一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，包括：提供單晶襯底，以所述單晶襯底的一表面為注入面，在所述單晶襯底內(nèi)進(jìn)行第一類型離子及第二類型離子的共注入，以在所述單晶襯底的預(yù)設(shè)深度形成缺陷層；提供支撐襯底，使所述單晶襯底的注入面與所述支撐襯底的表面緊密接觸；沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底，使所述單晶襯底的一部分轉(zhuǎn)移到所述支撐襯底上，以在所述支撐襯底上形成薄層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在單晶襯底內(nèi)采用兩種不同類型離子進(jìn)行共注入，可以制備出單晶材料薄膜，有效地降低剝離及轉(zhuǎn)移單晶材料薄膜層所需的離子總注入劑量，進(jìn)而縮短了制備周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本；還可以解決部分材料使用單一離子注入無法實(shí)現(xiàn)剝離的問題。
【專利說明】
一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于單晶材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法。【背景技術(shù)】
[0002]單晶材料薄膜在減小器件體積，降低功耗以及擴(kuò)展材料應(yīng)用等方面具有廣泛的用途。目前通過機(jī)械切割與研磨拋光的方法加工薄膜材料的方法，受到材料本身機(jī)械強(qiáng)度的限制，薄膜被限制在幾十微米以上，無法達(dá)到一微米左右的厚度。利用物理或化學(xué)方法在支撐襯底上生長薄膜得到了廣泛的應(yīng)用，但這種方法極大地受到襯底材料的限制。生長的薄膜與襯底之間經(jīng)常存在晶格失配與熱膨脹系數(shù)失配，薄膜通常為多晶結(jié)構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重的降低了材料的性能。
[0003]離子注入剝離及鍵合工藝是一種轉(zhuǎn)移薄層結(jié)構(gòu)材料的方法。通過在單晶材料注入一定能量與劑量的H離子，在單晶材料一定的深度處定義一層缺陷層。將半導(dǎo)體材料的離子注入面與支撐襯底緊密結(jié)合，并通過一定的方法使單晶材料在缺陷層剝離，就可以形成單晶材料薄層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到支撐襯底的結(jié)構(gòu)。缺陷的深度由離子注入的能量確定，而能否形成剝離所需的缺陷密度由注入的劑量決定。這種技術(shù)已經(jīng)用于制備絕緣體上硅(SOI)等材料結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于微電子電子、光電子領(lǐng)域。
[0004]因?yàn)椴煌牧媳旧淼男再|(zhì)，單一種類例子的注入并不能使材料發(fā)生剝離，或使材料發(fā)生剝離所需要的劑量非常大。例如，在磷化銦材料中注入H離子，劑量達(dá)到1E17仍不能發(fā)生剝離。在Applied Physics Express上發(fā)表的Layer-Transferred GaN Template by 1n Cut for Nitride-Based Light-Emitting D1des中，證實(shí)形成GaN薄層結(jié)構(gòu)需要的注入劑量為3.5E171ns-cnf2。過高的注入劑量意味著過長的生產(chǎn)周期與過大的生產(chǎn)成本，只有降低注入劑量才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無法在支撐襯底上制備高質(zhì)量單晶材料薄膜的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，至少包括以下步驟:
[0007]提供單晶襯底，以所述單晶襯底的一表面為注入面，在所述單晶襯底內(nèi)進(jìn)行第一類型離子及第二類型離子的共注入，以在所述單晶襯底的預(yù)設(shè)深度形成缺陷層；
[0008]提供支撐襯底，使所述單晶襯底的注入面與所述支撐襯底的表面緊密接觸；
[0009]沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底，使所述單晶襯底的一部分轉(zhuǎn)移到所述支撐襯底上，以在所述支撐襯底上形成薄層結(jié)構(gòu)。
[0010]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案，所述第一類型離子為H離子，所述第二類型離子為C離子、N離子、He離子、Ne離子、Ar離子及 Xe離子中的一種或多種。
[0011]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 所述第一類型離子的注入在所述第二類型離子的注入之前進(jìn)行。
[0012]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 所述第一類型離子的注入在所述第二類型離子的注入之后進(jìn)行。
[0013]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 所述第一類型離子及所述第二類型離子同時(shí)注入。
[0014]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 所述支撐襯底的材料與所述單晶襯底的材料相同，均為單晶材料.
