本(ben)發(fa)明(ming)涉(she)及(ji)(ji)半導體工(gong)藝，尤其涉(she)及(ji)(ji)一(yi)種(zhong)soi襯底的制(zhi)備(bei)(bei)方(fang)法及(ji)(ji)制(zhi)備(bei)(bei)得到的soi襯底。

背景技術：

1、soi全稱為silicon-on-insulator，即絕緣襯底上(shang)的(de)硅(gui)，該技(ji)術(shu)通過在頂層(ceng)硅(gui)和(he)背襯底之間引入(ru)了一(yi)層(ceng)埋氧化層(ceng)，可(ke)使上(shang)下(xia)兩層(ceng)硅(gui)層(ceng)之間實(shi)現介質隔離，將寄生(sheng)電(dian)(dian)容降低一(yi)倍。因此(ci)(ci)采用soi襯底制成的(de)集成電(dian)(dian)路還具有寄生(sheng)電(dian)(dian)容小(xiao)、集成密(mi)度高、速(su)度快、工藝(yi)簡單(dan)、短溝道效應小(xiao)及(ji)特別適用于低壓低功耗電(dian)(dian)路等(deng)優(you)勢。同時在工藝(yi)上(shang)還可(ke)以省略部分光掩(yan)模(mo)以節省成本，因此(ci)(ci)不論在工藝(yi)上(shang)或是(shi)電(dian)(dian)路上(shang)都有其(qi)優(you)勢。因此(ci)(ci)soi襯底將成為深亞微米的(de)低壓、低功耗集成電(dian)(dian)路的(de)主(zhu)流技(ji)術(shu)。

2、現有soi襯底制備技術主(zhu)要有simbox、simbond、besoi和smart-cut這幾種。

3、simox(separation?by?implanted?oxygen)方法是在(zai)(zai)晶圓暴露(lu)在(zai)(zai)高能(neng)量的離子束中(zhong)，通(tong)過在(zai)(zai)表面(mian)(mian)注(zhu)入氧離子，形成(cheng)一(yi)(yi)個氧化硅(gui)層(ceng)，然后(hou)在(zai)(zai)氧化硅(gui)層(ceng)上再生長一(yi)(yi)層(ceng)硅(gui)膜。這種方法制備的soi材料具有較高的質量和較低的缺陷密(mi)度(du)，但成(cheng)本較高，同時(shi)還可(ke)能(neng)存在(zai)(zai)氧化過程會(hui)對晶體管的性能(neng)產生的影響(xiang)，同時(shi)硅(gui)晶圓表面(mian)(mian)可(ke)能(neng)會(hui)有殘留的氧化物(wu)，需要(yao)進行額外的處理。

4、simbond(simple?bond)技(ji)(ji)術(shu)是一(yi)(yi)種通(tong)過將兩(liang)個(ge)(ge)硅(gui)(gui)晶圓(yuan)(yuan)通(tong)過界面反應(ying)(ying)結(jie)合在一(yi)(yi)起的(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)，其中一(yi)(yi)個(ge)(ge)硅(gui)(gui)晶圓(yuan)(yuan)上(shang)先生長一(yi)(yi)層(ceng)絕緣(yuan)層(ceng)和薄硅(gui)(gui)層(ceng)，然后(hou)(hou)將兩(liang)個(ge)(ge)硅(gui)(gui)晶圓(yuan)(yuan)表面對(dui)接，經過高溫處(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)，兩(liang)個(ge)(ge)硅(gui)(gui)晶圓(yuan)(yuan)之(zhi)間形(xing)(xing)成了一(yi)(yi)個(ge)(ge)可(ke)控(kong)厚度(du)的(de)(de)(de)絕緣(yuan)層(ceng)，然后(hou)(hou)通(tong)過化學機(ji)械拋光(cmp)去除(chu)其中的(de)(de)(de)一(yi)(yi)部分硅(gui)(gui)層(ceng)，形(xing)(xing)成一(yi)(yi)個(ge)(ge)具有絕緣(yuan)層(ceng)的(de)(de)(de)soi材料。simbond技(ji)(ji)術(shu)制造(zao)過程更加簡單，但(dan)是需(xu)(xu)要高溫處(chu)理(li)(li)，對(dui)工(gong)藝控(kong)制要求更高，而(er)且制造(zao)成本也較高。simbond技(ji)(ji)術(shu)制造(zao)過程中需(xu)(xu)要使用高溫處(chu)理(li)(li)，而(er)且需(xu)(xu)要兩(liang)個(ge)(ge)硅(gui)(gui)晶圓(yuan)(yuan)進行反應(ying)(ying)結(jie)合，因此生產能力有限，無法滿(man)足大規模生產的(de)(de)(de)需(xu)(xu)求。

