一種納米絕緣體上矽結構材料及其製作方法

2023-05-22 19:08:56 1

專利名稱：一種納米絕緣體上矽結構材料及其製作方法
技術領域：
本發明屬於集成電路晶片材料的技術領域。特別涉及到利用新型絕緣材料 來提高半導體器件抗輻射加固性能。
背景技術：
隨著科學技術的發展，越來越多的半導體光電子元件、大規模集成電路需 要在輻射環境中工作。這些輻射環境包括空間輻射、核爆炸輻射等。由於輻射的 影響，電子器件很容易發生故障，嚴重時甚至會完全失效。現階段通用的製作抗
輻射元件的材料為絕緣體上矽結構材料，即SOI (Silicon-on-lnsulation)，該材
料是在頂層矽和背襯底之間引入了一層二氧化矽(Si02)埋氧化層。該類器件輻 射加固原理與工藝已經比較成熟，取得較好的結果。但是以Si02為絕緣層的S01 結構，在強輻射環境裡使用過程中，除了存在與散熱、高頻、寄生雙極電晶體效 應、浮體效應等有關的問題外，其抗輻射能力有限，易發生正電荷積累，特別在 抗總劑量輻射方面能力有限。而金剛石具有寬帶隙，強鍵能，以及高熱導率、高 的電子空穴遷移率等優良特性，可用做SOI結構中的絕緣層，從而形成SOD (silicon on diamond)結構。SOD材料在抗輻射性能方面優於目前應用的SOI 材料，被認為是新一代的抗輻射"SOI材料"。目前，人們正採取多種手段進一 步提高SOD抗輻射能力。但以微米尺寸金剛石為絕緣層的SOD具有加工工藝 較複雜，生長時間長，需要拋光和界面態處理，在抗總劑量輻射方面能力也是相 對有限的。
與本發明相接近的現有技術是專利"含金剛石膜的SOI集成電路晶片材料 及其製作工藝"(授權公告號CN1041119C)，所製作的SOD結構是在單晶 矽上生長一層Si02過渡層，微米金剛石膜生長在Si02之上，且其面積小於Si02 面積，然後在金剛石上熔融再結晶一層多晶矽作為支撐膜。其結構示意圖參見圖 1，其中，2為金剛石絕緣層，3為Si表層(單晶矽薄層)，4為襯底，是多晶矽 材料的襯底，5為Si02過渡層。這種結構由於存在Si02和金剛石絕緣層其抗輻 射能較傳統SOI有很大改善。但是由於該結構包含微米金剛石，其生長厚度不易控制，生長薄膜的表面粗糙度較大，熔融再結晶襯底矽比較困難，且其處理單 晶矽的方法是通過機械拋光，周期較長，處理過程相對複雜，拋光後單晶矽質量 可能變差。另外是由於該結構包含一層Si02過渡層，在總劑量輻射過程中可能 會出現正電荷積累，在一定程度上影響器件的正常工作。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，設計一種以抗輻射、耐高溫、耐高頻、強化
學穩定性的材料(納米金剛石、摻氮納米金剛石、氮化硼(BN))作為SOI中 的納米結構的絕緣層，提高半導體器件的抗輻射性能；並設計簡單工藝過程，制 作出不同納米材料為絕緣層的SOI結構，用於製作集成電路晶片材料。 新型納米絕緣層為基礎的SOI主要結構包括如下三種 第1種結構Si表層一納米絕緣層一單晶或多晶Si襯底； 第2種結構Si表層一納米絕緣層一微米多晶金剛石襯底；
第3種結構Si表層一納米絕緣層一磁米多晶金剛石膜一單晶或多晶Si襯底。
該結構在傳統方案基礎上引入納米絕緣層，絕緣層材料包括納米尺寸金剛
石膜、摻氮金剛石膜或納米尺寸BN膜，納米絕緣層有助於提高SOD結構的抗 輻射能力。
本發明的納米絕緣體上矽結構材料的主要結構可敘述如下
一種納米絕緣體上矽結構材料，按順序主要由矽表層3、絕緣層8和襯底4 構成；其特徵在於，所述的絕緣層8是納米材料的絕緣層，納米材料為納米金剛
