一种半导体薄膜层的转移方法及复合晶圆的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体薄膜层的转移方法及复合晶圆的制备方法，包括：在半导体衬底的上表面上制备第一介质层、下表面上制备金属膜层；在第二半导体衬底上制备第二介质层；将第一介质层和第二介质层键合，使第一半导体衬底和第二半导体衬底相结合；在第一半导体衬底的侧面刻蚀沟槽；对第一半导体衬底的下表面金属膜层施加外力，使第一半导体衬底在沟槽处横向晶裂，晶裂后的半导体薄膜层转移到第二半导体衬底上。本发明专利技术可实现高质量、大面积、低成本的半导体单晶薄膜层在XOI衬底上的制备；同时，此方法可以重复利用剩余的第一半导体衬底，从第一半导体衬底上分离出多层半导体薄膜层，用于制备多个XOI，大大节约了工业制造成本。

A transfer method of semiconductor film layer and preparation method of composite wafer

The invention discloses a transfer method of semiconductor film layer and a preparation method of composite wafer, including: preparing a first dielectric layer on the upper surface and a metal film layer on the lower surface of the semiconductor substrate; preparing a second dielectric layer on the second semiconductor substrate; bonding the first dielectric layer and the second dielectric layer to combine the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate; and A groove is etched on the side of the first semiconductor substrate; an external force is applied to the metal film layer on the lower surface of the first semiconductor substrate to make the first semiconductor substrate crystal crack laterally at the groove, and the crystal split semiconductor film layer is transferred to the second semiconductor substrate. The invention can realize the preparation of high-quality, large-area and low-cost semiconductor single crystal film layer on xoi substrate; meanwhile, the method can reuse the remaining first semiconductor substrate, separate the multilayer semiconductor film layer from the first semiconductor substrate, and use it to prepare multiple xoi, greatly saving the industrial manufacturing cost.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体薄膜层的转移方法及复合晶圆的制备方法
本专利技术涉及半导体器件集成
，具体涉及一种半导体薄膜层的转移方法及复合晶圆的制备方法。
技术介绍
未来微电子、光电子器件及智能微系统将继续沿着小型化、集成化和智能化的方向发展，所需的微系统芯片功能更加复杂化、多样化和兼容一体化。这种发展趋势对异质集成技术提出了巨大的需求，异质集成也将为后摩尔时代微电子技术的发展开辟一条全新的道路；在保持原有器件和工艺尺寸的基础上，发展异质材料与多种功能器件的一体化集成技术，从而实现单一芯片的功能多样化，特别是实现光电、微能源、模拟、射频、无源器件、MEMS器件的单芯片集成。发展异质集成技术首先要解决不同半导体材料及功能薄膜的异质融合问题，这将为今后实现器件及系统的单片式集成提供重要的材料基础。在材料异质集成方面，传统的外延生长方法，如分子束外延、金属有机化学气相外延、化学气相沉积、物理气相外延和磁控溅射等，存在着晶格失配、晶型失配、互扩散与反向畴等问题，严重影响了薄膜质量和异质集成的灵活性。因此寻求一种高质量化合物半导体单晶膜层是转移方法，是未来异质集成技术的一个发展方向。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供一种半导体薄膜层的转移方法及复合晶圆的制备方法。本专利技术公开了一种半导体薄膜层的转移方法，包括：在第一半导体衬底的上表面上制备第一介质层、下表面上制备金属膜层；在第二半导体衬底上制备第二介质层；将所述第一介质层和第二介质层键合，使所述第一半导体衬底和第二半导体衬底相结合；在所述第一半导体衬底的侧面刻蚀沟槽；对所述第一半导体衬底的下表面金属膜层施加外力，使所述第一半导体衬底在所述沟槽处横向晶裂，晶裂后的半导体薄膜层转移到所述第二半导体衬底上。