一種基于混合加熱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，涉及一種基于混合加熱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]目前將離子注入與鍵合相結(jié)合的智能剝離方法通常需要經(jīng)過兩個階段的退火過程:首先經(jīng)低溫退火2?3小時以實現(xiàn)預(yù)鍵合或加固鍵合片，然后經(jīng)高溫退火半小時使注入的離子在注入峰值區(qū)域聚集產(chǎn)生氣泡實現(xiàn)剝離，制備周期較長，成本較高，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]因此，提供一種新的絕緣體上材料的制備方法以減小制備周期，降低生產(chǎn)成本實屬必要。

【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基于混合加熱制備絕緣體上材料的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣體上材料制備方法制備周期長、成本高的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于混合加熱制備絕緣體上材料的方法，至少包括以下步驟:
[0008]S1:提供一 Si襯底，在所述Si襯底表面外延生長摻雜單晶薄膜；
[0009]S2:在所述摻雜單晶薄膜表面外延生長一待轉(zhuǎn)移層；
[0010]S3:從所述待轉(zhuǎn)移層正面進行離子注入，使離子注入到所述摻雜單晶薄膜與所述Si襯底的界面以下預(yù)設(shè)深度；
[0011]S4:提供表面具有絕緣層的基板，將所述基板表面的絕緣層與所述待轉(zhuǎn)移層鍵合形成鍵合片，并將所述鍵合片在第一預(yù)設(shè)溫度下退火并保持第一預(yù)設(shè)時間，以使所述摻雜單晶薄膜吸附離子并形成微裂紋；
[0012]S5:再將所述鍵合片在第二預(yù)設(shè)溫度下退火并保持第二預(yù)設(shè)時間，以實現(xiàn)剝離使得所述待轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移至所述基板的絕緣層上，得到絕緣體上材料；所述第一預(yù)設(shè)溫度高于所述第二預(yù)設(shè)溫度，所述第一預(yù)設(shè)時間小于所述第二預(yù)設(shè)時間。
[0013]可選地，所述第一預(yù)設(shè)溫度為700?1000°C，所述第一預(yù)設(shè)時間小于5min ;所述第二預(yù)設(shè)溫度為300?600°C，所述第二預(yù)設(shè)時間為5?30min。
[0014]可選地，所述摻雜單晶薄膜為單層單晶薄膜，所述單層單晶薄膜選自SiGe、SiGeC、GaAs及AlGaAs中的任意一種，摻雜的元素選自B、P、Ga、In及C中的至少一種，摻雜濃度為1E18 ?lE20cm_3。
[0015]可選地，所述單層單晶薄膜的厚度小于10nm。
[0016]可選地，所述摻雜單晶薄膜為多層單晶薄膜，所述多層單晶薄膜為Si/SiGe或GaAs/AlGaAs超晶格，摻雜的元素選自B、P、Ga、In及C中的至少一種，摻雜濃度為1E18?lE20cm3o
[0017]可選地，所述多層單晶薄膜的總厚度小于10nm。
[0018]可選地，所述待轉(zhuǎn)移層選自S1、Ge、SiGe、SiGeC、GaAs及AlGaAs中的至少一種。
[0019]可選地，于步驟S3中，采用11、抱或!1/抱進行離子注入。
[0020]可選地，于步驟S3中，所述預(yù)設(shè)深度為所述摻雜單晶薄膜與所述Si襯底的界面以下 50 ?150nm。
[0021]可選地，于所述步驟S4中，采用快速熱退火方法或微波加熱法將所述鍵合片在第一預(yù)設(shè)溫度下退火并保持第一預(yù)設(shè)時間。
