[发明专利]利用低温剥离技术制备绝缘体上材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，涉及一种利用低温剥离技术制备绝缘体上材料的方法。

背景技术

近年来，绝缘体上材料以其独特的绝缘埋层结构，能降低衬底的寄生电容和漏电电流，在低压、低功耗、高温、抗辐射器件等诸多领域得到了广泛的应用。制备更小尺寸、更高性能的器件一直是半导体工业发展的目标和方向，随着超大规模集成电路技术进入到22nm节点及以下，对集成电路的特征尺寸提出了更高要求，而基于超薄绝缘体上材料的器件能使器件进一步缩微化。

通常绝缘体上材料的制备包括以下技术：1.通过外延、键合、智能剥离或背部研磨等工艺流程；2.注氧隔离技术。传统的绝缘体上材料剥离方法有离子注入剥离法、等离子体吸入剥离法、机械剥离法、绝缘体上材料减薄技术等。其中离子注入剥离得到的绝缘体上材料表面很粗糙，并且在超低能量注入情况下会引起同位素效应或表面损伤，同时很难控制；等离子体吸附剥离耗时长，材料消耗大，不适宜大规模生产；机械剥离法需要引入机械，产品成品率及产量不可控；而绝缘体上材料减薄技术步骤繁琐，例如制备超薄SOI，需要不断氧化，时间较长且能耗大，并且随着顶层硅厚度的减小，氧化条件会越来越苛刻，增加了困难；注氧隔离技术虽然方法较为简单，但目前仍然难以制备高质量的超薄绝缘体上材料。

目前，将掺杂层吸附剥离与键合相结合的智能剥离方法能够实现超薄、高质量绝缘体上材料的制备，但是该方法中需要经过高温退火使得掺杂层吸附注入离子而产生剥离，而高温退火使得掺杂层中的掺杂离子扩散到待转移层中的几率增加，且对某些不耐高温的材料层会产生不良影响。

因此，提供一种利用低温剥离技术制备绝缘体上材料的方法实属必要。

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利用低温剥离技术制备绝缘体上材料的方法，用于解决现有技术中需要利用高温退火产生掺杂层吸附剥离，导致掺杂离子扩散到待转移层中的几率增加，且对某些不耐高温的材料层会产生不良影响的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种利用低温剥离技术制备绝缘体上材料的方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一衬底，在所述衬底上外延一掺杂层；

S2：在所述掺杂层表面外延一待转移层；

S3：进行离子注入，使离子注入到所述掺杂层下表面以下预设深度；

S4：提供一表面形成有绝缘层的基板，将所述绝缘层与所述待转移层键合，形成键合片；

S5：对所述键合片进行微波退火处理，使所述掺杂层吸附离子形成微裂纹，使所述键合片从所述掺杂层下表面处剥离，得到自下而上依次包括基板、绝缘层及待转移层的绝缘体上材料。

可选地，于所述步骤S5之后，还包括步骤S6：去除所述待转移层表面多余的掺杂层。

可选地，采用化学腐蚀法和/或抛光法去除所述待转移层表面多余的掺杂层。

可选地，于所述步骤S5中，所述微波的频率范围是1.5～20GHz，微波退火时间为5～60min。

可选地，于所述步骤S5中，调节微波退火输出功率，使所述键合片表面温度在20～500℃。

可选地，于所述步骤S5中，调节微波退火输出功率，使所述键合片表面温度在100～250℃。

可选地，所述掺杂层为掺杂单晶薄膜或掺杂超晶格结构薄膜，厚度大于2nm。

可选地，所述掺杂单晶薄膜为Si、SiGe、Ge、GaAs或AlGaAs；所述掺杂超晶格结构薄膜由至少一组Si/Si_1-xGe_x复合薄膜、Si_1-yGe_y/Si_1-zGe_z复合薄膜、Ge/GaAs复合薄膜或GaAs/AlGaAs复合薄膜堆叠而成，其中0＜x、y、z≤1，y≠z；掺杂元素包括C、B、P、Ga、In、As或Sb中的至少一种，掺杂浓度大于1E18cm^-3。

可选地，所述待转移层为Si、Ge、SiGe、GaAs或AlGaAs，厚度大于10nm。

可选地，于所述步骤S3中，采用H离子注入或H/He离子共注，所述预设深度大于或等于50nm，注入剂量大于或等于2E16cm^-2。

可选地，于所述步骤S4中，键合前对所述待转移层表面进行氮气等离子体处理。

可选地，所述衬底包括Si、Ge或SiGe。