專利名稱：一種ⅲ-ⅴoi結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料的制備方法，特別是涉及一種II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
SOI (Silicon-On-1nsulator,絕緣襯底上的娃)技術(shù)是在頂層娃和背襯底之間引入了一層埋氧化層。通過在絕緣體上形成半導(dǎo)體薄膜，SOI材料具有了體硅所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)集成電路中元器件的介質(zhì)隔離，徹底消除了體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應(yīng)；采用這種材料制成的集成電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡單、短溝 道效應(yīng)小及特別適用于低壓低功耗電路等優(yōu)勢，因此可以說SOI將有可能成為深亞微米的低壓、低功耗集成電路的主流技術(shù)。但是，根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)圖(ITRS2009)的規(guī)劃，集成電路已經(jīng)逐步從微電子時代發(fā)展到了微納米電子時代，32納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)非常接近柵的物理尺寸，傳統(tǒng)的體硅材料和工藝正接近其物理極限。32納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)以下尤其是22納米以下，晶體管的結(jié)構(gòu)和材料將面臨更多挑戰(zhàn)。必須采取新的技術(shù)來提高性能(新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝)。其中，引入新的溝道材料是主要革新途徑。研究表明，當(dāng)微電子技術(shù)發(fā)展到16納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)及以下時，晶體管的柵長將小于10nm。此技術(shù)節(jié)點(diǎn)條件下，具有高遷移率的溝道材料比如GeUI1-V或石墨烯等材料將會替代目前的硅或者應(yīng)變硅，結(jié)合高介電常數(shù)柵介質(zhì)材料形成混合型芯片，從而使微電子技術(shù)的發(fā)展能夠沿著摩爾定律的預(yù)測持續(xù)發(fā)展。目前II1-V族半導(dǎo)體材料作為高遷移率溝道材料已經(jīng)引起了全球半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究人員的廣泛關(guān)注，實(shí)現(xiàn)可靠的基于II1-V族半導(dǎo)體材料的晶體管需實(shí)現(xiàn)與硅圓片的集成，即形成既具有高載流子遷移率、又具有普通SOI具有的高速低功耗優(yōu)勢的II1- V 01材料，它將決定II1-V族半導(dǎo)體材料能否大規(guī)模應(yīng)用、并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。另外，II1-V族半導(dǎo)體材料體系中包括眾多具有很高發(fā)光效率的直接帶隙材料，II1- V 01材料能夠解決有源光器件的問題，將有希望應(yīng)用于硅基光子集成研究。現(xiàn)有技術(shù)中通常采用晶片鍵合后再進(jìn)行剝離的方法制備II1- V 01材料，主要的剝離方法為智能剝離技術(shù)。然而，該技術(shù)對于大多數(shù)II1- V族半導(dǎo)體材料來說所需的離子注入溫度要求較高，因而限制了其適用的廣泛性?？梢?，提供一種廣泛適用于制備II1- V 01材料的新方法實(shí)屬必要。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種II1- V 01結(jié)構(gòu)的制備方法，以提供一種有效制備II1- V 01的新方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種II1- V 01結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟I)提供一半導(dǎo)體襯底,于所述半導(dǎo)體襯底表面形成GaAs層，于所述GaAs層表面形成II1- V半導(dǎo)體層，于所述II1- V半導(dǎo)體層表面形成第一 SiO2層，所述半導(dǎo)體襯底為Ge、Ge/Si 及 Ge/GeSi/Si 襯底的一種；2)提供一表面具有第二 SiO2層的Si襯底，鍵合所述第一 SiO2層及第二 SiO2層；3)采用XeF2氣體腐蝕以去除所述半導(dǎo)體襯底，獲得GaAs層/ II1- V半導(dǎo)體層/SiO2層/Si襯底結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，采用分子束外延法或超高真空化學(xué)氣相沉積法形成所述GaAs層。作為本發(fā)明的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，采用分子束外延法或超高真空化學(xué)氣相沉積法形成所述II1- V半導(dǎo)體層。 作為本發(fā)明的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法及化學(xué)機(jī)械拋光法形成所述第一 SiO2層。作為本發(fā)明的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)在鍵合后還包括高溫退火以加強(qiáng)鍵合的步驟。作為本發(fā)明的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)中，將乂亦2氣體間歇性地通入至所述半導(dǎo)體襯底表面以將其去除。作為本發(fā)明的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，XeF2氣體的流向?yàn)榇怪庇谒霭雽?dǎo)體襯底的方向。作為本發(fā)明的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，在腐蝕過程中，氣壓強(qiáng)度保持在O. f ITorr之間。