[發明專利]半導體襯底及制備方法和在絕緣體上的硅與外延中的應用

有效

• 申請號: 200710173709.1
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101197260A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 魏星;張苗;王曦;林成魯
• 申請（專利權）人: 上海新傲科技有限公司;中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/265;H01L21/762;H01L21/84
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于微電子與固體電子學、硅基集成光電子器件材料的制造領域。

背景技術

絕緣體上的硅(即SOI-silicon?on?insulator)具有高速、低功率、抗輻照等優點，在航空航天、軍工電子、便攜式通訊、汽車電子等方面具有重要的應用前景，被認為是二十一世紀的硅集成電路技術，倍受人們的重視(J.P.Colinge，Silicon?onInsulator?Technology，Material?to?VLSI，Kulwer?Academic?Publication?1991)。隨著汽車電子集成電路、音頻功率放大集成電路、照明等的發展，對功率器件的需求越來越廣泛，SOI襯底因其具有良好的絕緣性能，使其在功率器件領域的應用前景尤其倍受關注(F.Urea，D.Garner，K.Sheng，A.Popescu，H.T.Lim?and?W.I.Milne，SOI?Power?Device，Electronics?and?Communication?Engineering?Joumal，Feb.2000，Volume?12，p27)。

目前厚膜SOI材料的制作技術主要鍵合減薄技術以及鍵合減薄技術所衍生出的智能剝離即Smart-cut^技術(G.K.Celler，Sorin?Cristoloveanu，Frontiers?ofsilicon-on-insulator，Journal?of?Applied?Physics，vol.93，pp.4955，2003)。

傳統的鍵合減薄工藝就是將一片表面帶有熱氧化層的硅片與一片光片鍵合，然后在1100℃高溫下加固，并將硅片背面減薄至需要的厚度。由于二氧化硅和硅之間熱膨脹系數的差異，在鍵合減薄SOI制作工藝中高溫加固的工藝步驟，將在SOI層中引入大量的殘余熱應力，而熱應力的存在將會對器件的性能產生有害的影響甚至減弱鍵合片之間的粘合力(T.Iida，T.Itoh，D.Noguchi?andY.Takano，Residual?lattice?strain?in?thin?silicon-on-insulator?bonded?wafers：Thermalbehavior?and?formation?mechanisms，Journal?of?Applied?Physics，vol.87，pp.675-681，2000)。Furukawa等研究表明，依賴于不同的鍵合溫度，當界面應力超過5-12MPa，SOI層將脫離支撐片(F.Furukawa，Y.Udo?and?T.Kawakami，Mechanical?propertiesfor?directly?bonded?silicon?wafers，in?EEP?Proc.Joint?ASME/JSME?Conf.ElectronicPackaging，pp.627-631，1992)。此外，SOI層和絕緣層界面間的熱應力將導致缺陷的產生，比如位錯，而這些缺陷將引起雜質的再分布而改變器件性能(A.E.Widmer?and?W.Rehwald，Thermoplastic?deformation?of?silicon?wafers，J.Electrochem.Soc.，vol.133，pp.2403-2409，1986)。

發明內容

針對現有技術高溫加固的工藝步驟，存在頂層硅層中引入大量的殘余熱應力，而熱應力的存在將會對器件的性能產生有害的影響的問題，以及在半導體材料異質外延過程中，如何釋放晶格失失配造成的應力，本發明目的在于：提供一種具有嵌入孔洞層的半導體襯底，采用該半導體襯底作為外延襯底用于氮化鎵、硅鍺等材料外延，并作為支撐襯底用于廣義鍵合減薄絕緣體上的硅材料的制作，該廣義絕緣體上的硅材料的頂層硅中具有小的殘余熱應力。具體來說，它是一種采用陽極氧化或者離子注入的辦法，在支撐片頂部或者內部形成一層孔洞層，并利用該具有孔洞層的半導體襯底作為氮化鎵、硅鍺等材料的外延襯底或者作為支撐襯底制作廣義鍵合減薄絕緣體上的硅材料，能夠減小頂層硅中殘余熱應力。

本發明提供了孔洞層可以在初始襯底的表面或者內部形成，采用離子注入的辦法將會在在初始襯底內部形成孔洞層，陽極氧化法直接在初始襯底表面形成孔洞層，而在該孔洞層上外延半導體覆蓋層則在該襯底內部形成孔洞層。

可選的，所述孔洞層的材料為多孔硅或者含有氣泡的單晶硅。

可選的，所述孔洞層的材料為多孔硅。

可選的，所述初始襯底的材料為單晶硅。