5、besoi(bond?and?etchback?soi)則是將(jiang)兩(liang)個(ge)(ge)硅晶(jing)圓(yuan)(yuan)通(tong)過界面(mian)反應結合在(zai)一(yi)起，其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)(ge)硅晶(jing)圓(yuan)(yuan)上先生長一(yi)層(ceng)絕(jue)緣層(ceng)和(he)薄(bo)硅層(ceng)，然后將(jiang)兩(liang)個(ge)(ge)硅晶(jing)圓(yuan)(yuan)表面(mian)對(dui)接，通(tong)過化學(xue)腐(fu)蝕(shi)(shi)或(huo)(huo)機械研磨等(deng)方(fang)法(fa)去除原始硅晶(jing)圓(yuan)(yuan)的(de)(de)大部(bu)分硅層(ceng)，留下(xia)了一(yi)個(ge)(ge)薄(bo)的(de)(de)硅層(ceng)和(he)一(yi)個(ge)(ge)絕(jue)緣層(ceng)，形成soi結構。雖然besoi(bond?and?etchback?soi)技術與(yu)傳統的(de)(de)soi技術相(xiang)比有很多優(you)點，如更低的(de)(de)晶(jing)體管漏電、更快的(de)(de)開(kai)關速度和(he)更好的(de)(de)抗輻射性能等(deng)，但(dan)besoi技術制(zhi)造過程中(zhong)需要進行兩(liang)次(ci)晶(jing)圓(yuan)(yuan)結合和(he)化學(xue)腐(fu)蝕(shi)(shi)或(huo)(huo)機械研磨，因(yin)此其(qi)工藝過程復雜(za)，對(dui)制(zhi)造成本較高(gao)。

6、smart-cut則是通過離子(zi)注入的(de)方(fang)法，在一塊(kuai)硅(gui)晶圓(yuan)上(shang)注入離子(zi)，形成一個離子(zi)激活(huo)層，使得(de)晶圓(yuan)上(shang)的(de)硅(gui)層分離，并留下一個平滑的(de)氧化硅(gui)表(biao)面(mian)，然后將其與(yu)另(ling)一塊(kuai)硅(gui)晶圓(yuan)表(biao)面(mian)對(dui)接。這種方(fang)法制備的(de)soi材(cai)料成本較低，但其表(biao)面(mian)的(de)缺陷密度(du)較高。

7、因(yin)此，上述各種現(xian)有技術在(zai)(zai)制(zhi)造(zao)成本、工藝控制(zhi)、工藝復(fu)雜程度(du)和(he)生產能力(li)等方面存在(zai)(zai)一定的局限性。

技術實現思路

1、本發明的目的是提(ti)供一(yi)種soi襯底(di)的制(zhi)備(bei)(bei)方法及制(zhi)備(bei)(bei)得(de)到(dao)的soi襯底(di)，該(gai)方法工藝步驟(zou)少，設備(bei)(bei)要求簡單，工藝過程穩(wen)定可靠，適合(he)大(da)規模量產。

2、為此，第一方面，本發明實施例(li)提供了(le)一種soi襯底的(de)制(zhi)備方法，包括(kuo)：

3、在(zai)第一硅(gui)(gui)襯(chen)底上依次(ci)生長(chang)隔離緩沖層(ceng)、低(di)阻(zu)硅(gui)(gui)釋放層(ceng)、阻(zu)隔層(ceng)和硅(gui)(gui)外延層(ceng)；