[0015]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 所述單晶襯底及所述第二單晶襯底的材料均為砷化鎵，磷化銦，碳化硅，氮化鎵，金剛石，鈮酸鋰，鉭酸鋰。
[0016]作為本發(fā)明的用于制造質(zhì)層襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 所述支撐襯底的材料為異質(zhì)材料。
[0017]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 所述支撐襯底的材料為硅、藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鋁、鍺、鍺硅、金剛石或銅。
[0018]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 所述單晶襯底鍵合于所述支撐襯底表面。
[0019]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 在所述單晶襯底內(nèi)，所述第一類型離子注入的深度與所述第二類型離子注入的深度相同或相近。
[0020]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 在所述單晶襯底內(nèi)執(zhí)行第一類型離子及第二類型離子的共注入的過程中，所述單晶襯底的溫度范圍為室溫至700 °C;所述第一類型離子的注入能量為IKeV?3MeV，注入劑量為 lE15cm—2-5E17cm—2;所述第二類型離子的注入劑量為lE16cm—2-5E17cnf2。
[0021]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底的具體方法為將形成有缺陷層的所述單晶襯底進(jìn)行退火處理。
[0022]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 退火工藝在真空環(huán)境下或在氮?dú)饧岸栊詺怏w中至少一種氣體形成的保護(hù)氣氛下進(jìn)行，退火溫度為300 °C?1000 °C，退火時(shí)間為1分鐘?10小時(shí)。
[0023]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底的具體方法還包括在將所述單晶襯底進(jìn)行退火處理后，在所述缺陷層處施加橫向機(jī)械力的步驟。
[0024]作為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的一種優(yōu)選方案， 沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底的具體方法還包括在將所述單晶襯底進(jìn)行退火處理后，保持退火溫度，在所述單晶襯底的表面沉積輔助材料層后快速冷卻的步驟;其中，所述輔助材料層與所述單晶襯底具有不同的熱膨脹系數(shù)。
[0025]本發(fā)明的一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的有益效果為:在第一半導(dǎo)體襯底內(nèi)采用兩種不同類型離子進(jìn)行共注入，一種離子用于形成缺陷，另一種離子用于將形成的缺陷擴(kuò)大并結(jié)合，或用于生成形成缺陷的離子的捕獲層，可以有效地降低剝離及轉(zhuǎn)移單晶材料薄膜層所需的離子總注入劑量，進(jìn)而縮短了制備周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本;同時(shí)，使用該方法還可以解決部分材料使用單一離子注入無法實(shí)現(xiàn)剝離的問題?！靖綀D說明】[〇〇26]圖1顯示為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
[0027]圖2顯示為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的半導(dǎo)體材料薄層結(jié)構(gòu)的方法中在所述單晶襯底內(nèi)進(jìn)行第一類型離子及第二類型離子的共注入，以在所述單晶襯底的預(yù)設(shè)深度形成缺陷層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3顯示為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法中提供支撐襯底，使所述單晶襯底的注入面與所述支撐襯底的表面緊密接觸的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4顯示為本發(fā)明的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法中沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底，使所述單晶襯底的一部分轉(zhuǎn)移到所述支撐襯底上，以在所述支撐襯底上形成薄層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]元件標(biāo)號(hào)說明
