专利名称：一种纳米绝缘体上硅结构材料及其制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路芯片材料的技术领域。特别涉及到利用新型绝缘材料 来提高半导体器件抗辐射加固性能。
背景技术：
随着科学技术的发展，越来越多的半导体光电子元件、大规模集成电路需 要在辐射环境中工作。这些辐射环境包括空间辐射、核爆炸辐射等。由于辐射的 影响，电子器件很容易发生故障，严重时甚至会完全失效。现阶段通用的制作抗
辐射元件的材料为绝缘体上硅结构材料，即SOI (Silicon-on-lnsulation)，该材
料是在顶层硅和背衬底之间引入了一层二氧化硅(Si02)埋氧化层。该类器件辐 射加固原理与工艺已经比较成熟，取得较好的结果。但是以Si02为绝缘层的S01 结构，在强辐射环境里使用过程中，除了存在与散热、高频、寄生双极晶体管效 应、浮体效应等有关的问题外，其抗辐射能力有限，易发生正电荷积累，特别在 抗总剂量辐射方面能力有限。而金刚石具有宽带隙，强键能，以及高热导率、高 的电子空穴迁移率等优良特性，可用做SOI结构中的绝缘层，从而形成SOD (silicon on diamond)结构。SOD材料在抗辐射性能方面优于目前应用的SOI 材料，被认为是新一代的抗辐射"SOI材料"。目前，人们正采取多种手段进一 步提高SOD抗辐射能力。但以微米尺寸金刚石为绝缘层的SOD具有加工工艺 较复杂，生长时间长，需要抛光和界面态处理，在抗总剂量辐射方面能力也是相 对有限的。
与本发明相接近的现有技术是专利"含金刚石膜的SOI集成电路芯片材料 及其制作工艺"(授权公告号CN1041119C)，所制作的SOD结构是在单晶 硅上生长一层Si02过渡层，微米金刚石膜生长在Si02之上，且其面积小于Si02 面积，然后在金刚石上熔融再结晶一层多晶硅作为支撑膜。其结构示意图参见图 1，其中，2为金刚石绝缘层，3为Si表层(单晶硅薄层)，4为衬底，是多晶硅 材料的衬底，5为Si02过渡层。这种结构由于存在Si02和金刚石绝缘层其抗辐 射能较传统SOI有很大改善。但是由于该结构包含微米金刚石，其生长厚度不易控制，生长薄膜的表面粗糙度较大，熔融再结晶衬底硅比较困难，且其处理单 晶硅的方法是通过机械抛光，周期较长，处理过程相对复杂，抛光后单晶硅质量 可能变差。另外是由于该结构包含一层Si02过渡层，在总剂量辐射过程中可能 会出现正电荷积累，在一定程度上影响器件的正常工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，设计一种以抗辐射、耐高温、耐高频、强化
学稳定性的材料(纳米金刚石、掺氮纳米金刚石、氮化硼(BN))作为SOI中 的纳米结构的绝缘层，提高半导体器件的抗辐射性能；并设计简单工艺过程，制 作出不同纳米材料为绝缘层的SOI结构，用于制作集成电路芯片材料。 新型纳米绝缘层为基础的SOI主要结构包括如下三种 第1种结构Si表层一纳米绝缘层一单晶或多晶Si衬底； 第2种结构Si表层一纳米绝缘层一微米多晶金刚石衬底；
第3种结构Si表层一纳米绝缘层一磁米多晶金刚石膜一单晶或多晶Si衬底。
该结构在传统方案基础上引入纳米绝缘层，绝缘层材料包括纳米尺寸金刚
石膜、掺氮金刚石膜或纳米尺寸BN膜，纳米绝缘层有助于提高SOD结构的抗 辐射能力。
本发明的纳米绝缘体上硅结构材料的主要结构可叙述如下
一种纳米绝缘体上硅结构材料，按顺序主要由硅表层3、绝缘层8和衬底4 构成；其特征在于，所述的绝缘层8是纳米材料的绝缘层，纳米材料为纳米金刚
石膜、掺氮纳米金刚石膜或纳米氮化硼膜，'绝缘层8厚度为0.1 10iJm;所述的 衬底4为微米多晶金刚石衬底7或单晶或多晶硅衬底6。
