本发明专利技术提供一种绝缘体上Si/CoSi2衬底材料及其制备方法,通过Co与Si衬底两次反应生成CoSi2,并通过智能剥离工艺对其进行转移,以在传统SOI衬底的BOX层和顶层硅之间插入一层金属硅化物CoSi2,以代替常规SOI双极晶体管中的集电区重掺杂埋层,从而达到减小顶层硅厚度、简化工艺等目的。本发明专利技术的工艺简单,适用于大规模的工业生产。
【技术实现步骤摘要】
—种绝缘体上s i /CoS i 2衬底材料及其制备方法
本专利技术属于半导体领域,特别是涉及一种绝缘体上Si/CoSi2衬底材料及其制备方 法。
技术介绍
SOI (Silicon-On-1nsulator,绝缘衬底上的娃)技术是在顶层娃和背衬底之间引 入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜,SOI材料具有了体硅所无法比拟的 优点:可以实现集成电路中元器件的介质隔离,彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效 应;采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟 道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势,因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的 低压、低功耗集成电路的主流技术。传统的SOI衬底包括背衬底,绝缘层以及绝缘层上的顶层硅,一般双极电路、 BiCMOS电路的制造需要在传统SOI顶层硅中制作集电区重掺杂埋层,以降低集电极电阻与 增加衬底的击穿电压,但是,这样的制作工艺步骤复杂,且占用了部分顶层硅的空间,增加 了顶层硅的厚度。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点,本专利技术的目的在于提供一种绝缘体上Si/CoSi2衬 底材料及其制备方法,在传统SOI衬底的绝缘层和顶层娃之间插入一层金属娃化物CoSi2, 以代替常规SOI双极晶体管中的集电区重掺杂埋层,从而达到减小双极电路所需顶层硅厚 度、简化工艺等目的。为实现上述目的及其他相关目的,本专利技术提供一种绝缘体上Si/CoSi2衬底材料的 制备方法,所述制备方法至少包括以下步骤:1)提供第一 Si衬底,在所述第一 Si衬底表面 依次形成Co层与Ti层;2)进行第一次退火以使所述第一 Si衬底与所述Co层反应生成 CoSi层,然后去除所述Ti层及未反应的Co层,接着进行第二次退火以使所述CoSi层转变 成CoSi2层;3)在所述CoSi2层表面形成第一 SiO2层,然后进行H离子注入以在所述第一 Si衬底形成剥离界面;4)提供具有第二 SiO2层的第二 Si衬底,并键合所述第二 SiO2层与 所述第一 SiO2层,然后进行第三次退火以使所述第一 Si衬底从所述剥离界面剥离,最后对 剥离表面抛光以完成制备。在本专利技术的制备方法中,所述步骤I)还包括对所述第一 Si衬底进行标准的湿式 化学清洗法清洗的步骤。优选地,所述步骤I)中,在真空环境中淀积所述Co层与Ti层,淀积的Co层厚度 为15 30nm, Ti层厚度为5 10nm。在本专利技术的制备方法中,所述第一次退火气氛为N2气氛,退火温度为500 600 °C,退火时间为60秒。在本专利技术的制备方法中,在60°C下选用摩尔比为1:1: 5的NH3、H2O2、H2O溶液采用湿法刻蚀去除所述Ti层,选用摩尔比为1:1: 5的HC1、H202、H2O溶液采用湿法刻蚀去除所述未反应的Co层。在本专利技术的制备方法中,所述第二次退火气氛为N2气氛,退火温度为800 900 °C,退火时间为60秒。在本专利技术的制备方法中,所述步骤3)中形成所述第一 SiO2层后还包括对其在 900°C下退火I小时的步骤。在本专利技术的制备方法中,所述步骤3)中H离子注入后还包括对所述第一 SiO2层进行抛光的步骤。在本专利技术的制备方法中,所述第三次退火气氛为N2气氛,退火温度为400 600°C,退火时间为30分钟。在本专利技术的制备方法中,所述步骤4)还包括第四次退火以加强所述第二 SiO2层与所述第一 SiO2层的键合的步骤。所述第四次退火气氛为N2气氛,退火温度为800°C,退火时间为4小时。本专利技术还提供一种绝缘体上Si/CoSi2衬底材料,至少包括:Si衬底;结合与所述 Si衬底表面的绝缘层;结合于所述绝缘层表面的CoSi2层;以及结合于所述CoSi2层表面的 Si顶层。在本专利技术的绝缘体上Si/CoSi2衬底材料中,所述CoSi2层的厚度为30 150nm。 所述Si顶层的厚度为5 200nm。如上所述,本专利技术的绝缘体上底材料及其制备方法,具有以下有益效果:通过Co与Si衬底两次反应生成CoSi2,并通过智能剥离工艺对其进行转移,以在传统 SOI衬底的BOX层和顶层硅之间插入一层金属硅化物CoSi2,以代替常规SOI双极晶体管中的集电区重掺杂埋层,从而达到减小顶层硅厚度、简化工艺等目的。本专利技术的工艺简单,适用于大规模的工业生产。附图说明图1 图9显示为本专利技术的绝缘体上Si/CoSi2衬底材料的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。元件标号说明111第一 Si 衬底112Co 层113Ti 层114CoSi2 层115第一 SiO2 层122第二 SiO2 层121第二 Si 衬底具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本发 明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离 本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图9。