一種絕緣體上材料的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種制備絕緣體上材料的方法，包括以下步驟：S1：提供一襯底；S2：在所述襯底表面依次外延第一材料層、硼摻雜第一材料層及第二材料層；S3：重復(fù)步驟S2至少一次；S4：進(jìn)行離子注入，使離子注入到最遠(yuǎn)離所述襯底的所述第一材料層中；S5：提供一表面形成有絕緣層的基板，將所述絕緣層與位于頂層的第二材料層鍵合，形成鍵合片；S6：對(duì)鍵合片進(jìn)行退火處理，使位于離子注入層上的所述硼摻雜第一材料層吸附離子形成微裂紋而剝離，得到絕緣體上材料。本發(fā)明專利技術(shù)中，所述襯底可以重復(fù)利用，從而降低了生產(chǎn)材料成本，并簡化了工藝流程；且離子注入劑量更低，有利于提高晶體質(zhì)量，減少注入成本；本發(fā)明專利技術(shù)得到的絕緣體上材料表面非常光滑，無需拋光。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于微電子領(lǐng)域，涉及。
技術(shù)介紹
根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖的預(yù)測，2015年集成電路加工工藝將減小到到15納米，2019年達(dá)到11納米。隨著集成電路技術(shù)發(fā)展到22納米及以下節(jié)點(diǎn)時(shí)，傳統(tǒng)器件所采用的材料和器件結(jié)構(gòu)將會(huì)接近或達(dá)到它們的極限。近年來，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。SOI (絕緣體上娃，Silicon on Insulator)結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是延續(xù)摩爾定律發(fā)展的關(guān)鍵襯底材料之一。通常絕緣體上材料的制備包括以下技術(shù):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(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，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；而絕緣體上材料減薄技術(shù)步驟繁瑣，例如制備超薄S0I，需要不斷氧化，時(shí)間較長且能耗大，并且隨著頂層硅厚度的減小，氧化條件會(huì)越來越苛刻，增加了困難；注氧隔離技術(shù)雖然方法較為簡單，但目前仍然難以制備高質(zhì)量的超薄絕緣體上材料。目前智能剝離(Smartcut)工藝已經(jīng)成為制備SOI材料的主流方法，其中離子注入和鍵合是至關(guān)重要的兩步。傳統(tǒng)的Smart cut工藝需要6X 1016cm_3的注入劑量，既占用了大量的離子注入成本，又導(dǎo)致了較高密度的注入缺陷。同時(shí)，傳統(tǒng)的智能剝離仍然存在生產(chǎn)材料成本較高、工藝流程較為繁瑣的問題。因此，如何提供一種制備絕緣體上材料的方法，以降低生產(chǎn)材料成本、提高絕緣體上材料的質(zhì)量并簡化工藝流程，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)重要技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供一種制備絕緣體上材料的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中制備絕緣體上材料的生產(chǎn)材料成本較高、工藝流程較為繁瑣且絕緣體上材料具有較高密度的注入缺陷的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種制備絕緣體上材料的方法，包括以下步驟:S1:提供一襯底；S2:在所述襯底表面依次外延第一材料層、硼摻雜第一材料層及第二材料層；S3:重復(fù)所述步驟S2至少一次；S4:進(jìn)行離子注入，使離子注入到最遠(yuǎn)離所述襯底的所述第一材料層中；S5:提供一表面形成有絕緣層的基板，將所述絕緣層與位于頂層的所述第二材料層鍵合，形成鍵合片；S6:對(duì)所述鍵合片進(jìn)行退火處理，使位于離子注入層上的所述硼摻雜第一材料層吸附離子形成微裂紋，使所述鍵合片從所述硼摻雜第一材料層處剝離，得到自下而上依次包括基板、絕緣層及第二材料層的絕緣體上材料。可選地，所述第一材料層選自SiGe、SiGeSn、GaAs、AlAs、AlGaAs及InGaAs中的任意一種。可選地，所述第一材料層的厚度小于其生長臨界厚度。可選地，所述第二材料層選自S1、Ge、SiGe、SiGeSn、GaAs、AlAs、AlGaAs 及 InGaAs中的任意一種。可選地，所述硼摻雜第一材料層中，硼摻雜濃度范圍是1E18?lE20cm 3。可選地，所述離子注入的劑量范圍是2E16?5E16cm3。可選地，所述離子注入采用H離子注入或H/He離子共注。可選地，于所述步驟S5中，首先對(duì)所述絕緣層表面及位于頂層的所述第二材料層表面進(jìn)行等離子體處理，然后將所述絕緣層與位于頂層的所述第二材料層鍵合。可選地，所述鍵合采用真空鍵合。可選地，于所述步驟S6中，對(duì)所述鍵合片進(jìn)行退火處理的方法為:采用熱退火方法，首先將所述鍵合片在第一溫度下退火第一時(shí)間以加固鍵合，然后將所述鍵合片在第二溫度下退火第二時(shí)間以實(shí)現(xiàn)剝離；所述第二溫度高于第一溫度。可選地，所述第一溫度為200?400°C，所述第二溫度為400?800°C。可選地，還包括步驟S7:選擇性腐蝕掉位于所述襯底頂層因剝離殘留的第一材料層，然后重復(fù)所述步驟S4?S6，再次得到絕緣體上材料。可選地，于所述步驟S3中，重復(fù)所述步驟S2的次數(shù)為2?500次。