绝缘体上半导体结构以及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种绝缘体上半导体结构以及制备方法。该方法包括：(1)在基底的上表面依次形成锑化物过渡层和锑化物半导体层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述锑化物半导体层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述缘层上半导体结构。该方法操作步骤简单，对仪器设备要求较低，并且可以避免利用锑化物晶片进行制备时，由于晶片尺寸过小而对绝缘体上半导体结构造成的限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术以及半导体制造领域，具体而言，本专利技术涉及绝缘体上半导体结构以及制备方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的特征尺寸不断缩小，其工作速度也不断提高。然而，基于“摩尔定律”(Moore’slaw)的硅集成电路已快速发展数十年，对于基于Si材料本身而言，目前的MOSFET器件已经接近于物理与技术的双重极限。因而，为了进一步提升MOSFET器件的性能，本领域技术人员提出了各种提升MOSFET器件性能的方法。例如，将III-V族锑化物半导体材料，与具有SiO2绝缘层的Si片直接键合形成绝缘体上半导体(Semiconductor-on-insulator)结构就是一种具有高电子和空穴迁移率的半导体材料，具有很好的应用前景。例如，GaSb材料与具有SiO2绝缘层的Si片键合，可以形成GaSbOI(GaSb-on-insulator)结构。该结构不仅具有很高的电子迁移率，也具有较高的空穴迁移率，还使得GaSb等材料可以避免由于不易与Si晶片集成在一起，而无法应用于Si基MOSFET元件和电路的限制。然而，目前的绝缘体上半导体结构及其制备方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识而做出的：现有的绝缘体上半导体制备技术是智能剥离(Smart-cut)技术，即先向III-V族锑化物半导体晶片中注入氢离子，然后将III-V族锑化物半导体晶片与具有SiO2等绝缘氧化物表层的Si片直接键合，再利用高温退火实现剥离，形成绝缘体上半导体结构。然而，目前的III-V族锑化物半导体晶片的晶片直径不大。例如，现有的可售GaSb抛光片直径大约在2英寸，因此利用上述智能剥离技术难以获得更大直径(例如8-12英寸)的绝缘体上半导体结构，而目前主流Si片直径为8-12英寸，因此制备的绝缘体上半导体结构难以直接替代Si基半导体结构用于MOSFET器件。并且，上述智能剥离技术不易获得锑化物层很薄(小于100nm)的绝缘体上半导体结构，而先进的器件结构往往要求绝缘体上半导体薄膜中的锑化物薄膜厚度要低于100nm以下。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备绝缘体上半导体结构的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)在基底的上表面依次形成锑化物过渡层和锑化物半导体层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述锑化物半导体层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述绝缘体上半导体结构。该方法操作步骤简单，对仪器设备要求较低，并且可以避免利用锑化物晶片进行制备时，由于晶片尺寸过小而对绝缘体上半导体结构的尺寸造成限制。根据本专利技术的实施例，所述锑化物过渡层和所述锑化物半导体层分别独立地由III-V族锑化物半导体材料形成的。根据本专利技术的实施例，所述III-V族锑化物半导体材料为MSb，其中，所述M为Ga、In、以及Al的至少之一。根据本专利技术的实施例，所述III-V族锑化物半导体材料为GaSb、InSb、AlSb、InxGa1-xSb、AlyGa1-ySb、InzAl1-zSb以及InmAlnGa1-m-nSb的至少之一，其中，x、y、z、m以及n分别独立地大于0且小于1。根据本专利技术的实施例，所述锑化物半导体层以及所述锑化物过渡层分别独立地通过外延生长形成。由此，可以进一步提高形成的锑化物半导体层的质量。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)中，形成所述锑化物过渡层之前，预先在所述基底的上表面形成基底过渡层。锑化物半导体层与基底过渡层之间具有更加优质的界面状态，基底过渡层可以起到降低异质外延时的缺陷密度，阻碍基底元素(如Si)向表面扩散而进入锑化物过渡层，从而可以进一步提高最终形成的绝缘体上半导体结构的质量。根据本专利技术的实施例，所述基底过渡层的厚度不小于1微米。由此，可以进一步提高基底过渡层的质量。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)中，形成所述锑化物半导体层之前，预先在所述锑化物过渡层的上表面形成离子吸附层。由此，可以利用离子吸附层提高对注入的氢离子的吸附以及聚集能力，从而有利于降低剥离处理所需要的氢离子的注入剂量。根据本专利技术的实施例，所述离子吸附层包括前面所述的III-V族锑化物半导体材料，所述离子吸附层中的所述III-V族锑化物半导体材料与所述锑化物过渡层和所述锑化物半导体层中的所述III-V族锑化物半导体材料具有不同的晶格常数。由此，可以进一步提高离子吸附层对注入的氢离子的吸附以及聚集能力。根据本专利技术的实施例，所述离子吸附层的厚度为2-50nm。根据本专利技术的实施例，在步骤(4)中，所述剥离处理是在所述离子吸附层中进行的。