[发明专利]一种离子注入剥离单晶薄膜的表面处理方法

说明书

本发明属于单晶薄膜的工艺领域，具体涉及一种离子注入剥离单晶薄膜的表面处理方法。本发明的离子注入剥离单晶薄膜的表面处理方法，针对离子注入剥离技术制备的单晶薄膜，选择氩离子刻蚀精准去除表面的损伤层；此外，针对去除损伤层后薄膜的氧空位缺陷及表面改性的问题，通过分别控制氧等离子清洗过程中的氧气通量、工作功率以及清洗时间的工作参数，通过接触角测试对清洗效果进行验证，最终使得单晶薄膜达到完全浸润，便于后续制备图形化的器件结构。本发明使单晶薄膜的单晶质量大幅度提高，引入的二次损伤最小，简化了工艺的复杂度。

技术领域

本发明属于单晶薄膜的工艺领域，具体涉及一种离子注入剥离单晶薄膜的表面处理方法。

背景技术

随着器件集成化发展，由于受体积和尺寸的限制，单晶块材逐渐向单晶薄膜发展，而离子注入剥离技术制备虽然可以制备各种取向的单晶薄膜，但高能离子在射程末端发生散射作用而使得薄膜表面存在具备一定粗糙度的表面损伤层，导致了单晶薄膜的单晶质量和器件性能的衰退。此外，单晶薄膜的表面状态又对图形化器件的制备至关重要，甚至会影响器件的性能。

目前可通过退火、刻蚀等多种方法恢复或去除表面损伤层。退火只能修复大部分的损伤结构，而感应耦合等离子体(Inductively Couple Plasma，ICP)刻蚀虽能完全去除损伤层，但物理化学反应会引入其他的副产物，从而进一步影响刻蚀过程的可控性。例如，CN 108682626 A为解决ICP刻蚀过程出现的均匀性不好、表面不平坦、聚合物较多等问题提出一种含铝材料的ICP刻蚀方法。此外，采用化学机械抛光等方法减薄时，存在减薄效率低、引入应力，过程不可控等问题。例如，CN 109913938 A公布了一种电解抛光去除表面损伤层的方法，可通过设置抛光时间来控制减薄过程，操作简单，但不能精准去除表面损伤层。而氩离子刻蚀虽能通过物理反应过程精准调控刻蚀过程，但刻蚀后的薄膜表面会存在氧空位缺陷。

可见，目前的恢复或去除离子注入剥离技术制备的单晶薄膜表面损伤层的方法均存在各种缺陷，还没有一种相对更好的方法，这使得单晶薄膜的应用受限。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有离子注入剥离的单晶薄膜损伤层修复或去除方法效果不佳导致后续应用的问题，本发明提供了一种离子注入剥离单晶薄膜的表面处理方法，针对离子注入剥离的单晶薄膜，首先采用氩离子刻蚀精准去除表面损伤层后，再采取氧等离子清洗技术对薄膜进行表面处理，解决了氩离子刻蚀后因氧空位缺陷而使薄膜的浸润性改变的问题，便极大的改善了单晶薄膜的后续应用。

一种离子注入剥离单晶薄膜的表面处理方法，包括如下步骤：

步骤1、对预处理的离子注入剥离技术制备的单晶薄膜，采用氩离子刻蚀方法精准去除其表面损伤层；

步骤2、将步骤1中得到的单晶薄膜，进行氧等离子清洗，以实现对单晶薄膜表面的氧空位进行修复，并且对浸润性进行改善。

步骤3、通过接触角测试获取单晶薄膜氧等离子清洗前后亲疏水性变化，通过改变氧等离子清洗的时间、功率及氧气通量后，循环进行氧等离子清洗，直至最后测试水滴在氧等离子清洗后的单晶薄膜上平铺，测试不到接触角，即可。

进一步的，所述步骤1中氩离子刻蚀在精准去除损伤层的同时引入的表面粗糙度小于5nm。

进一步的，所述步骤3具体为：对氧等离子清洗后的薄膜进行接触角测试，若清洗前后接触角几乎无变化(小于0.1°)，以10W为步进单位增大工作功率或以5sccm为单位增大氧气通量；否则以10s为单位增大清洗时间，直至测试不到接触角，使薄膜的浸润性达到几乎完全浸润，从而在控制氧气通量、工作功率和清洗时间这三个参数以获取最佳清洗效果。

进一步的，所述氧等离子清洗，具体包括如下步骤：