[發明專利]一種離子注入厚膜SOI晶片材料的制備方法

有效

• 申請號: 200710034778.4
• 申請日: 2007-04-20
• 公開（公告）號: CN101067997A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 顏秀文;劉東明;唐景庭;程遠貴;龔杰洪;劉愷;賈京英
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/20;H01L21/762;H01L21/84;H01L21/265
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及用于制備特種SOI器件所需厚膜絕緣層上硅(SOI)材料的制備方法，屬于材料技術領域。

背景技術

SOI(Silicon-on-insulator)材料由于自身結構特點而受到廣泛重視。器件的電路制作在SOI(絕緣層上硅)材料的頂層硅內，SiO₂埋層實現全介質隔離。不僅可以在航空航天及輻照等惡劣環境下正常工作，而且還能耐高溫、耐高壓。這對惡劣環境下工作的衛星飛船、導彈的電路模塊而言是極其重要的(參見：張苗，竺士煬，林成魯的“智能剝離-有競爭力的SOI制備新技術”一文，物理，Vol，26，No.3，1997，p?155～159)。特別是高壓SOI器件，在雷達、飛機、電力電子等方面有著廣泛的應用。目前，高壓器件要求厚膜SOI材料的埋層厚度達到2～5um。

現有技術中，較成熟的SOI材料制備方法主要有SIMOX(Separation?byIMplanted?OXygen)、Unibond和鍵合減薄技術(BESOI或BGSOI)。SIMOX技術由于劑量的限制不能形成厚埋層；Unibond被法國Soitec公司申請Smart-cut^TM專利受到保護；鍵合減薄技術所形成的埋層是熱氧化層，難以保證“Si-SiO₂”界面的平坦度，這對器件的抗輻照性能不利(參見：黃如，張國艷，李映雪等，SOI?CMOS技術及其應用，北京：科學出版社，2005)。同時，厚膜SOI材料的埋層厚度也難以精確控制，無法精確計算絕緣埋層的耐壓值。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的缺陷，提出一種離子注入厚膜SOI晶片材料的制備方法，它利用常溫氧離子注入精確控制SiO₂埋層的厚度，利用高溫退火氧化來增厚絕緣埋層、提高絕緣埋層質量及界面平坦度，再通過鍵合及減薄工藝使厚膜SOI材料的頂層硅厚度達到目標值，制得的材料可滿足特種SOI器件制作的需要。

本發明的技術解決方案是，所述離子注入厚膜SOI晶片材料的制備方法的步驟為：

(1)按照已有半導體標準清洗工藝清洗硅片；

(2)采用常溫氧離子注入工藝在上述清洗后的硅片中形成富氧層；

(3)在1280℃～1350℃溫度、0.5％～10％氧含量(體積百分比)的Ar/O₂或N₂/O₂混合氣氛中退火5～8小時，形成SiO₂埋層，頂部的非晶硅層轉變成多晶硅；

(4)降溫到900℃～1200℃，將所述混合氣氛中的氧含量增大至5％～30％，以SiO₂埋層為阻擋層，將頂部的多晶硅層完全氧化而形成絕緣埋層(即氧化層)，氧化時間根據絕緣埋層厚度而定，一般為1～10小時，絕緣埋層厚度在0.2um～2.5um范圍內，即得注氧片；

(5)利用磨拋設備平整注氧片的絕緣埋層表面，清洗，使注氧片表面粗糙度和化學性質滿足鍵合的要求；

(6)將滿足鍵合要求的注氧片與硅片，或所述注氧片與注氧片，或所述注氧片與氧化片鍵合，退火，形成Si-SiO₂-Si三層結構，得鍵合SOI材料；鍵合溫度為200℃～450℃，真空度為1～5×10^-3mbar，鍵合時間為10～50分鐘；退火溫度為200℃～1100℃，退火時間為2～5小時；

(7)將鍵合SOI材料減薄，使硅膜厚度達到頂層硅厚度要求，拋光，清洗，得厚膜SOI晶片材料。

以下對本發明做出進一步說明。

本發明中，所述常溫離子注入方法，絕緣埋層厚度可通過常規注入能量精確控制。

本發明中，所述步驟(3)和(4)的高溫退火、氧化過程可以是“高溫退火+氧化”兩個步驟，也可以是高溫退火、氧化連續完成；所述氧化可以采用已有技術的干氧氧化，也可以是已有技術的濕氧氧化。

本發明中，所述鍵合SOI材料減薄可以采用常規的化學腐蝕減薄，也可以采用已有的機械磨拋減薄技術進行減薄。

本發明中，所述拋光可采用常規CMP拋光，達到鏡面要求。