一种SOI片的制备方法技术

本发明专利技术涉及SOI晶圆的制备技术领域，特别涉及一种SOI片的制备方法，该方法对现有智能剥离技术进行改进，包括如下步骤：(a)在剥离产生的单晶Si薄膜层上沉积非晶硅，然后在800℃～1000℃的温度下加热；(b)氧化步骤(a)产生的硅表面形成硅氧化层，然后氢氟酸去除硅氧化层；(c)将步骤(b)所得SOI片装入密封反应室，依次通入H

Method for preparing SOI tablet

The present invention relates to the technical field of preparation of SOI wafer, particularly relates to a preparation method of SOI film, the methods to improve the existing intelligent stripping technology, which comprises the following steps: (a) Si single crystal thin film layer in the stripping the deposition of amorphous silicon, and then heated at 800 DEG C to 1000 DEG C; (b) oxidation step (a) produced by the silicon surface to form a silicon oxide layer, and hydrofluoric acid to remove a silicon oxide layer; (c) the step (b) of the SOI film into a sealed reaction chamber, were introduced into the H

【技术实现步骤摘要】
一种SOI片的制备方法
：本专利技术涉及SOI晶圆的制备
，特别涉及一种SOI片的制备方法。
技术介绍
SOI材料被誉为“二十一世纪硅集成电路技术”的基础，他可以消除或者减轻体硅中的体效应、寄生效应以及小尺寸效应等，在超大规模集成电路、光电子等领域有广阔的应用前景。SOI材料的制备技术归根结底包括两种，即以离子注入为代表的注氧隔离技术(SIMOX)和键合技术(Bond)。键合技术包括传统的BondandEtchback(BESOI)技术和法国SOITEC公司创始人之一M.Bmel提出结合氢离子注入与键合的注氢智能剥离技术(Smart-Cut)。但SIMOX技术需要注O+专用注入机进行高剂量的O+离子注入和长时间的高温退火(大于等于1300℃),价格昂贵,而且顶层Si膜和埋层SiO2的质量尚不如体单晶Si和热生长的SiO2。BESOI技术的背面均匀减薄是一个困难的工艺,顶层Si膜厚度1μm以下的均匀减薄将使工艺复杂化并影响其质量。智能剥离法是将SIMOX技术和BESOI技术相结合的一种新技术，具有两者的优点而克服了他们的不足，是一种较为理想的SOI制备技术,可比较容易地得到膜厚均匀性高的SOI层的SOI晶圆片,但是，在剥离后的SOI硅片表面，存在因离子注入而造成的损伤层，表面粗糙现象会变得比通常的硅片的镜面大，因此，离子注入剥离后，需要去除此种损伤层、表面粗糙现象。为了去除该损伤层等，现有技术在结合热处理后的最后工序中，常进行被称作接触抛光的机械抛光。然而，若对贴合晶圆的薄膜(SOI层)实施包含机械加工因素的研磨，则由于研磨的加工余量在面内不均匀，因此产生通过氢离子等的注入、剥离而实现的薄膜的膜厚均匀性会恶化的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种SOI片的制备方法，改进智能剥离技术，解决离子注入剥离后SOI片表面粗糙的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种SOI片的制备方法，在两片单晶硅片中至少一片上形成氧化膜，从其中一片单晶硅片构成的接合晶圆的表面注入氢离子或稀有气体离子来形成离子注入层，再将该接合晶圆的离子注入过的表面与由另一片单晶硅片构成的基底晶圆表面通过氧化膜键合，然后进行剥离热处理，在所述离子注入层将接合晶圆剥离，最后进一步施加热处理，牢固地结合两片单晶硅片，使剥离产生的顶层单晶Si薄膜层表面平坦化，包括如下步骤：(a)在剥离产生的顶层单晶Si薄膜层上沉积非晶硅，然后在800℃～1000℃的温度下加热，使非晶硅转化成单晶硅，与顶层单晶Si薄膜层一起成为Si覆盖层；(b)氧化步骤(a)产生的Si覆盖层表面形成硅氧化层，然后氢氟酸去除硅氧化层；(c)将步骤(b)所得SOI片装入密封反应室，依次通入H2与无水HCl气体刻蚀顶层单晶Si薄膜层，最后通入一段时间N2后，取出SOI片。优选地，两片单晶硅片中至少一片表面实施等离子处理后，通过所述氧化膜进行键合。优选地，步骤(a)沉积非晶硅采用低压化学气相沉积法。优选地，步骤(b)氧化由热氧化实现。优选地，步骤(b)热氧化温度900℃～1000℃。