石膜、摻氮納米金剛石膜或納米氮化硼膜，'絕緣層8厚度為0.1 10iJm;所述的 襯底4為微米多晶金剛石襯底7或單晶或多晶矽襯底6。
上述的納米絕緣體上矽結構材料，還可以在納米材料的絕緣層8和單晶或 多晶矽襯底4之間有微米多晶金剛石膜層9。
所述的納米氮化硼膜是立方相氮化硼或/和六角相氮化硼。即構成絕緣層的 氮化硼膜，可以是立方氮化硼膜，可以是六角氮化硼膜，還可以是立方的和六角 的混合相氮化硼膜。
由於納米結構的晶界多，正電荷陷阱數量多，將連續輻射引起的電子-空穴對的正電荷在遷移過程中複合或捕獲，阻止其向Si/絕緣層界面聚集，大幅降低 界面的正電荷密度，實現SOI抗總劑量輻射的效果。
納米尺寸金剛石膜絕緣性好，具有強的抗輻射能力，可作為SOD絕緣層使 用，考慮到納米結構的優勢，相對於傳統的微米金剛石SOD結構，可獲得更好 的抗輻射效果。
氮摻雜納米金剛石膜，絕緣性好，而且結構中可出現如NVQ、 NNT和NVH一 等特殊的電中性或帶負電荷的與N及H相關的N—空位(NV)中心，對正電荷 及電子起到捕獲作用，縮短輻射引起的電子空穴載流子的壽命，加速載流子的復 合，大幅降低到達Si/金剛石界面的正電荷密度，提升SOD抗總劑量輻射的作 用。
氮化硼(BN)是另一種重要的抗輻射絕緣材料，同時BN具有多種晶相， 並可能同時存在，可提供比金剛石更多的懸鍵，用於複合或俘獲輻射引起的正電 荷。採用與金剛石相同的工藝方法，將納米尺寸BN層引入SOI結構，製備新 型的SOI器件，提高抗總劑量輻射能力。
本發明的SOI結構的集成電路晶片材料的實現方案為-
1:首先將單晶Si放入5%HF溶液中處理，除去Si表面Si02,然後通過 離子注入方法將氫注入單晶Si表面深層；注氫Si表面製備納米絕緣層(生長厚 度為0.1~10pm);在生長絕緣層上鍵合單晶體Si，鍵合之後可以進行退火工藝 增強鍵合，然後將鍵合Si表面拋光處理，最後通過熱處理將注氫單晶矽中背面 矽去掉，製作成集成電路晶片材料。
2:首先將單晶Si放入5y。HF溶液中處理，除去Si表面Si02，然後通過 離子注入方法將氫注入單晶Si表面深層，注氫Si表面製備納米絕緣層(生長厚 度為0.1~1(^m)，在生長絕緣層上生長微米尺寸金剛石膜，然後將微米尺寸金 剛石膜拋光處理，最後通過熱處理將注氫單晶矽中背面矽去掉，製作成集成電路 晶片材料。
3:首先將單晶Si放入5%HF溶液中處理，除去Si表面Si02，然後通過 離子注入方法將氫注入單晶Si表面深層，注氫Si表面製備納米絕緣層(生長厚 度為0.1~10|im)，在生長絕緣層上生長微米尺寸金剛石，然後在生長微米金剛 石膜上鍵合單晶或多晶Si，鍵合之後可以進行退火工藝增強鍵合，然後將鍵合Si表面拋光處理，最後通過熱處理將注氫單晶矽中背面矽去掉，製作成集成電 路晶片材料。
上述方案中注氫鍵合(smart-cut),過程和常規製作SOI過程中所使用的方 法大致相似。
具體實踐過程中納米絕緣材料的製備最為關鍵。製備納米絕緣材料的具體 實施過程如下
1) 利用化學氣相沉積Chemical Vapor D印osition (CVD)，包括微波 (MPCVD)，熱燈絲(HFCVD)，熱陰極(DCCVD)等方法，在經注氫處理的Si表面 沉積納米金剛石膜。沉積前利用金剛石粉手動研磨，然後在金剛石粉懸濁液進行 超聲處理，或直接在金剛石粉懸濁液中進行超聲處理，經酒精和丙酮超聲清洗， 最後經酒精和丙酮超聲清洗放入反應腔。製備納米金剛石薄膜(微波法)所用氣 體為H2， CH4，其中CH4比例為5%~20%，壓強為40~70torr，微波功率 300~400W，沉積襯底溫度約400 100(TC。沉積速率約為300~800nm/h。實驗 過程當中，可以通過改變反應氣體中CH4濃度和沉積時間，改變納米金剛石晶 粒尺寸和薄膜厚度。沉積出的納米金剛石品質高，其電阻率在經處理之後接近或 超過10"Q.cm，符合作為SOI結構絕緣層的要求。
