[發明專利]SOI和體硅混合晶圓結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201610092270.9
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN107039459A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 李冰
• 申請（專利權）人: 上海硅通半導體技術有限公司
• 主分類號: H01L27/12
• 分類號: H01L27/12;H01L21/762;H01L21/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及集成光學和微電子學技術，尤其是SOI和體硅混合晶圓結構及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著硅基集成光學發展，絕緣體上硅(SOI)材料以其良好的導波性能在導波光學器件和光電子器件方面獲得了越來越廣泛的應用，光路電路單片集成已成為必然趨勢。而硅基微電子代工廠加工電路的絕大部分成熟工藝是基于體硅襯底的，重新開發基于SOI襯底的工藝又需要一定的開發周期。因此開發SOI和體硅混合晶圓襯底以作為光路電路單片集成芯片的襯底，即可以滿足光路電路單片集成中的光路部分對SOI晶圓襯底的需要，也可以滿足其電路部分對體硅襯底的需要，使已有的光路器件和已有的集成電路工藝流程可以分開進行，最終實現光路電路單片集成成為可能。

目前，已經存在一種較復雜的混合晶圓襯底制備方法(參考文獻『US8877600 B2』)，需要通過選擇性外延工藝(SEG)生長出體硅層，并需要對體硅結構與SOI結構之間的多晶硅區域進行刻蝕，形成圖22所示的結構。除了復雜SEG工藝的要求外，已存方法的缺點還在于缺乏有效的平坦化和最終SOI頂硅層厚度的控制方法。

本發明通過對硅基微電子代工廠加工工藝的分析，以及實際的技術開發，提出了容易實現并且加工精度可控的基于平坦化工藝的混合晶圓制備方法。關于本發明中要求受保護的實施例的簡要說明在下文中陳述，但不作為對本發明范圍的限制。已簡要概括的本發明的實施例的其他細節，和/或本發明的其他實施例將在下文中“具體實施方式”中得到陳述。

發明內容

本發明的目的在于提供一種SOI結構和體硅結構共襯底的混合晶圓制備方法，能夠使光器件和集成電路單片集成的工藝流程標準化，充分利用硅基微電子代工廠已有的集成電路工藝流程，加速在商用CMOS代工廠進 行光電集成芯片制備的進程。

本發明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提供SOI和體硅混合晶圓的制備方法，主要包括如下步驟：S1：在待加工的SOI晶圓表面沉積一層掩膜層；S2：去除掩膜層、頂硅層和埋氧層的一部分，形成一個露出體硅襯底的窗口；S3：進行常規硅外延生長，在窗口內生長單晶硅層，在掩膜層上生長多晶硅層或者不生長(取決于采用的外延的方法)；S4：如果需要，采用平坦化方法去除掩膜層上的多晶硅層，并使在窗口內生長的單晶硅層的上表面與掩膜層的的上表面共面；S5：剝離掩膜層至露出SOI晶圓頂硅層的上表面；并再次采用平坦化方法進行表面處理，使窗口內單晶硅上表面和SOI晶圓頂硅層上表面共面，得到本發明公開的混合晶圓。

上述工藝制備步驟，如果完整實施，將得到圖3所示的SOI和體硅混合晶圓結構。如果將S5步驟省去，則得到圖8所示的混合晶圓結構。

上述的SOI和體硅混合晶圓制備方法，其中，S4平坦化步驟可采用化學機械研磨平坦化工藝和光刻膠刻蝕平坦化工藝。如采用光刻膠刻蝕平坦化工藝，即用光刻膠覆蓋待平坦化晶圓表面，再進行整張晶圓的刻蝕，光刻膠和硅之間的刻蝕選擇比為0.8∶1到1∶1.2。

上述的SOI和體硅混合晶圓制備方法，其中，所述窗口內生長的單晶硅的上表面比所述掩膜層上表面高。

上述的SOI和體硅混合晶圓制備方法，其中，所述窗口內生長的單晶硅的上表面比所述起始SOI晶圓的頂硅層上表面高，并且低于掩膜層上表面。

上述的SOI和體硅混合晶圓制備方法，其中，在剝離掩膜層后所實施的平坦化工藝，包括使用氫離子注入和剝離氫離子注入層之上的硅層的步驟。

另SOI和體硅混合晶圓結構的制備方法：S1：在待加工的絕緣體上硅晶圓表面沉積一層掩膜層；S2：去除掩膜層、頂硅層和埋氧層的一部分，形成一個露出體硅襯底的窗口；S3：在形成窗口后的晶圓上沉積隔離介質層，之后進行針對所述隔離介質層的單方向刻蝕直至硅表面，使得剩余隔離介質僅存在于所述窗口側壁；S4：進行選擇性硅外延生長，在所述窗口內生長單晶硅層；S5：采用平坦化方法至掩膜層；S6：剝離掩膜層至露出SOI晶圓頂硅層的上表面；并再次采用平坦化工藝進行表面處理，使所述窗口內單晶硅上表面和SOI晶圓頂層 硅上表面共面。

上述的SOI和體硅混合晶圓制備方法，其中，所述窗口內外延生長所形成的單晶硅上表面高于掩膜層上表面。

上述的SOI和體硅混合晶圓制備方法，其中，所述窗口內外延生長所形成的單晶硅上表面高于所述起始SOI晶圓頂硅層的上表面，并且低于掩膜層上表面。