例中，所述摻雜層2以Ge濃度為25%的SiGe薄膜為例，其厚度優(yōu)選為10nm,摻雜元素優(yōu)選為B,摻雜濃度為lE19cm3。
[0051]然后請(qǐng)參閱圖2，執(zhí)行步驟S2:在所述摻雜層2表面外延一待轉(zhuǎn)移層3。
[0052]具體的，所述待轉(zhuǎn)移層3包括但不限于S1、Ge、SiGe、GaAs或AlGaAs，所述待轉(zhuǎn)移層3的厚度大于10nm。本實(shí)施例中，所述待轉(zhuǎn)移層3以厚度為50nm的Si薄膜為例。
[0053]接著請(qǐng)參閱圖3，執(zhí)行步驟S3:進(jìn)行離子注入，使離子注入到所述摻雜層2下表面以下預(yù)設(shè)深度。
[0054]具體的，采用Η離子注入或H/He離子共注，所述預(yù)設(shè)深度大于或等于50nm，注入劑量大于或等于2E16cm2。注入深度可通過調(diào)整注入能量來實(shí)現(xiàn)，注入能量越高，注入深度越深。本實(shí)施例中，注入離子優(yōu)選為Η離子，注入深度為所述摻雜層2下表面以下50nm處，注入劑量為3E16cm2。
[0055]再請(qǐng)參閱圖4，執(zhí)行步驟S4:提供一表面形成有絕緣層4的基板5，將所述絕緣層4與所述待轉(zhuǎn)移層3鍵合，形成鍵合片。
[0056]具體的，鍵合之前對(duì)所述待轉(zhuǎn)移層3表面進(jìn)行氮?dú)獾入x子體處理，使其表面活化，有利于提高鍵合界面性能，所述絕緣層4表面也可以在鍵合前進(jìn)行等離子體處理，使所述絕緣層與所述待轉(zhuǎn)移層結(jié)合得更為牢固。
[0057]本實(shí)施例中，所述基板5以硅片為例，其表面的絕緣層4為二氧化硅，可通過熱氧化形成。
[0058]最后請(qǐng)參閱圖5及圖6，執(zhí)行步驟S5:對(duì)所述鍵合片進(jìn)行微波退火處理，使所述摻雜層2吸附離子形成微裂紋，使所述鍵合片從所述摻雜層2下表面處剝離，得到自下而上依次包括基板5、絕緣層4及待轉(zhuǎn)移層3的絕緣體上材料。
[0059]具體的，所述微波的頻率范圍是1.5?20GHz，微波退火時(shí)間為5?60min。微波可以使得離子注入產(chǎn)生的缺陷活化，在所述摻雜層2與所述襯底1界面處產(chǎn)生微氣泡或微孔，所述微氣泡或微孔在微波的作用下產(chǎn)生共振，產(chǎn)生大量熱能，使得該界面處局域溫度升高，從而所述摻雜層2進(jìn)一步吸附所述襯底1中的注入離子，使微小孔洞進(jìn)一步急劇增大，進(jìn)而使得所述摻雜層2下表面形成微裂紋，產(chǎn)生剝離。如圖5所示，顯示為進(jìn)行微波退火使得摻雜層吸附離子形成微裂紋的示意圖。由于局部升溫速度快，相較于常規(guī)退火，本發(fā)明利用微波退火使所述摻雜層2產(chǎn)生剝離的速度也快得多。同時(shí)，相較于常規(guī)退火鍵合片整體溫度均處在高位(如600?1000°C )，本發(fā)明在微波退火過程中，除了摻雜層2與襯底1界面處局域溫度較高(如700?800°C )以產(chǎn)生吸附剝離，鍵合片整體或表面溫度較低，在20?500°C之間，優(yōu)選為100?250°C，使得摻雜層2中的摻雜離子不易擴(kuò)散到待轉(zhuǎn)移層3中，且低溫不會(huì)對(duì)所述待轉(zhuǎn)移層3及其它層產(chǎn)生不良影響，有利于制備得到高質(zhì)量的絕緣體上材料。其中，可通過調(diào)節(jié)微波退火輸出功率來調(diào)節(jié)微波退火溫度。
[0060]本實(shí)施例中，調(diào)節(jié)微波退火輸出功率至1750W，使所述鍵合片表面溫度在200°C，退火時(shí)間為20min，使得鍵合片在所述摻雜層2下表面處發(fā)生剝離。具體的，可通過在微波加熱爐腔內(nèi)裝設(shè)紅外線溫度傳感器或其它溫度傳感器來探測(cè)鍵合片的表面溫度。
[0061]需要指出的是，根據(jù)樣品的大小不同，微波退火設(shè)備型號(hào)不同，輸出功率與鍵合片表面溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系也不同，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，此處不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0062]具體的，于所述步驟S5之后，還可以根據(jù)需要執(zhí)行步驟S6:去除所述待轉(zhuǎn)移層3表面多余的摻雜層。去除方法可采用化學(xué)腐蝕法和/或拋光法等。
[0063]至此，利用低溫剝離技術(shù)制備得到了高質(zhì)量的絕緣體上材料，如圖6所示，顯示為剝離得到的絕緣體上材料的示意圖。本實(shí)施例中，制備得到的絕緣體上材料為絕緣體上硅(SOI)，在其它實(shí)施例中，根據(jù)所述待轉(zhuǎn)移層的材料不同(如SiGe、Ge、GaAS、AlGaAS等)，所述絕緣體上材料也可以為絕緣體上鍺硅(SG0I)，絕緣體上鍺(SOI)等，可以應(yīng)用于各種高性能半導(dǎo)體器件。
