[發(fā)明專利]一種制備GOI的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110418133.7
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN103165511A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 姜海濤;張苗;狄增峰;卞劍濤;王曦
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導體材料的制備方法，特別是涉及一種利用剝離技術(shù)制備GOI的方法。

背景技術(shù)

SOI(Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅)技術(shù)是在頂層硅和背襯底之間引入了一層埋氧化層。通過在絕緣體上形成半導體薄膜，SOI材料具有了體硅所無法比擬的優(yōu)點：可以實現(xiàn)集成電路中元器件的介質(zhì)隔離，徹底消除了體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應；采用這種材料制成的集成電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡單、短溝道效應小及特別適用于低壓低功耗電路等優(yōu)勢，因此可以說SOI將有可能成為深亞微米的低壓、低功耗集成電路的主流技術(shù)。但是，根據(jù)國際半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍圖(ITRS2009)的規(guī)劃，集成電路已經(jīng)逐步從微電子時代發(fā)展到了微納米電子時代，現(xiàn)有的體硅材料和工藝正接近它們的物理極限，遇到了嚴峻的挑戰(zhàn)。

從材料角度來說，我們需要從傳統(tǒng)的單晶硅材料拓展到新一代硅基材料。眾所周知鍺(Ge)的電子和空穴載流子遷移率都比硅(Si)的要高，與Si材料相比，絕緣體上鍺(Germanium-on-Insulator?GOI)材料不僅具有更高的載流子遷移率，能夠降低短溝道效應和提高驅(qū)動電流，而且具有SOI高速低功耗的優(yōu)勢，是突破體硅材料與硅集成電路限制的新興材料。另外，GOI材料在III-V基光探測器、III-V基多結(jié)太陽能電池方面都有潛在應用。

現(xiàn)有制備GOI的方法主要有背面腐蝕(BESOI)技術(shù)、液相外延技術(shù)、鍺濃縮技術(shù)和智能剝離(Smart-Cut)技術(shù)方法，其中背面腐蝕技術(shù)，工藝復雜，成本高；液相外延技術(shù)不適合全局GOI材料的制備，只能實現(xiàn)小尺寸的GOI材料結(jié)構(gòu)；鍺濃縮技術(shù)難以實現(xiàn)厚度均勻的GOI材料。而Smart-cut可以通過控制注入能量，而實現(xiàn)厚度嚴格可控的SOI材料，目前也被用于制備GOI材料。但以往的技術(shù)往往需要較高的注入劑量，成本相對較高。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種制備GOI的方法，利用界面吸附效應以達到低劑量離子注入實現(xiàn)GOI材料的制備。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種制備GOI的方法，所述方法至少包括以下步驟：

1)提供第一襯底，在所述第一襯底上形成應變層，然后在所述應變層上依次形成多個Ge組分漸變的Si_1-xGe_x層，其中，0.2≤x≤1，且各該Si_1-xGe_x層中Ge組分x逐漸增大，直至形成一Ge頂層；2)在所述Ge頂層上依次形成純Ge層及第一絕緣層，然后在所述Ge頂層與純Ge層界面處的一預設厚度內(nèi)進行離子注入以在所述預設厚度內(nèi)形成剝離層；3)提供具有第二絕緣層的第二襯底，鍵合所述第一絕緣層與第二絕緣層以形成鍵合結(jié)構(gòu)；4)進行第一退火階段以使所述鍵合結(jié)構(gòu)從所述剝離層剝離，然后進行第二退火階段以加強所述第一絕緣層與第二絕緣層的鍵合，最后對剝離后的所述純Ge層表面進行拋光以完成所述GOI的制備。

在本發(fā)明的制備GOI的方法中，所述應變層的材料為硼摻雜硅、銻摻雜硅或Si_1-yGe_y，其中0.1≤y≤0.2。

在本發(fā)明的制備GOI的方法中，所述應變層的厚度為5nm～50nm。

在本發(fā)明的制備GOI的方法中，所述步驟2)中選用H、He或B離子中的至少一種進行離子注入。

在本發(fā)明的制備GOI的方法中，所述剝離層為含有大量缺陷并且含有大量注入離子的薄層。

在本發(fā)明的制備GOI的方法中，所述第一絕緣層與第二絕緣層的材料為SiO₂。

在本發(fā)明的制備GOI的方法中，所述第一退火階段包括在250℃～350℃保溫以使注入的離子在所述剝離層聚集及在450℃～550℃保溫以使聚集的離子形成氣泡使剝離層剝離的步驟。

在本發(fā)明的制備GOI的方法中，所述第二退火階段的退火溫度為900℃～1100℃。

在本發(fā)明的制備GOI的方法中，所述第一襯底為SOI襯底或Si襯底。

如上所述，本發(fā)明的制備GOI的方法，具有以下有益效果：采用生長Ge組分漸變的Si_1-xGe_x層作為梯度緩沖層，以制備出高純度、低缺陷的純Ge層，然后通過離子注入在梯度緩沖層與純Ge層的界面附近形成剝離層，接著進行退火使其剝離。采用本方法能達到低劑量離子注入實現(xiàn)GOI材料的制備，且制備出的GOI材料具有高純度、低缺陷的特點。本方法工藝簡單，適合工業(yè)生產(chǎn)。