[發(fā)明專(zhuān)利]利用超薄層吸附制備絕緣體上超薄改性材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210310702.0
• 申請(qǐng)日: 2012-08-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103632930A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張苗;陳達(dá);薛忠營(yíng);卞劍濤;母志強(qiáng);狄增峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/20
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/20;H01L21/324
• 代理公司: 上海光華專(zhuān)利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子與固體電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用超薄層吸附制備絕緣體上超薄改性材料的方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，絕緣體上材料以其獨(dú)特的絕緣埋層結(jié)構(gòu)，能降低襯底的寄生電容和漏電電流，在低壓、低功耗、高溫、抗輻射器件等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。制備更小尺寸、更高性能的器件一直是半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和方向，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)進(jìn)入到22?nm節(jié)點(diǎn)及以下，對(duì)集成電路的特征尺寸提出了更高要求，而基于超薄絕緣體上材料的器件能使器件進(jìn)一步縮微化。

通常絕緣體上材料的制備包括以下技術(shù)：1.通過(guò)外延、鍵合、智能剝離或背部研磨等工藝流程；2.注氧隔離技術(shù)。傳統(tǒng)的絕緣體上材料剝離方法有離子注入剝離法、等離子體吸入剝離法、機(jī)械剝離法、絕緣體上材料減薄技術(shù)等。其中離子注入剝離得到的絕緣體上材料表面很粗糙，并且在超低能量注入情況下會(huì)引起同位素效應(yīng)或表面損傷，同時(shí)很難控制；等離子體吸附剝離耗時(shí)長(zhǎng)，材料消耗大，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)；機(jī)械剝離法需要引入機(jī)械，產(chǎn)品成品率及產(chǎn)量不可控。并且以上方法均難以獲得較薄的（<100?nm）絕緣體上材料，限制了其在高速、低壓、低功耗器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。而絕緣體上材料減薄技術(shù)步驟繁瑣，例如制備超薄SOI，需要不斷氧化，時(shí)間較長(zhǎng)且能耗大，并且隨著頂層硅厚度的減小，氧化條件會(huì)越來(lái)越苛刻，增加了困難。注氧隔離技術(shù)雖然方法較為簡(jiǎn)單，但目前仍然難以制備高質(zhì)量的超薄絕緣體上材料。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種利用超薄層吸附制備絕緣體上超薄改性材料的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中難以獲得高質(zhì)量的絕緣體上超薄改性材料的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種利用超薄層吸附制備絕緣體上超薄改性材料的方法，該方法至少包括以下步驟：

a)?提供第一襯底，在所述第一襯底上依次外延生長(zhǎng)第一單晶薄膜、第一緩沖層、第二單晶薄膜、第二緩沖層以及頂層薄膜；

b)?進(jìn)行第一次離子注入，使離子注入到所述第一緩沖層中，然后進(jìn)行第一退火階段，使所述第二單晶薄膜吸附離子，同時(shí)使所述頂層薄膜在所述第二緩沖層的媒介作用下性質(zhì)發(fā)生改變，形成改性頂層薄膜；

c)?進(jìn)行第二次離子注入，使離子注入到所述第一單晶薄膜與硅襯底的界面以下預(yù)設(shè)深度，然后提供具有絕緣層的第二襯底，將所述第二襯底的絕緣層與所述改性頂層薄膜鍵合，并進(jìn)行第二退火階段，使所述第一單晶薄膜吸附離子并形成微裂紋，從而實(shí)現(xiàn)剝離；

d)?進(jìn)行化學(xué)腐蝕或化學(xué)機(jī)械拋光，去除殘余的所述第一、第二單晶薄膜以及第一、第二緩沖層，以完成絕緣體上超薄改性材料的制備。

可選地，于所述步驟a)中，所述第一或第二單晶薄膜為單層單晶薄膜，所述單層單晶薄膜的材料選自Si、Ge、SiGe、SiGeC、GaAs、AlAs、AlGaAs、InGaP、AlGaAsP、GaInAsP或InP中任意一種。

可選地，所述單層單晶薄膜的厚度范圍為3~10?nm。

可選地，于所述步驟a)中，所述第一或第二單晶薄膜為多層單晶薄膜，所述多層單晶薄膜由多個(gè)雙層薄膜疊加而成，所述雙層薄膜的材料選自Si/Ge、Si/SiGe、Ge/SiGe、Ge/GaAs、GaAs/AlGaAs或InP/InGa中任意一種。

可選地，所述多層單晶薄膜的總厚度小于10?nm。

可選地，所述第一、第二緩沖層的材料選自Si、Ge、SiGe、SiGeC、GaAs、AlGaAs、InGaP或InP中任意一種。

可選地，所述第二緩沖層為SiGe材料，并且所述第二單晶薄膜為單層SiGe材料時(shí)，所述第二緩沖層與所述第二單晶薄膜中的Ge組分不同；所述第二單晶薄膜為多層Si/SiGe或Ge/SiGe材料時(shí)，所述第二緩沖層與所述第二單晶薄膜任一SiGe層中的Ge組分不同。

可選地，所述第一緩沖層的厚度大于100?nm且小于其在第一單晶薄膜上生長(zhǎng)的臨界厚。

可選地，所述第二緩沖層的厚度小于其在第二單晶薄膜上生長(zhǎng)的臨界厚度。

可選地，于所述步驟b)中，第一次注入的離子是H或He，于所述步驟c)中，第二次注入的離子是H。

可選地，于所述步驟c)中，第二次離子注入的預(yù)設(shè)深度為所述第一單晶薄膜與硅襯底的界面以下30~120?nm。

可選地，所述頂層薄膜的材料選自Si、Ge、SiGe、SiGeC、GaAs、AlAs、AlGaAs、InGaP、AlGaAsP、GaInAsP或InP中任意一種。