另外摻氮金剛石膜的製備與前面的不摻雜的金剛石膜製備過程相同，其 他條件不變，只需要通過在反應腔體內加入少量N2 (如，1%~20%)可生長出 高品質摻氮納米金剛石膜。 :'
2) 利用磁控濺射方法製備納米BN薄膜。經過注氫處理的Si片放入酒精、 丙酮超聲波清洗，最後經去離子水衝洗烘乾放入反應腔體內。利用磁控濺射方法， 濺射靶材料為hBN (純度為99.9%)或硼靶，靶與襯底之間距離控制在 40~60mm,工作壓強1~5Pa。反應氣氛為Ar和N2，襯底溫度為室溫到900°C。 生長納米BN速率為8~15nm/min ，晶粒尺寸約15~30nm。通過控制沉積時間 可得到不同厚度納米BN薄膜。
納米絕緣層上多晶金剛石薄膜製備(在第1種結構中不需要實施) 本發明中多晶金剛石膜的製備同納米金剛石膜製備使用的是同一種方法—CVD法。沉積所用氣氛為H2/CH4， CH4濃度一般在1~7%左右，沉積溫度 700~900°C。因此在納米金剛石膜(NCD)基礎上進行沉積時，只需在NCD生 長時間足夠後，將氣氛中CH4比例降低至所需值及調整生長溫度即可。這種條 件下得到的金剛石絕緣層整體結合性好。
在生長納米BN膜(納米絕緣層)上生長微晶金剛石膜(做中間過渡層或 支撐襯底)，條件與以上生長條件一樣。5 '
在生長多晶金剛石層或納米絕緣層上，鍵合單晶或多晶Si作為器件支撐(即 襯底)。
熱處理使注氫後的矽片從注H+氣泡層分開，形成SOI結構，還可以對形 成的SOI片進行第二步高溫退火處理，加強鍵合強度，表面拋光。
對前述的納米絕緣體上矽結構材料的製作方法的技術方案可以綜合敘述
為
一種納米絕緣體上矽結構材料的製作方法，包括注氫、沉積絕緣層、襯底 製作、熱處理的過程；所述的注氫，是將單晶矽放入氫氟酸(HF)溶液處理， 除去Si表面Si02，然後通過離子注入方法將氫注入單晶矽表面深層。所述的沉 積絕緣層8，是利用CVD方法，在注氫單晶矽表面生長納米金剛石膜或摻氮納 米金剛石膜；或利用磁控濺射方法，在注氫單晶矽表面製得納米氮化硼膜。所述 的襯底製作，是在絕緣層上鍵合單晶或多晶Si作為襯底4;或在絕緣層上沉積 微米多晶金剛石作為襯底4;或先在絕緣層8上沉積微米多晶金剛石膜層9再在 其上面鍵合單晶或多晶Si作為襯底4。所述的熱處理，是在400 600'C下將注 氫後的單晶矽片從注H+氣泡層分開，去除多餘Si層形成矽表層3，最後表面拋 光處理。
上述的納米絕緣體上矽結構材料的製作方法中，還可以有退火處理加強鍵 合強度的過程，即，在納米絕緣層8上鍵合多晶Si作為襯底4之後，再進行退 火處理，加強鍵合強度；或在熱處理形成矽表層3之後，再進行退火處理，加強 鍵合強度；所述的退火處理，是在500 100(TC下處理2 3小時。
採用注氫鍵合技術，製成連接器件表層Si—納米絕緣層一單晶體Si襯底(或 /和金剛石膜)的新型SOI結構。這種結構不僅具有傳統SOI和SOD結構的各 種優勢，而且工藝更為簡單(如納米層生長，金剛石處理等)，增強抗總劑量輻射，進一步提高SOI器件的總體抗輻射能力。適用於具有強輻射、強總劑量 輻射、高頻等惡劣的航空、航天、軍工等領域的應用。


圖1為背景技術的含金剛石膜的50I集成電路晶片材料的結構示意圖。
圖2為本發明的納米絕緣體上矽結構材料第1種結構示意圖。
