[發明專利]一種厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310382840.4
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104425342B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 張苗;陳達;狄增峰;薛忠營;王剛;劉林杰;母志強;葉林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/683
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種半導體材料的制備方法，特別是涉及一種厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法。

背景技術

近年來，絕緣體上硅（SOI）材料以其獨特的絕緣埋層結構，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域得到了廣泛的應用。絕緣體上硅在相關領域中應用技術已經非常成熟，絕緣體上應變硅（sSOI）也日益得到了相關技術人員的重視，絕緣體上鍺硅（SGOI）結合了鍺硅材料和絕緣體上硅的優勢，不僅能減小襯底的寄生電容和漏電電流，還能提高載流子遷移率，同樣得到了廣泛的關注。制備更小尺寸、更高性能的器件一直是半導體工業發展的目標和方向，隨著超大規模集成電路技術進入到22nm節點及以下，對集成電路的特征尺寸提出了更高要求。為了使基于絕緣上材料的器件進一步縮微化，就要求絕緣體上材料的厚度更薄，超薄絕緣體上材料應運而生。

通常絕緣體上材料需要通過材料的制備和層轉移兩個過程得到，比較常見的層轉移實現技術是鍵合和剝離工藝。而傳統的智能剝離方法剝離面很厚，剝離裂紋大，剝離后得到的絕緣體上半導體材料表面很粗糙，難以制備超薄的絕緣體上半導體材料；并且由于需要較高的注入劑量，不僅增加了生產時間和成本，還對晶體損傷較大，制備出高質量的超薄絕緣體上半導體材料難度更大；由于剝離工藝的局限性，絕緣體上半導體材料的頂層半導體材料的厚度往往難以控制。

本發明提供一種通過摻雜的超薄單晶薄膜實現剝離，并通過高選擇比的腐蝕工藝制作高質量且厚度可控性高的絕緣體上半導體材料的方法，以解決上述的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法，用于解決現有技術中絕緣體上半導體材料制備難度大、成本高，且頂層半導體材料厚度難以控制等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法，至少包括以下步驟：

1）提供第一襯底，于所述第一襯底表面外延一摻雜的單晶薄膜；

2）于所述單晶薄膜上依次外延一重摻雜單晶層及一頂層半導體材料；

3）從所述頂層半導體材料表面將剝離離子注入至所述單晶薄膜下方的第一襯底預設深度的位置；

4）提供表面具有絕緣層的第二襯底，并鍵合所述絕緣層及所述頂層半導體材料；

5）進行退火處理，使所述單晶薄膜吸附所述剝離離子，最終使所述重摻雜單晶層與所述第一襯底從該單晶薄膜處分離；

6）采用預設溶液腐蝕以去除所述重摻雜單晶層，其中，所述預設溶液對所述重摻雜單晶層的腐蝕速率大于其對所述頂層半導體材料的腐蝕速率。

作為本發明的厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法的一種優選方案，所述預設溶液對所述重摻雜單晶層與所述頂層半導體材料的腐蝕速率比不小于1000。

作為本發明的厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法的一種優選方案，所述單晶薄膜的厚度不大于7nm。

作為本發明的厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法的一種優選方案，所述單晶薄膜的材料包括Si、Ge、SiGe、GeSn、GaAs及AlGaAs中的一種，所述單晶薄膜的摻雜離子包括C、B、P、Ga、In、As及Sb中的一種或兩種以上，摻雜離子的濃度為1E18/cm³～1E22/cm³。

作為本發明的厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法的一種優選方案，所述重摻雜單晶層的材料包括Si、Ge、SiGe、GeSn、GaAs及AlGaAs中的一種，摻雜離子包括C、B、P、Ga、In、As及Sb中的一種或兩種以上，摻雜離子的濃度為不小于1E20/cm³，厚度為50nm～200nm。

作為本發明的厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法的一種優選方案，所述頂層半導體材料的材料包括Si、Ge、SiGe、GeSn、GaAs及AlGaAs中的一種，厚度為5nm～20nm。

作為本發明的厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法的一種優選方案，所述剝離離子為H離子、或H離子與He組合。

作為本發明的厚度可控的絕緣體上半導體材料的制備方法的一種優選方案，所述剝離離子的注入劑量為2E16/cm²～4E16/cm²，所述預設深度為20nm～150nm。