[发明专利]半导体结构、制备半导体结构的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术以及半导体制造领域，具体而言，本发明涉及半导体结构、制备半导体结构的方法及其应用。

背景技术

在半导体技术领域，为了获得高度集成的芯片，采用多层堆叠结构是目前高密度存储技术的重要发展趋势。多层绝缘介质层以及多层单晶半导体交替堆叠是实现多层堆叠结构的重要途径。此外，绝缘介质层以及单晶半导体交替堆叠结构也是构建诸如太阳能电池等半导体器件的重要结构组成单元。目前多采用外延生长的方法在绝缘介质材料表面获得单晶半导体薄膜，为了通过外延生长获得高质量的单晶半导体薄膜，要求绝缘介质材料也要具有晶体结构，且与半导体结构之间需要具有良好的晶格匹配。稀土氧化物晶体与常见的半导体材料同属于立方晶系，稀土氧化物的晶格常数一般约为常见半导体材料如Si、Ge、III-V族化合物半导体材料的两倍，通过调整稀土氧化物的成分，可以方便地调整其晶格常数，使其与常见的半导体材料的晶格常数相匹配，即可以形成良好的晶格匹配，因此采用稀土氧化物作为绝缘介质材料有利于在稀土氧化物表面形成半导体结构，也有利于在半导体结构上形成稀土氧化物晶体结构，以获得多层堆叠结构。目前主要通过固相外延生长或者金属有机化学气相沉积(MOCVD)制备稀土氧化物晶体，然而上述方法普遍成本高昂、操作复杂，且对设备的真空度等反应条件均具有较高要求。

因此，目前涉及稀土氧化物晶体的半导体结构及其制备方法仍有待改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

发明人经过深入研究以及大量实验发现，目前制备稀土氧化物晶体的方法普遍存在成本高、操作复杂等问题，主要是由于需要通过对制备过程中的真空度、沉积速率等条件的控制，实现对稀土氧化物晶体层晶体结构的控制，以保证其与单晶硅等半导体层具有较好的晶格匹配程度，从而保证生长在该稀土氧化物晶体层上的半导体层具有较少的缺陷。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备半导体结构的方法，该方法采用溅射沉积的方法，通过对溅射条件的控制，能够形成具有类单晶结构的稀土氧化物层。与利用固相外延生长技术以及金属有机化学气相沉积技术相比，溅射沉积具有成本低廉、操作简单等优点。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备半导体结构的方法。该方法包括：(1)提供衬底，所述衬底的上表面具有单晶结构；以及(2)在所述衬底的上表面通过溅射沉积，形成稀土氧化物类单晶层，以便获得所述半导体结构。由此，可以降低制备成本，简化制备工艺，并获得具有类单晶结构的稀土氧化物结构。

根据本发明的实施例，步骤(2)进一步包括：通过溅射沉积在所述衬底的上表面形成稀土氧化物混合体，对所述稀土氧化物混合体进行退火处理，以便获得所述类单晶层。由此，可以进一步简化溅射沉积过程的制备工艺，降低对沉积设备的要求，从而可以进一步降低生产成本。

根据本发明的实施例，所述溅射沉积为磁控溅射沉积或离子束溅射沉积。利用磁控溅射或者离子束溅射可以较好地控制沉积速率以及沉积的稀土氧化物的晶体结构，从而有利于形成类单晶层。

根据本发明的实施例，所述溅射沉积为脉冲式溅射沉积或离子束辅助溅射沉积。由此，可以利用脉冲式溅射沉积或离子束辅助溅射沉积控制沉积的速率，提高获得的稀土氧化物类单晶层的结晶质量。

根据本发明的实施例，所述衬底是由上表面具有单晶结构的硅材料形成的。具有单晶结构的Si材料廉价且结晶性能好，有利于提高类单晶层与衬底之间的晶格匹配程度，从而可以进一步提高该半导体结构的性能。