上述的纳米绝缘体上硅结构材料，还可以在纳米材料的绝缘层8和单晶或 多晶硅衬底4之间有微米多晶金刚石膜层9。
所述的纳米氮化硼膜是立方相氮化硼或/和六角相氮化硼。即构成绝缘层的 氮化硼膜，可以是立方氮化硼膜，可以是六角氮化硼膜，还可以是立方的和六角 的混合相氮化硼膜。
由于纳米结构的晶界多，正电荷陷阱数量多，将连续辐射引起的电子-空穴对的正电荷在迁移过程中复合或捕获，阻止其向Si/绝缘层界面聚集，大幅降低 界面的正电荷密度，实现SOI抗总剂量辐射的效果。
纳米尺寸金刚石膜绝缘性好，具有强的抗辐射能力，可作为SOD绝缘层使 用，考虑到纳米结构的优势，相对于传统的微米金刚石SOD结构，可获得更好 的抗辐射效果。
氮掺杂纳米金刚石膜，绝缘性好，而且结构中可出现如NVQ、 NNT和NVH一 等特殊的电中性或带负电荷的与N及H相关的N—空位(NV)中心，对正电荷 及电子起到捕获作用，縮短辐射引起的电子空穴载流子的寿命，加速载流子的复 合，大幅降低到达Si/金刚石界面的正电荷密度，提升SOD抗总剂量辐射的作 用。
氮化硼(BN)是另一种重要的抗辐射绝缘材料，同时BN具有多种晶相， 并可能同时存在，可提供比金刚石更多的悬键，用于复合或俘获辐射引起的正电 荷。采用与金刚石相同的工艺方法，将纳米尺寸BN层引入SOI结构，制备新 型的SOI器件，提高抗总剂量辐射能力。
本发明的SOI结构的集成电路芯片材料的实现方案为-
1:首先将单晶Si放入5%HF溶液中处理，除去Si表面Si02,然后通过 离子注入方法将氢注入单晶Si表面深层；注氢Si表面制备纳米绝缘层(生长厚 度为0.1~10pm);在生长绝缘层上键合单晶体Si，键合之后可以进行退火工艺 增强键合，然后将键合Si表面抛光处理，最后通过热处理将注氢单晶硅中背面 硅去掉，制作成集成电路芯片材料。
2:首先将单晶Si放入5y。HF溶液中处理，除去Si表面Si02，然后通过 离子注入方法将氢注入单晶Si表面深层，注氢Si表面制备纳米绝缘层(生长厚 度为0.1~1(^m)，在生长绝缘层上生长微米尺寸金刚石膜，然后将微米尺寸金 刚石膜抛光处理，最后通过热处理将注氢单晶硅中背面硅去掉，制作成集成电路 芯片材料。
3:首先将单晶Si放入5%HF溶液中处理，除去Si表面Si02，然后通过 离子注入方法将氢注入单晶Si表面深层，注氢Si表面制备纳米绝缘层(生长厚 度为0.1~10|im)，在生长绝缘层上生长微米尺寸金刚石，然后在生长微米金刚 石膜上键合单晶或多晶Si，键合之后可以进行退火工艺增强键合，然后将键合Si表面抛光处理，最后通过热处理将注氢单晶硅中背面硅去掉，制作成集成电 路芯片材料。
上述方案中注氢键合(smart-cut),过程和常规制作SOI过程中所使用的方 法大致相似。
具体实践过程中纳米绝缘材料的制备最为关键。制备纳米绝缘材料的具体 实施过程如下
1) 利用化学气相沉积Chemical Vapor D印osition (CVD)，包括微波 (MPCVD)，热灯丝(HFCVD)，热阴极(DCCVD)等方法，在经注氢处理的Si表面 沉积纳米金刚石膜。沉积前利用金刚石粉手动研磨，然后在金刚石粉悬浊液进行 超声处理，或直接在金刚石粉悬浊液中进行超声处理，经酒精和丙酮超声清洗， 最后经酒精和丙酮超声清洗放入反应腔。制备纳米金刚石薄膜(微波法)所用气 体为H2， CH4，其中CH4比例为5%~20%，压强为40~70torr，微波功率 300~400W，沉积衬底温度约400 100(TC。沉积速率约为300~800nm/h。实验 过程当中，可以通过改变反应气体中CH4浓度和沉积时间，改变纳米金刚石晶 粒尺寸和薄膜厚度。沉积出的纳米金刚石品质高，其电阻率在经处理之后接近或 超过10"Q.cm，符合作为SOI结构绝缘层的要求。
