專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型soi材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路器件結(jié)構(gòu)及其制備方法，尤其涉及一種新型SOI材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
絕緣襯底上的硅(SOI)材料是現(xiàn)代半導(dǎo)體集成電路技術(shù)和微電子產(chǎn)業(yè)中不可缺少的一種重要的半導(dǎo)體材料?，F(xiàn)有技術(shù)中，SOI (Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅) 是在頂層硅和體硅之間引入了一層氧化埋層。頂層硅與氧化埋層的折射率相差很大，頂層硅可作為光波的傳導(dǎo)層，氧化埋層可作為包層。因在絕緣體上形成半導(dǎo)體薄膜，SOI材料具有了體硅所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)集成電路中元器件的介質(zhì)隔離，徹底消除了體硅 CMOS電路中的寄生閂鎖效應(yīng)；采用這種材料制成的集成電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡(jiǎn)單、短溝道效應(yīng)小及特別適用于低壓低功耗電路等優(yōu)勢(shì)，因此可以說(shuō)SOI 將有可能成為深亞微米的低壓、低功耗集成電路的主流技術(shù)。此外，SOI材料還被用來(lái)制造 MEMS光開(kāi)關(guān)，如利用體微機(jī)械加工技術(shù)。目前，國(guó)際主流SOI材料技術(shù)主要包括注氧高溫退火形成SOI (SIMOX)；硅片鍵合 SOI ；注氫smart-cut SOI。比較成熟的技術(shù)是注氧高溫退火形成SOI (SIMOX)，SIMOX是在高溫條件下，將高劑量氧離子注入到單晶硅中形成隔離層，在超高溫退火條件下形成頂層硅、 氧化埋層、體硅三層結(jié)構(gòu)的新型半導(dǎo)體材料。用SIMOX方法可以制備頂層硅很厚的SOI材料，頂層硅厚度可以按要求控制；但在頂層硅減薄時(shí)均勻性難以控制，因此界面的平整度難以保證；同時(shí)這些傳統(tǒng)的制作工藝由于退火條件的限制，制備的SOI材料中氧化埋層與頂層硅界面平整度較差，頂層硅的缺陷密度比較大，且離子注入工藝相對(duì)繁瑣，設(shè)備要求高， 這樣在一定程度上限制了 SOI材料在CMOS器件，電路中的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種均勻性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的SOI材料，并提供針對(duì)該SOI材料的工藝簡(jiǎn)單、易于控制的制備方法。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種新型SOI材料，其特征在于，包括一半導(dǎo)體襯底、沉積于所述半導(dǎo)體襯底之上的第一絕緣層、以及沉積于所述第一絕緣層之上的第二絕緣層，其中所述第一絕緣層的材料為二氧化鈰，所述第二絕緣層的材料為單晶硅。進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體襯底為<100>或<110>晶向的單晶硅襯底，所述半導(dǎo)體襯底為N型或P型。進(jìn)一步的，所述第一絕緣層采用蒸鍍的方法形成。進(jìn)一步的，所述第二絕緣層采用化學(xué)氣相沉積法形成，反應(yīng)物包括硅烷和氫氣。進(jìn)一步的，所述第二絕緣層的結(jié)晶形態(tài)為單晶。上述新型SOI材料的制備方法，包括以下步驟提供一半導(dǎo)體襯底，并清洗所述半導(dǎo)體襯底；
利用蒸鍍的方法在所述半導(dǎo)體襯底上沉積形成所述第一絕緣層，并清洗所述第一絕緣層；在所述第一絕緣層上沉積形成第二絕緣層，其中所述第一絕緣層的材料為二氧化鈰，所述第二絕緣層的材料為單晶硅。進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體襯底為<100>或<110>晶向的單晶硅襯底，所述半導(dǎo)體襯底為N型或P型。進(jìn)一步的，所述第一絕緣層的形成包括以下步驟將二氧化鈰粉末冷壓燒結(jié)形成靶材；利用離子束增強(qiáng)設(shè)備將靶材蒸鍍于所述半導(dǎo)體襯底中。進(jìn)一步的，所述第二絕緣層采用化學(xué)氣相沉積法形成，反應(yīng)物包括硅烷和氫氣。進(jìn)一步的，所述第二絕緣層的結(jié)晶形態(tài)為單晶。綜上所述，本發(fā)明所述新型SOI材料，包括半導(dǎo)體襯底、第一絕緣層和第二絕緣層，其中所述第一絕緣層的材料為二氧化鈰，第二絕緣層的材料為單晶硅，與現(xiàn)有技術(shù)相比第一絕緣層采用的二氧化鈰材料晶格常數(shù)與硅相近，與第一絕緣層界面平整度好；二氧化鈰化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，形成的SOI材料穩(wěn)定性好；二氧化鈰(CeO2)的熱導(dǎo)率比二氧化硅 (SiO2)高，進(jìn)一步提高了 SOI的散熱性。