4、在(zai)第二(er)硅(gui)(gui)襯底上生長二(er)氧化硅(gui)(gui)層；

5、將所(suo)(suo)述硅(gui)外延層與(yu)所(suo)(suo)述二(er)氧化(hua)硅(gui)層鍵(jian)合在(zai)一起，得到(dao)鍵(jian)合圓片；

6、將所(suo)述(shu)鍵合圓片(pian)進(jin)行(xing)電化學腐蝕(shi)，通(tong)過所(suo)述(shu)電化學腐蝕(shi)去除所(suo)述(shu)低(di)阻(zu)硅(gui)釋放層(ceng)，使得所(suo)述(shu)第一硅(gui)襯底及所(suo)述(shu)隔離(li)緩沖層(ceng)由(you)所(suo)述(shu)鍵合圓片(pian)上剝離(li)，得到(dao)soi基片(pian)；

7、通(tong)過化(hua)學機械拋光去除所述(shu)soi基(ji)片上的所述(shu)阻隔(ge)層(ceng)，并對去除所述(shu)阻隔(ge)層(ceng)后暴露出的硅外(wai)延層(ceng)進(jin)行化(hua)學機械拋光cmp，得到(dao)所述(shu)soi襯底。

8、優選的(de)，所述隔離緩沖層為硅材(cai)料或鍺硅材(cai)料，厚度(du)為100-5000nm。

9、進(jin)一步(bu)優選(xuan)的，所述隔離緩沖層(ceng)為鍺(zang)硅材料。

10、優選的，所述(shu)低(di)阻硅(gui)釋放層為(wei)重摻(chan)單晶硅(gui)外延層，厚度(du)為(wei)500-5000nm，摻(chan)雜(za)類型為(wei)n型或p型，摻(chan)雜(za)濃度(du)為(wei)5×1018-1×1020cm-3。

11、優選的，所述阻隔層為(wei)硅材(cai)料或鍺硅材(cai)料，厚度(du)為(wei)50-2000nm。

12、進一步優選的，所述阻(zu)隔層(ceng)為鍺硅材料。

13、優(you)選(xuan)的(de)，所述外(wai)延層(ceng)為(wei)(wei)單晶硅，厚度為(wei)(wei)300-10000nm，摻雜類型為(wei)(wei)n型或p型，摻雜濃度為(wei)(wei)1×1015-1×1018cm-3。

14、優(you)選的(de)，所(suo)述(shu)二氧化(hua)硅層厚度為50-1000nm。

15、優選的(de)，所述電化(hua)學腐蝕(shi)采(cai)用硅腐蝕(shi)溶液進行(xing)，包括氫(qing)氧(yang)(yang)化(hua)鉀、氫(qing)氧(yang)(yang)化(hua)鈉、氨(an)水或四甲(jia)基(ji)氫(qing)氧(yang)(yang)化(hua)銨tmah中的(de)任一種(zhong)。

16、第二(er)方面，本(ben)發(fa)明實施例提供了(le)一種(zhong)上述第一方面所述的制(zhi)備方法制(zhi)備得(de)到的soi襯(chen)底。

17、本發(fa)明實施(shi)例提供的soi襯(chen)(chen)底(di)的制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)方法(fa)，通過(guo)在(zai)第(di)一硅(gui)襯(chen)(chen)底(di)上依次生長隔離緩(huan)沖(chong)層(ceng)、低阻硅(gui)釋(shi)放層(ceng)、阻隔層(ceng)和硅(gui)外(wai)(wai)延層(ceng)，在(zai)第(di)二(er)硅(gui)襯(chen)(chen)底(di)上生長二(er)氧化(hua)硅(gui)層(ceng)，然后進行鍵(jian)合，并通過(guo)電化(hua)學腐蝕去除所述(shu)低阻硅(gui)釋(shi)放層(ceng)使得第(di)一硅(gui)襯(chen)(chen)底(di)及隔離緩(huan)沖(chong)層(ceng)由鍵(jian)合圓片上剝(bo)離，得到soi基(ji)片。制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)過(guo)程中，硅(gui)外(wai)(wai)延層(ceng)為同質外(wai)(wai)延層(ceng)，位錯密度極低，且生長厚(hou)度可根據不同半導體器件(jian)的要(yao)(yao)求按需調整，降低cmp的拋光成本該方法(fa)工藝步(bu)驟少，設備(bei)(bei)要(yao)(yao)求簡單，工藝過(guo)程穩(wen)定可靠，制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)成本低，適合大(da)規模(mo)量產。制(zhi)(zhi)程中剝(bo)離下來(lai)的第(di)一硅(gui)襯(chen)(chen)底(di)還可以回收繼續使用，降低成本。