另外掺氮金刚石膜的制备与前面的不掺杂的金刚石膜制备过程相同，其 他条件不变，只需要通过在反应腔体内加入少量N2 (如，1%~20%)可生长出 高品质掺氮纳米金刚石膜。 :'
2) 利用磁控溅射方法制备纳米BN薄膜。经过注氢处理的Si片放入酒精、 丙酮超声波清洗，最后经去离子水冲洗烘干放入反应腔体内。利用磁控溅射方法， 溅射靶材料为hBN (纯度为99.9%)或硼靶，靶与衬底之间距离控制在 40~60mm,工作压强1~5Pa。反应气氛为Ar和N2，衬底温度为室温到900°C。 生长纳米BN速率为8~15nm/min ，晶粒尺寸约15~30nm。通过控制沉积时间 可得到不同厚度纳米BN薄膜。
纳米绝缘层上多晶金刚石薄膜制备(在第1种结构中不需要实施) 本发明中多晶金刚石膜的制备同纳米金刚石膜制备使用的是同一种方法—CVD法。沉积所用气氛为H2/CH4， CH4浓度一般在1~7%左右，沉积温度 700~900°C。因此在纳米金刚石膜(NCD)基础上进行沉积时，只需在NCD生 长时间足够后，将气氛中CH4比例降低至所需值及调整生长温度即可。这种条 件下得到的金刚石绝缘层整体结合性好。
在生长纳米BN膜(纳米绝缘层)上生长微晶金刚石膜(做中间过渡层或 支撑衬底)，条件与以上生长条件一样。5 '
在生长多晶金刚石层或纳米绝缘层上，键合单晶或多晶Si作为器件支撑(即 衬底)。
热处理使注氢后的硅片从注H+气泡层分开，形成SOI结构，还可以对形 成的SOI片进行第二步高温退火处理，加强键合强度，表面抛光。
对前述的纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法的技术方案可以综合叙述
为
一种纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法，包括注氢、沉积绝缘层、衬底 制作、热处理的过程；所述的注氢，是将单晶硅放入氢氟酸(HF)溶液处理， 除去Si表面Si02，然后通过离子注入方法将氢注入单晶硅表面深层。所述的沉 积绝缘层8，是利用CVD方法，在注氢单晶硅表面生长纳米金刚石膜或掺氮纳 米金刚石膜；或利用磁控溅射方法，在注氢单晶硅表面制得纳米氮化硼膜。所述 的衬底制作，是在绝缘层上键合单晶或多晶Si作为衬底4;或在绝缘层上沉积 微米多晶金刚石作为衬底4;或先在绝缘层8上沉积微米多晶金刚石膜层9再在 其上面键合单晶或多晶Si作为衬底4。所述的热处理，是在400 600'C下将注 氢后的单晶硅片从注H+气泡层分开，去除多余Si层形成硅表层3，最后表面抛 光处理。
上述的纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法中，还可以有退火处理加强键 合强度的过程，即，在纳米绝缘层8上键合多晶Si作为衬底4之后，再进行退 火处理，加强键合强度；或在热处理形成硅表层3之后，再进行退火处理，加强 键合强度；所述的退火处理，是在500 100(TC下处理2 3小时。
采用注氢键合技术，制成连接器件表层Si—纳米绝缘层一单晶体Si衬底(或 /和金刚石膜)的新型SOI结构。这种结构不仅具有传统SOI和SOD结构的各 种优势，而且工艺更为简单(如纳米层生长，金刚石处理等)，增强抗总剂量辐射，进一步提高SOI器件的总体抗辐射能力。适用于具有强辐射、强总剂量 辐射、高频等恶劣的航空、航天、军工等领域的应用。
图1为背景技术的含金刚石膜的50I集成电路芯片材料的结构示意图。
图2为本发明的纳米绝缘体上硅结构材料第1种结构示意图。
图3为本发明的纳米绝缘体上硅结构材料第2种结构示意图。