因而采用二氧化鈰作為第一絕緣層形成的SOI材料均勻性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并且形成該SOI材料的制備工藝簡(jiǎn)單、易于控制。本發(fā)明所述新型SOI材料的第一絕緣層的二氧化鈰采用蒸鍍法形成，所述第二絕緣層的單晶硅采用化學(xué)氣相沉積法形成，因而該新型SOI材料的制備不僅避免了離子注入工藝，可以簡(jiǎn)化SOI硅片制備工藝，獲得高質(zhì)量的SOI硅片，且均勻性能夠得到很好的控制， 能夠獲得穩(wěn)定的電容器件，滿(mǎn)足不同使用者的要求。同時(shí)，這對(duì)于解決SOI材料的散熱問(wèn)題是一個(gè)很好的選擇。


圖1為本發(fā)明新型SOI材料的一實(shí)施例中的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明新型SOI材料制備方法的一實(shí)施例中的簡(jiǎn)要流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。 本發(fā)明的核心思想是通過(guò)提供一種SOI材料，該材料包括由下至上一次包括半導(dǎo)體襯底、第一絕緣層和第二絕緣層，其中所述第一絕緣層的材料為二氧化鈰，與現(xiàn)有技術(shù)相比，二氧化鈰晶格常數(shù)與硅相近，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并且二氧化鈰的制備工藝簡(jiǎn)單，均勻性能夠得到很好的控制；第二絕緣層的材料為單晶硅。這種方法制備的SOI結(jié)構(gòu)，不僅避免了離子注入工藝，可以簡(jiǎn)化SOI硅片制備工藝，獲得高質(zhì)量的SOI硅片，且能夠獲得穩(wěn)定的電容器件，滿(mǎn)足不同使用者的要求。圖1為本發(fā)明新型SOI材料的一實(shí)施例中的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述新型SOI材料包括一半導(dǎo)體襯底1、沉積于 所述半導(dǎo)體襯底1之上的第一絕緣層2、以及沉積于所述第一絕緣層2之上的第二絕緣層3，其中所述第一絕緣層2的材料為二氧化鈰，所述第二絕緣層3的材料為單晶硅。其中，所述半導(dǎo)體襯底1為<100>或<110>晶向的單晶硅襯底，所述半導(dǎo)體襯底1可以為N型或P型。所述第一絕緣層2的結(jié)晶形態(tài)為單晶。二氧化鈰(CeO2)具有立方氟化鈣結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為5. 411埃，十分接近硅的晶格常數(shù)5. 431埃， 同時(shí)二氧化鈰(CeO2)密排面為(111)面，形成密排面結(jié)構(gòu)所需要的能量小于形成其他結(jié)構(gòu)所需要的能量，故第一絕緣層2與第二絕緣層3 ( 二氧化鈰與硅)的接觸界面平整度好，而且二氧化鈰的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，易于控制，此外二氧化鈰的熱導(dǎo)率高于二氧化硅，從而提高了 SOI的散熱能力。圖2為本發(fā)明新型SOI材料制備方法的一實(shí)施例中的簡(jiǎn)要流程示意圖。請(qǐng)結(jié)合圖 1和圖2，上述新型SOI材料的制備方法包括以下步驟SOl 提供一半導(dǎo)體襯底1，并清洗所述半導(dǎo)體襯底1 ；采用標(biāo)準(zhǔn)工藝清洗工藝所述半導(dǎo)體襯底1，提高半導(dǎo)體襯底1與第一絕緣層2的界面的平整度，進(jìn)而提高SOI材料性能。S02 利用蒸鍍的方法在所述半導(dǎo)體襯底1上沉積所述第一絕緣層2，并清洗所述第一絕緣層2，其中所述第一絕緣層2材料為二氧化鈰。采用標(biāo)準(zhǔn)工藝清洗工藝第一絕緣層 2，提高第一絕緣層2與第二絕緣層3之間的界面平整度，進(jìn)而提高SOI材料性能。所述第一絕緣層2的形成包括以下步驟將二氧化鈰粉末冷壓燒結(jié)形成靶材；通過(guò)離子束增強(qiáng)設(shè)備，由離子束在高真空環(huán)境下蒸發(fā)靶材，沉積到絕緣層上形成CeO2的第二絕緣層3。在本具體實(shí)施例中，沉積溫度為400°C 500°C，沉積速率為3nm/min 5nm/min，形成的二氧化鈰 (CeO2)層的厚度為1900埃 2100埃。當(dāng)然，本發(fā)明不限于上述厚度。二氧化鈰(Ce02)制備工藝更簡(jiǎn)單，因而均勻性能很好的控制。S03 在所述第一絕緣層2上沉積形成所述第二絕緣層3 ；第二絕緣層3由化學(xué)氣相淀積工藝生成，可采用硅烷(SiH4)和氫氣(H2)沉積形成。