一种绝缘体上硅的制作方法技术

本发明专利技术涉及一种离子注入和键合工艺相结合制备绝缘体上的硅圆片的方法，特征在于先采用离子注入方法形成一腐蚀阻挡层，然后将器件片和支撑片键合在一起，并结合键合减薄的方法，减薄器件片反面到一定厚度，再把器件片中的离子注入层作为腐蚀的自停止层，利用化学腐蚀剩余的器件片厚度到腐蚀自停止层；最后对剩余的硅层进行精细抛光，形成一种ＳＯＩ产品。采用该工艺制造的ＳＯＩ圆片，埋层的厚度可以在很大的范围内自由调节，且作为自停止层的离子注入层可以精确控制顶层硅的厚度和均匀性，从而提高了顶层硅的厚度均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更确切地说是涉及一种离子注入结合键合减薄的工艺，制备绝缘体上的硅。属于微电子与固体电子学、硅基集成光电子器件材料的一种制造工艺。
技术介绍
绝缘体上的硅即SOI(Silicon-on-insulator)电路具有高速，低功率，抗辐照等优点，在航空航天，军工电子，便携式通讯等方面具有重要的应用背景，被认为是二十一世纪的硅集成电路技术，倍受人们重视(J.P.Colige，Silicon onInsulator Technology，Material to VLSI，Kulwer Academic Publication 1991)。随着汽车电子集成电路、声频功率放大集成电路、照明等的发展，对功率器件的需求越来越广泛，SOI衬底良好的绝缘性能，使其在功率器件领域的应用前景尤其倍受关注。(F.Udrea，D.Garner，K.Sheng，A.Popescu，H.T.Lim andW.I.Milne，SOI Power Devices，Electronics and Communication EngineeringJournal，Feb.2000，p27)注氧隔离即SIMOX技术以及键合减薄技术是目前制备SOI衬底主流技术中的两种。前者通过向单晶硅圆片中注入高剂量氧离子，高温退火后形成隐埋绝缘SiO2(BOX)层，从而形成SOI结构。后者是先将一片热氧化后的硅片和一片光片键合，再背面减薄到所需要的厚度形成SOI结构。SIMOX技术采用的是高能量(20～300keV)、大束流(1017～1018cm-2)的氧离子注入，在硅片中一定深度形成氧的富集区域，再经过高温退火后形成掩埋在硅中的SiO2，即BOX层。这一工艺形成的SOI圆片，受到注入能量和剂量的限制，BOX以及顶层硅的厚度可以调节的范围十分有限，很不灵活。BOX最大厚度很难超过400nm，顶层硅的最大厚度也仅大约为300nm左右。并且SIMOX工艺是利用高温退火，促进氧在硅的内部聚集成核形成BOX层，这就使得BOX的绝缘性能不如热氧化形成的SiO2。这些缺点限制了SIMOX技术在厚埋层(＞400nm)以及厚的顶层硅(＞300nm)方面的应用。键合减薄工艺是将一片表面带有热氧化层的硅片和另一片光片键合，并将硅片背面减薄至需要的厚度。这一工艺生产的SOI圆片，虽然BOX的质量可以得到较好的保证，但是顶层硅的厚度很难得到精确的控制。J.W.Neuner采用等离子辅助化学腐蚀的办法，可以将顶层硅减薄到1μm，平整度控制在±0.1μm的范围内。(J.W.Neuner，A.M.Ledger，S.K.Schilb，andD.P.Mathur，Improved Uniformity in Bonded SOI wafers with Active Layersfrom 1 to 30μm at High Throuthputs，Proceedings 1998 IEEE International SOIConference，Oct.1998，p.169-170)但是要进一步通过研磨或腐蚀的办法减薄顶层硅，达到更小的厚度和平整度，难度就更大了。这些缺点也限制了键合减薄工艺在均匀性要求高的方面的应用。在传统键合减薄工艺的基础上，SOITEC公司引入Unibond技术。这种技术的关键步骤之一是通过氢离子注入工艺形成气泡层(Bubble Layer)，该层在后续的退火工艺中自动裂开(Split)，从而利用裂开层较为精确的控制了抛光前的SOI层均匀性，最终实现了精确控制顶层硅的厚度。
技术实现思路