图4为本发明的纳米绝缘体上硅结构材料第3种结构示意图。
图5为本发明的第1种结构的制作流程示意图。
图6为本发明实施例2制备的纳米金刚石膜的电子衍射图谱。
具体实施例方式
实施例1:结合
本发明的纳米绝缘体上硅结构材料的结构
本发明的三种SOI主要结构分别由图1、 2、 3给出。图1、 2、 3中，3为 硅表层，4为衬底，衬底4可以是单晶或多晶硅衬底6，也可以是微米金刚石衬 底7， 8为纳米绝缘层，9为微米多晶金刚石膜层。
图2具体的给出单晶Si薄层3—纳米绝缘层8—单晶或多晶Si衬底6的结 构；即第1种结构。
图3具体的给出单晶Si薄层3—纳米绝缘层8—微米多晶金刚石衬底7的 结构；即第2种结构。
图4具体的给出单晶Si薄层3—纳米绝缘层8—微米多晶金刚石膜层8— 单晶或多晶Si衬底6的结构；即第3种结构。
实施例2:纳米金刚石膜的制备
将注氢后Si衬底经粒径为0.2pm的金刚石粉手动研磨10min，然后在金刚 石粉(0.2(am粒径和4~5nm粒径按4 : 1比例混合)悬浊液进行超声处理20min， 最后经酒精和丙酮超声清洗放入反应腔沉积金刚石。实验条件反应气体总量为 100sccm比例为H2 : CH4-90 : 10 (sccm)，压强为60torr，微波功率350W, 沉积衬底温度约900°C。沉积时间在第1种结构中为20min得到100nm左右厚 度的纳米金刚石薄膜，第2结构中为4h得到2pm左右厚度的纳米金刚石薄膜，纳米金刚石晶粒尺寸为20nm左右。
经键合衬底Si，热处理去除多余Si层，最后，经高温处理，加强键合强度， 表面抛光后得到可实际应用的SOI结构。
图6表明该条件下制备的纳米金刚石膜纯度很高，石墨相很少。
实施例3:掺N纳米金刚石膜的制备
将先注氢后Si衬底经粒径为0.2pm的金刚石粉手动研磨10min，然后在金 刚石粉(0.2nm粒径和4~5nm粒径按4 : 1比例混合)悬浊液进行超声处理 20min，最后经酒精和丙酮超声清洗放入反应腔沉积金刚石膜。实验条件反应 气体总量为100sccm比例为H2 : CH4 : N2 = 93 : 5 : 2(sccm)，压强为70torr， 微波功率400W，沉积衬底温度约95(TC。沉积时间在第1种结构中为20min 得到150nm左右厚度的纳米金刚石膜，第2结构中为4h得到3pm左右厚度的 纳米金刚石薄膜，纳米金刚石晶粒尺寸为15nm左右。
经键合衬底Si，热处理去除多余Si层，最后，经高温处理，加强键合强度， 表面抛光后得到可实际应用的SOI结构。
在实施例1和实施例2中，使用了微波(MPCVD)的方法在注氢Si表面沉积 纳米金刚石膜。也可以使用成熟技术的热灯丝CVD或直流热阴极CVD方法在 注氢Si表面沉积纳米金刚石膜。
实施例4:纳米BN膜的制备。
Si放入酒精丙酮清洗，最后经去离子水冲洗烘干放入反应腔体内。利用射 频磁控溅射方法，溅射靶材料为hBN (纯度为99.9%)，靶与衬底之间距离控制 在50mm，工作压强2Pa。反应气氛按流量计为Ar(86%)和1\12(14°/。)衬底温 度为室温到500°C。生长纳米BN膜速率约为10nm/min，晶粒尺寸约20nm。 沉积时间在第1种结构中为10min得到10Qnm左右厚度的纳米薄膜，第2种结 构中沉积时间为5h，得到厚度约3pm薄膜。
经键合衬底Si，热处理去除多余Si层，最后，经高温处理，加强键合强度， 表面抛光后得到可实际应用的SOI结构。
实施例5:第1种SOI结构材料的制备。利用CVD方法，在注氢单晶硅片表面生长纳米金刚石膜或掺氮纳米金刚石
膜，具体的是将注氢单晶硅表面在金刚石粉中研磨，然后在金刚石粉悬浊液中 进行超声处理，经酒精和丙酮超声清洗放入沉积装置的反应腔；沉积所用气体为
