利用低溫剝離技術(shù)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，涉及一種利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，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。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(biāo)和方向，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)進(jìn)入到22nm節(jié)點(diǎn)及以下，對(duì)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(jìn)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(guò)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(lái)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，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，但是該方法中需要經(jīng)過(guò)高溫退火使得摻雜層吸附注入離子而產(chǎn)生剝離，而高溫退火使得摻雜層中的摻雜離子擴(kuò)散到待轉(zhuǎn)移層中的幾率增加，且對(duì)某些不耐高溫的材料層會(huì)產(chǎn)生不良影響。
[0005]因此，提供一種利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法實(shí)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(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中需要利用高溫退火產(chǎn)生摻雜層吸附剝離，導(dǎo)致?lián)诫s離子擴(kuò)散到待轉(zhuǎn)移層中的幾率增加，且對(duì)某些不耐高溫的材料層會(huì)產(chǎn)生不良影響的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種利用低溫剝離技術(shù)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層；
[0009]S2:在所述摻雜層表面外延一待轉(zhuǎn)移層；
[0010]S3:進(jìn)行離子注入，使離子注入到所述摻雜層下表面以下預(yù)設(shè)深度；
[0011]S4: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;
[0012]S5:對(duì)所述鍵合片進(jìn)行微波退火處理，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。
[0013]可選地，于所述步驟S5之后，還包括步驟S6:去除所述待轉(zhuǎn)移層表面多余的摻雜層。
[0014]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層。
[0015]可選地，于所述步驟S5中，所述微波的頻率范圍是1.5?20GHz，微波退火時(shí)間為5 ?60mino
[0016]可選地，于所述步驟S5中，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。。。
[0017]可選地，于所述步驟S5中，調(diào)節(jié)微波退火輸出功率，使所述鍵合片表面溫度在100 ?250。。。
[0018]可選地，所述摻雜層為摻雜單晶薄膜或摻雜超晶格結(jié)構(gòu)薄膜，厚度大于2nm。
[0019]可選地，所述摻雜單晶薄膜為S1、SiGe、Ge、GaAs或AlGaAs ;所述摻雜超晶格結(jié)構(gòu)薄膜由至少一組Si/S1: xGex復(fù)合薄膜、S1: yGey/Si! 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<l,y古z ;摻雜元素包括C、B、P、Ga、In、As或Sb中的至少一種，摻雜濃度大于lE18cm3。
[0020]可選地，所述待轉(zhuǎn)移層為51、66、3166、6&48或八16348，厚度大于10nm。
[0021]可選地，于所述步驟S3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。
[0022]可選地，于所述步驟S4中，鍵合前對(duì)所述待轉(zhuǎn)移層表面進(jìn)行氮?dú)獾入x子體處理。
[0023]可選地,所述襯底包括S1、Ge或SiGe。
[0024]如上所述，本發(fā)明的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，具有以下有益效果:本發(fā)明利用摻雜層吸附剝離及鍵合來(lái)制備絕緣體上材料，其中，對(duì)鍵合片進(jìn)行微波退火處理，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。其中，微波退火處理過(guò)程中，摻雜層與襯底界面處初始形成的微小孔洞在微波作用下產(chǎn)生共振，使得該界面處局域溫度升高，從而摻雜層進(jìn)一步吸附襯底中的注入離子使微小孔洞進(jìn)一步急劇增大，進(jìn)而使得摻雜層下表面形成微裂紋產(chǎn)生剝離，剝離速度快。同時(shí)，在微波退火過(guò)程中，除了摻雜層與襯底界面處局域溫度較高以致剝離，鍵合片整體或表面溫度較低，在20?500°C之間，使得摻雜層中的摻雜離子不易擴(kuò)散到待轉(zhuǎn)移層中，且低溫不會(huì)對(duì)所述待轉(zhuǎn)移層及其它層產(chǎn)生不良影響，有利于制備得到高質(zhì)量的絕緣體上材料。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1顯示為本發(fā)明的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法中在襯底上外延一摻雜層的不意圖。
[0026]圖2顯示為本發(fā)明的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法中在摻雜層表面外延一待轉(zhuǎn)移層的$意圖。
[0027]圖3顯示為本發(fā)明的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法中進(jìn)行離子注入，使離子注入到摻雜層下表面以下預(yù)設(shè)深度的示意圖。
[0028]圖4顯示為本發(fā)明的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法中形成鍵合片的示意圖。
[0029]圖5顯示為本發(fā)明的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法中進(jìn)行微波退火使得摻雜層吸附離子形成微裂紋的示意圖。
[0030]圖6顯示為本發(fā)明的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法中剝離得到絕緣體上材料的示意圖。
[0031]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0032]1 襯底
[0033]2摻雜層
[0034]3待轉(zhuǎn)移層
[0035]4絕緣層
[0036]5 基板
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)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(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)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(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0038]請(qǐng)參閱圖1至圖6。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)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。
[0039]本發(fā)明提供一種利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，至少包括以下步驟:
[0040]S1:提供一襯底,在所述襯底上外延一摻雜層；
[0041]S2:在所述摻雜層表面外延一待轉(zhuǎn)移層；
[0042]S3:進(jìn)行離子注入，使離子注入到所述摻雜層下表面以下預(yù)設(shè)深度；
[0043]S4: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;
[0044]S5:對(duì)所述鍵合片進(jìn)行微波退火處理，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。
[0045]首先請(qǐng)參閱圖1，執(zhí)行步驟S1:提供一襯底1，在所述襯底1上外延一摻雜層2。
[0046]具體的，所述襯底包括但不限于S1、Ge或SiGe，本實(shí)施例中，所述襯底1以Si襯底為例。
[0047]所述摻雜層2為摻雜單晶薄膜或摻雜超晶格結(jié)構(gòu)薄膜，其中，所述摻雜單晶薄膜包括但不限于S1、SiGe、Ge、GaAs或AlGaAs ;所述摻雜超晶格結(jié)構(gòu)薄膜由至少一組Si/Si! xGex復(fù)合薄膜、Sii yGey/Si! 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 ^ z0
[0048]需要指出的是，對(duì)于Si/Sh xGex復(fù)合薄膜，其包括Si層及形成于所述Si層上的Sii xGex層；對(duì)于Sh.Ge/Sii zGez復(fù)合薄膜，其由兩層不同組分比的SiGe層疊加而成；對(duì)于Ge/GaAs復(fù)合薄膜，其GaAs層中的Ga與As的組分可調(diào)；對(duì)于GaAs/AlGaAs復(fù)合薄膜，其AlGaAs層中的Al、Ga與As的組分均可調(diào)。
[0049]在所述摻雜層的形成過(guò)程中，通過(guò)在外延生長(zhǎng)過(guò)程中通入摻雜氣體即實(shí)現(xiàn)摻雜，摻雜元素包括C、B、P、Ga、In、As或Sb中的至少一種，摻雜濃度大于lE18cm3。所述摻雜層2的厚度大于2nm。
[0050]本實(shí)施