一种SOI晶圆的表面处理方法技术

本发明专利技术提供一种SOI晶圆的表面处理方法，包括以下步骤：提供一SOI晶圆，SOI晶圆包括背衬底、顶层硅和绝缘埋层，绝缘埋层位于背衬底和顶层硅之间，顶层硅的表面粗糙度大于在第一目标温度下，通过长时间热退火工艺对顶层硅的表面进行第一次平坦化处理；以及在第二目标温度下，通过快速热退火工艺对顶层硅的表面进行第二次平坦化处理，以将长时间热退火工艺和快速热退火工艺结合，优化了SOI晶圆，特别是SOI晶圆的表面粗糙度，使得经过上述两个工艺的平坦化处理的SOI晶圆的顶层硅的表面粗糙度满足工艺需求。度满足工艺需求。度满足工艺需求。

【技术实现步骤摘要】
一种SOI晶圆的表面处理方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种SOI晶圆的表面处理方法。

技术介绍

[0002]随着后摩尔时代的持续推进，人们对晶圆，特别是绝缘体上硅(Silicon
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On
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Insulator，SOI)在其结构、厚度均匀性以及表面平坦度等方面提出了更加苛刻的要求。目前，绝缘体上硅已经被人们在微电子、光学以及光电领域广泛应用，相应的，绝缘体上硅在材料方面增加了很多的挑战。绝缘体上硅是在顶层硅和背衬底之间引入至少一层埋氧化层，先进SOI器件要求顶层硅尽可能的薄，该要求直接体现出传统的机械化学抛光(CMP)方法的弊端，即CMP后顶层硅的厚度不均匀，很容易引入额外的表面缺陷。
[0003]为了解决上述问题，通常采用热退火处理取代传统的机械化学抛光方法来平坦化处理顶层硅的表面，热退火处理包括长时间的热退火处理和快速热退火，长时间的热退火处理的优势在于对晶圆长程起伏进行平坦化，而快速热退火的优势在于对晶圆短程起伏进行平坦化。其中，SOI的表面粗糙度对后道器件的影响较大，其是当前主要的评估热退火处理的标准。而SOI的热退火处理通常是在氩气和氢气的混合气氛下进行的，其中，氢气的主要作用是防止氧的存在，以恶化顶层硅表面的颗粒程度，但是由于氢气在高温下对硅表面存在刻蚀这一消极作用。以专利US8389412B2为例，该专利将快速热退火与氧化减薄工艺进行整合，通过快速热退火、氧化减薄处理、快速热退火和氧化减薄处理流程对晶圆进行处理，该工艺可以在一定程度上降低了SOI晶圆的表面粗糙度，但是，该工艺受制于晶圆短程起伏的有限性，使得SOI晶圆的表面粗糙度无法满足目前的工艺需求。另外，虽然氧化减薄处理对表面粗糙度有改善，但是由于已经进行了一次热处理，这就使得其所起的效果微乎其微。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种SOI晶圆的表面处理方法，可以消除平坦化处理时氢气对SOI晶圆的消极作用，还可以优化晶圆的表面粗糙度。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供一种SOI晶圆的表面处理方法，包括以下步骤：
[0006]提供一SOI晶圆，所述SOI晶圆包括背衬底、顶层硅和绝缘埋层，所述绝缘埋层位于所述背衬底和顶层硅之间，且所述顶层硅的表面粗糙度大于
[0007]在第一目标温度下，通过长时间热退火工艺对所述顶层硅的表面进行第一次平坦化处理；以及
[0008]在第二目标温度下，通过快速热退火工艺对所述顶层硅的表面进行第二次平坦化处理。
[0009]可选的，在所述长时间热退火工艺包括：
[0010]将所述SOI晶圆装载进入垂直炉管中，装载气氛为纯氩气气氛；以及
[0011]开始升温，同时将气氛切换为氩气和氢气的混合气氛；
[0012]升温至第一目标温度时，通过长时间热退火工艺对所述顶层硅的表面进行第一次平坦化处理，所述长时间热退火工艺的气氛为氩气和氢气的混合气氛或纯氩气气氛。
[0013]进一步的，装载温度为500℃～800℃；
[0014]在所述升温过程中，升温速率为0.5℃/min～20℃/min；以及
[0015]所述长时间热退火工艺的温度为1050℃～1250℃，退火时间为1min～120min。
[0016]进一步的，装载温度为650℃；
[0017]在所述升温过程中，升温速率为5℃/min～10℃/min；以及
[0018]所述长时间热退火工艺的温度为1100℃～1200℃，退火时间为30min～60min。
[0019]可选的，所述快速热退火工艺包括：
[0020]将SOI晶圆装载进入快速热退火反应腔中，并开始快速升温，升温气氛为氩气和氢气的混合气氛；以及