CH4、 H2和N2,其中按流量比CH4 : H2 : N2为5~20 : 80~95 : 0~30，气体压 强为40 70torr，沉积衬底温度为800~1000°C ，沉积时间0.5~3小时。
然后在生长的纳米金刚石膜或掺氮纳米金刚石膜上按常规方法键合单晶体 Si，键合之后可以进行退火工艺增强键合。最后通过热处理将注氢单晶硅中背面 硅去掉，制作成集成电路芯片材料。所述的热处理，是在400 60(TC下将注氢 后的硅片从注H+气泡层分开，去除多余Si层形成硅表层3，最后表面抛光，制 得Si表层一纳米绝缘层一单晶体Si衬底的SOI结构材料。其中的纳米绝缘层8 是纳米金刚石膜或掺氮纳米金刚石膜。
工艺条件在本实施例范围内均可制得Si表层一纳米绝缘层一单晶体Si衬底 的SOI结构材料。
图5给出本实施例的第1种结构的制作流程示意图。图5中，11为单晶硅 注氢过程；12为沉积绝缘层8的过程，即生长纳米金刚石膜或摻氮纳米金刚石 膜作纳米绝缘层8; 13为衬底制作的过程，即键合单晶或多晶Si衬底6; 14 为热处理过程，去除多余单晶Si层形成硅表层3。
实施例6:第1种SOI结构材料的制备
利用磁控溅射方法，在注氢单晶硅表面制得纳米氮化硼膜，具体的是将
注氢单晶硅片分别放入酒精、丙酮中超声波清洗，最后经去离子水冲洗烘干放入
反应腔体内；以纯度为99.9%的六角氮化硼粉(hBN)或硼粉为溅射靶材，靶材 与衬底之间距离在40 60mm，反应气氛为Ar和N2，工作压强1~5Pa;衬底温 度为15~900°C，溅射时间0.25~5小时。
在纳米氮化硼膜上按常规方法键合单晶体Si，键合之后可以进行退火工艺 增强键合。最后通过热处理将注氢单晶硅中背面硅去掉，制作成集成电路芯片材 料。所述的热处理，是在400 60(TC下将注氢后的硅片从注H+气泡层分开，去 除多余Si层形成硅表层，最后表面抛光处理，制得硅表层一纳米绝缘层一单晶 体Si衬底的SOI结构材料。其中的纳米绝一层是纳米氮化硼膜。
工艺条件在本实施例范围内均可制得Si表层一纳米绝缘层一单晶体Si衬底的SOI结构材料。
实施例7:第2种SOI结构材料的制备。
本实施例制得硅表层一纳米绝缘层一微米多晶金刚石衬底的SOI结构材 料，即，在绝缘层上沉积微米多晶金刚石作为衬底，制得硅表层、纳米金刚石膜 绝缘层或掺氮纳米金刚石膜绝缘层和微米多晶金刚石衬底的纳米绝缘体上硅结
构材料；具体的是将注氢单晶硅表面在金刚石粉中研磨，然后在金刚石粉悬浊 液中进行超声处理，经酒精和丙酮超声清洗放入沉积装置的反应腔；沉积所用气
体为CH4、 H2和N2，其中按流量比CH4 : H2 : N2为5~20 : 80~95 : 0~30，气 体压强为40~70torr，在微波功率300 400W下，沉积衬底温度为800~1000°C，
沉积时间0.5~3小时，制得纳米绝缘层；再将沉积所用气体改为按流量比CH4 : hb为1~7 : 100，沉积时间1~3小时，制得微米多晶金刚石衬底。最后通过热 处理将注氢单晶硅中背面硅去掉，表面抛光制作成集成电路芯片材料。
所述的热处理，是在400 60(TC下将注氢后的硅片从注H+气泡层分开，去 除多余Si层形成硅表层。最后制得的是硅表层一纳米绝缘层(纳米金刚石膜或 掺氮纳米金刚石膜)一微米多晶金刚石膜衬底的SOI结构材料。
事实上，沉积衬底所用气氛为H2/CH4， CHU浓度较低， 一般在气体流量比 1%左右，沉积温度90(TC左右，得到作为衬底的微米金刚石膜。同时，可以在 NCD基础上进行沉积，只要将气氛中CH4比例降低至所需值，即可连续生长微 米金刚石膜。
工艺条件在本实施例范围内均可制得Si表层一纳米绝缘层一微米多晶金刚 石膜衬底的SOI结构材料。 :
