[發明專利]一種減少埋層空洞型SOI晶片化學機械研磨破裂的工藝

有效

• 申請號: 201110136688.2
• 申請日: 2011-05-25
• 公開（公告）號: CN102332423A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 顏秀文;賈京英;朱宗樹;劉咸成;蔣超
• 申請（專利權）人: 湖南紅太陽光電科技有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/304
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及半導體材料制備工藝，尤其是一種減少埋層空洞型SOI晶片拋光加工過程中容易產生頂層硅膜破裂的工藝，屬于微電子材料工藝技術領域。

背景技術

MEMS技術發展迅速，SOI?MEMS技術受到越來越廣泛的重視。在SOIMEMS技術中常需要在埋層結構中制造圖形，形成埋層空洞型SOI結構，導致了埋層空洞型SOI晶片產品被開發出來。芬蘭Okmetic公司、美國IceMOS公司已開始銷售埋層空洞型SOI晶片(Cavity?SOI)產品。國內中國電子科技集團公司第48所、中國電子科技集團公司第24所和上海新傲科技均已掌握關鍵技術。

埋層空洞型SOI晶片(Cavity?SOI)制備的主要步驟，包括：氧化、刻蝕、鍵合、減薄、拋光五個過程。MEMS器件常要求埋層空洞型SOI晶片的頂層硅膜厚度在1μm-10μm。由于頂層硅膜很薄，在最終拋光時空洞內的氣壓(或真空)受摩擦熱(或外部正壓)的影響，使得空洞位置的頂層硅膜變形甚至破裂，因而使得頂層硅膜厚度一致性變差，產品質量下降甚至報廢。

通常厚膜SOI晶片制備工藝中，鍵合過程主要有真空鍵合和常壓鍵合兩種，如圖1所示，通過鍵合形成了“硅/二氧化硅/硅”三層結構。對空洞型SOI晶片而言：經真空鍵合后，鍵合腔3存在負壓。當鍵合的SOI晶片減薄至3μm-10μm時，如圖2所示，鍵合腔3的內外壓力差就會導致空洞型SOI晶片的頂層硅膜下凹5。經常壓鍵合后，鍵合腔3氣壓為一個大氣壓。在最終拋光時的研磨作用刻導致被拋SOI晶片的接觸面溫度升高20℃以上，如圖3所示，鍵合腔3內的氣體因受熱膨脹致空洞型SOI晶片的頂層硅膜上凸6。而且鍵合腔3的頂層硅膜7越薄，變形越嚴重，直至破裂。所述破裂是指埋層空洞型SOI晶片的頂層硅膜完整性遭到破壞。

可以說，減少破裂是進一步提高埋層空洞型SOI晶片品質的一個重要課題。

發明內容

為了克服現有的SOI晶片制備工藝使得埋層空洞型SOI晶片中空洞位置的頂層硅膜容易變形甚至破裂，從而導致頂層硅膜厚度一致性變差，產品質量下降甚至報廢的不足，本發明旨在提供一種減少埋層空洞型SOI晶片化學機械研磨破裂的工藝，該工藝可以有效地減少SiO₂?CMP過程中埋層空洞型SOI晶片頂層硅膜的破裂，改進SDB(Silicon-silicon?Direct?Bonding)工藝，提高埋層空洞型SOI晶片的品質和成品率。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：所述減少埋層空洞型SOI晶片化學機械研磨破裂的工藝，包括如下步驟：

a)、氧化；對硅襯底進行氧化，在硅襯底表面形成二氧化硅介質層；

b)、刻蝕；刻蝕二氧化硅介質層，在SiO₂介質層表面開出窗洞，窗洞的底部至SiO₂介質層和硅襯底的臨界面，形成鍵合腔；

c)、鍵合；將刻蝕的硅襯底與一頂部硅層鍵合，形成“Si/SiO₂/Si”三層結構；

d)、研磨；對鍵合好的“Si/SiO₂/Si”三層結構的頂層硅膜進行研磨；

e)、拋光；繼續對頂層硅膜進行拋光，直至將頂層硅膜厚度減薄至設定目標厚度；

其結構特點是，在步驟b)之后，步驟c)之前，還包括設定鍵合腔內壓力的步驟。

所述設定鍵合腔內壓力的步驟為，將硅材料的彈性模量、鍵合腔尺寸、頂層硅膜厚度等參數代入下式計算，根據埋層空洞型SOI晶片頂層硅膜厚度目標值，計算壓差對頂層硅膜變形量的影響；

P×∫0Hl×wdht=kT...(1)]]>

式中：P為鍵合腔內壓力；l為鍵合腔長度；W為鍵合腔寬度；h為鍵合腔高度；t為頂層硅膜厚度；T為溫度差；k為修正系數，取值范圍為1.6～4.8；