半导体结构、制备半导体结构的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了半导体结构、制备半导体结构的方法及其应用。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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术以及半导体制造领域，具体而言，本专利技术涉及半导体结构、制备半导体结构的方法及其应用。
技术介绍
在半导体
，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。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：专利技术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。本专利技术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，本专利技术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。在本专利技术的一个方面，本专利技术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。根据本专利技术的实施例，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。根据本专利技术的实施例，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。根据本专利技术的实施例，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。根据本专利技术的实施例，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。根据本专利技术的实施例，所述稀土氧化物包括：(Gd1-xErx)2O3、(Gd1-xNdx)2O3、(Er1-xNdx)2O3、(Pr1-xLax)2O3、(Pr1-xNdx)2O3、(Pr1-xGdx)2O3、(Er1-xLax)2O3中的一种或多种，其中x的取值范围为0-1。本领域技术人员可以根据对该半导体结构的具体要求，从上述范围内选择适当的稀土氧化物进行沉积，实现对该半导体结构物化性能的调控，从而可以扩展该半导体结构的应用范围。根据本专利技术的实施例，所述类单晶层的晶格常数a与所述衬底上表面所述单晶结构的晶格常数b的关系为：a＝(2±c)b，其中c为晶格常数失配率，0≤c≤15％。部分稀土氧化物的晶格常数大约是常见半导体材料晶格常数的两倍，且稀土氧化物的晶格常数可通过组分调节，通过调节稀土氧化物类单晶层以及衬底上单晶结构的晶格常数之间的关系，使a≈2b，可以提高类单晶层以及衬底之间晶格匹配程度。根据本专利技术的实施例，所述退火处理的温度为600～1200摄氏度。由此，可以进一步提高稀土氧化物类单晶层的结晶质量。根据本专利技术的实施例，步骤(2)中，所述溅射沉积时衬底温度不小于400摄氏度。由此，可以简便地通过对衬底进行加热，获得稀土氧化物类单晶层，从而可以降低沉积步骤对设备的要求，简化制备工艺，降低生产成本。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种半导体结构。根据本专利技术的实施例，该半导体结构包括：衬底，所述衬底上表面具有单晶结构；和类单晶层，所述类单晶层形成在所述衬底的上表面，并且所述类单晶层是由稀土氧化物形成的。具有类单晶结构的稀土氧化物能够提高类单晶层以及衬底之间的晶格匹配程度，且有利于后续利用该半导体结构构成绝缘介质以及单晶半导体堆叠结构。根据本专利技术的实施例，所述衬底是由上表面具有单晶结构的Si材料形成的，所述稀土氧化物包括：(Gd1-xErx)2O3、(Gd1-xNdx)2O3、(Er1-xNdx)2O3、(Pr1-xLax)2O3、(Pr1-xNdx)2O3、(Pr1-xGdx)2O3、(Er1-xLax)2O3中的一种或多种，其中x的取值范围为0-1。本领域技术人员可以根据对该半导体结构的具体要求，从上述范围内选择适当的稀土氧化物进行沉积，实现对该半导体结构物化性能的调控，从而可以扩展该半导体结构的应用范围。根据本专利技术的实施例，所述类单晶层的晶格常数a与所述衬底上表面所述单晶结构的晶格常数b的关系为：a＝(2±c)b，其中c为晶格常数失配率，0≤c≤15％。部分稀土氧化物的晶格常数大约是常见半导体材料晶格常数的两倍，且稀土氧化物的晶格常数可通过组分调节，通过调节稀土氧化物类单晶层以及衬底上单晶结构的晶格常数之间的关系，使a≈2b，可以提高类单晶层以及衬底之间晶格匹配程度。根据本专利技术的实施例，所述类单晶层(222)晶面的XRD衍射峰的半高宽小于2度。控制XRD衍射峰的半高宽有利于提高该类单晶层的结晶质量。根据本专利技术的实施例，所述类单晶层是通过溅射沉积形成的。由此，可以在保证类单晶层质量的同时，降低制备成本，简化制备工艺。根据本专利技术的实施例，所述类单晶层是通过溅射沉积和退火处理形成的。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。根据本专利技术的实施例，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。根据本专利技术的实施例，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者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。根据本专利技术的实施例，所述溅射沉积时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备半导体结构的方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种制备半导体结构的方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述溅射沉积为磁控溅射沉积或离子束溅射沉积。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述溅射沉积为脉冲式溅射沉积或离子束辅助溅射沉积。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述衬底是由上表面为具有单晶结构的硅材料形成的。6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述稀土氧化物包括：(Gd1-xErx)2O3、(Gd1-xNdx)2O3、(Er1-xNdx)2O3、(Pr1-xLax)2O3、(Pr1-xNdx)2O3、(Pr1-xGdx)2O3、(Er1-xLax)2O3中的一种或多种，其中x的取值范围为0-1。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述类单晶层的晶格常数a与所述衬底上表面所述单晶结构的晶格常数b的关系为：a＝(2±c)b，其中c为晶格常数失配率，0≤c≤15％。8.根据权利要求2述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为600～1200摄氏度。9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溅射沉积时衬底温度不小于400摄氏度。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子巍，肖磊，王敬，梁仁荣，许军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11