[發(fā)明專利]一種帶有絕緣埋層的晶圓的表面處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910199623.5
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN101707187A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳杰;葉斐;李顯元;陳國興
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新傲科技股份有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/306
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務(wù)所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有絕緣埋層的晶圓的表面處 理方法。

【背景技術(shù)】

與體硅器件相比，絕緣體上硅(SOI)器件具有高速、低驅(qū)動電壓、耐高溫、 低功耗以及抗輻照等優(yōu)點，備受人們的關(guān)注，在材料和器件的制備方面都得到 了快速的發(fā)展。SOI材料按其頂層硅薄層的厚度，可分為薄膜SOI(頂層硅通 常小于1微米)和厚膜SOI(頂層硅通常大于1微米)兩大類。薄膜SOI絕大 多數(shù)用戶為尖端微電子技術(shù)的引導(dǎo)者，如IBM、AMD、Motorola、Intel、UMC、 TSMC、OKI等。目前供應(yīng)商為日本信越(SEH)、法國Soitec、日本SUMCO。 薄膜SOI市場主要的驅(qū)動力來自于高速、低功耗產(chǎn)品，特別是微處理器(CPU) 應(yīng)用。

目前，SOI材料的制備技術(shù)主要有注氧隔離技術(shù)(SIMOX)、鍵合及背面腐 蝕技術(shù)(BESOI)及其所衍生出來的智能剝離技術(shù)(Smart-cut)、外延層轉(zhuǎn)移技術(shù) (ELTRAN)、以及有SIMOX和鍵合技術(shù)結(jié)合起來的注氧鍵合(SIMBOND)技 術(shù)等。

其中，由于鍵合及背面腐蝕技術(shù)具有工藝簡單、成本低等優(yōu)點，因此受到 人們的重視，雖然埋氧層厚度連續(xù)可調(diào)，但是通過研磨或者腐蝕的辦法減薄頂 層硅，頂層硅的厚度均勻性很難得到精確控制。這也就限制了鍵合減薄SOI 材料在對頂層硅厚度均勻性要求高等方面的應(yīng)用。

而采用SIMOX技術(shù)制備的SOI材料，雖然具有優(yōu)異的頂層硅厚度均勻性， 但由于受到注入劑量和能量的限制，埋氧層最大厚度很難超過400nm，并且 SIMOX工藝是利用高溫退火，促進氧在硅片內(nèi)部聚集成核而形成連續(xù)埋氧層， 但是埋氧層中存在的針孔使其絕緣性能不如熱氧化形成的SiO₂，擊穿電壓僅 6MV/cm左右，這些缺點限制了SIMOX材料在厚埋層(大于400nm)方面的應(yīng) 用。

Smart-cut技術(shù)在鍵合技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，并且其頂層硅的厚度由氫離 子的注入能量所決定，其厚度連續(xù)可調(diào)，因此該技術(shù)可以同時滿足埋氧層厚度 和頂層硅均勻性的要求，但是該技術(shù)由于采用氫離子注入剝離器件層，因此生 產(chǎn)成本較高。外延層轉(zhuǎn)移技術(shù)需要在多孔硅上外延單晶硅層，缺陷控制困難， 該技術(shù)尚未成熟。

SIMBOND是SIMOX和鍵合技術(shù)的結(jié)合與創(chuàng)新，該工藝將一片低劑量的 SIMOX片做為器件片(device?wafer)，長一定厚度氧化層的裸硅片作為支撐片 (handle?wafer)，然后把兩片鍵合在一起。鍵合好后，將器件片研磨減薄，再 用堿性化學(xué)液腐蝕，在原SIMOX的埋氧層(BOX)停止。再通過HF去除這 層阻擋層，然后按照最后的頂層硅厚度長外延。這樣，可以得到與SIMOX技 術(shù)同等水平的SOI厚度均勻性，也實現(xiàn)了埋氧層厚度連續(xù)可調(diào)(埋氧層厚度是 有handle?wafer的氧化層厚度決定的)。這種技術(shù)實現(xiàn)了SOI層厚度均勻性和 埋氧層(BOX)厚度的連續(xù)可調(diào)。

SIMBOND技術(shù)是薄膜SOI制造技術(shù)的創(chuàng)新，其制造工藝融合了SIMOX、 鍵合減薄、外延等不同工藝的優(yōu)點。在實施SIMBOND工藝中，除了解決主要 工藝的技術(shù)參數(shù)之外，如何實現(xiàn)各工藝的有效連接也是至關(guān)重要的。SIMBOND 硅片的外延就是其中重要的工藝。一般外延的襯底是裸硅片，其表面的粗糙度、 缺陷密度等都是很低的。而SIMBOND硅片的頂層硅厚度只有1000～2000A， 表面的粗糙度和缺陷密度也遠比裸硅片高。如何在保證頂層硅厚度不至于過分 損失的情況下降低頂層硅的表面粗糙度和缺陷密度，是現(xiàn)有技術(shù)中亟需解決的 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種專門針對帶有絕緣埋層的晶圓的 表面處理方法，能夠在保證頂層硅厚度不至于過分損失的情況下降低頂層硅的 表面粗糙度和缺陷度，滿足后續(xù)外延、器件制作以及其他各種相關(guān)工藝的需要。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種帶有絕緣埋層的晶圓的表面處理方 法，包括如下步驟：提供一晶圓，所述晶圓包括支撐襯底、頂層半導(dǎo)體層以及 設(shè)置于兩者之間的絕緣埋層，所述頂層半導(dǎo)體層的材料為單晶硅；對頂層半導(dǎo) 體層實施化學(xué)機械拋光，所述拋光工藝的拋光壓力是20至35kPa；清洗拋光后 的表面，所述清洗采用將雙氧水和氨水與純凈水相互混合的方法制備而成，混 合前雙氧水和氨水任意一種的體積都低于純凈水體積的1/150。