[0031]1單晶襯底
[0032]11注入面
[0033]12缺陷層[〇〇34]13薄膜結(jié)構(gòu)層
[0035]14主體層
[0036]15薄層結(jié)構(gòu)[〇〇37]2支撐襯底【具體實(shí)施方式】
[0038]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。
[0039]請(qǐng)參閱圖1?圖4。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，雖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(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)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。
[0040]如圖1至圖4所示，本實(shí)施例提供一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，至少包括以下步驟:[〇〇41]S1:提供單晶襯底1，以所述單晶襯底1的一表面為注入面11，在所述單晶襯底1內(nèi)進(jìn)行第一類型離子及第二類型離子的共注入，以在所述單晶襯底1的預(yù)設(shè)深度形成缺陷層 12；
[0042]S2:提供支撐襯底2,使所述單晶襯底1的注入面11與所述支撐襯底2的表面緊密接觸；
[0043]S3:沿所述缺陷層12剝離部分所述單晶襯底1，使所述單晶襯底1的一部分轉(zhuǎn)移到所述支撐襯底2上，以在所述支撐襯底2上形成薄層結(jié)構(gòu)15。
[0044]執(zhí)行步驟S1，請(qǐng)參閱圖1中的S1步驟及圖2,提供單晶襯底1，以所述單晶襯底1的一表面為注入面11，在所述單晶襯底1內(nèi)進(jìn)行第一類型離子及第二類型離子的共注入，以在所述單晶襯底1的預(yù)設(shè)深度形成缺陷層12。
[0045]作為示例，所述單晶襯底1的材料可以為現(xiàn)有已知的單晶材料中的任一種，譬如， 砷化鎵，磷化銦，碳化硅，氮化鎵，金剛石，鈮酸鋰，鉭酸鋰等;優(yōu)選地，所述單晶襯底1的材料為氮化鎵，更為優(yōu)選地，所述單晶襯底1為氮化鎵體材料或氮化鎵外延片。所述缺陷層12將所述單晶襯底1分離為位于其上下兩側(cè)的薄層結(jié)構(gòu)層13和主體層14。
[0046]作為示例，所述第一類型離子的作用為在所述單晶襯底1內(nèi)形成缺陷，所述第二類型離子的作用為占據(jù)所形成的缺陷，使得所述缺陷擴(kuò)大并與相連的缺陷相結(jié)合，或用于形成所述第一類型離子的捕獲層，將所述第一類型離子限制在一個(gè)窄的深度范圍內(nèi)，提高所述第一類型離子在該深度范圍內(nèi)的最大濃度，進(jìn)而形成可以剝離部分所述單晶襯底1的裂痕。優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述第一類型離子為H(氫)離子，所述第二類型離子為C(碳)離子、 N(氮)離子、He(氦)離子、Ne(氖)離子、Ar(氬)離子及Xe(氙)離子中的一種或多種。
[0047]所述H離子及共注入離子可以將所述單晶襯底1部分剝離的原理為利用H離子和共注入離子對(duì)剝離深度處(即缺陷層12處)的晶格不同的破壞作用而實(shí)現(xiàn)。以所述單晶襯底1 的材料為氮化鎵材料為例，H離子可以與氮化鎵材料中的Ga-N鍵產(chǎn)生化學(xué)作用，將所述Ga-N 鍵打開并進(jìn)入原子間隙產(chǎn)生壓強(qiáng)，形成平臺(tái)型的缺陷，所述缺陷在所述缺陷層12內(nèi)呈高斯分布;而He、Ne、Ar及Xe等屬于惰性元素，與氮化鎵不產(chǎn)生化學(xué)作用，但它們可以被H離子形成的平臺(tái)缺陷捕獲并通過物理作用使這些平臺(tái)型缺陷擴(kuò)大并相互結(jié)合，最終形成可以分離氮化鎵材料的裂痕；同時(shí)，共注入的C離子及N離子可以形成注入H離子的捕獲層，將注入的H 離子限制在氮化鎵材料內(nèi)一個(gè)窄的深度范圍內(nèi)，這就提高了該深度范圍內(nèi)注入H離子的最大濃度，在較低的H離子注入劑量下即可實(shí)現(xiàn)從缺陷濃度最大處剝離。由此可以看出，在氮化鎵材料內(nèi)同時(shí)注入H離子和C離子、N離子、He離子、Ne離子、Ar離子及Xe離子中的一種或多種組成的共注入離子，可以有效地促進(jìn)氮化鎵材料在離子注入劑量較低的情況下剝離，即可以有效地降低離子注入的總劑量，進(jìn)而縮短了制備周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0048]作為示例，所述第一類型離子及所述第二類型離子共注入的方式可以依次進(jìn)行注入，也可以同時(shí)進(jìn)行注入，即在一實(shí)施例中，所述第一類型離子的注入在所述第二類型離子的注入之前進(jìn)行;在另一實(shí)施例中，所述第一類型離子的注入在所述第二類型離子的注入之后進(jìn)行;在另一實(shí)施例中，所述第一類型離子與所述第二類型離子的注入同時(shí)進(jìn)行。圖2 中所示的垂直于所述單晶襯底1的注入面11的箭頭表示離子注入的方向。
