[发明专利]化合物半导体单晶薄膜层的转移方法及单晶GaAs-OI复合晶圆的制备方法

说明书

本发明公开了一种化合物半导体单晶薄膜层的转移方法及单晶GaAs‑OI复合晶圆的制备方法，包括：在第一衬底上制备石墨过渡层；在石墨过渡层上生长化合物半导体单晶薄膜层；在化合物半导体单晶薄膜层上制备第一介质层；在第二衬底上制备第二介质层；通过第一介质层和第二介质层的键合，使第一衬底和第二衬底相结合；施加一个横向的外部压力，使化合物半导体单晶薄膜层与第一衬底在石墨过渡层处横向分裂，将化合物半导体单晶薄膜层转移到第二衬底上。本发明可将外延生长的高质量化合物半导体单晶薄膜层通过介质层键合的方式转移到Si基衬底上，可以实现高质量、大面积、低成本化合物半导体单晶薄膜层在SOI衬底上的制备。

技术领域

本发明涉及半导体器件集成技术领域，具体涉及一种化合物半导体单晶薄膜层的转移方法及单晶GaAs-OI复合晶圆的制备方法。

背景技术

自上世纪七十年代开始，微电子产业按摩尔定律发展了近半个世纪。目前，器件的特征尺寸已经接近10nm。基于硅材料的CMOS技术在速度、功耗、集成度和制造成本等多方面受到了材料的基本物理特性、制造成本乃至经济运行规律等多方面的严峻挑战。国际学术界和工业界普遍认为处在“后摩尔时代”的微纳电子工业表现的三大发展趋势为：延续摩尔定律，即半导体器件尺寸继续缩小；扩展摩尔定律，即追求系统集成的功能多样化；超越COMS。这就给Si基材料带来了相当大的挑战，由于MOS晶体管的短沟道带来的二级效应，对传统平面器件而言，通过不断缩小器件的尺寸来提高性能的方法遇到了越来越大的困难，严重制约了集成度的进一步提升。

为了提高MOS晶体管的开态电流，需采用具有高迁移率的沟道材料，如：锗(Ge)和Ⅲ-Ⅴ族半导体，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料还具备形成高质量MOS 界面的能力，从而使同尺寸的MOS器件性能明显优于硅基MOS器件。尤其是到了7nm技术节点时，对FinFET技术而言，栅极或许丧失对沟道的控制能力，Ⅲ-Ⅴ族材料可能被用于沟道。另一方面，人们希望芯片集成更多的功能，随着微处理器工作速度的不断攀升，集成电路中电互连技术遇到瓶颈，面临的带宽、延时、功耗等问题，为充分利用光通信的优点，需要微处理器多核间的高速光互连的实现。因此SOI作为一种高效集成材料，在很多领域被认为具有独特结构的SOI器件能够有效的抑制体硅器件的不足，充分的发挥硅集成技术的潜力，是保证集成电路产业按照摩尔定律走势进行快速发展一大利器。

传统的基于硅材料为衬底的体硅集成电路由于其存在寄生可控硅闩锁效应、在射线辐照环境下软失效、寄生电容、热载流子效应等方面的局限，使其应用发展受到了限制。SOI技术具有高性能ULSI、耐高温高压、抗福照、低压低功耗高集成度等领域具有极其广阔的发展前景，被国际上公认为21世纪的硅集成电路技术，近年来，SOI技术已经发展成为制造ULSL集成电路的主流技术之一。SOI材料和GaAs材料的结合集成技术的发展，为实现GaAs半导体光探测器的多功能化打开一扇窗户。将GaAs材料集成到SOI衬底上为大规模的异质集成提供了可能。

现有一般采用在Si衬底上外延生长单晶GaAs的方式，这种方式的弊端是Si衬底的晶格结构和单晶GaAs的晶格结构不同，在外延生长过程中会由于位错等原因导致晶格失配，使得外延生长GaAs晶体质量不高，无法满足后期制造高质量器件的要求。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种化合物半导体单晶薄膜层的转移方法及单晶GaAs-OI复合晶圆的制备方法。

本发明提供一种化合物半导体单晶薄膜层的转移方法，包括：

在第一衬底上制备石墨过渡层；

在所述石墨过渡层上生长化合物半导体单晶薄膜层，所述化合物半导体单晶薄膜层与第一衬底具有相同晶格结构；

在所述化合物半导体单晶薄膜层上制备第一介质层；

在第二衬底上制备第二介质层；

通过所述第一介质层和第二介质层的键合，使所述第一衬底和第二衬底相结合；