[發明專利]一種SOI硅片的制備方法

有效

• 申請號: 201210257908.1
• 申請日: 2012-07-24
• 公開（公告）號: CN102832160A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 何自強;柳清超;李捷
• 申請（專利權）人: 沈陽硅基科技有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及SOI晶圓的制備技術領域，具體涉及一種改善了SOI層的微粗糙度和平坦度（最大厚度和最小厚度的差）的一種SOI硅片的制備方法。?

背景技術

絕緣層硅SOI（Silicon?On?Insulator），即絕緣體上的硅，是一種在常規的單晶硅硅片內埋置一層起絕緣作用的二氧化硅而形成的新型半導體硅材料。SOI材料有以下突出優點：低功耗；低開啟電壓；高速；與現有集成電路完全兼容且減少工藝程序；耐高溫；抗輻射從而減少軟件誤差。這些優點使得SOI技術在絕大多數硅基集成電路方面具有極其廣泛的應用背景，受到了世界各大集成電路制造商和各國政府的高度重視，被公認為“21世紀的硅基集成電路技術”。?

作為SOI晶圓制造方法，TM-SOI是一種基于離子注入剝離法（smart-cut法）的SOI技術，“TM-SOI智能切割法”在中國申報了發明專利，申請號200310123080.1，并獲得中國專利局發明專利授權。此方法基本描述如下：在兩個硅片之中，至少在其中一方形成氧化膜，并在其中一方的硅片上面注入氫離子或稀有氣體離子，從而在該硅片內部形成微小氣泡層（離子注入層）后，使該以注入離子的面隔著氧化膜貼合另一方硅片，接著加以退火，使貼合面牢固，然后加以微波熱處理，以微小氣泡層作為劈開面，將其中一方的晶圓薄膜狀地剝離，形成SOI。?

應用此方法，劈開面（剝離面）是良好的鏡面，也比較容易得到頂層的膜厚均勻性高的SOI硅片。但是，在用離子注入剝離法來制作SOI硅片的情況下，在剝離后的SOI硅片表面，存在因離子注入而造成的損傷層，且表面粗糙現象會變得比通常的硅片的鏡面大，因此，當利用離子注入剝離法時，需要去除此種損傷層、表面粗糙現象。?

此外為了除去此損傷層，常進行被稱為接觸拋光（touch?polishing）的機械拋光，但由于拋光的去除量不均勻，會產生利用氫離子注入、微波裂片而形成的SOI層的膜厚均勻性惡化的問題。?

所以，在微波裂片后，為除去損傷層，減小粗糙度，同時，基于用離子注入剝離法制作SOI硅片表面不同于普通SOI硅片的表面特征，因此，需要探尋新的工藝方法及優化的工藝參數對剝離面進行處理，以獲得具備極高平坦度、極小表面粗糙度值的硅片表面。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種SOI硅片的制備方法，應用該方法不但能夠去除利用熱微波切割法（TM-SOI）制備的SOI（Silicon?On?Insulator）層表面的損傷層、表面粗糙現象，同時能夠獲得極高表面平坦度的SOI硅片。?

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：?

一種SOI硅片的制備方法，該方法針對利用熱微波切割法（TM-SOI）獲得的SOI（Silicon?On?Insulator）硅片，采用HCl化學刻蝕去除SOI損傷層和減小粗糙度，獲得高質量的SOI硅片；具體包括如下步驟：?

1）將SOI硅片裝入密封反應室；?

2）反應室中通入氫氣（氫氣流速30~100升/分鐘），1000～1200℃下加熱10~60秒以除去硅片表面氧化層；相關反應式為：2H₂+SiO₂—>Si+2H₂O；?

3）經步驟2）處理的硅片置于無水HCl氣氛中刻蝕其表面的硅層；其中，刻蝕溫度800~1200℃，刻蝕時間5~120秒；相關反應式為：?

4HCl+Si——>SiCl₄+2H₂；?

3HCl+Si——>SiHCl₃+H₂；?

2HCl+Si——>SiCl₂+H₂；?

4）反應室中通入氫氣，除去反應室中的雜質及殘余HCl后，自然冷卻至室溫；?

5）反應室中通入氮氣，除去其中的氫氣后取出硅片。?

上述步驟3）中無水HCl氣體的純度>99.999％；無水HCl氣體（流速0.3~20?升/分鐘）。?

經上述方法處理后硅片表面腐蝕掉50nm~500nm的薄層。?