可選地，于所述步驟S6之后，重復(fù)所述步驟S7若干次，得到多個(gè)絕緣體上材料，直至暴露出所述襯底。可選地，所述襯底的材料選自S1、Ge及SiGe中的至少一種。如上所述，本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法，具有以下有益效果:(I)襯底上外延有多層的摻雜超薄層結(jié)構(gòu)作為施主層，只需要選擇性腐蝕即可達(dá)到較低的表面粗糙度，腐蝕速度快且無需拋光即可以重復(fù)利用，從而降低了生產(chǎn)材料成本，并簡化了工藝流程，有利于提高生產(chǎn)效率。(2)相對(duì)于傳統(tǒng)的智能剝離方法，本專利技術(shù)可以使離子注入劑量減小到原來的一半甚至更小，極大的提高了晶體質(zhì)量，并減少了注入成本；(3)由于硼摻雜吸附層的厚度很薄，剝離之后得到的絕緣體上材料表面非常光滑，無需拋光。【附圖說明】圖1顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法的工藝流程圖。圖2顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法提供一襯底的示意圖。圖3顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法在所述襯底表面依次外延第一材料層、硼摻雜第一材料層及第二材料層的示意圖。圖4顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法在圖3所示結(jié)構(gòu)上重復(fù)所述步驟S2兩次得到的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法進(jìn)行離子注入，使離子注入到最遠(yuǎn)離所述襯底的所述第一材料層中。圖6顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法提供一表面形成有絕緣層的基板，將所述絕緣層與位于頂層的所述第二材料層鍵合，形成鍵合片的示意圖。圖7顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法對(duì)所述鍵合片進(jìn)行退火處理，使位于離子注入層上的所述硼摻雜第一材料層吸附離子形成微裂紋的示意圖。圖8顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法在退火吸附剝離后將所述基板掀開的示意圖。圖9顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法得到的絕緣體上材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10顯示為本專利技術(shù)的制備絕緣體上材料的方法選擇性腐蝕掉剝離后殘留的硼摻雜第一材料層的示意圖。元件標(biāo)號(hào)說明SI ?S6步驟100襯底211, 212, 213 第一材料層221，222，223 硼摻雜第一材料層231, 232, 233 第二材料層300絕緣層400基板【具體實(shí)施方式】以下通過特定的具體實(shí)例說明本專利技術(shù)的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本專利技術(shù)的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本專利技術(shù)還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本專利技術(shù)的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請(qǐng)參閱圖1至圖10。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本專利技術(shù)的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本專利技術(shù)中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。本專利技術(shù)提供一種制備絕緣體上材料的方法，請(qǐng)參閱圖1，顯示為該方法的工藝流程圖，包括以下步驟:S1:提供一襯底；S2:在所述襯底表面依次外延第一材料層、硼摻雜第一材料層及第二材料層；S3:重復(fù)所述步驟S2至少一次；S4:進(jìn)行離子注入，使離子注入到最遠(yuǎn)離所述襯底的所述第一材料本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種制備絕緣體上材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：提供一襯底；S2：在所述襯底表面依次外延第一材料層、硼摻雜第一材料層及第二材料層；S3：重復(fù)所述步驟S2至少一次；S4：進(jìn)行離子注入，使離子注入到最遠(yuǎn)離所述襯底的所述第一材料層中；S5：提供一表面形成有絕緣層的基板，將所述絕緣層與位于頂層的所述第二材料層鍵合，形成鍵合片；S6：對(duì)所述鍵合片進(jìn)行退火處理，使位于離子注入層上的所述硼摻雜第一材料層吸附離子形成微裂紋，使所述鍵合片從所述硼摻雜第一材料層處剝離，得到自下而上依次包括基板、絕緣層及第二材料層的絕緣體上材料。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：狄增峰，賈鵬飛，薛忠營，陳達(dá)，馬駿，張苗，
申請(qǐng)(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，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31