[发明专利]一种利用层转移和离子注入技术制备SGOI材料的方法

摘要

本发明涉及一种制备绝缘体上锗硅(SGOI)材料的方法。首先在体硅上外延Si1-xGex/Siepi/Si1-yGey结构的多层材料，其中0＜x＜1，0＜y＜1，Si1-xGex为外延材料的上表面。控制外延的Si1-xGex和Si1-yGey薄膜的厚度，使其都小于临界厚度，以保证这两层薄膜都是完全应变的。然后使用层转移的方法将Si1-xGex/Si/Si1-yGey转移到一个SiO2/Si结构的支撑材料上，形成Si1-yGey/Si/Si1-xGex/SiO2/Si结构的多层材料。使用选择性腐蚀的方法去掉顶层的Si1-yGey，最后通过离子注入及退火，使得材料中的Si1-xGex发生弛豫，相应的顶层Si发生应变，得到Si/Si1-xGex/SiO2/Si的SGOI材料。

主权项

一种利用层转移和离子注入技术制备SGOI材料的方法，其特征在于采用下述A或B两种方法中任一种：方法A①在衬底硅材料上使用化学气相沉积的方法依次外延Si1-yGey、Siepi、Si1-xGex三种不同的薄膜，其中0＜x＜1，0＜y＜1，依据外延材料中x，y值的不同，选择外延的Si1-yGey、Si1-xGex薄膜的厚度，使其都小于临界厚度；而Si1-yGey、Si1-xGex之间外延的Siepi层的厚度是任意厚度；外延完成后，得到Si1-xGex/Siepi/Si1-yGey/Sisub结构的多层材料，Si1-xGex为外延材料的上表面，Siepi为外延的Si，Sisub为衬底硅材料；②将步骤1制备的多层材料同另一片表面已经制备出SiO2的硅衬底材料键合，得到Sisub/Si1-yGey/Siepi/Si1-xGex/SiO2/Si结构的多层材料；③通过研磨的方法，去掉Sisub，得到Si1-yGey/Siepi/Si1-xGex/SiO2/Si结构的材料，采用选择性腐蚀的方法，去掉Si1-yGey上面存在的Sisub，使腐蚀停止在Si1-yGey表面上；④然后选择化学溶液，采用选择性腐蚀的方法，腐蚀掉Si1-yGey，使腐蚀停止在Siepi材料上，即得到Siepi/Si1-xGex/SiO2/Si材料；⑤使用1×1015cm-2～3×1016cm-2低剂量的H+或He+离子注入到Si1-xGex/SiO2材料的界面上，或者注入到SiO2材料中靠近Si1-xGex的地方，在700～1100℃温度下进行退火，增加键合强度的同时，使得Si1-xGex材料发生弛豫，相应Si1-xGex材料上面的Siepi材料发生应变，最终形成了SGOI材料；方法B①在体硅衬底Sisub上使用化学气相沉积的方法依次外延Si1-yGey、Siepi、Si1-xGex三种不同的薄膜，其中0＜x＜1，0＜y＜1，依据外延材料中x，y值的不同，选择外延的Si1-yGey、Si1-xGex薄膜的厚度，使其都小于临界厚度；而Si1-yGey、Si1-xGex之间外延的Siepi层的厚度是任意厚度；外延完成后，得到Si1-xGex/Siepi/Si1-yGey/Sisub结构的多层材料，Si1-xGex为外延材料的上表面，Siepi为外延的Si，Sisub为衬底硅材料；②在外延制备出Si1-xGex/Siepi/Si1-yGey/Sisub结构的多层材料后，将5×1016cm-2～1×1017cm-2的低剂量的H+或者He+离子注入到Si1-yGey材料中；③然后同另一片表面已经制备出SiO2的硅衬底材料键合，形成Sisub/Si1-yGey/Siepi/Si1-xGex/SiO2/Si结构的多层材料；④将步骤2制备的多层材料在400～600℃温度下退火，使得材料在H+或者He+离子注入射程附近发生层分离，得到Si1-yGey/Si/Si1-xGex/SiO2/Si结构的材料；⑤选择化学溶液，采用选择性腐蚀的方法，腐蚀掉剩余的Si1-yGey，使腐蚀停止在Siepi材料上，即得到Siepi/Si1-xGex/SiO2/Si材料；⑥再使用1×1015cm-2～3×1016cm-2剂量的H+或He+离子注入到Si1-xGex/SiO2材料的界面上，或者注入到SiO2材料中靠近Si1-xGex处，在700～1100℃温度下进行退火，增加键合强度的同时使得Si1-xGex材料发生弛豫，相应Si1-xGex材料上面的Siepi材料发生应变，最终形成了SGOI材料。