[發明專利]一種形成復合功能材料結構的方法

無效

• 申請號: 201110086465.X
• 申請日: 2011-04-07
• 公開（公告）號: CN102184882A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 張軒雄;楊帆
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種形成含有從施主晶片剝離的薄層結構的復合功能材料結構的方法。

背景技術

近些年來集成電路迅猛發展，普通體硅CMOS電路隨著電路尺寸的不斷下降而顯現出一定的弊端，負面效應也越來越嚴重。而新型結構如SOI（Silicon?On?Insulator），GOI（Germanium?On?Insulator），SSOI（strain-Silicon?On?Insulator），SGOI（Silicon-Germanium?On?Insulator）等絕緣體上半導體結構的出現，能夠繼續延續摩爾定律的有效性，相對于普通體硅新型半導體結構具有多種優勢：可以消除CMOS閂鎖效應；可以減弱寄生效應，寄生電容等，有利于提高電路速度；抗輻射性能好；利于小型化，功率比較低等等。因此，此類新型半導體材料結構被認作是具有良好的前景，被看作是制備下一代集成電路的優良材料結構。

本發明是針對本領域類的一種智能剝離技術進行的改進，以提高注入離子的剝離效率。這種類型的剝離技術還被稱為Smart-Cut^?，Smart-Cut^?技術是由M.Bruel于1991年首先提出并申請專利，并在1995年發表學術文章，一經報道就迅即成為復合功能晶圓材料的研究熱點，在最近十幾年內受到了廣泛的關注和研究，并且迅速被利用到商業領域，到目前為止基于Smart-Cut^?技術的SOI產品占領了近80％的市場份額。Smart-Cut^?技術主要涉及到以下連續步驟：（a）將H離子注入到覆蓋有熱氧化生長的SiO₂介質層的晶圓A；（b）將晶圓A和晶圓B進行鍵合，兩片晶圓鍵合前經過標準清洗工藝處理，晶圓B或者附有介質層或者沒有；（c）經過兩步溫度處理，第一步使得晶圓A發生剝離，第二步為加強A、B晶圓的鍵合強度；（d）對分離后的表面進行拋光處理，以達到符合要求的表面標準。利用Smart-Cut^?技術制造的SOI，相對于其他方法來說：絕緣體上覆蓋的Si膜厚度均一性好，晶體質量好，并且層與層之間界面質量好，材料結構性能好。

Smart-Cut^?技術發展到現在，已經不僅僅局限于Si片，已經成為了一種薄層轉移，結構制備的通用技術，特別是對于不能通過外延技術（如SOI結構）或外延導致高密度缺陷（由于晶格常數不匹配）的復合功能晶圓材料具有非常大的優勢。目前，從研究材料的范圍來說，已經擴展到Ge，III-V化合物等，技術手段也有了不斷的改變和進步諸如注入的離子種類，退火處理過程等等也有了一些變化。據報道R.E.Hurley等人利用H-He離子聯合注入成功的降低了剝離退火溫度，對于SOI在280℃-300℃形成了厚度為460納米（nm），均方根值(RMS)為3-6納米（nm）的剝離，對于GeOI在300℃時形成了剝離，其均方根值(RMS)大部分為11納米（nm），大約20％區域為27nm。同時還有人在晶圓中預先摻如硼（B）雜質，也能夠起到降低退火溫度的作用。最近也有報道經過長時間的低溫退火（≤150℃,22小時），然后在300℃下進行5分鐘的快速熱退火處理也能夠達到不錯的剝離效果。

對于種種的如摻雜，聯合注入，分步退火等等的改變和改進的方法，其中一個最主要的原因在于Smart-Cut^?對于剝離發生時的退火熱處理有著嚴格的熱預算限制。尤其是對于GOI，SGOI等結構的形成時，由于熱膨脹系數相差較大（熱膨脹系數分別為Ge=5.8×10^-6℃^-1，Si=2.8×10^-6℃^-1），退火溫度過高時對于如Ge-Si鍵合，Ge-SiO₂鍵合等的情況，就會因為膨脹程度不一樣而發生應變甚至斷裂，使得鍵合質量、晶體質量、層與層之間的界面變得很差，從而影響結構質量和性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種形成復合功能材料結構的方法，能夠提高注入離子的剝離效率以形成復合功能材料結構。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：一種形成復合功能材料結構的方法，包括如下步驟：

步驟1，注入原子種類作用于施主晶片，離子注入深度通過注入能量控制在所需要的投影射程內，在離子注入投影射程周圍形成脆弱區；

步驟2，將所述施主晶片和襯底晶片進行標準清洗工藝處理，表面離子激活處理，然后將所述施主晶片與所述襯底晶片進行鍵合；