[发明专利]一种直接生长SOI的方法

说明书

本发明提供一种直接生长SOI的方法，所述方法包括：对预定硅片进行氧化；使用二乙氧基甲基硅烷作为炭源，在预定硅片的氧化层上沉积非晶炭，得到具有非晶炭层的硅片；对所述具有非晶炭层的硅片进行高温退火还原处理，使所述氧化层与所述非晶炭层发生化学反应，生成单晶硅和一氧化碳，得到具有顶层单晶硅的硅片；其中，所述处理过程采用惰性气体进行保护；将所述具有顶层单晶硅的硅片放入外延设备中，使所述顶层单晶硅的厚度外延生长至预定厚度，得到SOI。本发明的直接生长SOI的方法，可以简化制备工艺流程且生产成本低、产能高。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种直接生长SOI的方法。

背景技术

绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)是一种具有独特的“Si/绝缘层/Si”三层结构的新型硅基半导体材料。SOI技术在顶层硅和背衬底之间引入了一层绝缘埋层(即，埋氧化层)，通过绝缘埋层(通常为二氧化硅SiO₂)实现了器件和衬底的全介质隔离。

因此，硅材料通过在绝缘体上形成半导体薄膜，使SOI材料具有体硅无法比拟的优点：(1)可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；(2)采用SOI制成的集成电路具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此，SOI将广泛应用在深亚微米的低压、低功耗集成电路中；(3)SOI可以用于制造MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)光开关。

目前，通常采用键合技术来制备SOI，并且薄膜SOI通常采取注入等工艺，存在制备工艺流程复杂且生产成本较高的问题，亟待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直接生长SOI的方法，可以简化制备工艺流程且生产成本低、产能高。

本发明提供一种直接生长SOI的方法，所述方法包括：对预定硅片进行氧化；使用二乙氧基甲基硅烷作为炭源，在预定硅片的氧化层上沉积非晶炭，得到具有非晶炭层的硅片；对所述具有非晶炭层的硅片进行高温退火还原处理，使所述氧化层与所述非晶炭层发生化学反应，生成单晶硅和一氧化碳，得到具有顶层单晶硅的硅片；其中，所述处理过程采用惰性气体进行保护；将所述具有顶层单晶硅的硅片放入外延设备中，使所述顶层单晶硅的厚度外延生长至预定厚度，得到SOI；其中，SOI中间层为所述高温退火还原处理后的剩余氧化层，SOI顶层硅为预定厚度的顶层单晶硅。

可选地，所述氧化的条件为：氧气流量100～3000sccm、气压100～1060torr、温度850～1150℃；所述炭源的流量为1～5g/s，沉积温度为300～950℃；所述高温退火还原处理的条件为：退火压力0.1～10torr、退火温度1200～1400℃、退火时间1～6h；所述外延生长的条件为：温度900～1150℃、压力10～1060torr、二氯氢硅的流量10～1000sccm；其中，所述氧化层的厚度为0.5～3.5um、所述非晶炭层的厚度为30～300A，所述预定厚度为10～1500nm。

可选地，所述氧化的条件为：氧气流量500sccm、气压230torr、温度900℃；所述炭源的流量为1.5g/s，沉积温度为400℃；所述高温退火还原处理的条件为：退火压力5torr、退火温度1400℃、退火时间5h；所述外延生长的条件为：温度1100℃、压力1060torr、二氯氢硅的流量1000sccm；其中，所述氧化层的厚度为1um、所述非晶炭层的厚度为50A，所述预定厚度为500nm。

可选地，所述氧化的条件为：氧气流量900sccm、气压460torr、温度950℃；所述炭源的流量为4.5g/s，沉积温度为550℃；所述高温退火还原处理的条件为：退火压力0.8torr、退火温度1300℃、退火时间6h；所述外延生长的条件为：温度1000℃、压力760torr、二氯氢硅的流量500sccm；其中，所述氧化层的厚度为1um、所述非晶炭层的厚度为70A，所述预定厚度为500nm。