一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法技术

本发明专利技术提供一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，包括步骤：1）于第一衬底表面外延一掺杂的单晶薄膜；2）外延一顶层半导体材料；3）沉积绝缘层；4）从所述绝缘层表面将剥离离子注入至所述单晶薄膜下方的第一衬底预设深度的位置；5）提供第二衬底，并键合所述第二衬底及所述绝缘层；6）进行退火处理，使所述单晶薄膜吸附所述剥离离子，最终使所述第一衬底与所述顶层半导体材料从该单晶薄膜处分离。本发明专利技术通过控制超薄单晶薄膜的离子掺杂控制其对注入离子的吸附作用，可以采用非常低的剂量注入便可实现智能剥离，而且剥离裂纹发生在超薄层处，裂纹很小，可获得高质量的绝缘体上半导体材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体材料的制备方法，特别是涉及一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法。
技术介绍
近年来，绝缘体上硅（SOI）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。绝缘体上硅在相关领域中应用技术已经非常成熟，绝缘体上应变硅（sSOI）也日益得到了相关技术人员的重视，绝缘体上锗硅（SGOI）结合了锗硅材料和绝缘体上硅的优势，不仅能减小衬底的寄生电容和漏电电流，还能提高载流子迁移率，同样得到了广泛的关注。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。为了使基于绝缘上材料的器件进一步缩微化，就要求绝缘体上材料的厚度更薄，超薄绝缘体上材料应运而生。通常绝缘体上材料需要通过材料的制备和层转移两个过程得到，比较常见的层转移实现技术是键合和剥离工艺。而传统的智能剥离方法剥离面很厚，剥离裂纹大，剥离后得到的绝缘体上材料表面很粗糙，难以制备超薄的绝缘体上材料；并且由于需要较高的注入剂量，不仅增加了生产时间和成本，还对晶体损伤较大，制备出高质量的超薄绝缘体上材料难度更大。因而，如何提供一种低注入剂量的制备高质量超薄绝缘体上半导体材料的方法，已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，用于解决现有技术中制备出高质量的超薄绝缘体上半导体材料成本高、难度大等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，至少包括以下步骤：1）提供第一衬底，于所述第一衬底表面外延一掺杂的单晶薄膜；2）于所述单晶薄膜表面外延一顶层半导体材料；3）于所述顶层半导体材料表面沉积绝缘层；4）从所述绝缘层表面将剥离离子注入至所述单晶薄膜下方的第一衬底预设深度的位置；5）提供第二衬底，并键合所述第二衬底及所述绝缘层；6）进行退火处理，使所述单晶薄膜吸附所述剥离离子，最终使所述第一衬底与所述顶层半导体材料从该单晶薄膜处分离。作为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法的一种优选方案，所述单晶薄膜的厚度不大于7nm。作为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法的一种优选方案，所述单晶薄膜的材料包括Si、Ge、SiGe、GeSn、GaAs及AlGaAs中的一种。进一步地，所述单晶薄膜的掺杂离子包括C、B、P、Ga、In、As及Sb中的一种或两种以上，掺杂离子的浓度为1E18/cm3～1E22/cm3。作为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法的一种优选方案，所述顶层半导体材料包括Si、Ge、SiGe、GeSn、GaAs及AlGaAs中的一种，厚度为5nm～20nm，并且，所述顶层半导体材料的材料不同于所述单晶薄膜。作为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法的一种优选方案，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、或表面具有氧化层的Si衬底。作为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法的一种优选方案，所述剥离离子为H离子、或H离子与He组合。作为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法的一种优选方案，步骤4）中，所述剥离离子的注入剂量为2E16/cm2～4E16/cm2，所述预设深度为单晶薄膜下方20nm～150nm。作为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法的一种优选方案，步骤5）键合前还包括步骤：采用N2对所述绝缘层及第二衬底表面进行等离子处理。作为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法的一种优选方案，步骤6）后还包括步骤：采用化学腐蚀液浸泡去除所述顶层半导体材料表面残留的毛刺。如上所述，本专利技术提供一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，包括步骤：1）提供第一衬底，于所述第一衬底表面外延一掺杂的单晶薄膜；2）于所述单晶薄膜表面外延一顶层半导体材料；3）于所述顶层半导体材料表面沉积绝缘层；4）从所述绝缘层表面将剥离离子注入至所述单晶薄膜下方的第一衬底预设深度的位置；5）提供第二衬底，并键合所述第二衬底及所述绝缘层；6）进行退火处理，使所述单晶薄膜吸附所述剥离离子，最终使所述第一衬底与所述顶层半导体材料从该单晶薄膜处分离。本专利技术通过控制超薄单晶薄膜的离子掺杂控制其对注入离子的吸附作用，可以采用非常低的剂量注入便可实现智能剥离，而且剥离裂纹发生在超薄层处，裂纹很小，可获得高质量的绝缘体上半导体材料。附图说明图1显示为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法步骤流程示意图。图2显示为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法步骤1）所呈现的结构示意图。图3显示为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法步骤2）所呈现的结构示意图。图4显示为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法步骤3）所呈现的结构示意图。图5显示为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法步骤4）所呈现的结构示意图。图6显示为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法步骤5）所呈现的结构示意图。图7～图8显示为本专利技术的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法步骤6）所呈现的结构示意图。元件标号说明具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1～图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1～图8所示，本实施例提供一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，至少包括以下步骤：如图1～图2所示，首先进行步骤1）S11，提供第一衬底101，于所述第一衬底101表面外延一掺杂的单晶薄膜102。作为示例，所述第一衬底101为Si衬底。所述掺杂的单晶薄膜102的厚度不大于7nm，其材料包括Si、Ge、SiGe、GeS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：1）提供第一衬底，于所述第一衬底表面外延一掺杂的单晶薄膜；2）于所述单晶薄膜表面外延一顶层半导体材料；3）于所述顶层半导体材料表面沉积绝缘层；4）从所述绝缘层表面将剥离离子注入至所述单晶薄膜下方的第一衬底预设深度的位置；5）提供第二衬底，并键合所述第二衬底及所述绝缘层；6）进行退火处理，使所述单晶薄膜吸附所述剥离离子，最终使所述第一衬底与所述顶层半导体材料从该单晶薄膜处分离。

【技术特征摘要】
1.一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
1）提供第一衬底，于所述第一衬底表面外延一掺杂的单晶薄膜；
2）于所述单晶薄膜表面外延一顶层半导体材料；
3）于所述顶层半导体材料表面沉积绝缘层；
4）从所述绝缘层表面将剥离离子注入至所述单晶薄膜下方的第一衬底预设深度的位
置；
5）提供第二衬底，并键合所述第二衬底及所述绝缘层；
6）进行退火处理，使所述单晶薄膜吸附所述剥离离子，最终使所述第一衬底与所述
顶层半导体材料从该单晶薄膜处分离。
2.根据权利要求1所述的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，其特征在于：所述单
晶薄膜的厚度不大于7nm。
3.根据权利要求1所述的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，其特征在于：所述单
晶薄膜的材料包括Si、Ge、SiGe、GeSn、GaAs及AlGaAs中的一种。
4.根据权利要求3所述的低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法，其特征在于：所述单
晶薄膜的掺杂离子包括C、B、P、Ga、In、As及Sb中的一种或两种以上，掺杂离子的浓
度为1E18/cm3～1E22/cm3。
5.根据权利要求3所述的低剂量注入制备绝缘体上半导体材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张苗，陈达，狄增峰，薛忠营，王刚，叶林，母志强，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31