專利名稱：一種厚膜絕緣層上硅材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用作光通訊波導(dǎo)材料的厚膜絕緣層上硅SOI(Siliconon insulator)材料，給出了該材料的制備方法，并敘述了其中的關(guān)鍵技術(shù)，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)中存在地難點提出一種制備厚膜SOI材料的方法。其特征在于利用SIMOX技術(shù)制備的SOI材料作為襯底，在其頂層硅上氣相外延生長單晶硅層，可以獲得質(zhì)量良好的厚膜SOI材料，頂層硅的上界面與下界面(即與氧化埋層界面)都很平整，并且頂層硅的厚度可以根據(jù)需要控制，如圖1所示。
本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)方案1.SOI襯底放入外延爐前用半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝進(jìn)行清洗；2.用HCl氣體在1200～1220℃刻蝕襯底0.5-1分鐘，以去除襯底表面氧化層；3.外延沉積前SOI襯底在高溫(沉積溫度)時用H2烘烤0.5～1.5小時，以改善襯底表面狀況，同時也可以去除步驟2中殘留的表面氧化層。SIMOX工藝制作的SOI襯底表面粗糙度較大，存在很多小坑，在此襯底上外延后會引起很多的缺陷，經(jīng)過H2高溫烘烤后因表面的氧化層可以與H2反應(yīng)后被去除，同時表面狀況可以得到明顯的改善，原來的小坑消失了，表面變得很平整。
4.在外延生長時可以采用SiCl4，SiHCl3，SiH2Cl2或SiH4作為硅源進(jìn)行外延生長，根據(jù)需要選擇合適的摻雜源制備n或p型外延層和本征外延層，如做n型外延時可以通入稀釋的PH3，同樣制備p型外延時，則通入稀釋的B2H6。其反應(yīng)原理可以有以下四種高溫時的反應(yīng)過程
(溫度1150～1200℃)(溫度1100～1150℃)(溫度1050～1150℃)(溫度1000～1100℃)5.根據(jù)沉積速率來控制外延生長時間以得到所需SOI頂層硅厚度，沉積速率在0.3～0.8μ/min范圍內(nèi)沉積質(zhì)量較好，用來制作光波導(dǎo)時厚度在5～10μ較為合適。外延生長溫度和時間根據(jù)選用的硅源來定，溫度在1000～1200℃范圍，外延生長時間約需6～15分鐘。
本發(fā)明中所利用的氣相外延是一種很成熟的工藝，本發(fā)明的特點在于采用SIMOX技術(shù)制備的SOI材料作為襯底來制備厚膜SOI材料的，材料的頂層硅厚度可以根據(jù)器件需要來控制，可以解決只用SIMOX技術(shù)制備的SOI材料頂層硅厚度不足問題，并且頂層硅表面平整度優(yōu)于用鍵合減薄方法制備的SOI材料。本發(fā)明是在SOI襯底上外延生長單晶硅層，與用普通硅片作為襯底外延生長有所區(qū)別，SOI襯底受SIMOX工藝的影響，表面狀況與普通硅片相比存在較多的缺陷和金屬沾污等，表面平整度也比體硅差些，這些都將對外延時單晶硅層的生長有重要的影響，生長的單晶層質(zhì)量不如相同條件下在普通硅片上外延生長的單晶硅層。因此在外延前對SOI襯底進(jìn)行處理以改善表面狀況，以獲得高質(zhì)量的外延單晶硅層。本發(fā)明中采用高溫下H2烘烤的辦法來改善表面情況，經(jīng)過該方法處理后襯底表面變得平整，圖2所示是SIMOX技術(shù)制備的SOI襯底表面用H2烘烤前后的變化情況，襯底表面平整度改善可以減少外延生長過程中缺陷的產(chǎn)生，可以得到質(zhì)量好的單晶外延層。該方法與鍵合減薄方法制備的SOI圓片相比，絕緣層上的硅單晶層的表面平整性好，這點對于光在硅層內(nèi)傳播時減少界面損耗是非常有利的。用該方法制備厚膜SOI材料，除襯底處理外，利用的是成熟硅外延工藝，是容易實現(xiàn)的。


圖1(a)SOI襯底外延生長單晶硅示意圖(b)外延生長后厚膜SOI材料。
圖2(a)SIMOX技術(shù)制備的SOI襯底表面AFM照片(b)SIMOX技術(shù)制備的SOI襯底表面經(jīng)過高溫H2烘烤后AFM照片。
圖3用SOI襯底外延生長的厚膜SOI材料截面電鏡照片。
圖中1-體硅，2-氧化埋層，3-襯底頂層硅(外延襯底)，4-欲沉積的硅(或摻雜)原子，5-外延生長的單晶硅層，Bulk-Si是體硅，Epi-Si是外延硅層。
實施例2利用SIMOX工藝制備的全劑量SOI材料作為襯底進(jìn)行外延生長厚膜SOI材料。本例制備的是N型外延片，在外延時通入PH3作為摻雜源，其余條件與實施例1相同。外延層厚度約為8μ。
實施例3利用SIMOX工藝制備的全劑量SOI材料作為襯底進(jìn)行外延生長厚膜SOI材料。本例制備的是P型外延片，在外延時通入B2H6作為摻雜源，選用SiHCl3作為硅源，外延生長溫度是1100℃，其余條件與實施例1相同，外延層厚度約7.4μ。
權(quán)利要求
1.一種厚膜絕緣層上硅材料的制備方法，包括SIMOX制備技術(shù)的使用，其特征在于具體步驟是(1)利用SIMOX技術(shù)制備的SOI材料作為襯底，經(jīng)清洗后用HCl氣體1200～1220℃刻蝕襯底0.5～1分鐘，去除襯底表面氧化層；(2)外延沉積前SOI襯底在沉積溫度下用H2氣烘烤0.5～1小時；(3)外延生長采用SiCl4，SiHCl3，SiH2Cl2，或SiH4作為硅源，進(jìn)行外延生長，沉積速率0.3～0.8μ/min，外延生長溫度1000～1200℃。
2.按權(quán)利要求1所述的厚膜絕緣層上硅材料的制備方法，其特征在于所述的SOI襯底的清洗是半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝。
3.按權(quán)利要求1所述厚膜絕緣層上硅材料的制備方法，其特征在于外延生長是選擇合適的摻雜源制備n型或p型外延層。
4.按權(quán)利要求3所述厚膜絕緣層上硅材料的制備方法，其特征在于制備n型外延層時通入稀釋的PH3；制備p型外延層時通入稀釋的B2H6摻雜源。
5.按權(quán)利要求1所述厚膜絕緣層上硅材料的制備方法，其特征在于外延硅層厚度5～10μ，沉積時間為6～15分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備厚膜SOI(Silicon on insulator)材料的方法，其特征在于利用SIMOX技術(shù)制備的薄SOI材料作為襯底，然后利用氣相外延工藝進(jìn)行外延生長單晶硅層。用該方法制備的SOI材料可以用作光波導(dǎo)材料，外延層厚度可以根據(jù)需要控制，外延層表面平整度優(yōu)于用鍵合減薄方法制備的SOI材料。外延生長時可以選用SiCl
文檔編號H01L21/70GK1440052SQ0311582
公開日2003年9月3日 申請日期2003年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
發(fā)明者張峰, 程新利, 林志浪, 王永進(jìn) 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所