根据本专利技术的实施例，所述衬底与所述基底分别独立地是由硅形成的。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)中进一步包括：在所述锑化物半导体层上表面形成第一钝化层。由此，可以进一步改善锑化物半导体层与绝缘层(氧化物)之间的界面状态。根据本专利技术的实施例，进一步包括：在所述绝缘体上半导体结构上表面形成第二钝化层。由此，可以进一步提高绝缘体上半导体结构的性能。根据本专利技术的实施例，所述离子注入处理的注入剂量为：0.5×1016/cm2～1×1017/cm2。本专利技术所提出的方法可以在上述注入剂量下实现剥离处理，较现有的智能剥离技术有较大的降低，从而有利于降低生产成本。根据本专利技术的实施例，所述离子注入处理时，所述第一复合体的温度为200-600摄氏度。由此，有利于进一步降低注入剂量。根据本专利技术的实施例，在所述绝缘体上半导体结构中，所述锑化物半导体层的厚度小于100nm。由此，有利于进一步提高绝缘体上半导体结构的性能。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)之后，步骤(2)之前，预先对所述第一复合体的上表面进行抛光处理和/或退火处理。由此，有利于获得平坦的上表面，从而可以改善后续键合处理的键合质量。根据本专利技术的实施例，所述退火处理是在含氢气气氛中以及600～1100摄氏度的条件下进行的。由此，可以提高退火处理的效果。根据本专利技术的实施例，所述剥离处理包括温度为200-600摄氏度的退火。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：在步骤(4)之后，对获得的所述绝缘体上半导体结构表面进行抛光处理和/或退火处理。由此，可以进一步提高获得的绝缘体上半导体结构的表面平整度。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：将所述第三复合体回收利用，返回至步骤(2)中进行离子注入处理。由此，可以对第三复合体进行反复利用，一方面可以节省生产成本，另一方面可以提高生产效率，缩短生产时间。根据本专利技术的实施例，在将所述第三复合体返回至步骤(2)之前，预先对所述第三复合体进行下列处理：对所述第三复合体的上表面进行抛光处理和/或退火处理；和在所述第三复合体的上表面形成所述锑化物半导体层。由此，可以进一步提高对第三复合体进行重复利用的效果。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种绝缘体上半导体结构。根据本专利技术的实施例，所述绝缘体上半导体结构是由前面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备绝缘体上半导体结构的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)在基底的上表面依次形成锑化物过渡层和锑化物半导体层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述锑化物半导体层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述绝缘体上半导体结构。

【技术特征摘要】
1.一种制备绝缘体上半导体结构的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)在基底的上表面依次形成锑化物过渡层和锑化物半导体层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述锑化物半导体层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述绝缘体上半导体结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锑化物过渡层和锑化物半导体层分别独立地由III-V族锑化物半导体材料形成的；任选地，所述III-V族锑化物半导体材料为MSb，其中，所述M为Ga、In、以及Al的至少之一；任选地，所述III-V族锑化物半导体材料为GaSb、InSb、AlSb、InxGa1-xSb、AlyGa1-ySb、InzAl1-zSb以及InmAlnGa1-m-nSb的至少之一，其中，x、y、z、m以及n分别独立地大于0且小于1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锑化物半导体层以及所述锑化物过渡层分别独立地通过外延生长形成。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，形成所述锑化物过渡层之前，预先在所述基底的上表面形成基底过渡层；任选地，所述基底过渡层的厚度不小于1微米。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，形成所述锑化物半导体层之前，预先在所述锑化物过渡层的上表面形成离子吸附层。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述离子吸附层包括权利要求2所述的III-V族锑化物半导体材料，所述离子吸附层中的所述III-V族锑化物半导体材料与所述锑化物过渡层和所述锑化物半导体层中的所述III-V族锑化物半导体材料具有不同的晶格常数；任选地，所述离子吸附层的厚度为2-50nm。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬，孙川川，梁仁荣，许军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11