[發明專利]一種氧離子注入制備絕緣體上硅材料的方法

無效

• 申請號: 201010235023.2
• 申請日: 2010-07-23
• 公開（公告）號: CN101914758A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 魏星;王湘;楊建;張苗;王曦;林成魯
• 申請（專利權）人: 上海新傲科技股份有限公司;中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/58;C23C14/08
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

【技術領域】

本發明是關于一種氧離子注入制備絕緣體上硅材料的方法，特別涉及一種采用多次氧離子注入制備絕緣體上硅材料的方法。

【背景技術】

SOI(Silicon?on?Insulator，絕緣體上的硅)是為了滿足航空航天、導彈和衛星電子系統等空間及軍事電子領域的需求而發展起來的一種技術。SOI技術作為一種全介質隔離技術，具有諸多體硅技術不可比擬的優越性，包括：速度快、功耗低、短溝道效應小、集成度高、抗干擾和抗輻射能力強等，正逐漸成為制作高速、低功耗、高集成度和高可靠性超大規模集成電路的主流技術，同時還在高壓功率器件、光無源器件、MEMS(Micro-electro-mechanical-Systems，微機電系統)等領域得到廣泛應用。業界公認SOI技術是維持Moore定律走勢的兩大利器之一，被國際上譽為“21世紀的微電子技術”和“新一代硅”。

SOI材料按其頂層硅薄層的厚度，可分為薄膜SOI(頂層硅通常小于1μm)和厚膜SOI(頂層硅通常大于1μm)兩大類，不同頂層硅厚度的SOI材料具有不同的應用領域。

目前，SOI材料的制備技術主要有注氧隔離技術(SIMOX)、鍵合及背面腐蝕技術(BESOI)。其中，由于鍵合及背面腐蝕技術具有工藝簡單、成本低等優點，因此受到人們的重視，雖然埋氧層厚度連續可調，但是通過研磨或者腐蝕的辦法減薄頂層硅，頂層硅的厚度均勻性很難得到精確控制，僅能制備厚膜SOI材料。目前，商用鍵合SOI晶片頂層硅厚度通常大于5μm，厚度均勻性為±0.5μm。采用SIMOX技術制備的SOI材料，頂層硅厚度一般在200nm以內，并且具有優異的頂層硅厚度均勻性，主要面向薄膜應用。目前，獲得應用的主要是全劑量SIMOX材料，其制備方法是將劑量為1.8×10¹⁸cm^-2以上的氧離子注入進單晶硅片中，經過高溫退火，促進氧在硅片內部聚集成核而形成約400nm厚的連續的二氧化硅絕緣埋層。但是，由于受到大劑量氧離子的轟擊，所制備的SOI材料頂層硅質量較差，表現為線位錯密度較大等。此外，由于氧元素在二氧化硅內擴散速度大于硅氧化速度，因此其絕緣埋層內形成了硅島，進而降低了整個絕緣埋層擊穿強度。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是，提供一種SOI材料的制備方法，在保證獲得無硅島的連續埋層的情況下，能夠有效地降低注入氧離子的總劑量，以降低生產成本。

為了解決上述問題，本發明提供了一種氧離子注入制備絕緣體上硅材料的方法，包括如下步驟：提供單晶硅襯底，所述單晶硅襯底具有一光滑的上表面；實施第一次氧離子注入，從單晶硅襯底的上表面注入，以在單晶硅襯底內部形成注入損傷層；實施第二次氧離子注入，從單晶硅襯底的上表面注入，第二次氧離子注入的注入位置在前一步驟形成的注入損傷層靠近單晶硅襯底上表面一側的表面，以在注入損傷層的上表面形成缺陷層；在含氧氣氛下對單晶硅襯底實施退火，以將注入損傷層轉變成絕緣埋層，將缺陷層轉變成多晶層；實施第三次氧離子注入，從單晶硅襯底的上表面注入，本步驟中氧離子注入在絕緣埋層內且更靠近絕緣埋層的下界面；在含氧氣氛下對單晶硅襯底再次實施退火，以促進第三次注入的氧和硅結合形成氧化硅，從而加厚絕緣埋層，并促進多晶層的硅和氧結合形成絕緣埋層的一部分；重復實施第三次離子注入以及退火的步驟以繼續加厚絕緣埋層，至絕緣埋層的厚度達到目標厚度為止。

作為可選的技術方案，第一次氧離子注入的注入劑量為2×10¹⁷cm^-2～8×10¹⁷cm^-2；第二次氧離子注入的注入劑量為1×10¹⁴～1×10¹⁶cm^-2；第三次氧離子注入的注入劑量為2×10¹⁷cm^-2～1×10¹⁸cm^-2。

作為可選的技術方案，所述的兩次退火工藝中，退火的溫度為1000～1400℃，退火氣氛為氧氬混合氣體，退火時間不小于6小時。

作為可選的技術方案，在每一步退火的步驟之后實施腐蝕去除表面熱二氧化硅的步驟。