[发明专利]具有高效复合中心的SOI材料衬底及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料的制备领域，尤其涉及一种SOI材料衬底的制备。

背景技术

理想的PN结二极管有正向导通逆向关断的特性，但我们实际使用的二极管在PN结两边加逆向电压时，不能马上有效的关断，需要经过一定时间，由原来的正向导通到逆向截止的反向恢复时间。这样有可能会在控制电路中造成逻辑信号紊乱；在高功率器件使用中，器件的反向功率损耗大。

SOI二极管、SOI双极型晶体管、SOI绝缘栅双极型晶体管(IGBT,Insulated Gate Bipolar Transistor,以下简称IGBT)的双极型晶体管部分等器件的反向关断时间过长导致器件性能受到影响。

SOI MOS、SOI IGBT的MOS部分等器件具有曲翘效应(Kink effect)，从而影响上述器件的工作稳定。

SOI 晶闸管(SCR，silicon controlled rectifier，以下简称SCR)和SOI 双向晶闸管(TRIAC，TRI-Electrode AC switch，以下简称TRIAC)的工作频率较低。

对于上述问题，现有技术采用多种办法予以克服，其中有一种为在体硅材料中掺杂重金属元素，从而形成复合中心，从而解决上述问题。虽然能解决上述问题，但是由于重金属元素在体硅材料中纵向扩散的速度比较快，导致纵向扩散深度较深，从而使得有效的重金属元素杂质占总掺杂的重金属元素杂质的比率较低，导致工艺成本的增加。

而且，现有技术在衬底掺杂重金属元素的过程中，通常是在衬底中掺硼，掺磷等III、IV族杂质及其退火后，然后在衬底中掺重金属元素，这有可能会导致过多的横向扩散，从而影响线宽。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供具有高效复合中心的SOI材料衬底及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有高效复合中心的SOI材料衬底，包括一硅衬底，一埋氧层和一具有第一掺杂类型的顶层硅层，所述顶层硅层中还掺有重金属元素。

所述重金属元素为金、铂、钯中任意一种或几种的混合物。

所述第一掺杂类型为N型掺杂或P型掺杂。

所述SOI材料衬底采用注氧隔离技术、键合技术、注氧键合技术、键合腐蚀技术与智能剥离技术中任意一种技术制备。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种制备如上述的SOI材料衬底的方法，包括以下步骤：在SOI材料衬底的顶层硅层中掺入重金属元素；在SOI材料衬底的顶层硅层中掺入第一掺杂类型的杂质并在第一温度下退火。

所述在SOI材料衬底的顶层硅层中掺入重金属元素进一步包括如下步骤：将SOI材料衬底浸润在一含有重金属元素的溶液中停留一时间；从所述溶液中取出SOI材料衬底，并在第二温度下退火。

所述SOI材料衬底浸润在一含有重金属元素的溶液的时间范围为5min-120min。

所述在SOI材料衬底的顶层硅层中掺入重金属元素进一步包括如下步骤：在SOI材料衬底的顶层硅层的裸露表面涂覆一层含有重金属元素的液体；在第二温度下退火。

所述在SOI材料衬底的顶层硅层中掺入重金属元素进一步包括如下步骤：在SOI材料衬底的顶层硅层的裸露表面溅射一层含有重金属元素的等离子体；在第二温度下退火。

所述第一温度的范围均为800℃-1200℃，所述第二温度的范围为800℃-1200℃。

所述重金属元素为金、铂、钯中的任意一种或几种的混合物。

所述含有重金属元素的液体为氯铂酸铵溶液或氯金酸溶液。

所述第一掺杂类型为N型掺杂或P型掺杂。

本发明的优点在于，在SOI材料衬底中掺入重金属元素，增加了复合中心，缩短SOI器件反向关断时间，抑制SOI MOS结构的曲翘效应（Kink effect），从而使其工作稳定，提高SOI 晶闸管（SCR）,双向晶闸管（TRIAC，TRI-Electrode AC switch）的工作频率；相对于在体硅中掺入重金属元素，在SOI材料衬底掺入重金属元素能减少重金属元素的用量，从工艺成本角度看，能降低工艺的成本；本发明在制备该SOI材料衬底的过程中，采用先掺杂重金属元素及其退火再掺杂其他杂质，这样就避免现有技术中由于采用在已经进行过N型掺杂或P型掺杂的衬底中掺杂重金属元素而带来的重金属元素横向扩散以致影响线宽的问题，因此提高了衬底的质量。

附图说明

图1是本发明提供的具有高效复合中心的SOI材料衬底的结构图；