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明 本专利技术的基本构想,遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数 目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其 组件布局型态也可能更为复杂。实施例1如图1 图9所示,本专利技术提供一种绝缘体上Si/CoSi2衬底材料的制备方法,所 述制备方法至少包括以下步骤:请参阅图1 图2,如图所示,首先进行步骤I),提供第一 Si衬底111,所述第一 Si 衬底111为普通的硅晶圆,然后对所述第一 Si衬底111进行标准的湿式化学清洗法清洗, 以去除其表面的杂质离子及表面缺陷,在真空的环境下在所述第一 Si衬底111表面通过淀 积的方法形成Co层112,然后在所述Co层112上淀积Ti层113,淀积的Co层厚度为15 30nm, Ti层厚度为5 10nm,在本实施例中,所述Co层112的厚度为20nm,所述Ti层113 厚度为8nm。请参阅图3,如图所示,然后进行步骤2),对步骤I)完成后所得结构进行第一次退 火,退火在N2气氛下进行,退火温度为500 600°C,退火时间为60秒,在本实施例中,退火 温度为550°C,以使所述第一 Si衬底111与所述Co层112反应生成CoSi层,然后在60°C 下选用摩尔比为1:1: 5的NH3、H202、H2O溶液采用湿法刻蚀去除所述Ti层113,选用摩 尔比为1:1: 5的HCl、Η202、Η20溶液采用湿法刻蚀去除所述未反应的Co层112 ;接着进 行第二次退火以使所述CoSi层转变成CoSi2层114,其中,所述第二次退火在N2气氛下进 行,退火温度为800 900°C,退火时间为60秒,在本实施例中,退火温度为850°C。请参阅图4 图5,如图所示,接着进行步骤3),在所述CoSi2层114表面通过淀积 方法形成第一 SiO2层115,所述第一 SiO2层115的厚度为400 600nm,然后根据需求以特 定的能量与特定的角度对所述第一 SiO2层115进行H离子注入,以在第一 Si衬底111形 成剥离界面,接着对所述第一 SiO2层115使用机械化学抛光法进行抛光,最后对以上所得 结构进行退火,退火温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种绝缘体上Si/CoSi2衬底材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法至少包括以下步骤:1)提供第一Si衬底,在所述第一Si衬底表面依次形成Co层与Ti层;2)进行第一次退火以使所述第一Si衬底与所述Co层反应生成CoSi层,然后去除所述Ti层及未反应的Co层,接着进行第二次退火以使所述CoSi层转变成CoSi2层;3)在所述CoSi2层表面形成第一SiO2层,然后进行H离子注入以在所述第一Si衬底形成剥离界面;4)提供具有第二SiO2层的第二Si衬底,并键合所述第二SiO2层与所述第一SiO2层,然后进行第三次退火以使所述第一Si衬底从所述剥离界面剥离,最后对剥离表面抛光以完成制备。
【技术特征摘要】
1.一种绝缘体上Si/CoSi2衬底材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法至少包括 以下步骤:1)提供第一Si衬底,在所述第一 Si衬底表面依次形成Co层与Ti层;2)进行第一次退火以使所述第一Si衬底与所述Co层反应生成CoSi层,然后去除所述 Ti层及未反应的Co层,接着进行第二次退火以使所述CoSi层转变成CoSi2层;3)在所述CoSi2层表面形成第一SiO2层,然后进行H离子注入以在所述第一 Si衬底 形成剥离界面;4)提供具有第二SiO2层的第二 Si衬底,并键合所述第二 SiO2层与所述第一 SiO2层, 然后进行第三次退火以使所述第一 Si衬底从所述剥离界面剥离,最后对剥离表面抛光以 完成制备。2.根据权利要求1所述的绝缘体上Si/CoSi2衬底材料的制备方法,其特征在于:所述 步骤I)还包括对所述第一 Si衬底进行标准的湿式化学清洗法清洗的步骤。3.根据权利要求1所述的绝缘体上Si/CoSi2衬底材料的制备方法,其特征在于:所述 步骤I)中,在真空环境中淀积所述Co层与Ti层,淀积的Co层厚度为15 30nm,Ti层厚 度为5 IOnm04.根据权利要求1所述的绝缘体上Si/CoSi2衬底材料的制备方法,其特征在于:所述 第一次退火气氛为N2气氛,退火温度为500 600°C,退火时间为60秒。5.根据权利要求1所述的绝缘体上Si/CoSi2衬底材料的制备方法,其特征在于:在 60°C下选用摩尔比为1:1: 5的ΝΗ3、Η202、Η20溶液采用湿法刻蚀去除所述Ti层,选用摩 尔比为1:1: 5的HCl、H202、H2O溶液采用湿法刻蚀去除所述未反应的C...
【专利技术属性】
技术研发人员:张波,俞文杰,赵清太,狄增峰,张苗,王曦,
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:
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