[發明專利]利用低溫剝離技術制備絕緣體上材料的方法

在審

• 申請號: 201410475087.8
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN105428302A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: 張苗;陳達;王剛;郭慶磊;母志強;孫高迪;薛忠營;狄增峰
• 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
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于半導體制造領域，涉及一種利用低溫剝離技術制備絕緣體上材料的方法。

背景技術

近年來，絕緣體上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。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，而基于超薄絕緣體上材料的器件能使器件進一步縮微化。

通常絕緣體上材料的制備包括以下技術：1.通過外延、鍵合、智能剝離或背部研磨等工藝流程；2.注氧隔離技術。傳統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、機械剝離法、絕緣體上材料減薄技術等。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引起同位素效應或表面損傷，同時很難控制；等離子體吸附剝離耗時長，材料消耗大，不適宜大規模生產；機械剝離法需要引入機械，產品成品率及產量不可控；而絕緣體上材料減薄技術步驟繁瑣，例如制備超薄SOI，需要不斷氧化，時間較長且能耗大，并且隨著頂層硅厚度的減小，氧化條件會越來越苛刻，增加了困難；注氧隔離技術雖然方法較為簡單，但目前仍然難以制備高質量的超薄絕緣體上材料。

目前，將摻雜層吸附剝離與鍵合相結合的智能剝離方法能夠實現超薄、高質量絕緣體上材料的制備，但是該方法中需要經過高溫退火使得摻雜層吸附注入離子而產生剝離，而高溫退火使得摻雜層中的摻雜離子擴散到待轉移層中的幾率增加，且對某些不耐高溫的材料層會產生不良影響。

因此，提供一種利用低溫剝離技術制備絕緣體上材料的方法實屬必要。

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利用低溫剝離技術制備絕緣體上材料的方法，用于解決現有技術中需要利用高溫退火產生摻雜層吸附剝離，導致摻雜離子擴散到待轉移層中的幾率增加，且對某些不耐高溫的材料層會產生不良影響的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種利用低溫剝離技術制備絕緣體上材料的方法，至少包括以下步驟：

S1：提供一襯底，在所述襯底上外延一摻雜層；

S2：在所述摻雜層表面外延一待轉移層；

S3：進行離子注入，使離子注入到所述摻雜層下表面以下預設深度；

S4：提供一表面形成有絕緣層的基板，將所述絕緣層與所述待轉移層鍵合，形成鍵合片；

S5：對所述鍵合片進行微波退火處理，使所述摻雜層吸附離子形成微裂紋，使所述鍵合片從所述摻雜層下表面處剝離，得到自下而上依次包括基板、絕緣層及待轉移層的絕緣體上材料。

可選地，于所述步驟S5之后，還包括步驟S6：去除所述待轉移層表面多余的摻雜層。

可選地，采用化學腐蝕法和/或拋光法去除所述待轉移層表面多余的摻雜層。

可選地，于所述步驟S5中，所述微波的頻率范圍是1.5～20GHz，微波退火時間為5～60min。

可選地，于所述步驟S5中，調節微波退火輸出功率，使所述鍵合片表面溫度在20～500℃。

可選地，于所述步驟S5中，調節微波退火輸出功率，使所述鍵合片表面溫度在100～250℃。

可選地，所述摻雜層為摻雜單晶薄膜或摻雜超晶格結構薄膜，厚度大于2nm。

可選地，所述摻雜單晶薄膜為Si、SiGe、Ge、GaAs或AlGaAs；所述摻雜超晶格結構薄膜由至少一組Si/Si_1-xGe_x復合薄膜、Si_1-yGe_y/Si_1-zGe_z復合薄膜、Ge/GaAs復合薄膜或GaAs/AlGaAs復合薄膜堆疊而成，其中0＜x、y、z≤1，y≠z；摻雜元素包括C、B、P、Ga、In、As或Sb中的至少一種，摻雜濃度大于1E18cm^-3。

可選地，所述待轉移層為Si、Ge、SiGe、GaAs或AlGaAs，厚度大于10nm。

可選地，于所述步驟S3中，采用H離子注入或H/He離子共注，所述預設深度大于或等于50nm，注入劑量大于或等于2E16cm^-2。

可選地，于所述步驟S4中，鍵合前對所述待轉移層表面進行氮氣等離子體處理。

可選地，所述襯底包括Si、Ge或SiGe。