[發(fā)明專利]形成復合功能材料結(jié)構(gòu)的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110285648.4
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102347219A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設計）人: 張軒雄;楊帆
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L21/762;H01L21/265
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及微電子行業(yè)元器件制備技術(shù)領域，尤其涉及一種形成復合功能材料結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

當今半導體技術(shù)迅猛發(fā)展，器件尺寸越來越小，電路的集成的越來越高，硅(Si)的MOS器件由于受到自身材料性能的約束，在當下的微電子技術(shù)發(fā)展中已經(jīng)顯現(xiàn)出了很大的局限性，隨著集成電路特征尺寸逐步縮小至45nm，甚至22nm，體硅MOS器件在器件理論、器件結(jié)構(gòu)以及制作工藝等各個方面出現(xiàn)了一系列的新問題，使得其功耗、可靠性以及性價比等受到極大影響。而其它如鍺(Ge)，石墨稀，氮化鎵(GaN)，III-V化合物等材料相對于Si有更高的載流子遷移率和更好的頻率功率特性，更加適合應用于微電子器件和電路。同時新型結(jié)構(gòu)如SOI(Silicon?On?Insulator)，GeOI(Germanium?On?Insulator)，SSOI(strain-Silicon?On?Insulator)，SGeOI(Silicon-Germanium?On?Insulator)等絕緣體上半導體結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，能夠繼續(xù)延續(xù)摩爾定律的有效性。相對于普通體硅，新型半導體結(jié)構(gòu)具有多種優(yōu)勢。因此，此類新型半導體材料結(jié)構(gòu)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(yōu)良材料結(jié)構(gòu)。

為了提高注入離子的剝離效率和轉(zhuǎn)移層的質(zhì)量，在上世紀90年代出現(xiàn)了一種智能剝離技術(shù)(Smart-Cut)。該技術(shù)是由M.Bruel于1991年首先提出并申請專利，并在1995年發(fā)表學術(shù)文章，最初被用來制備SOI結(jié)構(gòu)。到目前為止基于Smart-Cut技術(shù)的SOI產(chǎn)品已經(jīng)占領了近80％的市場份額。Smart-Cut技術(shù)主要涉及到以下連續(xù)步驟：(a)將H離子注入到覆蓋有熱氧化生長的SiO₂介質(zhì)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(jīng)過標準清洗工藝處理；(c)經(jīng)過兩步溫度處理，第一步使得晶圓A發(fā)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，以達到符合標準要求的表面。Smart-Cut相對于其他制造SOI的技術(shù)方法來說：絕緣體上覆蓋的Si膜厚度均一性好，晶體質(zhì)量好，并且層與層之間界面質(zhì)量好，材料結(jié)構(gòu)性能好。

Smart-Cut技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)不僅僅局限于Si片，已經(jīng)成為了一種薄層轉(zhuǎn)移，結(jié)構(gòu)制備的通用技術(shù)，特別是對于不能通過外延技術(shù)(如SOI結(jié)構(gòu))或外延導致高密度缺陷(由于晶格常數(shù)不匹配)的復合功能晶圓材料具有非常大的優(yōu)勢。目前，從研究材料的范圍來說，已經(jīng)擴展到Ge，GaN和III-V化合物等，技術(shù)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。

對于種種的改進手段諸如摻雜，聯(lián)合注入，分步退火等等，其中一個最主要的原因在于Smart-Cut對于剝離發(fā)生時的退火熱處理有著嚴格的熱預算限制。尤其是對于GeOI，SGeOI等結(jié)構(gòu)的形成時，由于熱膨脹系數(shù)差異較大(熱膨脹系數(shù)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，就會因為膨脹程度不一樣而發(fā)生應變甚至斷裂，使得鍵合質(zhì)量、晶體質(zhì)量、層與層之間的界面變得很差，從而影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量和性能。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種形成復合功能材料結(jié)構(gòu)的方法，以形成優(yōu)質(zhì)的復合功能材料結(jié)構(gòu)。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種形成復合功能材料結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括：步驟A，離子注入于施主晶片表層，在離子注入投影射程位置形成脆弱區(qū)，其中，離子注入的能量介于60KeV至500KeV之間；步驟B，將施主晶片和襯底晶片進行鍵合，形成包括施主晶片和襯底晶片的復合結(jié)構(gòu)；步驟C，對鍵合后形成的復合結(jié)構(gòu)進行退火處理，使得施主晶片在脆弱區(qū)發(fā)生剝離，從而在襯底晶片表面附著施主晶片薄層結(jié)構(gòu)，形成復合功能材料結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，本發(fā)明形成復合功能材料結(jié)構(gòu)方法中，步驟A中，離子注入投影射程介于500nm至5000nm之間。

優(yōu)選地，本發(fā)明形成復合功能材料結(jié)構(gòu)方法中，步驟A中，注入離子的類型為以下類型中的一種：氫離子單獨注入、氦離子單獨注入、氫-氦離子聯(lián)合注入或硼-氫離子聯(lián)合注入。