[發(fā)明專利]一種鉆石晶體的異質(zhì)鍵合方法及異質(zhì)結構

在審

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• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113284839A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 歐欣;周李平;伊艾倫;游天桂
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L27/12
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本發(fā)明涉及半導體技術領域，本發(fā)明公開了一種鉆石晶體的異質(zhì)鍵合方法及異質(zhì)結構。本申請?zhí)峁┑脑摦愘|(zhì)鍵合方法通過在鉆石晶體表面引入鍵合介質(zhì)層，繼而可以采用親水鍵合或者SAB鍵合等鍵合方法，繞過了鉆石晶體不易拋光和鍵合的缺點，上述鍵合方法具有鍵合靈活以及鍵合強度高的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及一種鉆石晶體的異質(zhì)鍵合方法及異質(zhì)結構。

背景技術

鉆石具有超寬的禁帶(Eg≈5.5eV)，在室溫下展現(xiàn)出非常高的電子遷移率和空穴遷移率、優(yōu)于4H-SiC和GaN的擊穿場強，因此，鉆石作為半導體在電子器件領域是一種潛力巨大的材料，可適用于高頻場效應管、高功率器件，具備代替?zhèn)鹘y(tǒng)高功率真空管的可能性；另外鉆石2200Wm-1K-1的熱導率幾乎比其他材料高出一個數(shù)量級，更確立了其在高功率領域的應用，還適合用作高功率器件的襯底來實現(xiàn)高效散熱；單晶鉆石的化學性質(zhì)相當穩(wěn)定并且莫氏硬度為10，基于鉆石制備的器件能應對各種極端環(huán)境。

除此之外，鉆石還是一個優(yōu)秀的光學平臺，在可見光至紅外波段的超寬區(qū)域具有高透射率，尤其在近紅外波段突破了傳統(tǒng)硅光子學的瓶頸；相對較高的折射率(2.38)能與傳統(tǒng)波導包層形成有效折射率差，實現(xiàn)有效光波傳輸；不俗的非線性光學效應使其在參數(shù)振蕩和拉曼激光方向上極具前途；楊氏模量為1220GPa，能提供很高的微諧振器機械共振頻率，實現(xiàn)光共振模式與機械共振模式的高效耦合。

然而現(xiàn)有技術中，由于在異質(zhì)襯底上外延的鉆石缺陷多，限制了鉆石晶體在電子學和光量子學領域的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的是上述現(xiàn)有技術中不能實現(xiàn)在異質(zhì)襯底上制備出合格的鉆石晶體的技術問題。

為解決上述技術問題，本申請在一方面公開了一種鉆石晶體的異質(zhì)鍵合方法，其特征在于，包括以下步驟：

對鉆石晶體進行清潔處理；

在清潔后的該鉆石晶體的表面外延生長第一鍵合介質(zhì)層，得到待鍵合鉆石晶體結構；

提供一待鍵合襯底；

將該待鍵合鉆石晶體和該待鍵合襯底進行鍵合，得到異質(zhì)結構；該第一鍵合介質(zhì)層與該待鍵合襯底鍵合連接。

可選的，該在清潔后的該鉆石晶體的表面外延生長第一鍵合介質(zhì)層，得到待鍵合鉆石晶體結構之后，還包括：

對該待鍵合鉆石晶體結構進行第一退火處理；

該第一退火處理的溫度為300℃－800℃；

該第一退火處理的氛圍包括真空、氬氣或者氮氣。

可選的，該清潔處理的方法為有機溶液清洗、RCA清洗和等離子體處理中的一種或者多種。

可選的，該在清潔后的該鉆石晶體的表面外延生長第一鍵合介質(zhì)層，得到待鍵合鉆石晶體結構之后，還包括：

對該待鍵合鉆石晶體結構進行表面處理；

該表面處理的方法包括化學機械拋光、低能粒子輻照、離子束掠入射拋光法或者反應離子束刻蝕。

可選的，該外延生長方法包括微波等離子體化學氣相沉積法、熱輔助化學氣相沉積法、等離子增強化學氣相沉積法和濺射法；

該第一鍵合介質(zhì)層的厚度為1納米-5微米；

該第一鍵合介質(zhì)層的材料包括二氧化硅、氮化硅、氧化鋁或者納米硅。

可選的，該該待鍵合鉆石晶體和該待鍵合襯底進行鍵合，得到異質(zhì)結構之后，還包括：

對該異質(zhì)結構進行第二退火處理。

可選的，該鍵合的方法包括表面活化(SAB)鍵合和親水性鍵合；