專(zhuān)利名稱(chēng)：一種圖形化絕緣體上Si/CoSi₂襯底材料及其制備方法
—種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是涉及一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
BiCMOS是繼CMOS后的新一代高性能VLSI工藝。CMOS以低功耗、高密度成為80年VLSI的主流工藝。隨著尺寸的逐步縮小，電路性能不斷得到提高，但是當(dāng)尺寸降到Ium以下時(shí)，由于載流子速度飽和等原因，它的潛力受到很大的限制。把CMOS和Bipolar集成在同一芯片上，其基本思想是以CMOS器件為主要單元電路，而在要求驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載之處加入雙極器件或電路，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，克服缺點(diǎn)，可以使電路達(dá)到高速度、低功耗。因此BiCMOS電路既具有CMOS電路高集成度、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，又獲得了雙極電路高速、強(qiáng)電流驅(qū)動(dòng)能力的優(yōu)勢(shì)。
SOI (Silicon-On-1nsu lator,絕緣襯底上的娃)技術(shù)是在頂層娃和背襯底之間引入了一層埋氧化層。SOI結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)MOS數(shù)字電路芯片上電路元件之間的全介質(zhì)隔離；SOI加上深槽隔離，也可使雙極或BiCMOS模擬和混合信號(hào)電路芯片上的元件實(shí)現(xiàn)全介質(zhì)隔離。通過(guò)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)。
傳統(tǒng)的SOI襯底包括背襯底，絕緣層以及絕緣層上的頂層硅，一般的SOI雙極電路、BiCMOS電路的制造需要在傳統(tǒng)SOI頂層硅中制作集電區(qū)重?fù)诫s埋層，以降低集電極電阻與增加襯底的擊穿電壓，但是，這樣的制作工藝步驟復(fù)雜，且占用了部分頂層硅的空間，增加了頂層硅的厚度。而且，傳統(tǒng)的SOI BICMOS工藝一般是在傳統(tǒng)SOI厚度相同的頂層硅上制作雙極電路與CMOS電路，然而，制作雙極電路特別是垂直型雙極電路需要的SOI頂層硅厚度較大，這會(huì)導(dǎo)致SOI CMOS電路在運(yùn)行過(guò)程中難以達(dá)到全耗盡，從而大大的降低了 SOICMOS電路的運(yùn)行速度而影響B(tài)ICMOS電路運(yùn)行速度的提高。一般來(lái)說(shuō)，SOI CMOS電路需要SOI頂層硅的厚度小于200nm，而由于需要同時(shí)集成雙極電路的需要，其厚度需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)此厚度。發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種圖形化絕緣體上Si/CoSiJ^底材料及其制備方法,在傳統(tǒng)SOI襯底的絕緣層和頂層娃之間插入一層金屬娃化物CoSi2,以代替常規(guī)SOI雙極晶體管中的集電區(qū)重?fù)诫s埋層，從而達(dá)到減小雙極電路所需頂層硅厚度、簡(jiǎn)化工藝等目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟:1)提供第一 Si襯底，在所述第一 Si襯底待制備MOS器件的區(qū)域的表面形成光刻膠，然后在所述第一 Si襯底及光刻膠的表面依次形成Co層與Ti層，接著采用抬離工藝去除所述光刻膠及結(jié)合于所述光刻膠上的Co層及Ti層；2)進(jìn)行第一次退火以使所述第一 Si襯底與所述Co層反應(yīng)生成CoSi層，然后去除所述Ti層及未反應(yīng)的Co層，接著進(jìn)行第二次退火以使所述CoSi層轉(zhuǎn)變成CoSi2層；3)在所述CoSi2層及第一 Si襯底表面形成第一 SiO2層，然后進(jìn)行H離子注入以在所述第一 Si襯底形成剝離界面；4)提供具有第二 SiO2層的第二 Si襯底，鍵合所述第二 SiO2層與所述第一SiO2層，然后進(jìn)行第三次退火以使所述第一 Si襯底從所述剝離界面剝離，最后對(duì)剝離表面拋光以完成制備。
在本發(fā)明的制備方法中，所述步驟I)還包括對(duì)所述第一 Si襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的濕式化學(xué)清洗法清洗的步驟。
優(yōu)選地，所述步驟I)中，在真空環(huán)境中淀積所述Co層與Ti層，其中，淀積的Co層厚度為15 30nm,淀積的Ti層厚度為5 10nm。
在本發(fā)明的制備方法中，所述第一次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為500 600 °C，退火時(shí)間為60秒。
在本發(fā)明的制備方法中，在60°C下選用摩爾比為1:1: 5的NH3、H2O2、H2O溶液采用濕法刻蝕去除所述Ti層，選用摩爾比為1:1: 5的HC1、H202、H2O溶液采用濕法刻蝕去除所述未反應(yīng)的Co層。
在本發(fā)明的制備方法中，所述第二次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為800 900 °C，退火時(shí)間為60秒。
在本發(fā)明的制備方法中，所述步驟3)中形成所述第一 SiO2層后還包括對(duì)其在900°C下退火I小時(shí)的步驟。
在本發(fā)明的制備方法中，所述步驟3)中H離子注入后還包括對(duì)所述第一 SiO2層進(jìn)行拋光的步驟。
在本發(fā)明的制備方法中，所述第三次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為400 600°C，退火時(shí)間為30分鐘。
在本發(fā)明的制備方法中，所述步驟4)還包括第四次退火以加強(qiáng)所述第二 SiO2層與所述第一 SiO2層鍵合的步驟。所述第四次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為800°C，退火時(shí)間為4小時(shí)。
本發(fā)明還提供一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料，至少包括:Si襯底；結(jié)合于所述Si襯底表面的絕緣層；結(jié)合于所述絕緣層部分表面的CoSi2層；以及結(jié)合于所述CoSi2層與所述絕緣層表面的Si頂層；
在本發(fā)明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料中，所述CoSi2層垂向?qū)?yīng)的Si頂層區(qū)域?yàn)橛糜谥苽潆p極器件的區(qū)域。
在本發(fā)明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料中，所述CoSi2層的厚度為30 150nm。所述Si頂層的厚度為5 200nm。
