一種絕緣體上材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子領(lǐng)域，涉及一種絕緣體上材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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(cè)，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。
[0003]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(zhǎng)，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(zhǎng)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(jiǎn)單，但目前仍然難以制備高質(zhì)量的超薄絕緣體上材料。
[0004]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。
[0005]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(jiǎn)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明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。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種制備絕緣體上材料的方法，包括以下步驟:
[0008]S1:提供一襯底；
[0009]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；
[0010]S3:重復(fù)所述步驟S2至少一次；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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。
[0014]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。
[0015]可選地，所述第一材料層的厚度小于其生長(zhǎng)臨界厚度。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]可選地，所述離子注入的劑量范圍是2E16?5E16cm3。
[0019]可選地，所述離子注入采用H離子注入或H/He離子共注。
[0020]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。
[0021]可選地，所述鍵合采用真空鍵合。
[0022]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。
[0023]可選地，所述第一溫度為200?400°C，所述第二溫度為400?800°C。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]可選地，所述襯底的材料選自S1、Ge及SiGe中的至少一種。
[0028]如上所述，本發(fā)明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(jiǎn)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，本發(fā)明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】
[0029]圖1顯示為本發(fā)明的制備絕緣體上材料的方法的工藝流程圖。
[0030]圖2顯示為本發(fā)明的制備絕緣體上材料的方法提供一襯底的示意圖。
[0031]圖3顯示為本發(fā)明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。
[0032]圖4顯示為本發(fā)明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。
[0033]圖5顯示為本發(fā)明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。
[0034]圖6顯示為本發(fā)明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。
[0035]圖7顯示為本發(fā)明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。
[0036]圖8顯示為本發(fā)明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。
[0037]圖9顯示為本發(fā)明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。
[0038]圖10顯示為本發(fā)明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。
[0039]元件標(biāo)號(hào)說明
[0040]SI ?S6步驟
[0041]100襯底
[0042]211, 212, 213 第一材料層
[0043]221，222，223 硼摻雜第一材料層
[0044]231, 232, 233 第二材料層
[0045]300絕緣層
[0046]400基板
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(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)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明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，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0048]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發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(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。
[0049]本發(fā)明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:
[0050]S1:提供一襯底；
[0051]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；
[0052]S3:重復(fù)所述步驟S2至少一次；
[0053]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；
[0054]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；
[0055]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。
[0056]首先請(qǐng)參閱圖2，執(zhí)行步驟S1:提供一襯底100。
[0057]所述襯底100的作用是作為后續(xù)外延層生長(zhǎng)的外延襯底。所述襯底100的材料可選自S1、Ge及SiGe中的至少一種。作為示例，所述襯底100采用Si襯底。
[0058]然后請(qǐng)參閱圖3，執(zhí)行步驟S2:在所述襯底100表面依次外延第一材料層211、硼摻雜第一材料層212及第二材料層213。
[0059]具體的，所述第一材料層211的作用主要是作為緩沖層，其厚度小于其生長(zhǎng)臨界厚度。
[0060]需要說明的是，一般來說，晶體薄膜只要生長(zhǎng)在與其晶格不匹配(晶格常數(shù)或者熱膨脹系數(shù)不同)的襯底上面時(shí)，如果保持外延薄膜平行于生長(zhǎng)平面的晶格參數(shù)與襯底的相同，其中就一定存在應(yīng)變；隨著生長(zhǎng)薄膜厚度的增大，外延薄膜中積累的應(yīng)力也增大，當(dāng)大到一定的程度就會(huì)產(chǎn)生晶面的滑移而產(chǎn)生位錯(cuò)(失配位錯(cuò))，同時(shí)釋放出應(yīng)力。因此，為了保存外延薄膜中的應(yīng)變，不致因產(chǎn)生失配位錯(cuò)而得到釋放，薄膜的厚度就應(yīng)當(dāng)小于某一個(gè)臨界值，這個(gè)臨界值就是臨界厚度。所以，由于外延薄膜的組分不同，下面的襯底種類不同，薄膜的應(yīng)變也都將相應(yīng)有所不同，從而其臨界厚度也就不一樣。對(duì)于本步驟，所述臨界厚度指的是所述第一材料層211在所述襯底100表面生長(zhǎng)的臨界厚度。而在后續(xù)步驟S3中重復(fù)本步驟的過程中，由于第一材料層是外延生長(zhǎng)于第二材料層表面的，因此，相應(yīng)的臨界厚度為所述第一材料層在所述第二材料層表面生長(zhǎng)的臨界厚度。
[0061]作為示例，所述第一材料層211的材料可選自SiGe、SiGeSn、GaAs、AlAs、AlGaAs及InGaAs中的任意一種。
[0062]所述硼摻雜第一材料層212的作