SOI衬底及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种SOI衬底及其制备方法，包括：提供第一衬底，所述第一衬底上形成有第一介质层；对所述第一衬底进行重氢离子注入，预定深度的所述第一衬底中形成重氢掺杂层；提供第二衬底，所述第二衬底上形成有第二介质层，将所述第一介质层与所述第二介质层相键合；进行热退火，所述重氢掺杂层中形成微气泡；从所述重氢掺杂层处切割所述第一衬底，形成SOI衬底。本发明专利技术的SOI衬底的上层硅中存在重氢离子，在后续器件形成栅氧化层或界面时，重氢能够扩散出，与界面处的悬空键结合，形成较为稳定的结构。并且，重氢离子可以消除器件中存在的缺陷，避免热载流子的穿透。从而不需要进行氢气退火以消除缺陷，简化器件的工艺流程，提高器件的性能及可靠性。

SOI substrate and preparation method thereof

The invention provides a SOI substrate and a preparation method thereof, comprising: providing a first substrate, a first dielectric layer is formed on the first substrate; the first substrate deuterium deuterium ion implantation doping layer forming a predetermined depth of the first substrate; providing second substrate, second dielectric layer is formed on the second the substrate, the first dielectric layer and the second dielectric layer are bonded; heat annealing, micro bubbles forming the deuterium doped layer; from the deuterium doped layer cutting the first substrate to form SOI substrate. There are heavy hydrogen ions of top silicon SOI substrate of the invention, a gate oxide layer is formed on the interface or subsequent devices, to deuterium diffusion, combined with dangling bonds at the interface, forming a relatively stable structure. Also, deuterium ion can be eliminate the defects existing in the device, to avoid penetration of hot carriers. Therefore, hydrogen annealing is not needed to eliminate the defects, the process flow of the device is simplified, and the performance and the reliability of the device are improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种SOI衬底及其制备方法。
技术介绍
绝缘体上硅(SiliconOnInsulator，SOI)衬底是一种用于集成电路制造的衬底。与目前大量应用的体硅衬底相比，SOI衬底具有很多优势：采用SOI衬底制成的集成电路的寄生电容小、集成密度高、短沟道效应小、速度快，并且还可以实现集成电路中元器件的介质隔离，消除了体硅集成电路中的寄生闩锁效应。目前较为成熟的SOI衬底的形成工艺主要有三种，具体为注氧隔离(SeparationbyImplantedOxygen，SIMOX)工艺、硅片键合工艺和智能剥离(SmartCut)工艺。然而，现有技术中制备的SOI衬底中存在缺陷，影响器件的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种SOI衬底及其制备方法，使得在SOI衬底上形成的器件不需要进行氢气退火过程，即可消除器件中的缺陷。为解决上述技术问题，本专利技术一种SOI衬底的制备方法，包括：提供第一衬底，所述第一衬底上形成有第一介质层；对所述第一衬底进行重氢离子注入，预定深度的所述第一衬底中形成重氢掺杂层；提供第二衬底，所述第二衬底上形成有第二介质层，将所述第一介质层与所述第二介质层相键合；进行热退火，所述重氢掺杂层中形成微气泡；从所述重氢掺杂层处切割所述第一衬底，形成SOI衬底。可选的，所述第二衬底为所述SOI衬底的硅衬底，所述第一介质层与所述第二介质层为所述SOI衬底的绝缘层，所述重氢掺杂层与所述第一介质层之间的部分所述第一衬底为所述SOI衬底的上层硅。可选的，所述上层硅中具有重氢离子。可选的，所述SOI衬底的制备方法还包括：对所述上层硅进行化学机械抛光。可选的，所述预定深度为50nm～200nm。可选的，所述第一介质层为氧化硅、氮化硅或氮化铝，所述第一介质层的厚度为0.1nm～200nm。可选的，采用重氢离子对所述第一衬底进行离子注入时，所述重氢离子的注入能量为1KeV～500KeV，所述重氢离子的掺杂浓度为1.0×1014～1.0×1018/cm3。可选的，采用重氢等离子体浸没离子注入对所述第一衬底进行离子注入时，所述重氢等离子体浸没离子注入的注入能量为500eV～5KeV，所述重氢等离子体的掺杂浓度为1.0×1014～1.0×1018/cm3。可选的，所述第二介质层为氧化硅、氮化硅或氮化铝，所述第二介质层的厚度为0.05nm～10nm。可选的，在300℃～400℃的温度下，将所述第一介质层与所述第二介质层相键合。可选的，在600℃～800℃的温度下，对所述重氢掺杂层进行热退火。相应的，本专利技术还提供一种SOI衬底，所述SOI衬底包括硅衬底、位于所述硅衬底上的绝缘层以及位于所述绝缘层上的上层硅，所述SOI衬底采用上述的SOI衬底的制备方法形成，其中，所述上层硅中具有重氢离子。本专利技术提供的SOI衬底及其制备方法中，对所述第一衬底进行重氢离子注入，由于重氢离子的质量大，热退火过程后，重氢离子还存在于第一衬底中，使得形成的SOI衬底的上层硅中存在重氢离子。