如上所述，本發(fā)明的圖形化絕緣體上底材料及其制備方法，具有以下有益效果:通過(guò)抬離(lift-on)技術(shù)制作圖形化的金屬Co層，然后使Co層與Si襯底兩次反應(yīng)生成CoSi2,并通過(guò)智能剝離工藝對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以在傳統(tǒng)SOI襯底的BOX層和頂層硅之間的部分區(qū)域插入一層金屬硅化物CoSi2，以代替常規(guī)SOI雙極晶體管中的集電區(qū)重?fù)诫s埋層，未插入CoSi2的區(qū)域用以制造MOS器件，從而達(dá)到減小頂層硅厚度、簡(jiǎn)化工藝等目的。本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。


圖1 圖4顯示為本發(fā)明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5顯示為本發(fā)明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6 圖7顯示為本發(fā)明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8 圖11顯示為本發(fā)明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法步驟4)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
權(quán)利要求
1.一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括以下步驟: 1)提供第一Si襯底，在所述第一 Si襯底上待制備MOS器件的區(qū)域形成光刻膠，然后在所述第一 Si襯底及光刻膠的表面依次形成Co層與Ti層，接著采用抬離工藝去除所述光刻膠及結(jié)合于所述光刻膠上的Co層及Ti層； 2)進(jìn)行第一次退火以使所述第一Si襯底與所述Co層反應(yīng)生成CoSi層，然后去除所述Ti層及未反應(yīng)的Co層，接著進(jìn)行第二次退火以使所述CoSi層轉(zhuǎn)變成CoSi2層； 3)在所述CoSi2層及第一Si襯底表面形成第一 SiO2層，然后進(jìn)行H離子注入以在所述第一 Si襯底中形成剝離界面； 4)提供具有第二SiO2層的第二 Si襯底，鍵合所述第二 SiO2層與所述第一 SiO2層，然后進(jìn)行第三次退火以使所述第一 Si襯底從所述剝離界面剝離，最后對(duì)剝離表面拋光以完成制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟I)還包括對(duì)所述第一 Si襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的濕式化學(xué)清洗法清洗的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中，在真空環(huán)境中淀積所述Co層與Ti層，其中，淀積的Co層厚度為15 30nm,淀積的Ti層厚度為5 10nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述第一次退火氣氛為N2氣氛,退火溫度為500 600°C,退火時(shí)間為60秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:在60°C下選用摩爾比為1:1: 5的ΝΗ3、Η202、Η20溶液采用濕法刻蝕去除所述Ti層，選用摩爾比為1:1: 5的HCl、H202、H2O溶液采用濕法刻蝕去除所述未反應(yīng)的Co層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述第二次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為800 900°C，退火時(shí)間為60秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中形成所述第一 SiO2層后還包括對(duì)其在900°C下退火I小時(shí)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中H離子注入后還包括對(duì)所述第一 SiO2層進(jìn)行拋光的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述第三次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為400 600°C，退火時(shí)間為30分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟4)還包括第四次退火以加強(qiáng)所述第二 SiO2層與所述第一 5102層鍵合的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述第四次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為800°C，退火時(shí)間為4小時(shí)。
12.—種圖形化絕緣體上底材料，其特征在于，至少包括:Si襯底；結(jié)合于所述Si襯底表面的絕緣層；結(jié)合于所述絕緣層部分表面的CoSi2層；以及結(jié)合于所述CoSi2層與所述絕緣層表面的Si頂層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖形化絕緣體上底材料，其特征在于:所述CoSi2層垂向?qū)?yīng)的Si頂層區(qū)域?yàn)橛糜谥苽潆p極器件的區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖形化絕緣體上底材料，其特征在于:所述CoSi2層的厚度為30 150nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料，其特征在于:所述Si頂層的厚度 為5 200nm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料及其制備方法，通過(guò)抬離(lift-on)技術(shù)制作圖形化的金屬Co層，然后使Co層與Si襯底兩次反應(yīng)生成CoSi2，并通過(guò)智能剝離工藝對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以在傳統(tǒng)SOI襯底的BOX層和頂層硅之間的部分區(qū)域插入一層金屬硅化物CoSi2，以代替常規(guī)SOI雙極晶體管中的集電區(qū)重?fù)诫s埋層，未插入CoSi2的區(qū)域用以制造MOS器件，從而達(dá)到減小頂層硅厚度、簡(jiǎn)化工藝等目的。本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/8249GK103137565SQ20111038423
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者俞文杰, 張波, 趙清太, 狄增峰, 張苗, 王曦 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所