[发明专利]一种异质半导体薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种异质半导体薄膜的制备方法，包括：获取具有第一抛光面的半导体单晶晶片；获取具有第二抛光面的异质衬底；在半导体单晶晶片的第一抛光面上沉积一层缓冲层后构成第一复合结构；向半导体单晶晶片注入阻挡层离子后形成阻挡层；退火处理；沿半导体单晶晶片的沟道向半导体单晶晶片注入H离子，H离子的原子序数小于阻挡层离子的原子序数、注入能量大于阻挡层离子的注入能量；去除缓冲层；将半导体单晶晶片与异质衬底进行键合，得到第二复合结构；退火处理，得到异质半导体薄膜。本发明通过注入阻挡层离子在半导体单晶晶片内形成阻挡层以俘获H离子，如此，减少了离子剥离所造成的损伤，从而大大提高了H离子的利用率和薄膜的质量。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种异质半导体薄膜及其制备方法。

背景技术

目前，离子剥离技术已经趋于成熟，该技术主要用来生产绝缘体上硅，目前通过该技术可以延展到各种半导体。但是，基于离子剥离技术制备的半导体薄膜往往缺陷比较多，剥离离子的利用率不高，制备成本较高。此外，由于该技术所需的注入剂量和能量下限易引起热失配问题，从而导致碎片风险。综上：一方面，基于离子剥离技术制备半导体薄膜的过程中，半导体与其他衬底的热失配比较严重，退火过程中易发生碎片现象；另一方面，剥离半导体所需的离子利用率不高，多余离子会加剧对材料的损伤。

发明内容

本发明提供了一种通过注入阻挡层离子在晶片内形成阻挡层以俘获H离子，尽可能最大化提高剥离所需H离子利用率的异质半导体薄膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种异质半导体薄膜的制备方法，包括以下步骤：获取具有第一抛光面的半导体单晶晶片；获取具有第二抛光面的异质衬底；在所述半导体单晶晶片的所述第一抛光面上沉积一层缓冲层，所述半导体单晶晶片和所述缓冲层共同构成第一复合结构；向所述半导体单晶晶片注入阻挡层离子，所述阻挡层离子在所述半导体单晶晶片内形成阻挡层；对形成所述阻挡层后的所述第一复合结构进行退火处理：退火温度为300摄氏度至1000摄氏度、退火时间为30分钟～24小时、退火氛围为氮气氛围；沿所述半导体单晶晶片的沟道向所述半导体单晶晶片注入H离子，H离子的原子序数小于所述阻挡层离子的原子序数，H离子的注入能量大于所述阻挡层离子的注入能量；去除所述缓冲层；将所述半导体单晶晶片的所述第一抛光面与所述异质衬底的所述第二抛光面进行键合，得到第二复合结构；对所述第二复合结构进行退火处理，得到异质半导体薄膜。

进一步地，所述半导体单晶晶片为非故意掺杂的半导体单晶晶片；所述半导体单晶晶片的尺寸为2英寸-6英寸；所述半导体单晶晶片的厚度为200微米-500微米；所述半导体单晶晶片的所述第一抛光面的表面粗糙度小于1纳米。

进一步地，所述异质衬底为金刚石、类金刚石、碳化硅、蓝宝石、石英、氧化锌、氮化铝或硅；所述异质衬底的所述第二抛光面的表面粗糙度小于1纳米；所述异质衬底的尺寸为2英寸至8英寸，厚度为100微米至600微米。

进一步地，所述缓冲层为氧化钽层、二氧化钛层、钛酸钡层、二氧化锆层、二氧化铪层或氧化铝层；沉积所述缓冲层的方法为等离子增强原子层沉积法、激光沉积法，分子束外延法或等离子体增强化学气相沉积法。

进一步地，所述阻挡层离子为He离子、B离子、O离子、Ne离子或Ar离子；所述向所述半导体单晶晶片注入阻挡层离子的步骤中：所述阻挡层离子的注入所述第一复合结构中的深度为：距离所述缓冲层外侧表面20纳米至200纳米，注入能量为35Kev至200Kev，注入剂量2×10¹³ions/cm²至5×10¹⁷ions/cm²，所述阻挡层离子的注入温度为30℃至200℃。