[发明专利]一种绝缘体上Si/NiSi2衬底材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，特别是涉及一种绝缘体上Si/NiSi₂衬底材料及其制备方法。

背景技术

SOI(SiliNin-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)技术是在顶层硅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。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种绝缘体上Si/NiSi₂衬底材料及其制备方法，在传统SOI衬底的绝缘层和顶层硅之间插入一层金属硅化物NiSi₂，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的厚度、简化工艺等目的。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种绝缘体上Si/NiSi₂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衬底表面形成Ni层，然后进行第一次退火以使所述第一Si衬底与所述Ni层反应生成NiSi₂层，接着去除未反应的所述Ni层；2)在所述NiSi₂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；3)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，然后进行第二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。

在本发明的制备方法中，所述步骤1)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1)中，在真空环境中淀积所述Ni层，淀积的Ni层厚度为1～4nm。

在本发明的制备方法中，所述第一次退火气氛为N₂气氛，退火温度为300～1000℃，退火时间为10～60秒。

在本发明的制备方法中，选用摩尔比为4∶1的H₂SO₄∶H₂O₂溶液采用湿法刻蚀去除所述Ni层，刻蚀时间为1分钟。

在本发明的制备方法中，采用等离子体沉积技术在表面淀积所述第一SiO₂层，厚度为100～600nm。所述步骤2)中形成所述第一SiO₂层后还包括对其在900℃下退火1小时的步骤。所述步骤2)中H离子注入后还包括对所述第一SiO₂层进行抛光的步骤。

在本发明的制备方法中，采用热氧化方法在所述第二Si衬底表面形成所述第二SiO2层，厚度为200～300nm。

在本发明的制备方法中，所述第二次退火气氛为N₂气氛，退火温度为200～800℃，退火时间为30分钟。

在本发明的制备方法中，所述步骤3)还包括第三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。所述第三次退火气氛为N₂气氛，退火温度为500～1000℃，退火时间为30～240分钟。

本发明还提供一种绝缘体上Si/NiSi₂衬底材料，其特征在于，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NiSi₂层；以及结合于所述NiSi₂层表面的Si顶层。

在本发明的绝缘体上Si/NiSi₂衬底材料中，所述NiSi₂层的厚度为3～10nm。所述Si顶层的厚度为5～200nm。