吸附剝離制備絕緣體上材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，涉及一種吸附剝離制備絕緣體上材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，絕緣體上材料以其獨特的絕緣埋層結(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。制備更小尺寸、更高性能的器件一直是半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展的目標和方向，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)進入到22nm節(jié)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。
[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引起同位素效應(yīng)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(guī)模生產(chǎn)；機械剝離法需要引入機械，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(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。
[0004]目前將摻雜層吸附剝離與鍵合相結(jié)合的智能剝離方法能夠?qū)崿F(xiàn)超薄、高質(zhì)量絕緣體上材料的制備，其中，摻雜層采用高摻雜濃度的單晶層或超晶格結(jié)構(gòu)層，摻雜濃度太低，將無法產(chǎn)生吸附剝離。由于摻雜層中的摻雜濃度較高，摻雜離子很容易擴散至待轉(zhuǎn)移層，改變待轉(zhuǎn)移層性質(zhì)，且摻雜超晶格結(jié)構(gòu)層在剝離過程中，剝離發(fā)生在超晶格層中的各個界面，最終剝離面容易呈臺階狀，使得剝離面不平整。
[0005]因此，提供一種新的吸附剝離制備絕緣體上材料的方法以降低摻雜層中的摻雜離子擴散至待轉(zhuǎn)移層的幾率，并提高剝離面平整程度實屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種吸附剝離制備絕緣體上材料的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中摻雜層摻雜濃度高，摻雜離子容易擴散至待轉(zhuǎn)移層改變待轉(zhuǎn)移層性質(zhì)，且當(dāng)摻雜層為摻雜超晶格層時，剝離面不平整的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種吸附剝離制備絕緣體上材料的方法，至少包括以下步驟:
[0008]S1:提供一襯底，在所述襯底上外延一摻雜單晶層；
[0009]S2:在所述摻雜單晶層上外延一超晶格結(jié)構(gòu)層；
[0010]S3:在所述超晶格結(jié)構(gòu)層上外延一待轉(zhuǎn)移層；
[0011]S4:進行離子注入，使離子注入到所述摻雜單晶層下表面以下預(yù)設(shè)深度；
[0012]S5: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(zhuǎn)移層鍵合，形成鍵合片;
[0013]S6:對所述鍵合片進行退火處理，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(zhuǎn)移層的絕緣體上材料。
[0014]可選地，所述摻雜單晶層的摻雜濃度小于lE18cm3。
[0015]可選地，所述摻雜單晶層為S1、SiGe、Ge、GaAs或AlGaAs，厚度大于2nm，摻雜元素包括C、B、P、Ga、In、As或Sb中的至少一種。
[0016]可選地，超晶格結(jié)構(gòu)層為非摻雜超晶格結(jié)構(gòu)層或低摻雜超晶格結(jié)構(gòu)層，所述低摻雜超晶格結(jié)構(gòu)層的摻雜濃度小于lE18cm3。
