具有空腔结构的SOI衬底及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有空腔结构的SOI衬底及其制备方法，制备方法包括：提供第一基底，在第一基底上形成第一牺牲层、第二牺牲层和侧墙结构，基于侧墙结构依次刻蚀出第一凹槽和第二凹槽，第二凹槽作为后续的空腔结构，将第一基底与第二基底键合，得到具有空腔结构的SOI衬底。本发明专利技术利用侧墙掩模制备出含有内嵌纳米级空腔的SOI衬底，利用凸出的侧墙结构作为掩膜刻蚀形成凹槽结构，得到空腔结构，进一步，可以在顶层硅中制备得到纳米级空腔，从而可以防止在制备含有微米级、亚微米级空腔的SOI衬底时，由于空腔特征尺寸较大，顶层硅承受的应力容易超出极限，发生破损。

【技术实现步骤摘要】
具有空腔结构的SOI衬底及其制备方法
本专利技术属于半导体器件结构设计制造
，特别是涉及一种具有空腔结构的SOI衬底及其制备方法。
技术介绍
在半导体衬底内部制备空腔，空腔可以起到绝缘等作用，半导体功能器件可以制备在空腔上，可以保持器件良好的亚阈值等特性。例如，为了提高集成电路芯片的性能和性能价格比，缩小器件特征尺寸从而提高集成度是一个主要的途径。但随着器件体积的缩小，功耗与漏电流成为最关注的问题。绝缘体上硅SOI(Silicon-On-Insulator)结构因能很好地抑制短沟效应，并提高器件按比例缩小的能力，已成为深亚微米MOS器件的优选结构。随着SOI技术的不断发展，研究人员开发出一种新型的晶体管结构SON(Silicononnothing)晶体管。SON通过“空洞”结构在沟道下形成局域的绝缘体上硅，SON技术是降低SOI器件短沟等效应的一种方。与SO1器件相比，SON器件去除了沟道下方的埋氧层，减少了顶层硅底部的界面态，减少了埋氧层中体电荷对沟道导电特性的影响，减少了沟道与衬底之间的寄生电容，同时使器件具有良好的抗总剂量辐射能力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有空腔结构的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n提供第一基底，所述第一基底包括第一衬底及形成在所述第一衬底上的第一介质层；/n于所述第一介质层上形成第一牺牲层，所述第一牺牲层包括若干间隔排布的第一牺牲单元及显露所述第一介质层的第一开口，所述第一开口定义需要形成的空腔结构的位置；/n于所述第一牺牲单元的侧壁上形成侧墙结构，并于所述侧墙结构之间显露的所述第一介质层表面形成第二牺牲层，所述第二牺牲层包括若干个间隔排布的第二牺牲单元，所述第二牺牲单元填充满所述第一开口，所述侧墙结构的宽度定义所述空腔结构的宽度；/n对所述第一基底进行离子注入，以在所述第一衬底中形成...

【技术特征摘要】
1.一种具有空腔结构的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
提供第一基底，所述第一基底包括第一衬底及形成在所述第一衬底上的第一介质层；
于所述第一介质层上形成第一牺牲层，所述第一牺牲层包括若干间隔排布的第一牺牲单元及显露所述第一介质层的第一开口，所述第一开口定义需要形成的空腔结构的位置；
于所述第一牺牲单元的侧壁上形成侧墙结构，并于所述侧墙结构之间显露的所述第一介质层表面形成第二牺牲层，所述第二牺牲层包括若干个间隔排布的第二牺牲单元，所述第二牺牲单元填充满所述第一开口，所述侧墙结构的宽度定义所述空腔结构的宽度；
对所述第一基底进行离子注入，以在所述第一衬底中形成预设剥离层；
去除所述侧墙结构及所述侧墙结构下方对应的所述第一介质层以形成第一凹槽；
去除所述第一牺牲层及所述第二牺牲层，并基于所述第一凹槽向下刻蚀所述第一衬底以形成第二凹槽，所述第二凹槽的底部高于所述预设剥离层；
提供第二基底，将所述第一基底形成有所述第二凹槽的一侧与所述第二基底相键合，得到初始键合结构，所述第二凹槽构成所述空腔结构；
沿所述预设剥离层剥离所述第一基底，将所述第一基底的一部分转移至所述第二基底上，在所述第二基底上形成转移衬底膜层，以得到由所述第二基底以及所述转移衬底膜层构成的具有空腔结构的SOI衬底。


2.根据权利要求1所述的具有空腔结构的SOI衬底的制备方法，其特征在于，形成所述侧墙结构的步骤包括：于所述第一牺牲单元表面及显露的所述第一介质层的表面上形成连续的第二介质层；去除所述第一牺牲单元及所述第一介质层上方的所述第二介质层，保留形成于所述第一牺牲单元侧壁的所述第二介质层，得到所述侧墙结构。


3.根据权利要求2所述的具有空腔结构的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述第二介质层的材料与所述第一介质层的材料不同。


4.根据权利要求1所述的具有空腔结构的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述第一介质层的厚度大于2nm；所述侧墙结构的尺寸为纳米级，所述侧墙结构的宽度介于5nm-15nm之间。


5.根据权利要求1所述的具有空腔结构的SOI衬底的制备方法，其特征在于，形成所述第二牺牲层的步骤包括：于所述第一牺牲单元顶部、所述侧墙结构表面以及所述侧墙结构之间显露的所述第一介质层表面形成第二牺牲材料层；减薄所述第二牺牲材料层以显露所述侧墙结构，得到所述第二牺牲层，其中，减薄后所述第一牺牲层、所述侧墙结构及所述第二牺牲层的高度相同，且所述高度大于所述空腔结构的深度。


6.根据权利要求1所述的具有空腔结构的SOI衬底的制备方法，其特征在于，形成所述第二凹槽后还包括步骤：减薄所述第一介质层至预设厚度或去除所述第一介质层，以控制表面粗糙度小于0.5nm。


7.根据权利要求1所述的具有空腔结构的SOI衬底的制备方法，其特征在于，进行所述离子注入形成所述预设剥离层的步骤包括：对所述第一基底进行第一离子注入，以在所述第一基底中形成初始剥离层；在所述初始剥离层的位置进行第二离子注入，以形成所述预设剥离层，其中，所述第一离子注入的注入粒子包括含B杂质，所述第二离子注入的注入粒子包括H离子、He离子中的至少一种。


8.根据权利要求1所述的具有空腔结构的SOI衬底的制备方法，其特征在于，所述预设剥离层与需要形成的所述空腔结构之间具有预设距离，所述预设距离依据所述空腔结构设定，其中，所述设定方式包括所述预设距离大于所述空腔结构的空腔特征尺寸的1/8。


9.根据权利要求8所述的具有空腔结构的S...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞文杰，刘强，
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