圖3為本發明的納米絕緣體上矽結構材料第2種結構示意圖。
圖4為本發明的納米絕緣體上矽結構材料第3種結構示意圖。
圖5為本發明的第1種結構的製作流程示意圖。
圖6為本發明實施例2製備的納米金剛石膜的電子衍射圖譜。
具體實施例方式
實施例1:結合

本發明的納米絕緣體上矽結構材料的結構
本發明的三種SOI主要結構分別由圖1、 2、 3給出。圖1、 2、 3中，3為 矽表層，4為襯底，襯底4可以是單晶或多晶矽襯底6，也可以是微米金剛石襯 底7， 8為納米絕緣層，9為微米多晶金剛石膜層。
圖2具體的給出單晶Si薄層3—納米絕緣層8—單晶或多晶Si襯底6的結 構；即第1種結構。
圖3具體的給出單晶Si薄層3—納米絕緣層8—微米多晶金剛石襯底7的 結構；即第2種結構。
圖4具體的給出單晶Si薄層3—納米絕緣層8—微米多晶金剛石膜層8— 單晶或多晶Si襯底6的結構；即第3種結構。
實施例2:納米金剛石膜的製備
將注氫後Si襯底經粒徑為0.2pm的金剛石粉手動研磨10min，然後在金剛 石粉(0.2(am粒徑和4~5nm粒徑按4 : 1比例混合)懸濁液進行超聲處理20min， 最後經酒精和丙酮超聲清洗放入反應腔沉積金剛石。實驗條件反應氣體總量為 100sccm比例為H2 : CH4-90 : 10 (sccm)，壓強為60torr，微波功率350W, 沉積襯底溫度約900°C。沉積時間在第1種結構中為20min得到100nm左右厚 度的納米金剛石薄膜，第2結構中為4h得到2pm左右厚度的納米金剛石薄膜，納米金剛石晶粒尺寸為20nm左右。
經鍵合襯底Si，熱處理去除多餘Si層，最後，經高溫處理，加強鍵合強度， 表面拋光後得到可實際應用的SOI結構。
圖6表明該條件下製備的納米金剛石膜純度很高，石墨相很少。
實施例3:摻N納米金剛石膜的製備
將先注氫後Si襯底經粒徑為0.2pm的金剛石粉手動研磨10min，然後在金 剛石粉(0.2nm粒徑和4~5nm粒徑按4 : 1比例混合)懸濁液進行超聲處理 20min，最後經酒精和丙酮超聲清洗放入反應腔沉積金剛石膜。實驗條件反應 氣體總量為100sccm比例為H2 : CH4 : N2 = 93 : 5 : 2(sccm)，壓強為70torr， 微波功率400W，沉積襯底溫度約95(TC。沉積時間在第1種結構中為20min 得到150nm左右厚度的納米金剛石膜，第2結構中為4h得到3pm左右厚度的 納米金剛石薄膜，納米金剛石晶粒尺寸為15nm左右。
經鍵合襯底Si，熱處理去除多餘Si層，最後，經高溫處理，加強鍵合強度， 表面拋光後得到可實際應用的SOI結構。
在實施例1和實施例2中，使用了微波(MPCVD)的方法在注氫Si表面沉積 納米金剛石膜。也可以使用成熟技術的熱燈絲CVD或直流熱陰極CVD方法在 注氫Si表面沉積納米金剛石膜。
實施例4:納米BN膜的製備。
Si放入酒精丙酮清洗，最後經去離子水衝洗烘乾放入反應腔體內。利用射 頻磁控濺射方法，濺射靶材料為hBN (純度為99.9%)，靶與襯底之間距離控制 在50mm，工作壓強2Pa。反應氣氛按流量計為Ar(86%)和1\12(14°/。)襯底溫 度為室溫到500°C。生長納米BN膜速率約為10nm/min，晶粒尺寸約20nm。 沉積時間在第1種結構中為10min得到10Qnm左右厚度的納米薄膜，第2種結 構中沉積時間為5h，得到厚度約3pm薄膜。
經鍵合襯底Si，熱處理去除多餘Si層，最後，經高溫處理，加強鍵合強度， 表面拋光後得到可實際應用的SOI結構。
實施例5:第1種SOI結構材料的製備。利用CVD方法，在注氫單晶矽片表面生長納米金剛石膜或摻氮納米金剛石