实施例8:第2种SOI结构材料的制备。
本实施例是制作硅表层、纳米氮化硼膜绝缘层和微米多晶金刚石衬底的 SOI结构材料。离子注入方法将氢注入单晶硅表面深层和制备纳米氮化硼膜绝 缘层的过程和条件同实施例5。具体的制作微米多晶金刚石膜衬底是沉积所用 气体按流量比CH4 : H2为1~7 : 100，气体压强为40~70torr，在微波功率 300~400W,沉积衬底温度为800~1000°C,沉积时间1~3小时。最后通过热处 理将注氢单晶硅中背面硅去掉，制作成集成电路芯片材料。实施例9:第3种S0I结构材料的制备。
在实施例7或实施例8的在注氢单晶硅上顺序制作纳米绝缘层、微米多晶
金刚石膜的基础上，制得硅表层、绝缘层、微米多晶金刚石膜层和单晶体硅衬底
的纳米绝缘体上硅结构材料；具体的制作微米多晶金刚石膜层是沉积所用气体
按流量比CH4 : H2为1~7 : 100，气体压强为40 70torr，微波功率300~400W， 沉积衬底温度为800 100(TC，沉积时间1~3小时；之后在微米多晶金刚石膜层 上键合单晶或多晶Si作为衬底。最后退火加强键合、热处理形成硅表层，制得 硅表层一纳米绝缘层一微米多晶金刚石膜一单晶体Si衬底的SOI结构材料。
权利要求
1、一种纳米绝缘体上硅结构材料，按顺序主要由硅表层(3)、绝缘层(8)和衬底(4)构成；其特征在于，所述的绝缘层(8)是纳米材料的绝缘层，纳米材料为纳米金刚石膜、掺氮纳米金刚石膜或纳米氮化硼膜，绝缘层(8)厚度为0.1～10μm；所述的衬底(4)为微米多晶金刚石衬底(7)或单晶或多晶硅衬底(6)。
2、 按照权利要求1所述的纳米绝缘体上硅结构材料，其特征在于，在纳米 材料的绝缘层(8)和衬底(4)之间有微米多晶金刚石膜层(9)。
3、 按照权利要求1或2所述的纳米绝缘体上硅结构材料，其特征在于，所 述的纳米氮化硼膜是立方相氮化硼或/和六角相氮化硼。
4、 一种权利要求1的纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法，包括注氢、沉 积绝缘层、衬底制作、热处理的过程；所述的注氢，是将单晶硅放入氢氟酸溶液 处理，除去Si表面Si02，然后通过离子注入方法将氢注入单晶硅表面深层；所 述的沉积绝缘层(8)，是利用化学气相沉积方法，在注氢单晶硅表面生长纳米金 刚石膜或掺氮纳米金刚石膜；或利用磁控溅射方法，在注氢单晶硅表面制得纳米 氮化硼膜；所述的衬底制作，是在绝缘层上键合单晶或多晶Si作为衬底(4); 或在绝缘层上沉积微米多晶金刚石作为衬底(4);或先在绝缘层(8)上沉积微 米多晶金刚石膜层(9)再在其上面键合单晶或多晶Si作为衬底(4);所述的热 处理，是在400 60(TC下将注氢后的单晶硅片从注H+气泡层分开，去除多余Si 层形成硅表层(3)，最后表面抛光处理。
5、 按照权利要求4所述的纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法，其特征在 于，在纳米绝缘层(8)上键合单晶或多晶Si作为衬底(4)之后，再进行退火 处理，加强键合强度；或在热处理形成硅表层(3)之后，再进行退火处理，加 强键合强度；所述的退火处理，是在500 1000'C下处理2 3小时。
6、 按照权利要求4或5所述的纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法，其特 征在于，所述的利用化学气相沉积方法，在注氢单晶硅片表面生长纳米金刚石膜 或掺氮纳米金刚石膜，是将注氢单晶硅表面在金刚石粉中研磨，然后在金刚石粉 悬浊液中进行超声处理，经酒精和丙酮超声清洗放入沉积装置的反应腔；沉积所 用气体为CH4、 H2和N2，其中按流量比CH4 : H2 : Nb为5~20 : 80~95 : 0~30， 气体压强为40~70torr，沉积衬底温度为800~1000°C，沉积时间0.5~3小时。
