[發明專利]一種SOI硅片的制備方法

在審

• 申請號: 201610016120.X
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN106960811A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 李捷;柳清超;劉洋
• 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SOI硅片的制備方法，適用于對離子注入后的鍵合硅片進行裂片處理。

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”。

目前SOI晶圓的主流制造方法均是基于離子注入剝離法(smart-cut法)的SOI技術，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，然后加以剝離處理，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。

而目前的剝離技術，主要有兩種：一是離子注入剝離法(smart-cut法)，即在兩片硅片結合后，通過熱處理，將離子注入層做為邊界剝離。二是熱微波切割法(TM-SOI)，即在兩片硅片結合后，通過熱微波處理，將離子注入層做為邊界剝離。

這兩種方法，都是以離子注入層做為邊界剝離。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。

雖然這種損傷層，可以利用拋光(polish)去除，但由于拋光的去除量不均勻，會產生SOI層的膜厚均勻性惡化的問題。同時增加了拋光工藝，也相應增加了產品的風險和成本。

所以，在兩片硅片結合后，為了去除硅片剝離后形成的損傷層，減小粗糙度，同時，簡化工藝，降低成本，因此，需要探尋新的剝離工藝方法，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克服利用離子注入剝離法(smart-cut法)或者熱微波切割法(TM-SOI)剝離的SOI(Silicon On Insulator)層表面的損傷、表面粗糙現象，同時可以在SOI剝離后不采取任何額外處理就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，該方法是針對已注入氫離子的鍵合硅片，對其采用超低溫剝離技術進行處理，從而獲得高質量的SOI硅片。該方法具體包括如下步驟：

(1)將注入氫離子的鍵合硅片裝入冷阱中；

(2)鍵合硅片在-100℃～-500℃條件下進行30～600秒的超低溫處理；

(3)將超低溫處理后的鍵合硅片轉移到常溫反應室，通入溫度為20～100℃的氮氣，10～300秒后硅片剝離開，清洗后獲得SOI硅片。

所述注入氫離子的鍵合硅片是指利用智能剝離技術(smart-cut技術)獲得的鍵合硅片。

步驟(3)中，所述清洗過程為依次進行的SC1、SC2清洗。

本發明具有如下有益效果：

1、本發明針對利用離子注入法制備的SOI(Silicon On Insulator)鍵合硅片，利用超低溫裂片，相比于之前的高溫裂片和微波裂片，沒有了拋光這一步工序，節約了成本和時間，大幅度提高了生產效率。

2、由于本發明是針對利用離子注入法制備的SOI鍵合硅片進行超低溫裂片，有廣泛的適應性。

3、本發明方法中硅片不與拋光液等過多化學品接觸，降低了硅片的受污染的風險，降低了硅片表面的金屬離子濃度。

附圖說明

圖1為利用超低溫剝離法獲得SOI硅片工藝流程示意圖；圖中：(a)為通過離子注入法在原始硅晶圓片上形成薄膜層和余質層；(b)為將原始硅晶圓片與目標硅晶圓片鍵合形成鍵合結構體；(c)為對鍵合結構體施以超低溫處理；(d)為將超低溫處理的硅片通熱氮氣，薄膜層即轉移到目標硅晶圓片上，實現薄膜剝離。

圖2為將剝離的薄膜表面進行SC1、SC2清洗，形成潔凈的頂層硅。