充分利用不同材料的優異特性。但是這類多層異質單晶薄膜襯底結構單獨用傳統的離子注入剝離方法所不能實現的，其主要瓶頸在于，不同單晶薄膜的離子注入、剝離溫度等條件具有很大的差異。

發明內容

本申請實施例提供了一種多層異質單晶薄膜襯底的制備方法，可將任意多種具有功能薄膜與半導體薄膜集成于一片襯底，可用于多功能三維異質集成芯片的實現，為持續提高器件的性能提供一條可靠的途徑。

本申請實施例提供了一種多層異質單晶薄膜襯底的制備方法，包括：

S101，獲取第一異質復合襯底；第一異質復合襯底包括第一犧牲層和位于第一犧牲層上的第一單晶薄膜；

S102，將第一異質復合襯底置于腐蝕溶液中以使第一單晶薄膜與第一犧牲層分離；

S103，獲取支撐襯底；

S104，將支撐襯底靠近并接觸懸浮于腐蝕溶液表面的第一單晶薄膜，使第一單晶薄膜的一端吸附于支撐襯底表面；

S105，將表面貼合的支撐襯底和第一單晶薄膜從腐蝕溶液中取出，并放入高壓腔體和/或退火爐內以加強第一單晶薄膜與支撐襯底的結合，得到雙層異質單晶薄膜襯底；

S106，獲取第二異質復合襯底；第二異質復合襯底包括第二犧牲層和位于第二犧牲層上的第二單晶薄膜；

S107，將雙層異質單晶薄膜襯底作為新的支撐襯底；重復上述步驟S102～S105，將第二單晶薄膜與雙層異質單晶薄膜襯底結合，得到多層異質單晶薄膜襯底。

可選的，將表面貼合的支撐襯底和第一單晶薄膜從腐蝕溶液中取出，并放入高壓腔體和/或退火爐內以加強第一單晶薄膜與支撐襯底的結合，包括：

將表面貼合的支撐襯底和第一單晶薄膜放置于高壓腔體內，向高壓腔體內充入高壓氣體；

其中，高壓氣體包括氧氣、氮氣和氬氣中的至少一種；高壓腔體內的壓強為0.1～10Mpa；保持高壓時間為1～10小時。

可選的，將表面貼合的支撐襯底和第一單晶薄膜從腐蝕溶液中取出，并放入高壓腔體和/或退火爐內以加強第一單晶薄膜與支撐襯底的結合，包括：

將表面貼合的支撐襯底和第一單晶薄膜放置于退火爐內，采用溫退火和高溫退火相結合的方式進行；

其中，退火溫度范圍為100～1500攝氏度；退火過程中的升溫速率小于每分鐘1攝氏度；退火保溫時間范圍為1分鐘至48小時；退火氣氛包括氧氣、氮氣和氬氣中的至少一種。

可選的，第一單晶薄膜與第二單晶薄膜的材質不相同。