[0017]可選地，所述摻雜超晶格結(jié)構(gòu)層由至少一組Si/S1: xGex復(fù)合薄膜、S1: yGey/Sii zGez復(fù)合薄膜、Ge/GaAs復(fù)合薄膜或GaAs/AlGaAs復(fù)合薄膜堆疊而成，其中0 < x、y、z < 1, y古z ;摻雜元素包括C、B、P、Ga、In、As或Sb中的至少一種。
[0018]可選地，所述待轉(zhuǎn)移層為S1、Ge、SiGe、GaAs或AlGaAs，厚度大于5nm。
[0019]可選地，于所述步驟S4中，采用Η離子注入或H/He離子共注，所述預(yù)設(shè)深度大于或等于50nm,注入劑量大于或等于2E16cm 2。
[0020]可選地，于所述步驟S6中，對所述鍵合片進行微波退火處理，所述微波的頻率范圍是1.5?20GHz，微波退火時間為5?60min。
[0021]可選地，微波退火處理時，調(diào)節(jié)微波退火輸出功率，使所述鍵合片表面溫度在20 ?500。。。
[0022]可選地，于所述步驟S6中，對所述鍵合片進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間以形成預(yù)鍵合，然后將所述鍵合片在第二溫度下退火第二時間以加強鍵合并實現(xiàn)剝離；所述第二溫度高于第一溫度，所述第一時間小于第二時間。
[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，于所述步驟S5中，鍵合前對所述待轉(zhuǎn)移層表面進行氮氣等離子體處理。
[0025]可選地，于所述步驟S6之后，還包括步驟S7:去除所述待轉(zhuǎn)移層表面多余的摻雜單晶層及超晶格結(jié)構(gòu)層。
[0026]可選地，采用化學(xué)腐蝕法和/或拋光法去除所述待轉(zhuǎn)移層表面多余的摻雜單晶層及超晶格結(jié)構(gòu)層。
[0027]可選地,所述襯底包括S1、Ge或SiGe。
[0028]如上所述，本發(fā)明的吸附剝離制備絕緣體上材料的方法，具有以下有益效果:(1)本發(fā)明利用摻雜層吸附剝離及鍵合來制備絕緣體上材料，其中，摻雜層由摻雜單晶層及非摻雜或低摻雜的超晶格結(jié)構(gòu)層疊加而成，在退火過程中，摻雜單晶層吸附襯底中的注入離子形成微裂紋，且剝離發(fā)生于摻雜單晶層下表面處，剝離面平整；(2)由于摻雜單晶層上具有非摻雜或低摻雜的超晶格結(jié)構(gòu)層，該超晶格結(jié)構(gòu)層可以增強所述摻雜單晶層對注入離子的吸附能力，從而使得摻雜單晶層在摻雜濃度較低時(小于lE18cm3)也能發(fā)生吸附剝離，甚至在lE17cm3的低摻雜濃度下也可以發(fā)生有效吸附剝離，而低摻雜濃度可以降低摻雜離子擴散到待轉(zhuǎn)移層中的幾率，保證待轉(zhuǎn)移層的質(zhì)量；(3)本發(fā)明中對于鍵合片的處理，可以采用常規(guī)的低溫退火預(yù)鍵合結(jié)合高溫退火以致吸附剝離來得到絕緣體上材料，也可以采用微波退火技術(shù)低溫制備絕緣體上材料，使待轉(zhuǎn)移層及其它層不因高溫而損壞。
【附圖說明】
[0029]圖1顯示為本發(fā)明的吸附剝離制備絕緣體上材料的方法中在襯底上外延一摻雜單晶層的不意圖。
[0030]圖2顯示為本發(fā)明的吸附剝離制備絕緣體上材料的方法中在摻雜單晶層上外延一超晶格結(jié)構(gòu)層的示意圖。
[0031]圖3顯示為本發(fā)明的吸附剝離制備絕緣體上材料的方法中在超晶格結(jié)構(gòu)層上外延一待轉(zhuǎn)移層的不意圖。
[0032]圖4顯示為本發(fā)明的吸附剝離制備絕緣體上材料的方法中進行離子注入，使離子注入到摻雜單晶層下表面以下預(yù)設(shè)深度的示意圖。
[0033]圖5顯示為本發(fā)明的吸附剝離制備絕緣體上材料的方法中形成鍵合片的示意圖。
[0034]圖6顯示為本發(fā)明的吸附剝離制備絕緣體上材料的方法中對鍵合片進行退火處理使摻雜層吸附離子形成微裂紋的示意圖。
[0035]圖7顯示為本發(fā)明的吸附剝離制備絕緣體上材料的方法中剝離得到絕緣體上材料的不意圖。
[0036]元件標號說明
[0037]1襯底
[0038]2摻雜單晶層
[0039]3超晶格結(jié)構(gòu)層
[0040