[發(fā)明專利]使位于電絕緣材料表面上的半導(dǎo)體層的厚度降低和均勻化的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710305948.8
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101241856A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·費若;O·里門施奈德;R·瓦利希
• 申請（專利權(quán)）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 程大軍

本發(fā)明涉及一種方法，所述方法用于通過局部改變的材料腐蝕的刻蝕處理使半導(dǎo)體變薄和平坦化。

技術(shù)相關(guān)半導(dǎo)體層的實例為SOI晶片的功能層(SOI＝絕緣體上的半導(dǎo)體或絕緣體上的硅)。SOI晶片包括半導(dǎo)體層例如硅層作為其功能層，所述半導(dǎo)體層位于基礎(chǔ)晶片(或操作晶片)的一個表面上。所述半導(dǎo)體層的厚度隨著待處理的元件的功能而變化。通常所謂的薄膜(少于100nm厚)和所謂的厚膜(100nm-約80μm)是有區(qū)別的。或者基礎(chǔ)晶片可以全部由電絕緣材料(例如玻璃、石英、藍寶石)構(gòu)成或者其可以例如由半導(dǎo)體材料，優(yōu)選硅構(gòu)成，并且僅通過電絕緣層與半導(dǎo)體層隔離。所述電絕緣層可以由，例如，氧化硅構(gòu)成。

SOI晶片的半導(dǎo)體層必須具有均勻的厚度直到最邊緣區(qū)域。特別在半導(dǎo)體層厚度為100nm或更少的情況下，晶體管的性質(zhì)，例如閾電壓，在層厚度不均勻的情況下發(fā)生很大變化。含有薄半導(dǎo)體層和厚半導(dǎo)體層的SOI晶片的絕對厚度容限依賴于層厚度。

為了能集成盡可能多的電路，必需的層厚度均勻性還必須確保到前側(cè)的邊緣附近。反過來，這也就意味著非常小的邊界除外。術(shù)語SOI晶片的前側(cè)指承載功能層那一側(cè)，隨后在該側(cè)上或該側(cè)內(nèi)制造電子元件。

所有已知的生產(chǎn)SOI晶片的方法都試圖直接調(diào)節(jié)半導(dǎo)體層的充分均勻性，盡管由于嚴格要求，可能需要對SOI晶片的成品或半成品進行后處理以進一步改進厚度均勻性。

旨在改進厚度均勻性的用于SOI晶片后處理的多種方法是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。這些方法中許多都包括全面掃描SOI晶片的同時局部刻蝕方法，在較高層厚度的位置提供較大的刻蝕腐蝕：依據(jù)US2004/0063329A1，在干法刻蝕中，SOI晶片的表面用噴嘴掃描，通過所述噴嘴氣體蝕刻劑被局部輸送。在EP488642A2和EP511777A1描述的方法中，SOI晶片的半導(dǎo)體層的整個表面范圍暴露于蝕刻劑。然而，當(dāng)掃描表面時，此類刻蝕劑必須通過通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦的激光束或由光源發(fā)出的光束局部激活(光化學(xué)刻蝕)。

為了達到局部不同的刻蝕腐蝕，所有需要掃描半導(dǎo)體層表面的方法都是非常耗時的，并因此是非常昂貴的。而且，一方面，掃描需要光源或噴嘴復(fù)雜的移動，或者另一方面，需要SOI晶片復(fù)雜的移動。

此外，層厚度額外的不均勻性特別出現(xiàn)在層的邊緣區(qū)域，也就是離晶片邊緣到5mm的區(qū)域內(nèi)，以及在掃描期間發(fā)生重疊的區(qū)域。對于520nm的層厚度，依據(jù)EP488642A2，不限定邊緣除外獲得10nm的層厚度均勻性能。依據(jù)EP511777A1，對于108nm的層厚度，不限定邊緣除外獲得8nm的層厚度均勻性。

DE102004054566A1公開了一種使半導(dǎo)體層平坦化的方法，其中，在根據(jù)位置測量半導(dǎo)體層厚度后，曝光晶片的全部表面的同時刻蝕SOI晶片。刻蝕處理的腐蝕率取決于半導(dǎo)體晶片表面的光強度，而根據(jù)位置設(shè)置光強度以通過位置相關(guān)的腐蝕率減小在先根據(jù)位置測量的層厚度的不同。此方法非常有效地校正半導(dǎo)體層局部厚度的不同，但是它需要額外增加成本的費用：在刻蝕之前的厚度測量，用于曝光的掩模的生產(chǎn)以及曝光裝置。

JP09-008258A公開了一種方法，其中刻蝕SOI晶片的硅層，同時曝光全部表面，其厚度被均勻化。該過程是自調(diào)節(jié)的，因為刻蝕率依賴于由光產(chǎn)生的空穴(也就是缺電子，也就是說正電荷載體)的數(shù)量，因此依賴于照射量，并因此依賴于整個絕緣層上局部硅層厚度。在硅層的特別的剩余厚度以下，由光產(chǎn)生的電荷載體數(shù)量不再充足，變薄停止。因為硅層中光的吸收還依賴于光的波長，此方法另外使調(diào)整硅層不同的剩余厚度成為可能。因此，此方法不需要根據(jù)位置對光強度的任何外部調(diào)節(jié)，或刻蝕前任何的厚度測量，并且不需要掩模，不過刻蝕裝置仍必須以的方式來建造以使光能照射入。

因此，本發(fā)明的目的是使SOI晶片的半導(dǎo)體層均勻化，而不需復(fù)雜的輔助設(shè)備如照明裝置。

此目的可以通過使位于電絕緣材料表面上的半導(dǎo)體層的厚度降低和均勻化的方法來實現(xiàn)，其中將所述半導(dǎo)體層的表面暴露于刻蝕劑的作用下，刻蝕劑的氧化還原電位作為所述材料和半導(dǎo)體層期望最終厚度的函數(shù)來調(diào)節(jié)，以便隨著半導(dǎo)體層的厚度降低，半導(dǎo)體層表面上每單位時間由刻蝕劑進行的材料腐蝕變小，當(dāng)達到期望厚度時，僅僅為每秒0-10％厚度，并且其中在沒有光的作用或外部電壓的施加下來實施該方法。