作为本专利技术的进一步改进，所述第一半导体衬底包括单晶GaAs衬底、单晶Ge衬底、单晶Si衬底、单晶GaN衬底和单晶InP衬底中的一种；所述金属膜层与第一半导体衬底之间设有缓冲层，所述金属膜层包括Ni层和Cr层中的一种。作为本专利技术的进一步改进，所述第二半导体衬底包括Si衬底、Ge衬底和SiC衬底中的一种；所述第一介质层或第二介质层包括Si3N4层、SiO2层、Al2O3层和AlN层中的一种或多种，所述第二介质层作为所述第二半导体衬底的埋氧层；所述第一介质层和第二介质层选用相同的介质层，或者含有同族元素。作为本专利技术的进一步改进，在第一介质层和第二介质层键合之后、在所述第一半导体衬底的侧面刻蚀沟槽之前，还包括：在复合晶体的表面没有金属膜层的部分制备一层金属膜层。作为本专利技术的进一步改进，所述沟槽为微裂纹或微孔洞，所述微裂纹或微孔洞的尖端深入至所述第一半导体衬底的侧面上且在所述第一半导体衬底的侧面形成数纳米的刻痕，所述微裂纹或微孔洞的尖端与所述第一半导体衬底的上表面之间的半导体衬底为晶裂后的所述半导体薄膜层。作为本专利技术的进一步改进，所述对所述第一半导体衬底的下表面金属膜层施加外力，使所述第一半导体衬底在所述沟槽处横向晶裂；包括：在所述第一半导体衬底的下表面金属膜层上制备一个金属带；拉动所述金属带，使所述第一半导体衬底在所述沟槽处横向晶裂；或者，在所述第一半导体衬底的下表面金属膜层上施加一个真空吸附拉力；通过所述真空吸附拉力，使所述第一半导体衬底在所述沟槽处横向晶裂。本专利技术还提供一种基于上述转移方法的复合晶圆的制备方法，包括：制备A晶圆：在第一半导体衬底的上表面上制备第一介质层，作为单晶XOI复合晶圆的埋氧层；在第一半导体衬底的下表面上制备金属膜层；制备B晶圆：在第二半导体衬底的表面上制备第二介质层，作为单晶XOI复合晶圆的埋氧层；制备单晶XOI复合晶圆：将A晶圆、B晶圆上顶层的第一介质层与第二介质层之间进行键合，使A晶圆、B晶圆紧密结合；在A晶圆的侧面刻蚀微裂纹或微孔洞；在A晶圆下表面的金属膜层上制备金属带或采用真空吸附的方法施加横向拉力；在横向拉力的作用下使所述第一半导体衬底在所述微裂纹或微孔洞处横向晶裂，晶裂后的半导体薄膜层转移到带有埋氧层的第二半导体衬底上，得到单晶XOI复合晶圆；所述单晶XOI复合晶圆的结构依次为第二半导体衬底、埋氧层和半导体薄膜层。作为本专利技术的进一步改进，所述半导体薄膜层的厚度为100-500nm，所述第一介质层、第二介质层的厚度为50-400nm。作为本专利技术的进一步改进，在剥离去除半导体薄膜层后，剩余的第一半导体衬底和金属膜层可重复上述制备方法，分为多个半导体薄膜层用于制备成为多个XOI。作为本专利技术的进一步改进，当在复合晶圆的表面没有金属膜层的部分制备一层金属膜层时：在使用剥离去除部分半导体衬底和金属膜层后，采用磨抛法将所述XOI表面的金属层研磨去除。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术可将半导体衬底以晶裂的方式形成一层半导体薄膜层，晶裂后的半导体薄膜层表面平整，通过介质层键合的方式转移到另一衬底(Si基或SiC基衬底)上，实现高质量、大面积、低成本化合物半导体单晶薄膜层在XOI衬底上的制备；由于半导体衬底一般都比较贵，例如，一个高品质的2寸单晶GaN衬底价格为数千美元，采用本专利技术的转移方法可以从半导体衬底上分离出多层半导体薄膜层，大大节约半导体工业制造成本，从而促进XOI上半导体器件的工业应用，与传统的smartcut相比，通过晶裂得到的晶面表面平整，可以直接在上面进行外延生长或者进行芯片制程，无须抛光研磨工序。附图说明图1为本专利技术一种实施例公开的半导体薄膜层的转移方法的流程图；图2为本专利技术一种实施例公开的第一种A晶圆的结构及制备流程图；图3为本专利技术一种实施例公开的第二种A晶圆的结构及制备流程图；图4为本专利技术一种实施例公开的第一种B晶圆的结构及制备流程图；图5为本专利技术一种实施例公开的第二种B晶圆的结构及制备流程图；图6为本专利技术一种实施例公开的第一种复合晶圆的结构及制备流程图；图7为本专利技术二种实施例公开的第二种复合晶圆的结构及制备流程图；图8为本专利技术三种实施例公开的第三种复合晶圆的结构及制备流程图；图9为本专利技术四种实施例公开的第四种复合晶圆的结构及制备流程图。图中：10、A晶圆；11、第一半导体衬底；12、第一介质层；13、金属膜层；14、GeO2缓冲层；20、B晶圆；21、Si衬底；22、SiO2层；23、第二介质层；30、单晶XOI复合晶圆；31、Si衬底；32、SiO2层；33、介质层；34、半导体薄膜层。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体薄膜层的转移方法，其特征在于，包括：/n在第一半导体衬底的上表面上制备第一介质层、下表面上制备金属膜层；/n在第二半导体衬底上制备第二介质层；/n将所述第一介质层和第二介质层键合，使所述第一半导体衬底和第二半导体衬底相结合；/n在所述第一半导体衬底的侧面刻蚀沟槽；/n对所述第一半导体衬底的下表面金属膜层施加外力，使所述第一半导体衬底在所述沟槽处横向晶裂，晶裂后的半导体薄膜层转移到所述第二半导体衬底上。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体薄膜层的转移方法，其特征在于，包括：
在第一半导体衬底的上表面上制备第一介质层、下表面上制备金属膜层；
在第二半导体衬底上制备第二介质层；
将所述第一介质层和第二介质层键合，使所述第一半导体衬底和第二半导体衬底相结合；
在所述第一半导体衬底的侧面刻蚀沟槽；
对所述第一半导体衬底的下表面金属膜层施加外力，使所述第一半导体衬底在所述沟槽处横向晶裂，晶裂后的半导体薄膜层转移到所述第二半导体衬底上。


