[发明专利]一种多层异质单晶薄膜衬底的制备方法

说明书

本申请涉及一种多层异质单晶薄膜衬底的制备方法，该方法包括步骤S101～S107，通过该步骤S101～S107可以实现任意多层异质单晶薄膜衬底结构，且各异质单晶薄膜间的结合为范德华力结合，异质单晶薄膜之间的键合十分牢固；另外，本申请实施例提供的一种任意多层异质单晶薄膜衬底的制备方法，可将多种具有不同功能的薄膜集成于一片衬底，用于多功能三维异质集成芯片的实现。

技术领域

本申请涉及半导体制备技术领域，特别涉及一种多层异质单晶薄膜衬底的制备方法。

背景技术

半导体工业进入后摩尔时代，依靠尺度微缩实现性能提升的途径将会遇到物理原理上难以跨越的瓶颈。将多种不同功能的器件进行片上异质集成或芯片化发展是的后摩尔时代实现功能器件性能提升另一条可行路径。这要求功能薄膜与半导体薄膜进行异质集成。

异质集成衬底通常由异质外延生长和离子注入剥离方法实现。但是，现在的异质外延生长和离子注入剥离方法难以制备较多层异质单晶薄膜。如21世纪初获得成功的绝缘体上硅材料，是由离子注入剥离方法得到的硅-氧化硅-硅材料的异质集成结构。然而在许多应用场景中，人们希望得到硅-铌酸锂-碳化硅-氧化硅-硅材料，以在一个平台上充分利用不同材料的优异特性。但是这类多层异质单晶薄膜衬底结构单独用传统的离子注入剥离方法所不能实现的，其主要瓶颈在于，不同单晶薄膜的离子注入、剥离温度等条件具有很大的差异。

发明内容

本申请实施例提供了一种多层异质单晶薄膜衬底的制备方法，可将任意多种具有功能薄膜与半导体薄膜集成于一片衬底，可用于多功能三维异质集成芯片的实现，为持续提高器件的性能提供一条可靠的途径。

本申请实施例提供了一种多层异质单晶薄膜衬底的制备方法，包括：

S101，获取第一异质复合衬底；第一异质复合衬底包括第一牺牲层和位于第一牺牲层上的第一单晶薄膜；

S102，将第一异质复合衬底置于腐蚀溶液中以使第一单晶薄膜与第一牺牲层分离；

S103，获取支撑衬底；

S104，将支撑衬底靠近并接触悬浮于腐蚀溶液表面的第一单晶薄膜，使第一单晶薄膜的一端吸附于支撑衬底表面；

S105，将表面贴合的支撑衬底和第一单晶薄膜从腐蚀溶液中取出，并放入高压腔体和/或退火炉内以加强第一单晶薄膜与支撑衬底的结合，得到双层异质单晶薄膜衬底；

S106，获取第二异质复合衬底；第二异质复合衬底包括第二牺牲层和位于第二牺牲层上的第二单晶薄膜；

S107，将双层异质单晶薄膜衬底作为新的支撑衬底；重复上述步骤S102～S105，将第二单晶薄膜与双层异质单晶薄膜衬底结合，得到多层异质单晶薄膜衬底。

可选的，将表面贴合的支撑衬底和第一单晶薄膜从腐蚀溶液中取出，并放入高压腔体和/或退火炉内以加强第一单晶薄膜与支撑衬底的结合，包括：

将表面贴合的支撑衬底和第一单晶薄膜放置于高压腔体内，向高压腔体内充入高压气体；

其中，高压气体包括氧气、氮气和氩气中的至少一种；高压腔体内的压强为0.1～10Mpa；保持高压时间为1～10小时。

可选的，将表面贴合的支撑衬底和第一单晶薄膜从腐蚀溶液中取出，并放入高压腔体和/或退火炉内以加强第一单晶薄膜与支撑衬底的结合，包括：

将表面贴合的支撑衬底和第一单晶薄膜放置于退火炉内，采用温退火和高温退火相结合的方式进行；

其中，退火温度范围为100～1500摄氏度；退火过程中的升温速率小于每分钟1摄氏度；退火保温时间范围为1分钟至48小时；退火气氛包括氧气、氮气和氩气中的至少一种。

可选的，第一单晶薄膜与第二单晶薄膜的材质不相同。