[0021]升温至第二目标温度时，通过快速热退火工艺对所述顶层硅的表面进行第二次平坦化处理，所述快速热退火工艺的气氛为氩气和氢气的混合气氛或纯氩气气氛。
[0022]可选的，所述快速热退火工艺的反应腔室气压可以为低压或常压，压力范围为1mbar
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1010mbar；所述快速热退火工艺的温度为1100℃～1300℃，退火时间为1s～120s。
[0023]进一步的，所述快速热退火工艺的温度为1150℃～1250℃，退火时间为10s～60s。
[0024]可选的，所述混合气氛中氢气的占比小于10％。
[0025]进一步的，所述混合气氛中氢气的占比小于3％。
[0026]可选的，在所述快速热退火工艺之后还包括：
[0027]通过热氧化工艺在所述顶层硅上生长一层氧化硅膜层；以及
[0028]经过湿法刻蚀工艺去除所述氧化硅膜层。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本专利技术提供一种SOI晶圆的表面处理方法，包括以下步骤：提供一SOI晶圆，所述SOI晶圆包括背衬底、顶层硅和绝缘埋层，所述绝缘埋层位于所述背衬底和顶层硅之间，且所述顶层硅的表面粗糙度大于在第一目标温度下，通过长时间热退火工艺对所述顶层硅的表面进行第一次平坦化处理；以及在第二目标温度下，通过快速热退火工艺对所述顶层硅的表面进行第二次平坦化处理。本专利技术通过将长时间热退火工艺和快速热退火工艺结合，优化了SOI晶圆，特别是SOI晶圆的表面粗糙度，使得经过上述两个工艺的平坦化处理的SOI晶圆的顶层硅的表面粗糙度满足工艺需求。
[0031]另外，经过将长时间热退火工艺、快速热退火工艺和热氧化工艺的结合进一步的优化了SOI晶圆，特别是SOI晶圆的表面粗糙度，使得经过上述两个工艺的平坦化处理的SOI晶圆的顶层硅的表面粗糙度满足工艺需求，还优化了工艺流程，节省了流程时间成本。
附图说明
[0032]图1是本专利技术一实施例的一种SOI晶圆的表面处理方法的流程示意图；
[0033]图2a
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2d是本专利技术一实施例的SOI晶圆的表面处理过程中顶层硅表面AFM 10μm*10μm非接触式扫面图。
具体实施方式
[0034]以下将对本专利技术的一种SOI晶圆的表面处理方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本专利技术进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。
[0035]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本专利技术由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0036]为使本专利技术的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SOI晶圆的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一SOI晶圆，所述SOI晶圆包括背衬底、顶层硅和绝缘埋层，所述绝缘埋层位于所述背衬底和顶层硅之间，且所述顶层硅的表面粗糙度大于在第一目标温度下，通过长时间热退火工艺对所述顶层硅的表面进行第一次平坦化处理；以及在第二目标温度下，通过快速热退火工艺对所述顶层硅的表面进行第二次平坦化处理。2.如权利要求1所述的SOI晶圆的表面处理方法，其特征在于，在所述长时间热退火工艺包括：将所述SOI晶圆装载进入垂直炉管中，装载气氛为纯氩气气氛；以及开始升温，同时将气氛切换为氩气和氢气的混合气氛；升温至第一目标温度时，通过长时间热退火工艺对所述顶层硅的表面进行第一次平坦化处理，所述长时间热退火工艺的气氛为氩气和氢气的混合气氛或纯氩气气氛。3.如权利要求2所述的SOI晶圆的表面处理方法，其特征在于，装载温度为500℃～800℃；在所述升温过程中，升温速率为0.5℃/min～20℃/min；以及所述长时间热退火工艺的温度为1050℃～1250℃，退火时间为1min～120min。4.如权利要求3所述的SOI晶圆的表面处理方法，其特征在于，装载温度为650℃；在所述升温过程中，升温速率为5℃/min～10℃/min；以及所述长时间热退火工艺的温度为1100℃～1200℃，退火时...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏星，戴荣旺，汪子文，李名浩，陈猛，徐洪涛，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：