在本专利技术的SOI衬底上形成的器件中，在后续器件形成栅氧化层或界面时，重氢能够扩散出，与界面处的悬空键结合，形成较为稳定的结构。并且，重氢离子可以消除器件中存在的缺陷，避免热载流子的穿透。从而不需要进行氢气退火消除缺陷，简化器件的工艺流程，提高器件的性能及可靠性。附图说明图1为本专利技术一实施例中制备SOI衬底的方法的流程图；图2为本专利技术一实施例中第一衬底的剖面结构示意图；图3为本专利技术一实施例中进行重氢离子注入的剖面结构示意图；图4为本专利技术一实施例中第一介质层与第二介质层键合的剖面结构示意图；图5为本专利技术一实施例中重氢掺杂层中形成微气泡的剖面结构示意图；图6为本专利技术一实施例中切割所述第一衬底的剖面结构示意图。具体实施方式下面将结合示意图对本专利技术的SOI衬底及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。本专利技术的核心思想在于，提供一种SOI衬底及其制备方法，对所述第一衬底进行重氢离子注入，由于重氢离子的质量大，热退火过程后，重氢离子还存在第一衬底中，使得形成的SOI衬底的上层硅中存在重氢离子。在本专利技术的SOI衬底形成的器件中，在后续器件形成栅氧化层或界面时，重氢能够扩散出，与界面处的悬空键结合，形成较为稳定的结构。并且，重氢离子可以消除器件中存在的缺陷，避免热载流子的穿透。从而不需要进行氢气退火消除缺陷，简化器件的工艺流程，提高器件的性能及可靠性。下文结合附图对本专利技术的SOI衬底及其制备方法进行描述，图1为SOI衬底的制备流程图，图2～图6为各步骤中的结构示意图，其制备过程包括如下步骤：执行步骤S1，参考图2所示，提供第一衬底100，所述第一衬底为单晶硅衬底。在所述第一衬底100上形成第一介质层110，在本实施例中，可以采用化学气相沉积形成所述第一介质层110，所述第一介质层110为氧化硅、氮化硅或氮化铝，所述第一介质层110的厚度为0.1nm～200nm，例如为10nm、50nm、100nm、150nm等。执行步骤S2，参考图3所示，对所述第一衬底100进行重氢离子(D+)注入，可以理解的是，重氢D(或称氘)是氢的同位素，质量数比氢大。本实施例中，所述第一衬底100中预定深度H处形成重氢掺杂层120，所述预定深度H为50nm～200nm。并且，采用重氢离子D+对所述第一衬底100进行离子注入时，所述重氢离子D+的注入能量为1KeV～500KeV，例如，注入能量为10KeV、50KeV、100KeV、200KeV、350KeV、450KeV等，所述重氢离体D+掺杂的浓度为1.0×1014～1.0×1018/cm3。例如，1.2×1014/cm3、2.02×1015/cm3、3.5×1017/cm3等。此外，还可以采用重氢等离子体浸没离子注入对所述第一衬底100进行离子注入，所述重氢等离子体浸没离子注入的注入能量为500eV～5KeV，所述重氢等离子体的掺杂浓度为1.0×1014～1.0×1018/cm3。需要说明的是，重氢掺杂层120与第一介质层110中的第一衬底100中同时存在微量的重氢离子。执行步骤S3，参考图4所示，提供第二衬底200，第二衬底200为单晶硅衬底。在所述第二衬底200上形成第二介质层210，在本实施例中，采用化学气相沉积方法形成第二介质层210，所述第二介质层210为氧化硅、氮化硅或氮化铝，所述第二介质层210的厚度为0.05nm～10nm。接着，将所述第一介质层110面向所述第二介质层210，并与所述第二介质层210相键合，本实施例中，在300℃～400℃的温度下，将所述第一介质层110与所述第二介质层210键合，使得第一介质层110与第二介质层210之间键合更加紧密。在本实施例中，第一介质层110与第二介质层210作为后续SOI衬底的绝缘层，其材料可以相同，也可以不同，本专利技术对此不予限定。执行步骤S4，参考图5所示，将第一介质层110与第二介质层210键合后的结构进行热退火，重氢掺杂层120本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SOI衬底的制备方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，所述第一衬底上形成有第一介质层；对所述第一衬底进行重氢离子注入，预定深度的所述第一衬底中形成重氢掺杂层；提供第二衬底，所述第二衬底上形成有第二介质层，将所述第一介质层与所述第二介质层相键合；进行热退火，所述重氢掺杂层中形成微气泡；从所述重氢掺杂层处切割所述第一衬底，形成SOI衬底。

【技术特征摘要】
1.一种SOI衬底的制备方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，所述第一衬底上形成有第一介质层；对所述第一衬底进行重氢离子注入，预定深度的所述第一衬底中形成重氢掺杂层；提供第二衬底，所述第二衬底上形成有第二介质层，将所述第一介质层与所述第二介质层相键合；进行热退火，所述重氢掺杂层中形成微气泡；从所述重氢掺杂层处切割所述第一衬底，形成SOI衬底。2.如权利要求1所述的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述第二衬底为所述SOI衬底的硅衬底，所述第一介质层与所述第二介质层为所述SOI衬底的绝缘层，所述重氢掺杂层与所述第一介质层之间的部分所述第一衬底为所述SOI衬底的上层硅。3.如权利要求2所述的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述上层硅中具有重氢离子。4.如权利要求2所述的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述SOI衬底的制备方法还包括：对所述上层硅进行化学机械抛光。5.如权利要求1所述的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述预定深度为50nm～200nm。6.如权利要求1所述的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述第一介质层为氧化硅、氮化硅或氮化铝，所述第一介质层的厚度为0.1nm～200nm。7.如权利要求1所述的SOI衬底的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，张汝京，
申请(专利权)人：上海新昇半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31