[0049]作為示例，在所述單晶襯底1內(nèi)進(jìn)行離子共注入的過程中，由于缺陷的深度由離子注入的能量決定，而能否形成分離所需的缺陷密度由離子注入的劑量決定，因此，在共注入的過程中要選擇合適的離子注入劑量和離子注入能量;在以一定的離子注入劑量和離子注入能量注入一種類型的離子后，另一種離子注入的注入劑量和注入能量應(yīng)以先注入類型離子的注入劑量和注入能量為依據(jù)，尤其是離子注入能量，以確保兩種離子注入于所述單晶襯底1內(nèi)相同或相近的深度處。以依次注入H離子和H離子和C離子、N離子、He離子、Ne離子、 Ar離子及Xe離子中的一種或多種組成的共注入離子為例，在所述單晶襯底1內(nèi)執(zhí)行H離子及共注入離子的共注入的過程中，所述單晶襯底1的溫度范圍為室溫至700°C;所述H離子的注入能量為IKeV?3MeV，注入劑量為lE15cnf2-5E17cnf2;所述共注入離子的注入劑量為 lE16Cnf2-5E17cnf2,所述共注入離子的注入能量取決于所述H離子注入的深度，保證所述共注入離子的射程(RP)在所述H離子注入的射程附近，即所述共注入離子注入的深度與所述H 離子注入的深度相同或相近。
[0050]執(zhí)行步驟S2,請(qǐng)參閱圖1中的S2步驟及圖3,提供支撐襯底2,使所述單晶襯底1的注入面11與所述支撐襯底2的表面緊密接觸。
[0051]作為示例，所述支撐襯底2作為后續(xù)工藝中形成的薄層結(jié)構(gòu)的支撐襯底，所述支撐襯底2的材料可以與所述單晶襯底1相同，也可以與所述單晶襯底1的材料不同，優(yōu)選地，所述支撐襯底2的材料為異質(zhì)材料，更為優(yōu)選地，本實(shí)施例中，可以為硅、藍(lán)寶石、碳化硅、氮化錯(cuò)、鍺、鍺娃、金剛石或銅。[〇〇52]作為示例，所述單晶襯底1的注入面11可以現(xiàn)有技術(shù)中的任一工藝實(shí)現(xiàn)與所述支撐襯底2表面的緊密接觸，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述單晶襯底1鍵合于所述支撐襯底2的表面。[〇〇53]執(zhí)行步驟S3,請(qǐng)參閱圖1中的S3步驟及圖3,沿所述缺陷層12剝離部分所述單晶襯底1，使所述單晶襯底1的一部分轉(zhuǎn)移到所述支撐襯底2上，以在所述支撐襯底2上形成薄層結(jié)構(gòu)15。
[0054]在一實(shí)施例中，沿所述缺陷層12剝離部分所述單晶襯底1的具體方法為:將形成有缺陷層12的所述單晶襯底1進(jìn)行退火處理，以實(shí)現(xiàn)部分所述單晶襯底1沿所述缺陷層12剝離。具體的，退火工藝在真空環(huán)境下或在氮?dú)饧岸栊詺怏w中至少一種氣體形成的保護(hù)氣氛下進(jìn)行，退火溫度為300 °C?1000°C，退火時(shí)間為1分鐘?10小時(shí)。在300°C?1000°C的退火過程中，注入離子(即H離子、He離子、Ne離子、Ar離子及Xe離子)會(huì)受熱膨脹，增大其對(duì)原子施加的壓強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)所述襯底1從缺陷濃度最大處實(shí)現(xiàn)剝離。
[0055]在另一實(shí)施例中，沿所述缺陷層12剝離部分所述單晶襯底1的具體方法為:首先， 將形成有缺陷層12的所述單晶襯底1進(jìn)行退火處理，退火工藝在真空環(huán)境下或在氮?dú)饧岸栊詺怏w中至少一種氣體形成的保護(hù)氣氛下進(jìn)行，退火溫度為300 °C?1000°C，退火時(shí)間為1 分鐘?10小時(shí)；其次，退火處理后，在所述缺陷層12處施加橫向機(jī)械力，以實(shí)現(xiàn)部分所述單晶襯底1沿所述缺陷層12剝離。