在較佳的實(shí)施例中，工藝條件為反應(yīng)溫度為1000°c 1100°C，反應(yīng)氣體包括硅烷(SiH4)和氫氣(H2)，其中較佳的，形成的第一絕緣層3的厚度為3微米 5微米。以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，形成的半導(dǎo)體襯底、第一絕緣層、第二絕緣層的厚度根據(jù)實(shí)際工藝要求改變，不脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或局部修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。綜上所述，本發(fā)明所述SOI材料，包括半導(dǎo)體襯底、第一絕緣層和第二絕緣層，其中所述第一絕緣層的材料為二氧化鈰，第二絕緣層的材料為單晶硅；與現(xiàn)有技術(shù)相比第一絕緣層采用的二氧化鈰材料晶格常數(shù)與硅相近，與第二絕緣層界面平整度好；二氧化鈰化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，形成的SOI材料穩(wěn)定性好；二氧化鈰采用蒸鍍法形成，制備工藝簡(jiǎn)單，均勻性能夠得到很好的控制；二氧化鈰(Ce02)的熱導(dǎo)率比二氧化硅(Si02)高，進(jìn)一步提高了 SOI的散熱性。因而采用二氧化鈰作為第一絕緣層形成的SOI材料均勻性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并且形成該SOI材料的制備工藝簡(jiǎn)單、易于控制。上述方法制備的SOI結(jié)構(gòu)，不僅避免了離子注入工藝，可以簡(jiǎn)化SOI硅片制備工藝，獲得高質(zhì)量的SOI硅片，且能夠獲得穩(wěn)定的電容器件，以滿(mǎn)足不同使用者的要求。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種新型SOI材料，其特征在于，包括一半導(dǎo)體襯底、沉積于所述半導(dǎo)體襯底之上的第一絕緣層、以及沉積于所述第一絕緣層之上的第二絕緣層，其中所述第一絕緣層的材料為二氧化鈰，所述第二絕緣層的材料為單晶硅。
2.如權(quán)利要求1所述的新型SOI材料，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為<100>或<110> 晶向的單晶硅襯底，所述半導(dǎo)體襯底為N型或P型。
3.如權(quán)利要求1所述的新型SOI材料，其特征在于，所述第一絕緣層采用蒸鍍的方法形成。
4.如權(quán)利要求1所述的新型SOI材料，其特征在于，所述第二絕緣層采用化學(xué)氣相沉積法形成，反應(yīng)物包括硅烷和氫氣。
5.如權(quán)利要求1所述的新型SOI材料，其特征在于，所述第二絕緣層的結(jié)晶形態(tài)為單晶。
6.如權(quán)利要求1所述的新型SOI材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 提供一半導(dǎo)體襯底，并清洗所述半導(dǎo)體襯底；利用蒸鍍的方法在所述半導(dǎo)體襯底上沉積形成所述第一絕緣層，并清洗所述第一絕緣層；在所述第一絕緣層上沉積形成第二絕緣層，其中所述第一絕緣層的材料為二氧化鈰， 所述第二絕緣層的材料為單晶硅。
7.如權(quán)利要求6所述的新型SOI材料的制備方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為 <100>或<110>晶向的單晶硅襯底，所述半導(dǎo)體襯底為N型或P型。
8.如權(quán)利要求6所述的新型SOI材料的制備方法，其特征在于，所述第一絕緣層的形成包括以下步驟將二氧化鈰粉末冷壓燒結(jié)形成靶材；利用離子束增強(qiáng)設(shè)備將靶材蒸鍍于所述半導(dǎo)體襯底中。
9.如權(quán)利要求6所述的新型SOI材料的制備方法，其特征在于，所述第二絕緣層采用化學(xué)氣相沉積法形成，反應(yīng)物包括硅烷和氫氣。
10.如權(quán)利要求6所述的新型SOI材料的制備方法，其特征在于，所述第二絕緣層的結(jié)晶形態(tài)為單晶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型SOI材料包括一半導(dǎo)體襯底、第一絕緣層、以及第二絕緣層，其中所述第一絕緣層的材料為二氧化鈰，所述第二絕緣層的材料為單晶硅，本發(fā)明還涉及該SOI材料的制備方法。本發(fā)明所述新型SOI材料的均勻性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并且形成該SOI材料的制備工藝簡(jiǎn)單、易于控制。
文檔編號(hào)H01L27/12GK102222673SQ20111018610
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者左青云, 曾少海 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司