膜，具體的是將注氫單晶矽表面在金剛石粉中研磨，然後在金剛石粉懸濁液中 進行超聲處理，經酒精和丙酮超聲清洗放入沉積裝置的反應腔；沉積所用氣體為
CH4、 H2和N2,其中按流量比CH4 : H2 : N2為5~20 : 80~95 : 0~30，氣體壓 強為40 70torr，沉積襯底溫度為800~1000°C ，沉積時間0.5~3小時。
然後在生長的納米金剛石膜或摻氮納米金剛石膜上按常規方法鍵合單晶體 Si，鍵合之後可以進行退火工藝增強鍵合。最後通過熱處理將注氫單晶矽中背面 矽去掉，製作成集成電路晶片材料。所述的熱處理，是在400 60(TC下將注氫 後的矽片從注H+氣泡層分開，去除多餘Si層形成矽表層3，最後表面拋光，制 得Si表層一納米絕緣層一單晶體Si襯底的SOI結構材料。其中的納米絕緣層8 是納米金剛石膜或摻氮納米金剛石膜。
工藝條件在本實施例範圍內均可製得Si表層一納米絕緣層一單晶體Si襯底 的SOI結構材料。
圖5給出本實施例的第1種結構的製作流程示意圖。圖5中，11為單晶矽 注氫過程；12為沉積絕緣層8的過程，即生長納米金剛石膜或摻氮納米金剛石 膜作納米絕緣層8; 13為襯底製作的過程，即鍵合單晶或多晶Si襯底6; 14 為熱處理過程，去除多餘單晶Si層形成矽表層3。
實施例6:第1種SOI結構材料的製備
利用磁控濺射方法，在注氫單晶矽表面製得納米氮化硼膜，具體的是將
注氫單晶矽片分別放入酒精、丙酮中超聲波清洗，最後經去離子水衝洗烘乾放入
反應腔體內；以純度為99.9%的六角氮化硼粉(hBN)或硼粉為濺射靶材，靶材 與襯底之間距離在40 60mm，反應氣氛為Ar和N2，工作壓強1~5Pa;襯底溫 度為15~900°C，濺射時間0.25~5小時。
在納米氮化硼膜上按常規方法鍵合單晶體Si，鍵合之後可以進行退火工藝 增強鍵合。最後通過熱處理將注氫單晶矽中背面矽去掉，製作成集成電路晶片材 料。所述的熱處理，是在400 60(TC下將注氫後的矽片從注H+氣泡層分開，去 除多餘Si層形成矽表層，最後表面拋光處理，製得矽表層一納米絕緣層一單晶 體Si襯底的SOI結構材料。其中的納米絕一層是納米氮化硼膜。
工藝條件在本實施例範圍內均可製得Si表層一納米絕緣層一單晶體Si襯底的SOI結構材料。
實施例7:第2種SOI結構材料的製備。
本實施例製得矽表層一納米絕緣層一微米多晶金剛石襯底的SOI結構材 料，即，在絕緣層上沉積微米多晶金剛石作為襯底，製得矽表層、納米金剛石膜 絕緣層或摻氮納米金剛石膜絕緣層和微米多晶金剛石襯底的納米絕緣體上矽結
構材料；具體的是將注氫單晶矽表面在金剛石粉中研磨，然後在金剛石粉懸濁 液中進行超聲處理，經酒精和丙酮超聲清洗放入沉積裝置的反應腔；沉積所用氣
體為CH4、 H2和N2，其中按流量比CH4 : H2 : N2為5~20 : 80~95 : 0~30，氣 體壓強為40~70torr，在微波功率300 400W下，沉積襯底溫度為800~1000°C，
沉積時間0.5~3小時，製得納米絕緣層；再將沉積所用氣體改為按流量比CH4 : hb為1~7 : 100，沉積時間1~3小時，製得微米多晶金剛石襯底。最後通過熱 處理將注氫單晶矽中背面矽去掉，表面拋光製作成集成電路晶片材料。
所述的熱處理，是在400 60(TC下將注氫後的矽片從注H+氣泡層分開，去 除多餘Si層形成矽表層。最後製得的是矽表層一納米絕緣層(納米金剛石膜或 摻氮納米金剛石膜)一微米多晶金剛石膜襯底的SOI結構材料。
