一种利用层转移和离子注入技术制备SGOI材料的方法转让专利
申请号 : CN201010189313.8
文献号 : CN101866875B
文献日 : 2011-12-07
发明人 : 张苗 , 薛忠营 , 张波 , 魏星
申请人 : 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 , 上海新傲科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一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A
①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;
15 -2 16 -2 + +
⑤使用1×10 cm ~3×10 cm 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B
①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;
16 -2
②在外延制备出Si1-xGex/Siepi/Si1-yGey/Sisub结构的多层材料后,将5×10 cm ~
17 -2 + +
1×10 cm 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3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;
15 -2 16 -2 + +
⑥再使用1×10 cm ~3×10 cm 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。
2.按权利要求1所述的制备方法,其特征在于方法A或方法B中0<x≤0.30,0<y≤0.25。
3.按权利要求2所述的制备方法,其特征在于方法A或方法B中x=0.25,y=0.15。
4.按权利要求1所述的制备方法,其特征在于方法A或B中另一片硅衬底材料表面的SiO2是通过热氧化或等离子体增强化学气相沉积方法制备的,厚度为200nm-1μm。
5.按权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
①在方法A的步骤4之后用研磨或刻蚀方法去掉Siepi层,则通过化学气相沉积的方法,在步骤5弛豫的Si1-xGex上面外延一层新的Si薄层,Si薄层将保持张应变;
②在方法B的步骤5之后用研磨或刻蚀方法去掉Siepi层,则通过化学气相沉积的方法,在步骤6弛豫的Si1-xGex上面外延一层新的Si薄层,Si薄层将保持张应变。
6.按权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
①方法A步骤3中采用包括TMAH或KOH溶液的化学溶液选择性腐蚀衬底硅材料;
②方法A步骤4和方法B步骤5所述的选择化学溶液包括体积比为HNO3∶H2O∶0.5%HF=40∶20∶5在内的化学溶液作为选择性腐蚀液,其中0.5%HF表示水∶HF=
200∶1。
7.按权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
+ + 16 -2
①方法A步骤5中H 或He 注入剂量为1×10 cm ;
+ + 16 -2
②方法B步骤2中H 或He 注入剂量为6×10 cm ;
+ + 16 -2
③方法B步骤6中H 或He 注入剂量为1×10 cm 。
说明书 :
一种利用层转移和离子注入技术制备SGOI材料的方法
技术领域
背景技术
发明内容
系为hc≈0.0234/(1+0.04x)×ln(hc/4)),对于Si1-yGey、Si1-xGex之间外延的Siepi则可以是任意厚度。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。将该材料同另一片表面已经制备出SiO2的Si衬底材料键合,得到Sisub/Si1-yGey/Siepi/Si1-xGex/SiO2/Si结构的多层材料。通过研磨的方法,去掉Sisub,得到Si1-yGey/Siepi/Si1-xGex/SiO2/Si结构的材料。其中Si1-yGey上面可能还存在部分的Sisub,选择合适的第一种化学溶液,采用选择性腐蚀的方法,去掉Si1-yGey上面存在的Sisub,腐蚀停止在Si1-yGey表面上。然后选择合适的第二种化学溶液,采用选择性腐蚀的方法,腐蚀掉剩余的Si1-yGey,腐蚀停止在Siepi材料上,即得到Siepi/Si1-xGex/SiO2/Si
15 -2 16 -2 + +
材料。使用较低剂量(1×10 cm ~3×10 cm )的H、He 或者其他离子注入到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,一方面增加键合强度,另一方面使得Si1-xGex材料发生弛豫,最终形成了SGOI材料。或通过研磨或刻蚀方法先去掉Siepi层,然后再注入和退火,则需在Si1-xGex材料上外延一层新的Si薄层(详见实施例1)。相对于传统方法需要外延几微米甚至十几微米的缓冲层,使用本发明制备SGOI只需要外延0.1-0.5微米左右的薄膜,可以大大节省外延时间,降低成本。
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。选择合适的化学溶液,采用选择性腐蚀的方法,腐蚀掉剩余的Si1-yGey,腐蚀停止在Siepi材料上,即得到Siepi/Si1-xGex/SiO2/Si材料。使
15 -2 16 -2 + +
用较低剂量(10 cm 10 cm )的H、He 或者其他离子注入到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,一方面增加键合强度,另一方面使得Si1-xGex材料发生弛豫,最终形成了SGOI材料,或通过研磨或刻蚀方法先去掉Siepi层,然后再注入和退火,则需在Si1-xGex材料上外延一层新的Si薄层(详见实施例2)。
附图说明
具体实施方式
16 -2
量为1×10 m (见附图5)。
16 -2
注入剂量为6×10 cm 。
16 -2
注入剂量为1×10 cm 。