一种含电荷捕获层的复合基底、复合薄膜及其制备方法与流程

本技术属于半导体，特别涉及一种含电荷捕获层的复合基底、复合薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着信息科技的高速发展以及人们对更高质量的向往和追求，薄膜材料由于满足了电子元器件向小型化、低功耗、高性能方向发展的要求，在当今半导体产业中成为越来越重要的材料。薄膜材料主要包含最上方的有源层、中间的绝缘介质层和半导体衬底。

2、当绝缘介质层与半导体材料接触时，界面上会由于缺陷能级的存在吸引附近半导体材料中的载流子在界面附近集中，产生表面寄生电导效应(parasiticsurfaceconductance,psc)。这种效应会对一些元器件的最终性能带来恶劣的影响，如金属-氧化物-半导体(metal oxide semiconductor,mos)器件中电学性能稳定性，一些射频器件如放大器，滤波器，调制器等的射频损耗。

3、现有技术的解决方案是在半导体衬底和绝缘层之间引入一个富含载流子陷阱的膜层，用于捕获集中的载流子，抑制psc效应。但是，其存在以下问题：在有源层与中间的绝缘介质层的界面上也会存在游离的电荷，而电荷的存在会对后续的器件带来一些不良的影响。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的第一技术问题是提供一种含电荷捕获层的复合基底，并利用复合基底制备得到复合薄膜；本发明所要解决的第二技术问题是提供该复合基底、复合薄膜的制备方法；本发明所要解决的第三技术问题是提供该复合基底、复合薄膜在制备电子元器件中的应用。

2、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，一种含电荷捕获层的复合基底，依次包括：衬底基板、缺陷层、隔离层和电荷捕获层；所述电荷捕获层是对缺陷层的上表面进行离子注入掺杂或界面热扩散掺杂，然后对掺杂处理后的缺陷层进行部分氧化后制得。

4、作为本发明的一种优选，对掺杂处理后的缺陷层进行部分氧化后，掺杂有离子的缺陷层的部分被氧化为电荷捕获层，未掺杂有离子的缺陷层的部分被氧化为隔离层。

5、作为本发明的一种优选，掺杂的深度控制在1～10nm。

6、作为本发明的一种优选，离子注入掺杂的方式为：使用ge+和/或p5+进行离子注入掺杂；离子注入的剂量≤1×1014ions/cm2，离子注入的能量为20～30kev，在离子注入掺杂后，使用rca清洗，sca1清洗液收尾。

7、作为本发明的一种优选，界面热扩散掺杂的方式为：将缺陷层的上表面与ge片进行贴片键合，在真空或惰性气氛条件下通过界面热扩散退火达到键合，退火后清洗剥离ge片并干燥。

8、作为本发明的一种优选，将缺陷层的上表面与ge片进行贴片键合，在he(正压0.1pa)氛围下，正压为0.1pa，于放电等离子体烧结炉内400～600℃热扩散退火10～14h，退火后使用rca清洗剥离ge片，sca1清洗液收尾，离心力甩干。

9、作为本发明的一种优选，于放电等离子体烧结炉内500℃热扩散退火12h。

10、第二方面，一种含电荷捕获层的复合薄膜，包括复合基底以及复合于复合基底的隔离层上的薄膜层。

11、作为本发明的一种优选，电荷捕获层用于捕获隔离层与薄膜层界面间的电荷。

12、第三方面，一种制备含电荷捕获层的复合薄膜的方法，包括以下步骤：

13、s1、准备衬底基板和薄膜基体；

14、s2、在衬底基板上制备缺陷层，缺陷层采用在衬底基板上沉积制备或采用腐蚀法腐蚀衬底基板或采用注入法注入衬底基板产生注入损伤，形成缺陷层，对缺陷层的上表面进行离子注入掺杂或界面热扩散掺杂，然后对掺杂处理后的缺陷层进行部分氧化后，掺杂有离子的缺陷层的部分被氧化为电荷捕获层，未掺杂有离子的缺陷层的部分被氧化为隔离层，形成复合基底；

15、s3、基于离子注入法对薄膜基体的工艺面进行注入离子得到薄膜基体注入片，所述薄膜基体注入片依次包括薄膜层、注入层和余质层；

16、s4、将薄膜基体注入片与复合基底的电荷捕获层进行键合形成键合体，对所述键合体进行热处理，使所述余质层沿所述注入层由键合体剥离，将所述薄膜层转移至所述复合基底上形成复合薄膜。

17、在本实例中，衬底基板的材料可以为现有技术中任意一种能够用作衬底基板的材料，不做特别限定，可以根据实际需要而具体选择，例如，可以为硅、蓝宝石、石英、碳化硅、氮化硅、铌酸锂、钽酸锂、石英玻璃。

18、在本实例中，薄膜基体是指具有一定厚度的，用于得到薄膜层的基础材料。薄膜基体的材料可以为现有技术中任意一种能够用作薄膜基体的材料，不做特别限定，可以根据实际需要而具体选择，例如，可以为铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、砷化镓、硅、陶瓷、四硼酸锂、砷化镓、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷晶体或石英。