[0064]綜上所述，本發(fā)明的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法中，利用摻雜層吸附剝離及鍵合來制備絕緣體上材料，其中，對(duì)鍵合片進(jìn)行微波退火處理，使所述鍵合片從所述摻雜層下表面處剝離，得到自下而上依次包括基板、絕緣層及待轉(zhuǎn)移層的絕緣體上材料。微波退火處理過程中，摻雜層與襯底界面處初始形成的微小孔洞在微波作用下產(chǎn)生共振，使得該界面處局域溫度升高，從而摻雜層進(jìn)一步吸附襯底中的注入離子使微小孔洞進(jìn)一步急劇增大，進(jìn)而使得摻雜層下表面形成微裂紋產(chǎn)生剝離，剝離速度快。同時(shí)，在微波退火過程中，除了摻雜層與襯底界面處局域溫度較高以致剝離，鍵合片整體或表面溫度較低，在20?500°C之間，使得摻雜層中的摻雜離子不易擴(kuò)散到待轉(zhuǎn)移層中，且低溫不會(huì)對(duì)所述待轉(zhuǎn)移層及其它層產(chǎn)生不良影響，有利于制備得到高質(zhì)量的絕緣體上材料。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0065]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于，至少包括以下步驟: 51:提供一襯底，在所述襯底上外延一摻雜層； 52:在所述摻雜層表面外延一待轉(zhuǎn)移層； 53:進(jìn)行離子注入，使離子注入到所述摻雜層下表面以下預(yù)設(shè)深度； 54:提供一表面形成有絕緣層的基板，將所述絕緣層與所述待轉(zhuǎn)移層鍵合，形成鍵合片; 55:對(duì)所述鍵合片進(jìn)行微波退火處理，使所述摻雜層吸附離子形成微裂紋，使所述鍵合片從所述摻雜層下表面處剝離，得到自下而上依次包括基板、絕緣層及待轉(zhuǎn)移層的絕緣體上材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:于所述步驟S5之后，還包括步驟S6:去除所述待轉(zhuǎn)移層表面多余的摻雜層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:采用化學(xué)腐蝕法和/或拋光法去除所述待轉(zhuǎn)移層表面多余的摻雜層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:于所述步驟S5中，所述微波的頻率范圍是1.5?20GHz，微波退火時(shí)間為5?60min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:于所述步驟S5中，調(diào)節(jié)微波退火輸出功率，使所述鍵合片表面溫度在20?500°C。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:于所述步驟S5中，調(diào)節(jié)微波退火輸出功率，使所述鍵合片表面溫度在100?250°C。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:所述摻雜層為摻雜單晶薄膜或摻雜超晶格結(jié)構(gòu)薄膜，厚度大于2nm。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:所述摻雜單晶薄膜為S1、SiGe、Ge、GaAs或AlGaAs ;所述摻雜超晶格結(jié)構(gòu)薄膜由至少一組Si/Sij xGex復(fù)合薄膜、S1: yGey/Si! zGez復(fù)合薄膜、Ge/GaAs復(fù)合薄膜或GaAs/AlGaAs復(fù)合薄膜堆疊而成，其中0 < X、y、z彡1, y弇z ;摻雜元素包括C、B、P、Ga、In、As或Sb中的至少一種，摻雜濃度大于lE18cm3。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:所述待轉(zhuǎn)移層為S1、Ge、SiGe、GaAs或AlGaAs，厚度大于10nm。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:于所述步驟S3中，采用Η離子注入或H/He離子共注，所述預(yù)設(shè)深度大于或等于50nm，注入劑量大于或等于2E16cm 2ο11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:于所述步驟S4中，鍵合前對(duì)所述待轉(zhuǎn)移層表面進(jìn)行氮?dú)獾入x子體處理。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，其特征在于:所述襯底包括S1、Ge或SiGe。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用低溫剝離技術(shù)制備絕緣體上材料的方法，至少包括以下步驟：首先提供一襯底，在其上依次外延摻雜層及待轉(zhuǎn)移層；然后進(jìn)行離子注入，使離子注入到所述摻雜層下表面以下預(yù)設(shè)深度；再提供一表面形成有絕緣層的基板，與待轉(zhuǎn)移層鍵合形成鍵合片并進(jìn)行微波退火處理，使摻雜層吸附離子形成微裂紋從下表面處剝離，得到絕緣體上材料。本發(fā)明利用摻雜層吸附剝離及鍵合來制備絕緣體上材料，其中，對(duì)鍵合片進(jìn)行微波退火處理，微波退火處理過程中，摻雜層與襯底界面處局域溫度較高以致剝離，而鍵合片整體溫度較低，使得摻雜離子不易擴(kuò)散到待轉(zhuǎn)移層中，且低溫不會(huì)對(duì)所述待轉(zhuǎn)移層及其它層產(chǎn)生不良影響，有利于制備得到高質(zhì)量的絕緣體上材料。
【IPC分類】H01L21/762
【公開號(hào)】CN105428302
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410475087
【發(fā)明人】張苗, 陳達(dá), 王剛, 郭慶磊, 母志強(qiáng), 孫高迪, 薛忠營(yíng), 狄增峰
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2014年9月17日