[发明专利]一种超薄绝缘体上材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，特别是涉及一种超薄膜绝缘体上材料的制备方法。

背景技术

绝缘体上硅(SOI)是一种在绝缘衬底上再形成一层单晶硅薄膜的结构或者是单晶硅薄膜被绝缘层(通常是SiO₂)从支撑的硅衬底中分开所形成的结构，该种材料结构可使制造器件的薄膜材料与衬底材料完全隔离。

在众多SOI制备技术中，氧离子注入隔离(SIMOX)技术、硅片直接键合与背面腐蚀(BESOI)技术是主导技术，采用SIMOX技术的主要优点是硅层和埋层具有好的均匀性，这是因为氧离子注入是以晶片表面作为参考面，顶层硅膜与埋层(BOX)退火时均能得到很好的均匀性，但此技术中需要高功率(中和大束流)离子注入(注氧或氮)设备和长时间高温退火，价格比较昂贵。

智能剥离技术(Smart cut)是近几年发展起来的一种新的SOI晶片制造技术，该技术建立在离子注入和键合两种技术相互结合的基础上，其独创性在于通过注H⁺并加热情况下形成气泡，使晶片在注入深度处发生劈裂。

例如，如图1a至1c所示，对Si片101进行H⁺离子注入，随后Si片101和表面有SiO₂层的Si片102低温键合；接着，键合片热处理，使Si片101在H原子分布的峰值处分离，其中一薄层单晶Si同Si片102键合形成SOI结构；最后，高温退火并抛光，可增强键合强度和回复顶层Si中由于H⁺离子注入引起的损伤，为改进表面均匀性，可用化学机械抛光。此外，剥离的Si片101可再次使用。

然而，上述方式需要大剂量、高能量离子注入，由于离子注入剂量大，离子注入层的离子浓度分布显现高斯分布，导致剥离后的表面均匀性差，需要进行化学机械抛光来改善表面均匀性。并且上述方法很难制备超薄绝缘体上材料。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超薄膜绝缘体上材料的制备，用于解决现有技术中用于解决现有技术中制备绝缘体上半导体材料需要较高剂量的离子注入，且难度大、成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超薄膜绝缘体上材料的制备方法，所述超薄绝缘体上材料的制备方法至少包括：

1)提供第一衬底，于所述第一衬底表面依次外延生长第一掺杂单晶层、缓冲层、第二掺杂单晶层以及待转移层；

2)进行低剂量离子注入，使离子从所述待转移层表面注入至所述第一掺杂单晶层与第一衬底的界面以下预设深度；

3)提供表面具有绝缘层的第二衬底，并将所述绝缘层与所述待转移层进行键合；

4)进行退火处理，使所述第一掺杂单晶层吸附所述步骤2)中的离子，剥离所述缓冲层与第一衬底；

5)进行低剂量离子注入，使离子从所述缓冲层表面注入至所述第二掺杂单晶层与缓冲层的界面以上预设深度；

6)提供表面具有绝缘层的第三衬底，并将所述绝缘层与所述缓冲层进行键合；

7)进行退火处理，使所述第二掺杂单晶层吸附所述步骤5)中的离子，剥离所述缓冲层与所述待转移层，获得绝缘体上待转移层及绝缘体上缓冲层。

优选地，所述第一掺杂单晶层、第二掺杂单晶层为单层单晶或多层单晶形成的超晶格结构。

优选地，所述单层单晶的材料选自SiGe、SiGeC、Ge、GaAs、AlGaAs中的任意一种。

优选地，多层单晶形成的超晶格结构选自Si/Si_1-xGe_x(0<x≤1)、Si_1-xGe_x/Si_1-yGe_y(0<x、y≤1)、Ge/GaAs、GaAs/AlGaAs中的一种或多种混合。

优选地，所述第一掺杂单晶层、第二掺杂单晶层的厚度均大于1nm。

优选地，所述第一掺杂单晶层、第二掺杂单晶层的掺杂元素选自C、B、P、Ga、In、As、Sb中的一种或多种混合。

优选地，所述缓冲层选自SiGe、SiGeC、Ge、GaAs、AlGaAs中任意一种，缓冲层的厚度大于100nm。

优选地，所述待转移层选自Si、Ge、SiGe、SiGeC、GaAs、AlGaAs、InGaP或InP中的任意一种，待转移层的厚度范围为5～100nm。

优选地，所述第一衬底为Si衬底，所述绝缘层为二氧化硅，所述第二衬底为Si衬底，所述第三衬底为Si衬底。