[發(fā)明專(zhuān)利]一種新型雙層磁性絕緣硅復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711180254.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107863358A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 常州晶麒新材料科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L27/12
• 分類(lèi)號(hào): H01L27/12;H01L21/762
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明新型涉及一種低成本、高性能、易加工的新型雙層磁性絕緣硅復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

SOI（Silicon On Insulator）絕緣硅材料因其獨(dú)特優(yōu)良的性能近期得到了廣泛的重視和應(yīng)用。通過(guò)絕緣埋層，SOI絕緣硅材料實(shí)現(xiàn)了片上器件與襯底的全介質(zhì)隔離，從而減小了寄生電容、降低了功耗、提高了運(yùn)算速度、消除了閂鎖效應(yīng)；又由于與現(xiàn)有硅半導(dǎo)體工藝兼容，使其被公認(rèn)為“21世紀(jì)的硅集成電路技術(shù)”，發(fā)展前景不可限量。

單晶硅是一種半導(dǎo)體材料，可以根據(jù)半導(dǎo)體的特性摻雜來(lái)改變自身的性質(zhì)，因此可以向硅中摻入磁性元素使其具有磁性，通過(guò)這種方式制成的磁性半導(dǎo)體材料兼具半導(dǎo)體性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)。

以前制備SOI絕緣硅材料的方法主要有兩大類(lèi)型：離子注入法和鍵合法，前者通過(guò)離子注入在硅片表面下一定距離內(nèi)形成氧化硅埋層，后者通過(guò)硅片間水或其它物質(zhì)在高溫下形成片間氧化硅層并使兩片硅片合二為一。

上述兩大類(lèi)型制備工藝均具有嚴(yán)重的缺陷，離子注入會(huì)使單晶硅晶格結(jié)構(gòu)遭受?chē)?yán)重破壞，能量越高損傷越大；注入的離子雖經(jīng)退火后可以在表面下一定空間內(nèi)形成氧化硅層，但這只是SiO₂和SiOx的混合體，距離完美的SiO₂結(jié)構(gòu)有相當(dāng)?shù)木嚯x，此外氧化層在硅片內(nèi)的深度、厚度均難以控制；而鍵合法片間形成的主要也是SiO₂-Si（OH）x混合物，直接影響鍵和強(qiáng)度和絕緣性能。

另一方面，傳統(tǒng)的SOI絕緣硅材料結(jié)構(gòu)、性能單一，并不能形成功能多樣化的半導(dǎo)體材料，因此在很多領(lǐng)域的應(yīng)用往往受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是：提出了一種低成本、高性能、易加工、多結(jié)構(gòu)的新型雙層磁性絕緣硅復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種新型雙層磁性絕緣硅復(fù)合材料，包含由磁性層和絕緣層組成的中間層；所述中間層的上表面和下表面分別設(shè)置單晶硅片；其特征在于：所述絕緣層，包含二氧化硅基多元復(fù)合材料層；所述磁性層，包含磁性功能材料層；磁性層的上表面設(shè)置有第一二氧化硅膜層，下表面設(shè)置二氧化硅基多元復(fù)合材料層，所述二氧化硅基多元復(fù)合材料層的下表面設(shè)置有第二二氧化硅膜層。

優(yōu)選的，所述二氧化硅基多元復(fù)合材料層由二氧化硅基多元無(wú)機(jī)復(fù)合材料制成；所述磁性層是由鐵氧體材料制成。

優(yōu)選的，所述新型雙層磁性絕緣硅復(fù)合材料的層間結(jié)構(gòu)為Si-SiO₂-磁性材料層-復(fù)合材料層-SiO₂-Si。

所述新型雙層磁性磁性絕緣硅復(fù)合材料的制備方法：包含以下步驟：

①、先在單晶硅片A和B的一個(gè)表面上熱生長(zhǎng)出一層二氧化硅膜層；

②、采用濺射成膜工藝將磁性材料均勻涂鍍于硅片A的二氧化硅膜層外表面，形成平整的復(fù)合材料層；

③、將二氧化硅基多元復(fù)合材料用有機(jī)揮發(fā)性溶劑溶解分散后，分別均勻涂鍍于硅片A和B產(chǎn)生的膜層外表面上，形成平整的二氧化硅基多元復(fù)合材料層；

④、將③中獲得的兩份本成品相對(duì)疊加在一起，使兩者的二氧化硅基多元復(fù)合材料層緊密貼合在一起，然后均勻加壓；

⑤、將④中獲得的半成品送入超凈真空爐內(nèi)，然后緩慢升溫，至熔凝溫度后恒溫，使④中獲得的兩個(gè)二氧化硅基多元復(fù)合材料層充分熔合并排出氣泡，而后再緩慢降溫固化，最后經(jīng)退火程序處理。

優(yōu)選的，所述單晶硅片通過(guò)半導(dǎo)體直拉CZ工藝或區(qū)融FZ工藝制備而成。

優(yōu)選的，所述二氧化硅膜層通過(guò)熱氧化生長(zhǎng)在單晶硅片的表面上，當(dāng)所述二氧化硅膜層的厚度小于300納米時(shí)，采用高溫干氧氧化工藝，以保證最佳成膜質(zhì)量。

優(yōu)選的，所述二氧化硅膜層通過(guò)熱氧化生長(zhǎng)在單晶硅片的表面上，當(dāng)所述二氧化硅膜層的厚度超過(guò)300納米時(shí)，采用高溫干氧-濕氧-干氧混合工藝，以可獲取成膜效率和成膜質(zhì)量的最優(yōu)折衷；

優(yōu)選的，所述二氧化硅膜層也可采用CVD/PVD或?yàn)R射成膜工藝制備而成。

優(yōu)選的，所述二氧化硅基多元復(fù)合材料通過(guò)高溫?zé)Y(jié)-粉碎、溶膠凝膠等方法制備而成，其熔凝溫度為500~1200℃。

優(yōu)選的，⑤中緩慢升溫過(guò)程中保持不斷抽取真空；至熔凝溫度后恒溫，使④中獲得的兩個(gè)二氧化硅基多元復(fù)合材料層充分熔合并排出氣泡。

優(yōu)選的，將⑤中獲得的最終結(jié)果通過(guò)常規(guī)的機(jī)械磨削或化學(xué)腐蝕工藝，對(duì)上層的單晶硅片進(jìn)行減薄，從而調(diào)節(jié)所述磁性層和絕緣層的各組分的深度。