事實上，沉積襯底所用氣氛為H2/CH4， CHU濃度較低， 一般在氣體流量比 1%左右，沉積溫度90(TC左右，得到作為襯底的微米金剛石膜。同時，可以在 NCD基礎上進行沉積，只要將氣氛中CH4比例降低至所需值，即可連續生長微 米金剛石膜。
工藝條件在本實施例範圍內均可製得Si表層一納米絕緣層一微米多晶金剛 石膜襯底的SOI結構材料。 :
實施例8:第2種SOI結構材料的製備。
本實施例是製作矽表層、納米氮化硼膜絕緣層和微米多晶金剛石襯底的 SOI結構材料。離子注入方法將氫注入單晶矽表面深層和製備納米氮化硼膜絕 緣層的過程和條件同實施例5。具體的製作微米多晶金剛石膜襯底是沉積所用 氣體按流量比CH4 : H2為1~7 : 100，氣體壓強為40~70torr，在微波功率 300~400W,沉積襯底溫度為800~1000°C,沉積時間1~3小時。最後通過熱處 理將注氫單晶矽中背面矽去掉，製作成集成電路晶片材料。實施例9:第3種S0I結構材料的製備。
在實施例7或實施例8的在注氫單晶矽上順序製作納米絕緣層、微米多晶
金剛石膜的基礎上，製得矽表層、絕緣層、微米多晶金剛石膜層和單晶體矽襯底
的納米絕緣體上矽結構材料；具體的製作微米多晶金剛石膜層是沉積所用氣體
按流量比CH4 : H2為1~7 : 100，氣體壓強為40 70torr，微波功率300~400W， 沉積襯底溫度為800 100(TC，沉積時間1~3小時；之後在微米多晶金剛石膜層 上鍵合單晶或多晶Si作為襯底。最後退火加強鍵合、熱處理形成矽表層，製得 矽表層一納米絕緣層一微米多晶金剛石膜一單晶體Si襯底的SOI結構材料。
權利要求
1、一種納米絕緣體上矽結構材料，按順序主要由矽表層(3)、絕緣層(8)和襯底(4)構成；其特徵在於，所述的絕緣層(8)是納米材料的絕緣層，納米材料為納米金剛石膜、摻氮納米金剛石膜或納米氮化硼膜，絕緣層(8)厚度為0.1～10μm；所述的襯底(4)為微米多晶金剛石襯底(7)或單晶或多晶矽襯底(6)。
2、 按照權利要求1所述的納米絕緣體上矽結構材料，其特徵在於，在納米 材料的絕緣層(8)和襯底(4)之間有微米多晶金剛石膜層(9)。
3、 按照權利要求1或2所述的納米絕緣體上矽結構材料，其特徵在於，所 述的納米氮化硼膜是立方相氮化硼或/和六角相氮化硼。
4、 一種權利要求1的納米絕緣體上矽結構材料的製作方法，包括注氫、沉 積絕緣層、襯底製作、熱處理的過程；所述的注氫，是將單晶矽放入氫氟酸溶液 處理，除去Si表面Si02，然後通過離子注入方法將氫注入單晶矽表面深層；所 述的沉積絕緣層(8)，是利用化學氣相沉積方法，在注氫單晶矽表面生長納米金 剛石膜或摻氮納米金剛石膜；或利用磁控濺射方法，在注氫單晶矽表面製得納米 氮化硼膜；所述的襯底製作，是在絕緣層上鍵合單晶或多晶Si作為襯底(4); 或在絕緣層上沉積微米多晶金剛石作為襯底(4);或先在絕緣層(8)上沉積微 米多晶金剛石膜層(9)再在其上面鍵合單晶或多晶Si作為襯底(4);所述的熱 處理，是在400 60(TC下將注氫後的單晶矽片從注H+氣泡層分開，去除多餘Si 層形成矽表層(3)，最後表面拋光處理。
5、 按照權利要求4所述的納米絕緣體上矽結構材料的製作方法，其特徵在 於，在納米絕緣層(8)上鍵合單晶或多晶Si作為襯底(4)之後，再進行退火 處理，加強鍵合強度；或在熱處理形成矽表層(3)之後，再進行退火處理，加 強鍵合強度；所述的退火處理，是在500 1000'C下處理2 3小時。