由于所述單晶襯底1能否形成分離所需的缺陷密度由離子注入的劑量決定，因此，若只通過退火實(shí)現(xiàn)所述單晶襯底1自所述缺陷層12處分離，就需要在所述單晶襯底1內(nèi)注入特定劑量的離子;而在所述缺陷層12處施加橫向機(jī)械力，即使所述單晶襯底1內(nèi)離子注入的劑量比較小，未能形成分離所需的缺陷密度，在外力的作用下亦可以實(shí)現(xiàn)所述單晶襯底1自所述缺陷層12處分離，即在所述缺陷層12處施加橫向機(jī)械力可以降低離子總注入劑量，促進(jìn)所述單晶襯底1自所述缺陷層12處剝離，進(jìn)而縮短了制備周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0056]在另一實(shí)施例中，沿所述缺陷層12剝離部分所述單晶襯底1的具體方法為:首先， 將形成有缺陷層12的所述單晶襯底1進(jìn)行退火處理，退火工藝在真空環(huán)境下或在氮?dú)饧岸栊詺怏w中至少一種氣體形成的保護(hù)氣氛下進(jìn)行，退火溫度為300 °C?1000°C，退火時(shí)間為1分鐘?10小時(shí);其次，退火處理后，保持退火溫度，在所述單晶襯底1的表面沉積輔助材料層后快速冷卻;其中，所述輔助材料層與所述單晶襯底1具有不同的熱膨脹系數(shù)。
[0057]作為示例，所述輔助材料可以為與所述單晶襯底1熱膨脹系數(shù)不同的任一種物質(zhì)， 優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述輔助材料為高聚物。由于所述輔助材料與所述單晶襯底1具有不同的熱膨脹系數(shù)，尤其是二者的熱膨脹系數(shù)差異較大時(shí)，在快速冷卻的過程中會(huì)在二者組成的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生熱應(yīng)力，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)使所述單晶襯底1在注入缺陷濃度最大處實(shí)現(xiàn)剝離?？焖倮鋮s的方式可以為但不僅限于隨爐冷卻。
[0058]由于所述單晶襯底1能否形成分離所需的缺陷密度由離子注入的劑量決定，因此， 若只通過退火實(shí)現(xiàn)所述單晶襯底1自所述缺陷層12處分離，就需要在所述單晶襯底1內(nèi)注入特定劑量的離子;而在所述單晶襯底1的表面沉積輔助材料層后快速冷卻，使得二者形成的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生熱應(yīng)力，即使所述單晶襯底1內(nèi)離子注入的劑量比較小，未能形成分離所需的缺陷密度，在所述熱應(yīng)力的作用下亦可以實(shí)現(xiàn)所述單晶襯底1自所述缺陷層12處分離，即在所述單晶襯底1的表面沉積輔助材料層并快速冷卻可以降低離子總注入劑量，促進(jìn)所述單晶襯底1自所述缺陷層12處剝離，進(jìn)而縮短了制備周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0059]本發(fā)明一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法制備的鍵合于支撐襯底上的薄層結(jié)構(gòu)可以用作制造微電子、光電子及光伏器件的襯底。
[0060]綜上所述，本發(fā)明提供一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，至少包括以下步驟:提供單晶襯底，以所述單晶襯底的一表面為注入面，在所述單晶襯底內(nèi)進(jìn)行第一類型離子及第二類型離子的共注入，以在所述單晶襯底的預(yù)設(shè)深度形成缺陷層;提供支撐襯底，使所述單晶襯底的注入面與所述支撐襯底的表面緊密接觸;沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底，使所述單晶襯底的一部分轉(zhuǎn)移到所述支撐襯底上，以在所述支撐襯底上形成薄層結(jié)構(gòu)。
[0061]本發(fā)明提供的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法通過在單晶襯底內(nèi)采用兩種不同類型離子進(jìn)行共注入，一種離子用于形成缺陷，另一種離子用于將形成的缺陷擴(kuò)大并結(jié)合，或用于生成形成缺陷的離子的捕獲層，將形成缺陷的離子限制在一個(gè)窄的深度范圍內(nèi)，提高形成缺陷的離子在該深度范圍內(nèi)的最大濃度，可以有效地降低剝離及轉(zhuǎn)移單晶材料薄膜層所需的離子總注入劑量，進(jìn)而縮短了制備周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本；同時(shí)，使用該方法還可以解決部分材料使用單一離子注入無法實(shí)現(xiàn)剝離的問題。[〇〇62]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(duì)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(shí)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。