作為本發(fā)明的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，在腐蝕過程中，腐蝕溫度為15 40。。。作為本發(fā)明的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述半導(dǎo)體襯底的厚度不大于500 μ m。如上所述，本發(fā)明提供一種II1-V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，至少包括以下步驟1)提供一半導(dǎo)體襯底，于所述半導(dǎo)體襯底表面形成GaAs層，于所述GaAs層表面形成II1- V半導(dǎo)體層，于所述II1- V半導(dǎo)體層表面形成第一 SiO2層,所述半導(dǎo)體襯底為Ge、Ge/Si及Ge/GeSi/Si襯底的一種；2)提供一表面具有第SiO2層的Si襯底，鍵合所述第一 SiO2層及第SiO2層；3)采用XeF2氣體腐蝕以去除所述半導(dǎo)體襯底，獲得GaAs層/ II1- V半導(dǎo)體層/SiO2層/Si襯底結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有以下有益效果通過分子束外延或超高真空化學(xué)氣相沉積的手段可以獲得高質(zhì)量的II1- V半導(dǎo)體層；通過高選擇性氣體腐蝕的方法制備II1- V 01，可以有效地將半導(dǎo)體襯底去除的同時保持了II1- V半導(dǎo)體層完整性，從而有效地制備出高質(zhì)量的II1-V 01。


圖廣圖3顯示為本發(fā)明的一種II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4顯示為本發(fā)明的一種II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5 圖6顯示為本發(fā)明的一種II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
元件標(biāo)號說明101半導(dǎo)體襯底102GaAs 層103 II1-V 半導(dǎo)體層104 第一 SiO2 層201 Si 襯底202 第 SiO2 層 30IXeF2 氣體
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請參閱圖f圖6。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。如圖f圖6所示，本實(shí)施例提供一種II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟如圖f圖3所示，首先進(jìn)行步驟1)，提供一半導(dǎo)體襯底101，于所述半導(dǎo)體襯底101表面形成GaAs層102，于所述GaAs層102表面形成II1- V半導(dǎo)體層103，于所述II1- V半導(dǎo)體層表面形成第一 SiO2層104，所述半導(dǎo)體襯底101為Ge、Ge/Si及Ge/GeSi/Si襯底的一種。具體地，首先對所述半導(dǎo)體襯底101進(jìn)行清洗，以去除其表面的有機(jī)物、氧化物、金屬離子等雜質(zhì)，保證后續(xù)的外延生長的質(zhì)量。在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底101為Ge襯底，然后采用分子束外延法或超高真空化學(xué)氣相沉積法形成所述GaAs層102，并采用分子束外延法或超高真空化學(xué)氣相沉積法形成所述II1- V半導(dǎo)體層103，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法形成所述第一SiO2層104后，采用化學(xué)機(jī)械拋光法對其表面進(jìn)行拋光以供后續(xù)的鍵合工藝使用。由于Ge和GaAs的晶格失配非常小(室溫下約為O. 08%)，且二者熱膨脹系數(shù)非常相近，這使得通過選取(001)面偏向〈111〉方向6°的Ge襯底，利用分子束外延法或超高真空化學(xué)氣相沉積法在生長GaAs層前對Ge襯底進(jìn)行除氣脫氧及退火處理，再經(jīng)過合適的生長工藝，便可在Ge襯底上生長出高質(zhì)量的GaAs層102，然后以該GaAs層102為緩沖層，繼續(xù)生長出高質(zhì)量II1- V族半導(dǎo)體材料。優(yōu)選地，所述Ge襯底的厚度選擇為既可以保證外延等工藝中不容易碎片，又可以保證在后續(xù)的XeF2氣體腐蝕工藝中可以迅速地將其去除，不影響GaAs層102及II1- V半導(dǎo)體層103的質(zhì)量。在本實(shí)施例中，所述Ge襯底的厚度不大于500 μ m，在一具體的實(shí)施過程中，所述Ge襯底的厚度為175 μ m。
如圖4所示，然后進(jìn)行步驟2)，提供一表面具有第二 SiO2層202的Si襯底，鍵合所述第一 SiO2層104及第二 SiO2層202。在本實(shí)施例中，在鍵合后還包括高溫退火以加強(qiáng)鍵合的步驟。如圖5 圖6所示，最后進(jìn)行步驟3)，采用XeF2氣體301腐蝕以去除所述半導(dǎo)體襯底101，獲得GaAs層102/ II1- V半導(dǎo)體層103/Si02層202/Si襯底201結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，將XeF2氣體301間歇性地通入至所述半導(dǎo)體襯底101表面以將其去除，XeF2氣體301的流向?yàn)榇怪庇谒霭雽?dǎo)體襯底101的方向。在腐蝕過程中，氣壓強(qiáng)度保持在O. f ITorr之間。腐蝕溫度為室溫，具體范圍為15 40。。。
