[發(fā)明專利]基于增強吸附來制備絕緣體上材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310024414.3
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103943547B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張苗;陳達;狄增峰;薛忠營;魏星;王剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)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(wù)所31219
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種基于增強吸附來制備絕緣體上材料的方法。

背景技術(shù)

絕緣體上硅（SOI）是一種在絕緣襯底上再形成一層單晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)或者是單晶硅薄膜被絕緣層（通常是SiO₂）從支撐的硅襯底中分開所形成的結(jié)構(gòu)，該種材料結(jié)構(gòu)可使制造器件的薄膜材料與襯底材料完全隔離。

在眾多SOI制備技術(shù)中，氧離子注入隔離（SIMOX）技術(shù)、硅片直接鍵合與背面腐蝕（BESOI）技術(shù)是主導(dǎo)技術(shù)，采用SIMOX技術(shù)的主要優(yōu)點是硅層和埋層具有好的均勻性，這是因為氧離子注入是以晶片表面作為參考面，頂層硅膜與埋層（BOX）退火時均能得到很好的均勻性，但此技術(shù)中需要高功率（中和大束流）離子注入（注氧或氮）設(shè)備和長時間高溫退火，價格比較昂貴。

智能剝離技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新的SOI晶片制造技術(shù)，該技術(shù)建立在離子注入和鍵合兩種技術(shù)相互結(jié)合的基礎(chǔ)上，其獨創(chuàng)性在于通過注H⁺并加熱情況下形成氣泡，使晶片在注入深度處發(fā)生劈裂。

例如，如圖1a至1c所示，對Si片11進行H⁺離子注入，隨后Si片11和表面有SiO₂層的Si片12低溫鍵合；接著，鍵合片熱處理，使Si片11在H原子分布的峰值處分離，其中一薄層單晶Si同Si片12鍵合形成SOI結(jié)構(gòu)；最后，高溫退火并拋光，可增強鍵合強度和回復(fù)頂層Si中由于H⁺離子注入引起的損傷，為改進表面均勻性，可用化學(xué)機械拋光。此外，剝離的Si片11可再次使用。

然而，上述方式需要大劑量、高能量離子注入，由于離子注入劑量大，導(dǎo)致剝離后的表面均勻性差，需要進行化學(xué)機械拋光來改善表面均勻性。并且上述方法很難制備超薄絕緣體上材料。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于增強吸附來制備絕緣體上材料的方法。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于增強吸附來制備絕緣體上材料的方法，其至少包括步驟：

a)在第一襯底上依次外延生長一摻雜的超晶格結(jié)構(gòu)的單晶薄膜、中間層、緩沖層以及頂層薄膜；

b)對形成了頂層薄膜的結(jié)構(gòu)進行低劑量離子注入，使離子注入到所述摻雜的超晶格結(jié)構(gòu)的單晶薄膜上表面之上或下表面之下；

c)將具有絕緣層的第二襯底與已進行離子注入的結(jié)構(gòu)鍵合，并進行退火處理，使摻雜的超晶格結(jié)構(gòu)的單晶薄膜處產(chǎn)生微裂紋來實現(xiàn)原子級的剝離。

優(yōu)選地，摻雜用的材料包括C、B、P、Ga、In、As、Sb中的一種或多種。

優(yōu)選地，超晶格結(jié)構(gòu)是Si/Si_1-xGe_x(0<x≤1)、Si_1-xGe_x/Si_1-yGe_y(0<x、y≤1)、Si/Ge、SiGe/Ge、Ge/GaAs、GaAs/AlGaAs、GaAs/InAs、AlN/GaN、GaN/InN中的一種或多種混合，單晶薄膜的厚度在3nm至20nm之間。

優(yōu)選地，所述中間層的材料為四族元素、三五族元素、二六族元素、及氮化物中的一種，厚度不小于50nm。

優(yōu)選地，所述緩沖層的材料為四族元素、三五族元素、二六族元素、及氮化物中的一種，厚度不小于50nm。

優(yōu)選地，所述頂層薄膜的材料為四族元素、三五族元素、二六族元素、及氮化物中的一種，厚度大于等于5nm。

優(yōu)選地，離子注入劑量大于等于3E16/cm²。

優(yōu)選地，所述步驟c)采用等離子強化鍵合法來進行鍵合

優(yōu)選地，所述基于增強吸附來制備絕緣體上材料的方法還包括：d)制備超薄絕緣體上材料時需對剝離后的結(jié)構(gòu)進行化學(xué)腐蝕，以去除所述中間層及緩沖層。

優(yōu)選地，所述絕緣層為玻璃、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化硅、氮化硅及氮化鋁中的一種。

如上所述，本發(fā)明的基于增強吸附來制備絕緣體上材料的方法基于具有摻雜的超晶格結(jié)構(gòu)的單晶薄膜對離子的強吸附力，在低劑量的離子注入后再與氧化片鍵合，使摻雜的超晶格結(jié)構(gòu)的單晶薄膜處產(chǎn)生微裂紋，從而實現(xiàn)原子級的剝離，剝離表面平整，粗糙度低，并且頂層薄膜晶體質(zhì)量高，無需化學(xué)機械拋光平整化處理。

附圖說明

圖1a至1c顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的絕艷體上硅的制備流程圖。