技術特征：

1.一種soi襯(chen)底的制備方法，其特征在于(yu)，所述制備方法包括：

2.根據權利要求1所(suo)述(shu)的(de)制備方法，其(qi)特征在于，所(suo)述(shu)隔離緩沖(chong)層(ceng)為硅材料或鍺(zang)硅材料，厚度為100-5000nm。

3.根據權利(li)要求2所(suo)述(shu)的制(zhi)備方法，其特征在于，所(suo)述(shu)隔離緩沖(chong)層為鍺硅材(cai)料。

4.根據權(quan)利要(yao)求1所述的(de)制備(bei)方法，其特征在于(yu)，所述低阻硅(gui)釋放層為(wei)重(zhong)摻(chan)單晶(jing)硅(gui)外延層，厚度為(wei)500-5000nm，摻(chan)雜(za)類型為(wei)n型或p型，摻(chan)雜(za)濃度為(wei)5×1018-1×1020cm-3。

5.根據權利要求1所(suo)述(shu)的制備方法，其特征在(zai)于，所(suo)述(shu)阻隔(ge)層為(wei)硅(gui)材料或(huo)鍺硅(gui)材料，厚度為(wei)50-2000nm。

6.根據權利要求5所(suo)述的制(zhi)備方法，其(qi)特征在于，所(suo)述阻隔層為鍺硅材料。

7.根(gen)據權利(li)要求1所(suo)述的制備方法，其特征在于，所(suo)述外延層為單晶硅，厚度為300-10000nm，摻(chan)雜(za)類型為n型或p型，摻(chan)雜(za)濃度為1×1015-1×1018cm-3。

8.根據(ju)權利要(yao)求1所(suo)述的制(zhi)備(bei)方法，其特(te)征在于，所(suo)述二氧化硅層厚度為50-1000nm。

9.根據權利(li)要求(qiu)1所(suo)述(shu)的(de)制備方法(fa)，其特征在于(yu)，所(suo)述(shu)電(dian)化(hua)學(xue)腐(fu)蝕采用硅腐(fu)蝕溶液進行(xing)，包括氫氧化(hua)鉀、氫氧化(hua)鈉、氨水(shui)或(huo)四甲基氫氧化(hua)銨tmah中的(de)任一種。

10.一種上述權利要求1-9任一制備(bei)方法制備(bei)得到的soi襯底。

技術總結
本發明實施例涉及一種SOI襯底的制備方法及制備得到的SOI襯底。制備方法包括：在第一硅襯底上依次生長隔離緩沖層、低阻硅釋放層、阻隔層和硅外延層；在第二硅襯底上生長二氧化硅層；將所述硅外延層與所述二氧化硅層鍵合在一起，得到鍵合圓片；將所述鍵合圓片進行電化學腐蝕，通過所述電化學腐蝕去除所述低阻硅釋放層，使得所述第一硅襯底及所述隔離緩沖層由所述鍵合圓片上剝離，得到SOI基片；通過化學機械拋光去除所述SOI基片上的所述阻隔層，并對去除所述阻隔層后暴露出的硅外延層進行化學機械拋光CMP，得到所述SOI襯底。

技術研發人員：陳弘,李云,張宇超,賈海強,王文新
受保護的技術使用者：長三角物理研究中心有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19