6、 按照權利要求4或5所述的納米絕緣體上矽結構材料的製作方法，其特 徵在於，所述的利用化學氣相沉積方法，在注氫單晶矽片表面生長納米金剛石膜 或摻氮納米金剛石膜，是將注氫單晶矽表面在金剛石粉中研磨，然後在金剛石粉 懸濁液中進行超聲處理，經酒精和丙酮超聲清洗放入沉積裝置的反應腔；沉積所 用氣體為CH4、 H2和N2，其中按流量比CH4 : H2 : Nb為5~20 : 80~95 : 0~30， 氣體壓強為40~70torr，沉積襯底溫度為800~1000°C，沉積時間0.5~3小時。
7、 按照權利要求4或5所述的納米絕緣體上矽結構材料的製作方法，其特 徵在於，所述的利用磁控濺射方法，在注氫單晶矽表面製得納米氮化硼膜，是將 注氫單晶矽片分別放入酒精、丙酮中超聲波清洗，最後經去離子水衝洗烘乾放入 反應腔體內；以六角氮化硼粉或硼粉為濺射靶材，靶材與襯底之間距離在40~60mm，反應氣氛為Ar和N2，工作壓強1~5Pa;襯底溫度為15~900°C， 濺射時間0.25~5小時。
8、 按照權利要求4或5所述的納米絕緣體上矽結構材料的製作方法，其特 徵在於，製作矽表層、納米金剛石膜絕緣層或摻氮納米金剛石膜絕緣層、微米多 晶金剛石襯底的納米絕緣體上矽結構材料的具體過程是將注氫單晶矽表面在金 剛石粉中研磨，然後在金剛石粉懸濁液中進行超聲處理，經酒精和丙酮超聲清洗 放入沉積裝置的反應腔；沉積所用氣體為ChU、 H2和N2，按流量比ChU:H2: N2為5~20 : 80~95 : 0~30 ，氣體壓強為40~70torr，沉積襯底溫度為 800~1000°C，沉積時間0.5~3小時，製得納米絕緣層；再將沉積所用氣體改為 按流量比CH4 : H2為1~7 : 100，沉積時間1~3小時，製得微米多晶金剛石襯 底；最後通過熱處理將注氫單晶矽中背面矽去掉，製作成納米絕緣體上矽結構材 料。
9、 按照權利要求4或5所述的納米絕緣體上矽結構材料的製作方法，其特 徵在於，在絕緣層上沉積微米多晶金剛石作為襯底，製得矽表層、納米氮化硼膜 絕緣層和微米多晶金剛石襯底的納米絕緣體上矽結構材料；具體的製作微米多晶 金剛石膜襯底是沉積所用氣體按流量比CH4 : H2為1~7 : 100，氣體壓強為 40~70torr，在微波功率300~400W，沉積襯底溫度為800~1000°C，沉積時間 1~3小時。
10、 按照權利要求4或5所述的納米絕緣體上矽結構材料的製作方法，其 特徵在於，在納米材料的絕緣層和單晶體矽襯底之間製作微米多晶金剛石膜層， 製得矽表層、絕緣層、微米多晶金剛石膜層和單晶體矽襯底的納米絕緣體上矽結 構材料；具體的製作微米多晶金剛石膜層是沉積所用氣體按流量比CH4:H2 為1~7 : 100，氣體壓強為40~70torr，沉積襯底溫度為800~1000°C，沉積時間 1~3小時；之後在微米多晶金剛石膜層上鍵合單晶或多晶Si作為襯底。
全文摘要
本發明的一種納米絕緣體上矽結構材料及其製作方法屬集成電路晶片材料的技術領域。通過改進傳統SOI結構中絕緣材料，製得以納米抗輻射材料，如納米金剛石，摻氮納米金剛石，納米氮化硼等作為絕緣層(8)的新型SOI結構。採用注氫鍵合技術和化學氣相沉積方法，製成連接器件表層矽(3)-納米絕緣層(8)-金剛石膜或/和單晶體Si襯底(4)的SOI結構。這種結構不僅具有傳統SOI和SOD結構的優勢，而且工藝更為簡單，增強抗總劑量輻射，進一步提高SOI器件的總體抗輻射能力。適用於航空、航天、軍工等領域的應用。
文檔編號H01L21/02GK101587902SQ20091006716
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月23日 優先權日2009年6月23日
發明者冬 盧, 呂憲義, 成紹恆, 李紅東, 鄒廣田 申請人:吉林大學