[發(fā)明專利]一種絕緣體上硅材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210070279.1
• 申請日: 2012-03-16
• 公開（公告）號: CN102543691A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 亢勇;陳邦明
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新儲(chǔ)集成電路有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/324;H01L21/304
• 代理公司: 上海麥其知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料的制備方法，尤其涉及一種絕緣體上硅材料的制備方法。

背景技術(shù)

近幾年隨著納米技術(shù)的工藝日漸成熟。英特爾，德州儀器，韓國三星，日本東芝等世界上重要的半導(dǎo)體廠商納米技術(shù)生產(chǎn)線紛紛投產(chǎn)。集成電路發(fā)展到目前極大規(guī)模的納米技術(shù)時(shí)代，要進(jìn)一步提高芯片的集成度和運(yùn)行速度，原本的體硅材料和工藝正接近它的物理極限。目前在材料方面被重點(diǎn)推動(dòng)的絕緣體上硅（silicon-on-insulator）等，是納米技術(shù)取代現(xiàn)有單晶硅材料的解決方案之一。SOI材料是SOI技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，近年來，隨著SOI材料制備技術(shù)的成熟，制約SOI技術(shù)發(fā)展的材料問題正逐步被解決。通常SOI材料的制備技術(shù)包括兩種，即以離子注入為代表的注氧隔離技術(shù)（Speration?by?implantation?of?oxygen,即SIMOX）和鍵合（Bond）技術(shù)，其中法國SOITEC公司提出的氫離子注入與鍵合的注氫智能剝離技術(shù)（Smart-cut）最具代表性。

如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)需要兩塊標(biāo)準(zhǔn)厚度的單晶硅片作為襯底硅片7（Holding?wafer）和頂層硅片8(Donating?wafer)，在襯底硅片7(Holding?wafer)上用化學(xué)氣相沉積方法（CVD）在其表面形成一層硅的氧化物沉淀（SiO2）。之后將有二氧化硅沉淀物的襯底硅片7與頂層硅片8（無二氧化硅沉淀物硅片）鍵合，使用高溫退火使兩片硅片緊密結(jié)合在一起，形成絕緣體上硅材料，再使用CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）技術(shù)減薄Donating?wafer得到我們需要的厚度的生產(chǎn)用絕緣體上硅SOI?。此方法需要兩片標(biāo)準(zhǔn)厚度的單晶硅片7、8，且頂層硅片8要被從600um~800um厚，通過CMP減薄到10um以下。因此存在生產(chǎn)成本高，最后形成的SOI?硅片表面粗糙度大的缺點(diǎn)。

如圖4所示，現(xiàn)有技術(shù)需要兩塊標(biāo)準(zhǔn)厚度的單晶硅片，作為初始硅片9與襯底硅片7。在初始硅片9上用CVD方法在其表面形成一層硅的氧化物沉淀（SiO2），在氧化層附近注入氫離子（H+），清洗已有氧化層和氫離子的硅片，將其與之襯底硅片7鍵合，形成絕緣體上硅材料。隨后進(jìn)行高溫退火，氫離子蹦離的操作（蹦離下來的初始硅片9可以反復(fù)使用）得到SOI硅片，再次退火，拋光即可得到生產(chǎn)用SOI?。此方法與圖3所示方法相比，初始硅片7晶片可反復(fù)使用，且蹦離后留在襯底上的硅片厚度很薄，只需稍微的拋光即可使用。不需要長時(shí)間大厚度的減薄，即節(jié)省成本，且最后形成的SOI硅片表面也很光滑。此方法需要價(jià)格昂貴的氫離子注入機(jī)。

本發(fā)明制備工藝上，使用旋涂玻璃Spin-on-glass克服襯底硅片質(zhì)量上的缺陷，降低了襯底硅片的制備難度。帶氧化層的襯底硅片與厚的圓柱形頂層硅晶錠鍵合再切割的方法，可以使用傳統(tǒng)晶圓切割機(jī)，而且切下來的硅片也不需要很厚的減薄。切割后的頂層硅晶錠拋光后可以反復(fù)使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種絕緣體上硅材料的制備方法，基于智能圓柱機(jī)械切割[Smart?Cylinder?Mechanic?Cut(SCMC)]，具有材料制備工藝簡單，設(shè)備通用性強(qiáng)，制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明絕緣體上硅材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：選用初始襯底硅片；?

步驟二：在所述初始襯底硅片上涂抹介電質(zhì)層溶劑；

步驟三：將所述初始襯底硅片置于高溫下蒸餾所述介電質(zhì)層溶劑，在所述初始襯底硅片表面固化得到二氧化硅層；

步驟四：使用高溫退火將所述初始襯底硅片通過二氧化硅層與頂層硅晶錠緊密鍵合，形成絕緣體上硅材料。

本發(fā)明進(jìn)一步地包括以下步驟：

步驟五：將所述絕緣體上硅材料上的頂層硅晶錠進(jìn)行定向切割，得到絕緣體上硅片；

步驟六：將絕緣體上硅片與所述剩余的頂層硅晶錠進(jìn)行表面拋光處理。

本發(fā)明中，所述初始襯底硅片為標(biāo)準(zhǔn)單晶硅片或多晶硅片，晶圓厚度符合固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。

本發(fā)明中，所述介電質(zhì)層溶劑溶劑中包含二氧化硅。

本發(fā)明中，所述步驟二中通過旋涂玻璃或化學(xué)氣相沉積將所述介電質(zhì)層溶劑溶劑涂抹在所述初始襯底硅片上。

本發(fā)明中，所述步驟三中蒸餾的溫度為200-400°C。

本發(fā)明中，所述步驟四中，高溫退火的溫度為300-600°C。

本發(fā)明中，所述頂層硅晶錠為表面經(jīng)過拋光的圓柱形頂層硅晶錠。

本發(fā)明中，所述步驟五中使用X射線晶體定向儀進(jìn)行定向切割。