2.如权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述第一半导体衬底包括单晶GaAs衬底、单晶Ge衬底、单晶Si衬底、单晶GaN衬底和单晶InP衬底中的一种；
所述金属膜层与第一半导体衬底之间设有缓冲层，所述金属膜层包括Ni层和Cr层中的一种。


3.如权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述第二半导体衬底包括Si衬底、Ge衬底和SiC衬底中的一种；
所述第一介质层或第二介质层包括Si3N4层、SiO2层、Al2O3层和AlN层中的一种或多种，所述第二介质层作为所述第二半导体衬底的埋氧层；
所述第一介质层和第二介质层选用相同的介质层，或者含有同族元素。


4.如权利要求1所述的转移方法，其特征在于，在第一介质层和第二介质层键合之后、在所述第一半导体衬底的侧面刻蚀沟槽之前，还包括：
在复合晶体的表面没有金属膜层的部分制备一层金属膜层。


5.如权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述沟槽为微裂纹或微孔洞，所述微裂纹或微孔洞的尖端深入至所述第一半导体衬底的侧面上且在所述第一半导体衬底的侧面形成数纳米的刻痕，所述微裂纹或微孔洞的尖端与所述第一半导体衬底的上表面之间的半导体衬底为晶裂后的所述半导体薄膜层。


6.如权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述对所述第一半导体衬底的下表面金属膜层施加外力，使所述第一半导体衬底在所述沟槽处横...

【专利技术属性】
技术研发人员：代京京，王智勇，兰天，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11