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，至少包括以下 步驟:提供單晶襯底，以所述單晶襯底的一表面為注入面，在所述單晶襯底內(nèi)進(jìn)行第一類型 離子及第二類型離子的共注入，以在所述單晶襯底的預(yù)設(shè)深度形成缺陷層；提供支撐襯底，使所述單晶襯底的注入面與所述支撐襯底的表面緊密接觸；沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底，使所述單晶襯底的一部分轉(zhuǎn)移到所述支撐襯底 上，以在所述支撐襯底上形成薄層結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:所述第一類型離子為H離子，所述第二類型離子為C離子、N離子、He離子、Ne離子、Ar離子 及Xe離子中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:所述第一類型離子的注入在所述第二類型離子的注入之前進(jìn)行。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:所述第一類型離子的注入在所述第二類型離子的注入之后進(jìn)行。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:所述第一類型離子及所述第二類型離子同時(shí)注入。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:所述支撐襯底的材料與所述單晶襯底的材料相同，均為單晶材料。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:所述單晶襯底及所述第二單晶襯底的材料均為砷化鎵，磷化銦，碳化硅，氮化鎵，金剛 石，鈮酸鋰，鉭酸鋰。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:所述支撐襯底的材料為異質(zhì)材料。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:所述支撐襯底的材料為硅、藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鋁、鍺、鍺硅、金剛石或銅。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:所述單晶襯底鍵合于所述支撐襯底表面。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:在所述單晶襯底內(nèi)，所述第一類型離子注入的深度與所述第二類型離子注入的深度相 同或相近。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:在所述單晶襯底內(nèi)執(zhí)行第一類型離子及第二類型離子的共注入的過程中，所述單晶襯 底的溫度范圍為室溫至700°C;所述第一類型離子的注入能量為IKeV?3MeV，注入劑量為 lE15cm—2-5E17cm—2;所述第二類型離子的注入劑量為lE16cm—2-5E17cnf2。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于:沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底的具體方法為將形成有缺陷層的所述單晶襯底進(jìn) 行退火處理。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特征 在于:退火工藝在真空環(huán)境下或在氮?dú)饧岸栊詺怏w中至少一種氣體形成的保護(hù)氣氛下進(jìn)行，退火溫度為300 °C?1000 °C，退火時(shí)間為1分鐘?10小時(shí)。15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其 特征在于:沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底的具體方法還包括在將所述單晶襯底進(jìn)行 退火處理后，在所述缺陷層處施加橫向機(jī)械力的步驟。16.根據(jù)權(quán)利要13或14所述的用于制造支撐襯底上的單晶材料薄層結(jié)構(gòu)的方法，其特 征在于:沿所述缺陷層剝離部分所述單晶襯底的具體方法還包括在將所述單晶襯底進(jìn)行退 火處理后，保持退火溫度，在所述單晶襯底的表面沉積輔助材料層后快速冷卻的步驟;其 中，所述輔助材料層與所述單晶襯底具有不同的熱膨脹系數(shù)。
【文檔編號(hào)】H01L21/265GK105957831SQ201610527908
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月6日
【發(fā)明人】歐欣, 黃凱, 賈棋, 游天桂, 王曦
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所