[發明專利]一種制備具有超厚埋層氧化層SOI硅片的方法

有效

• 申請號: 201610036630.3
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN106992141B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 范美華;石文;毛儉
• 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

本發明公開了一種制備具有超厚埋層氧化層SOI硅片的方法，屬于半導體材料制備技術領域。該方法通過對單晶硅片依次進行埋層氧化層的制備、氫離子注入、鍵合和裂片工藝制備獲得具有超厚埋層氧化層SOI硅片，其中：所述埋層氧化層的厚度為2?5μm，該埋層氧化層的制備過程為熱氧化工藝、CVD工藝和熱氧化工藝。本發明方法不僅能夠制備超厚埋層氧化層(2μm?5μm)，還可以獲得具有較好的表面致密性和界面狀態的SOI硅片鍵合界面。

技術領域

本發明涉及半導體材料制備技術領域，具體涉及一種制備具有超厚埋層氧化層SOI硅片的方法。

背景技術

SOI(Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅)技術是在頂層硅和硅襯底間用二氧化硅薄膜(埋層氧化層)進行隔離，從而能更有效地消除各種體寄生效應，大大提高CMOS器件的性能。采用SOI材料制成的集成電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡單、短溝道效應小及特別適用于低壓低功耗電路等優勢，因此可以說SOI將有可能成為深亞微米的低壓、低功耗集成電路的主流技術。

具有基體晶片、埋氧化層及器件層這樣的結構的SOI晶片，通常多半通過貼合法來制造。該貼合方法是在兩片硅晶片中的至少一方的表面，形成硅氧化膜后，隔著該氧化膜來密接兩片晶片，并結合熱處理來提高結合力，隨后，鏡面研磨其中一方的晶片，或通過離子注入剝離法進行薄膜化，來獲得SOI晶片。因為構成基體晶片或器件層的硅晶片、與構成埋氧化層的硅氧化膜的熱膨脹率的差異達到1位數以上，若隔著氧化膜將兩片晶片重疊而施加結合熱處理時，基體晶片及接合晶片分別會蓄積因為與埋氧化層的熱膨脹率的差異所引起的殘留應力。此時，基體晶片與接合晶片上的氧化膜的厚度若相同時，該貼合晶片因為殘留應力能夠取得平沖，不會產生顯著的翹曲。但是，隨后若將接合晶片薄膜化而形成SOI層時，所制造的SOI晶片，因應力差會導致SOI層的表面側翹曲。若將此種翹曲的SOI晶片使用于元件工藝時，會因產生曝光不良或吸附不良而使元件制造的產率變差，晶片制造廠商是通過各式各樣的手法來開發用于降低SOI晶片的翹曲的制造方法。

目前，SOI制備過程中，埋層氧化層一般采用熱氧化工藝或CVD工藝(化學氣相沉積)來制備。使用現有熱氧化工藝制備二氧化硅層，建議厚度為0.005μm-2μm，而有些高溫、高頻、大功率、高電壓光電子及抗輻照的器件以及MEMC技術領域中需要具有超厚氧化層作為隔離層的SOI襯底，這種超厚的氧化層指的是2μm-10μm或以上厚度的氧化層，采用熱氧化的方式制造這種埋氧化層較厚的SOI晶片時，因為經過超長時間的高溫，從而造成SOI晶片翹曲嚴重。而CVD工藝制備這種超厚埋層氧化層則可避免這種現象產生，但使用CVD化學氣相沉積的方法生長二氧化硅層表面粗糙不夠致密，膜厚均勻性較差。

發明內容

為了克服現有熱氧化工藝和CVD工藝制備超厚埋層氧化層SOI片的存在的不足之處，本發明的目的是提供一種制備具有超厚埋層氧化層SOI硅片的方法，本發明方法不僅能夠制備超厚埋層氧化層(2μm-5μm)，還可以獲得具有較好的表面致密性和界面狀態的SOI硅片鍵合界面。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種制備具有超厚埋層氧化層SOI硅片的方法，該方法通過對單晶硅片依次進行埋層氧化層的制備、氫離子注入、鍵合和裂片工藝制備獲得具有超厚埋層氧化層SOI硅片，其中：所述埋層氧化層的厚度為2-5μm，該埋層氧化層的制備過程為熱氧化工藝、CVD工藝和熱氧化工藝；所述埋層氧化層的制備過程包括如下步驟：

(1)將襯底單晶硅片裝入密封反應室中，反應室升溫至950℃-1100℃；

(2)采用熱氧化工藝在硅片表面制備SiO₂界面層，氧化氣氛為氧氣，即干氧氧化，干氧氧化是以干燥純凈的氧氣作為氧化氣氛，在高溫下氧直接與硅反應生成二氧化硅；

(3)采用熱氧化工藝對步驟(2)制備的SiO₂界面層繼續進行氧化處理，氧化氣氛為氧氣和氫氣；