19、作为本发明的一种优选，缺陷层的材料选自多晶或者非晶的碳化硅层、硅层、氮化硅层或多晶锗中的至少一种。

20、作为本发明的一种优选，对衬底基板采用沉积法沉积缺陷层材料，例如，采用沉积法沉积多晶硅、采用沉积法沉积多晶碳化硅、采用沉积法沉积多晶锗，形成多晶缺陷层。

21、作为本发明的一种优选，对衬底基板采用腐蚀法腐蚀衬底晶圆或采用注入法注入衬底晶圆产生注入损伤，形成非晶硅缺陷层。

22、由于缺陷层中存在一定密度的晶格缺陷，能够捕获隔离层与衬底基板之间的载流子，避免这些载流子引起隔离层与衬底基板界面处的载流子聚集，降低复合薄膜的损耗。

23、作为本发明的一种优选，缺陷层的厚度为300nm～5000nm。

24、作为本发明的一种优选，制备隔离层的方法可以为热氧化法，当缺陷层为多晶硅层，对多晶硅层进行氧化时，隔离层为二氧化硅。

25、作为本发明的一种优选，对多晶硅层进行氧化处理，其中，多晶硅层中远离衬底的一侧被氧化形成二氧化硅层，多晶硅层中靠近衬底的一侧未被氧化；多晶硅层中掺杂离子的部分被氧化成掺杂二氧化硅层即电荷捕获层。

26、作为本发明的一种优选，氧化的温度为900～1000℃。

27、作为本发明的一种优选，隔离层的厚度为200nm～3000nm。

28、在本实例中，在基于离子注入法对薄膜基体的工艺面进行注入离子得到薄膜基体注入片时，对离子注入的方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种离子注入的方式。

29、作为本发明的一种优选，所注入的离子为通过热处理能够生成气体的离子。

30、作为本发明的一种优选，所注入的离子选自氢离子、氦离子、氮离子、氧离子、氩离子中的一种，优选氢离子或氦离子。

31、作为本发明的一种优选，所注入的离子为氢离子时，注入剂量为3×1016ions/cm2～8×1016ions/cm2，注入能量为100kev～400kev。

32、作为本发明的一种优选，所注入的离子为氢离子时，注入剂量为4×1016ions/cm2，注入能量为180kev。

33、作为本发明的一种优选，所注入的离子为氦离子时，注入剂量为1×1016ions/cm2～1×1017ions/cm2，注入能量为50kev～1000kev。

34、作为本发明的一种优选，所注入的离子为氦离子时，注入剂量为4×1016ions/cm2，注入能量为200kev。

35、作为本发明的一种优选，所注入的离子为氮离子时，注入剂量为2×1016ions/cm2，注入能量为200kev。

36、作为本发明的一种优选，所注入的离子为氧离子时，注入剂量为1×1016ions/cm2，注入能量为300kev。

37、在本实例中，通过调整离子注入的深度来调整薄膜层的厚度，离子注入的深度与薄膜层的厚度成正比例相关。

38、在本实例中，通过调整离子注入的剂量来调整注入层的宽度，离子注入的剂量与注入层的扩散宽度成正比例相关。

39、在本实例中，对薄膜基体注入片的薄膜层与复合基底的电荷捕获层进行键合形成键合体的键合方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种实现键合的方式，例如，将薄膜基体注入片的键合面进行表面活化，将复合基底的键合面也进行表面活化，再将两个活化后的表面进行键合，获得键合体。

40、在本实例中，对薄膜基体注入片的键合面进行表面活化的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种对薄膜的键合面进行表面活化的方式，例如，等离子体活化或化学溶液活化。

41、在本实例中，对复合基底的键合面进行表面活化的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可用于复合基底的键合面进行表面活化的方式，例如，等离子体活化。

42、作为本发明的一种优选，将键合体放入加热设备内于预设温度下进行退火热处理，在退火热处理过程中，注入层内形成气泡并连成一片，导致注入层裂开，直至余质层沿注入层由键合体剥离，留下薄膜层。

43、作为本发明的一种优选，高温下退火工艺是在真空环境下或至少一种惰性气体形成的保护气氛下进行。

44、作为本发明的一种优选，退火热处理包括一退热处理和二退热处理，退火热处理的温度为100～600℃。

45、作为本发明的一种优选，一退热处理的温度为100～300℃，目的是剥离掉余质层，使薄膜层和余质层分离。

46、作为本发明的一种优选，二退热处理的温度为300～600℃，目的是恢复离子注入对薄膜层的损伤，使得薄膜层的性质接近薄膜基体的性质。

47、作为本发明的一种优选，对键合体进行退火热处理留下薄膜层，将薄膜层转移至复合基底上后，还包括对薄膜层进行抛光减薄至50～3000nm，例如400nm，形成复合薄膜。

48、第四方面，所述的含电荷捕获层的复合基底或所述的含电荷捕获层的复合薄膜在制备电子元器件中的应用，也在本发明的保护范围内。

49、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

50、1)本发明的复合薄膜在隔离层和薄膜层之间增加了用于捕获界面电荷的电荷捕获层，可降低电荷对后续器件造成的影响。

51、2)本技术的复合复合基底和/或复合薄膜具有富含载流子陷阱的缺陷层，用于捕获载流子，抑制psc效应。