7、 按照权利要求4或5所述的纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法，其特 征在于，所述的利用磁控溅射方法，在注氢单晶硅表面制得纳米氮化硼膜，是将 注氢单晶硅片分别放入酒精、丙酮中超声波清洗，最后经去离子水冲洗烘干放入 反应腔体内；以六角氮化硼粉或硼粉为溅射靶材，靶材与衬底之间距离在40~60mm，反应气氛为Ar和N2，工作压强1~5Pa;衬底温度为15~900°C， 溅射时间0.25~5小时。
8、 按照权利要求4或5所述的纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法，其特 征在于，制作硅表层、纳米金刚石膜绝缘层或掺氮纳米金刚石膜绝缘层、微米多 晶金刚石衬底的纳米绝缘体上硅结构材料的具体过程是将注氢单晶硅表面在金 刚石粉中研磨，然后在金刚石粉悬浊液中进行超声处理，经酒精和丙酮超声清洗 放入沉积装置的反应腔；沉积所用气体为ChU、 H2和N2，按流量比ChU:H2: N2为5~20 : 80~95 : 0~30 ，气体压强为40~70torr，沉积衬底温度为 800~1000°C，沉积时间0.5~3小时，制得纳米绝缘层；再将沉积所用气体改为 按流量比CH4 : H2为1~7 : 100，沉积时间1~3小时，制得微米多晶金刚石衬 底；最后通过热处理将注氢单晶硅中背面硅去掉，制作成纳米绝缘体上硅结构材 料。
9、 按照权利要求4或5所述的纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法，其特 征在于，在绝缘层上沉积微米多晶金刚石作为衬底，制得硅表层、纳米氮化硼膜 绝缘层和微米多晶金刚石衬底的纳米绝缘体上硅结构材料；具体的制作微米多晶 金刚石膜衬底是沉积所用气体按流量比CH4 : H2为1~7 : 100，气体压强为 40~70torr，在微波功率300~400W，沉积衬底温度为800~1000°C，沉积时间 1~3小时。
10、 按照权利要求4或5所述的纳米绝缘体上硅结构材料的制作方法，其 特征在于，在纳米材料的绝缘层和单晶体硅衬底之间制作微米多晶金刚石膜层， 制得硅表层、绝缘层、微米多晶金刚石膜层和单晶体硅衬底的纳米绝缘体上硅结 构材料；具体的制作微米多晶金刚石膜层是沉积所用气体按流量比CH4:H2 为1~7 : 100，气体压强为40~70torr，沉积衬底温度为800~1000°C，沉积时间 1~3小时；之后在微米多晶金刚石膜层上键合单晶或多晶Si作为衬底。
全文摘要
本发明的一种纳米绝缘体上硅结构材料及其制作方法属集成电路芯片材料的技术领域。通过改进传统SOI结构中绝缘材料，制得以纳米抗辐射材料，如纳米金刚石，掺氮纳米金刚石，纳米氮化硼等作为绝缘层(8)的新型SOI结构。采用注氢键合技术和化学气相沉积方法，制成连接器件表层硅(3)-纳米绝缘层(8)-金刚石膜或/和单晶体Si衬底(4)的SOI结构。这种结构不仅具有传统SOI和SOD结构的优势，而且工艺更为简单，增强抗总剂量辐射，进一步提高SOI器件的总体抗辐射能力。适用于航空、航天、军工等领域的应用。
文档编号H01L21/02GK101587902SQ20091006716
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者冬 卢, 吕宪义, 成绍恒, 李红东, 邹广田 申请人:吉林大学