本专利技术提出了，它是一种离子注入结合键合减薄制备SOI圆片的生产工艺。注入工艺的优点在于顶层硅薄而且均匀性控制很好，而键合减薄工艺的优点是BOX厚度可以在大范围内调节，而且绝缘性能好。本专利技术通过两种工艺的结合，扬长避短，发挥了二者的优势，可以用来制备高质量的SOI圆片。本专利技术包括如下步骤首先利用离子注入工艺形成器件片(如果希望最终产品的顶层硅比较厚，则需对离子注入片进行外延，仍称为器件片)，将器件片(或氧化后的器件片)和支撑片(或氧化支撑片)键合，并在氧气气氛中退火加固，再采用研磨加腐蚀的方法腐蚀至器件片的注入层，即自停止层，最后腐蚀去除自停止层并对顶层硅进行精细研磨，形成最终的SOI圆片。最终产品的BOX(埋层绝缘层)和顶层硅的厚度分别由氧化层厚度和器件片的注入深度(或外延厚度)决定。具体地说，本专利技术所述的一种绝缘体上的硅的制备方法，包括以下步骤(1)根据对顶层硅厚度(Top Silicon Layer，或Device Layer)的要求，选用相应的离子注入工艺形成后续腐蚀工艺时的自停止层，该片将作为器件片(device wafer)。此外，选择另外一片硅片作为支撑片(handle Wafer)；(2)根据对埋层(绝缘层)厚度的要求，对器件片或支撑片选择适当的工艺参数进行适当的绝缘层化处理；(3)将上述器件片和支撑片进行键合，并退火加固；(4)单面背面研磨器件片减薄器件片到一定厚度；(5)采用腐蚀方法至器件片的离子注入层完全暴露；(6)除去离子注入层；(7)对剩余顶层硅精细抛光。所述的器件片是采用离子注入工艺制备的。所注入的离子可以选择N离子、O离子、或其他离子；选择离子的基本原则是该离子注入层可作为化学腐蚀阻挡层。所述的离子注入能量在10KeV到500KeV间，离子注入剂量在1E15/cm2到1E19/cm2间；所述的优化的离子注入能量在30KeV到250KeV间，离子注入剂量在5E16/cm2到2E18/cm2间； 所述的离子注入可选用比较成熟的SIMOX(Separation-by-OxygenImplantation)氧离子注入机，采用SIMOX工艺。所述的SIMOX工艺，优化的氧离子注入能量在30KeV到250KeV间，离子注入剂量在5E16/cm2到2E18/cm2间；所述的器件片可经过后续处理(包括高温退火处理)，处理的目的是使注入层与非注入层界面比较陡峭。所述的对器件片的后续高温处理温度在摄氏600度到摄氏1500度间，气氛为氧氩或氧氮混合气氛，其中氧的含量为0％到100％间。所述的对器件片的后续高温处理，优化的温度在摄氏1100度到摄氏1410度间，优化的氧含量为0％到60％间。所述的腐蚀工艺可以是化学腐蚀，也可以是等离子刻蚀或其它任何可以在离子注入层停止住的腐蚀方法。可以根据对最终产品对顶层硅厚度的要求，采用外延后的器件片，即在原始离子注入片的顶层硅上生长外延层。外延工艺可采用通常半导体工业中普遍采用的常规工艺。外延可为同质外延，也可为异质外延。外延层可为P型或N型，可掺硼或磷，以及其他掺杂剂。所述的绝缘层可为二氧化硅(SiO2)，氮化硅(Si3N4)或其它具有绝缘性的物质。所述的绝缘层化处理即是指生长绝缘层的方法，如生长SiO2的氧化方法，或者Si3N4的氮化方法。所述的对硅片的氧化工艺可采用集成电路中成熟的氧化制备工艺，如干氧氧化工艺或干氧-湿氧-干氧工艺。所述的氧化的硅片可选择器件片或者支撑片。采用键合工艺将器件片和支撑片键合。所述的键合工艺可以采用EVG公司的EVG键合机，也可以采用其他公司的键合机。键合一般在室温下进行，也可采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘体上硅的制作方法，其特征在于首先利用离子注入工艺形成器件片或对离子注入进行外延形成器件片，然后将器件片或氧化后的器件片和支撑片或氧化支撑片键合，并在湿氧气氛中退火加固，再采用研磨加腐蚀的方法腐蚀至器件片的注入层，腐蚀去除自停止层，并对顶层硅进行精细研磨，形成最终的ＳＯＩ圆片；最终埋层绝缘层和顶层硅的厚度分别由氧化层厚度和器件片的注入深度或外延层厚度决定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈猛，
申请(专利权)人：上海新傲科技有限公司，陈猛，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]