具體地，采用XeF2氣體301腐蝕Ge的反應(yīng)方程為Ge (s) +2XeF2 (g) — 2Xe (g) +GeF4 (g)由于室溫下XeFJ^ Ge和GaAs的選擇腐蝕比高達(dá)1000000 1，且在O. 8Torr的壓強(qiáng)下，XeF2對Ge的腐蝕速率就達(dá)到30 50 μ m/min。因而將Ge層101/GaAs層102/ II1- V半導(dǎo)體層103/Si02層202/Si襯底201結(jié)構(gòu)垂直暴露于低壓XeF2氣流下，經(jīng)過數(shù)分鐘就可以腐蝕掉數(shù)百微米的Ge層，而對所述II1- V半導(dǎo)體層103及GaAs層102基本沒有影響，從而得至IJ GaAs層102/ II1- V半導(dǎo)體層103/Si02層202/Si襯底201結(jié)構(gòu)，即獲得II1- V OI結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底101也可以是Ge/Si或Ge/GeSi/Si襯底，XeF2氣體301對Si和GaAs、GeSi和GaAs也具有非常高的選擇腐蝕比，故Ge/Si襯底或Ge/GeSi/Si襯底也是本發(fā)明非常好的選擇。綜上所述，本發(fā)明提供一種II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，至少包括以下步驟1)提供一半導(dǎo)體襯底，于所述半導(dǎo)體襯底表面形成GaAs層，于所述GaAs層表面形成II1- V半導(dǎo)體層，于所述II1- V半導(dǎo)體層表面形成第一 SiO2層，所述半導(dǎo)體襯底為Ge、Ge/Si及Ge/GeSi/Si襯底的一種；2)提供一表面具有第二 SiO2層的Si襯底，鍵合所述第一 SiO2層及第二 SiO2層；3)采用XeF2氣體腐蝕以去除所述半導(dǎo)體襯底，獲得GaAs層/ II1- V半導(dǎo)體層/SiO2層/Si結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有以下有益效果通過分子束外延或超高真空化學(xué)氣相沉積的手段可以獲得高質(zhì)量的II1- V半導(dǎo)體層；通過高選擇性氣體腐蝕的方法制備II1- V 01，可以有效地將半導(dǎo)體襯底去除的同時保持了II1- V半導(dǎo)體層完整性，從而有效地制備出高質(zhì)量的II1- V 01。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括以下步驟 1)提供一半導(dǎo)體襯底，于所述半導(dǎo)體襯底表面形成GaAs層，于所述GaAs層表面形成II1- V半導(dǎo)體層，于所述II1- V半導(dǎo)體層表面形成第一 SiO2層，所述半導(dǎo)體襯底為Ge、Ge/Si及Ge/GeSi/Si襯底的一種； 2)提供一表面具有第二SiO2層的Si襯底，鍵合所述第一 SiO2層及第二 SiO2層； 3)采用XeF2氣體腐蝕以去除所述半導(dǎo)體襯底，獲得GaAs層/II1- V半導(dǎo)體層/SiO2層/Si襯底結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的II1-V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于采用分子束外延法或超高真空化學(xué)氣相沉積法形成所述GaAs層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的II1-V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于采用分子束外延法或超高真空化學(xué)氣相沉積法形成所述II1- V半導(dǎo)體層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法及化學(xué)機(jī)械拋光法形成所述第一 SiO2層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于步驟2)在鍵合后還包括高溫退火以加強(qiáng)鍵合的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的II1- V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于步驟3)中，將XeF2氣體間歇性地通入至所述半導(dǎo)體襯底表面以將其去除。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的II1-V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于=XeF2氣體的流向?yàn)榇怪庇谒霭雽?dǎo)體襯底的方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的II1-V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于在腐蝕過程中，氣壓強(qiáng)度保持在O. ΓΙΤογγ之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的II1-V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于在腐蝕過程中，腐蝕溫度為15 40°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的II1-V OI結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底的厚度不大于500 μ m。
全文摘要
本發(fā)明提供一種Ⅲ-ⅤOI結(jié)構(gòu)的制備方法，至少包括以下步驟1)提供一半導(dǎo)體襯底，于所述半導(dǎo)體襯底表面形成GaAs層，于所述GaAs層表面形成Ⅲ-Ⅴ半導(dǎo)體層，于所述Ⅲ-Ⅴ半導(dǎo)體層表面形成第一SiO2層，所述半導(dǎo)體襯底為Ge、Ge/Si及Ge/GeSi/Si襯底的一種；2)提供一表面具有第二SiO2層的Si襯底，鍵合所述第一SiO2層及第二SiO2層；3)采用XeF2氣體腐蝕以去除所述半導(dǎo)體襯底，獲得GaAs層/Ⅲ-Ⅴ半導(dǎo)體層/SiO2層/Si襯底結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有以下有益效果通過分子束外延或超高真空化學(xué)氣相沉積的手段可以獲得高質(zhì)量的Ⅲ-Ⅴ半導(dǎo)體層；通過高選擇性氣體腐蝕的方法制備Ⅲ-ⅤOI，可以有效地將半導(dǎo)體襯底去除的同時保持了Ⅲ-Ⅴ半導(dǎo)體層完整性，從而有效地制備出高質(zhì)量的Ⅲ-ⅤOI。
文檔編號H01L21/02GK103021812SQ20121055971
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者狄增峰, 高曉強(qiáng), 恭謙, 張苗, 王庶民 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所