[0022]如上所述，本發(fā)明的基于混合加熱制備絕緣體上材料的方法，具有以下有益效果:本發(fā)明通過在摻雜單晶薄膜下方的Si襯底中注入離子，然后經(jīng)過高溫短時退火以使所述摻雜單晶薄膜中瞬時形成若干小孔洞、得到微裂紋，再進一步進行低溫退火以使所述摻雜單晶薄膜吸附更多離子使孔洞變大、以致剝離。其中，高溫退火時間小于5分鐘，低溫退火時間為5?10分鐘，整體時間很短，大大減小了制備周期，從而降低成本。此外，本發(fā)明中利用摻雜單晶薄膜在退火過程中吸附離子實現(xiàn)剝離，剝離發(fā)生于所述摻雜單晶薄膜處，而所述摻雜單晶薄膜厚度小于10nm，使得剝離界面相對平滑，無需經(jīng)過后續(xù)化學(xué)機械拋光(CMP)處理，從而降低絕緣體上材料表面損傷，獲得高質(zhì)量的絕緣體上材料。
【附圖說明】
[0023]圖1顯示為本發(fā)明的基于混合加熱制備絕緣體上材料的方法中在Si襯底表面外延生長摻雜單晶薄膜的示意圖。
[0024]圖2顯示為本發(fā)明的基于混合加熱制備絕緣體上材料的方法中在摻雜單晶薄膜表面外延生長待轉(zhuǎn)移層的示意圖。
[0025]圖3本發(fā)明的基于混合加熱制備絕緣體上材料的方法中進行離子注入的示意圖。
[0026]圖4本發(fā)明的基于混合加熱制備絕緣體上材料的方法中進行鍵合并高溫短時退火使摻雜單晶薄膜中形成微裂紋的示意圖。
[0027]圖5本發(fā)明的基于混合加熱制備絕緣體上材料的方法中進行低溫退火剝離得到絕緣體上材料的示意圖。
[0028]元件標號說明
[0029]I Si 襯底
[0030]2 摻雜單晶薄膜
[0031]3 待轉(zhuǎn)移層
[0032]4 絕緣層
[0033]5 基板
【具體實施方式】
[0034]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，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)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0035]請參閱圖1至圖5。需要說明的是，本實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)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(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。
[0036]本發(fā)明提供一種基于混合加熱制備絕緣體上材料的方法，至少包括以下步驟:
[0037]S1:提供一 Si襯底，在所述Si襯底表面外延生長摻雜單晶薄膜；
[0038]S2:在所述摻雜單晶薄膜表面外延生長一待轉(zhuǎn)移層；
[0039]S3:從所述待轉(zhuǎn)移層正面進行離子注入，使離子注入到所述摻雜單晶薄膜與所述Si襯底的界面以下預(yù)設(shè)深度；
[0040]S4:提供表面具有絕緣層的基板，將所述基板表面的絕緣層與所述待轉(zhuǎn)移層鍵合形成鍵合片，并將所述鍵合片在第一預(yù)設(shè)溫度下退火并保持第一預(yù)設(shè)時間，以使所述摻雜單晶薄膜吸附離子并形成微裂紋；
[0041]S5:再將所述鍵合片在第二預(yù)設(shè)溫度下退火并保持第二預(yù)設(shè)時間，以實現(xiàn)剝離使得所述待轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移至所述基板的絕緣層上，得到絕緣體上材料；所述第一預(yù)設(shè)溫度高于所述第二預(yù)設(shè)溫度，所述第一預(yù)設(shè)時間小于所述第二預(yù)設(shè)時間。
[0042]首先請參閱圖1，執(zhí)行步驟S1:提供一 Si襯底1，在所述Si襯底I表面外延生長摻雜單晶薄膜2。
[0043]具體的，所述摻雜單晶薄膜2可以為單層單晶薄膜，也可以為多層單晶薄膜。
[0044]對于所述摻雜單晶薄膜2為單層單晶薄膜，其可以選自SiGe、SiGeC、GaAs及AlGaAs中的任意一種，其中，各元素的組分可調(diào)，以滿足特定需求。單層單晶薄膜中，摻雜的元素選自B、P、Ga、In及C中的至少一種，摻雜濃度為1E18?lE20cm_3。單層單晶薄膜的厚度小于1nm0
[0045]對于所述摻雜單晶薄膜2為多層單晶薄膜，其可以為Si/SiGe或GaAs/AlGaAs超晶格。以Si/SiGe超晶格為例，其由至少一組Si/SiGe雙層薄膜疊加而成，不同組Si/SiGe雙層薄膜中，SiGe層的Ge組分可以相同，也可以不同。GaAs/AlGaAs超晶格與Si/SiGe超晶格結(jié)構(gòu)類似，此處