优选地，步骤(c)通无水HCl气体的纯度>99.999％，刻蚀温度800℃～1000℃，时间1min～1.5min。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)未采用机械方法去除损伤层，使通过氢离子等的注入、剥离而实现的顶层单晶Si薄膜的膜厚均匀性得到保证；(2)采用先沉积Si，填平掩埋离子注入剥离后顶层单晶Si薄膜的粗糙表面，后经氧化与去氧化层处理去除原粗糙表面部分，初步降低表面粗糙度，再经过无水HCl刻蚀，进一步降低表面粗糙度；(3)此外，(a)、(b)、(c)三步均有800℃～1000℃的加热，可进一步加强键合，减少离子注入引起的缺陷，提高SOI片质量。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面通过实施例对本专利技术进一步说明，实施例只用于解释本专利技术，不会对本专利技术构成任何的限定。实施例1取2片10.16cmp型(100)单晶硅片，常规清洗，取其中一片单晶硅片作为接合晶圆，清洗后放入氧化炉中进行热氧化，在其表面生成约900nm厚的SiO2；在室温下对接合晶圆进行氢离子注入,注入剂量为5×1016cm2,注入能量为190keV；对2片硅片进行氧等离子体活化处理与亲水性处理，甩干后300℃，10小时低温直接键合；将键合好的2片硅片放入高温退火炉中进行550℃热处理,结合晶圆硅片剥离，在基底晶圆上留下SiO2层和顶层单晶Si薄膜层,形成SOI结构；在剥离产生的顶层单晶Si薄膜层上低压化学气相沉积法，在560℃和100mTorr的压力下，通过SiH4气体沉积100nm的非晶硅层,然后在900℃的温度下加热,非晶硅转化成单晶硅，与顶层单晶Si薄膜层一起成为Si覆盖层；1000℃在氧化炉中进行热氧化约200nmSiO2,然后氢氟酸去除硅氧化层；将所得SOI片干燥，装入密封反应室，1000℃下通入30s纯度≥99.999999％的H2去除可能存在硅片表面氧化薄层，再通入纯度>99.999％无水HCl气体，温度800℃，时间1.5min，刻蚀Si薄膜层，最后通入一段时间N2，除去反应室中的杂质及残余HCl后，自然冷却至室温，取出SOI片。本实施例经上述方法处理后单晶Si薄膜表面粗糙度rms值0.18nm,厚度均匀性±3％。实施例2取2片10.16cmp型(100)单晶硅片，常规清洗，取其中一片单晶硅片作为接合晶圆，清洗后放入氧化炉中进行热氧化，在其表面生成约900nm厚的SiO2；在室温下对接合晶圆进行氢离子注入,注入剂量为5×1016cm2,注入能量为190keV；对2片硅片进行氧等离子体活化处理与亲水性处理，甩干后300℃，10小时低温直接键合；将键合好的2片硅片放入高温退火炉中进行550℃热处理,结合晶圆硅片剥离，在基底晶圆上留下SiO2层和顶层单晶Si薄膜层,形成SOI结构；在剥离产生的顶层单晶Si薄膜层上低压化学气相沉积法，在560℃和100mTorr的压力下，通过SiH4气体沉积100nm的非晶硅层,然后在850℃的温度下加热,非晶硅转化成单晶硅，与顶层单晶Si薄膜层一起成为Si覆盖层；900℃在氧化炉中进行热氧化约150nmSiO2,然后氢氟酸去除硅氧化层；将所得SOI片干燥，装入密封反应室，1000℃下通入30s纯度≥99.999999％的H2去除可能存在硅片表面氧化薄层，再通入纯度>99.999％无水HCl气体，温度1000℃，时间1min，刻蚀Si薄膜层，最后通入一段时间N2，除去反应室中的杂质及残余HCl后，自然冷却至室温，取出SOI片。本实施例经上述方法处理后单晶Si薄膜表面粗糙度rms值0.21nm,厚度均匀性±3％。实施例3取2片10.16cmp型(100)单晶硅片，常规清洗，取其中一片单晶硅片作为接合晶圆，清洗后放入氧化炉中进行热氧化，在其表面生成约900nm厚的SiO2；在室温下对接合晶圆进行氢离子注入,注入剂量为5×1016cm2,注入能量为190keV；对2片硅片进行氧等离子体活化处理与亲水性处理，甩干后300℃，10小时低温直接键合；将键合好的2片硅片放入高温退火炉中进行550℃热处理,结合晶圆硅片剥离，在基底晶圆上留下Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SOI片的制备方法，在两片单晶硅片中至少一片上形成氧化膜，从其中一片单晶硅片构成的接合晶圆的表面注入氢离子或稀有气体离子来形成离子注入层，再将该接合晶圆的离子注入过的表面与由另一片单晶硅片构成的基底晶圆表面通过氧化膜键合，然后进行剥离热处理，在所述离子注入层将接合晶圆剥离，最后进一步施加热处理，牢固地结合两片单晶硅片，使剥离产生的顶层单晶Si薄膜层表面平坦化，其特征在于，包括如下步骤：(a)在剥离产生的顶层单晶Si薄膜层上沉积非晶硅，然后在800℃～1000℃的温度下加热，使非晶硅转化成单晶硅，与顶层单晶Si薄膜层一起成为Si覆盖层；(b)氧化步骤(a)产生的Si覆盖层表面形成硅氧化层，然后氢氟酸去除硅氧化层；(c)将步骤(b)所得SOI片装入密封反应室，依次通入H

【技术特征摘要】
1.一种SOI片的制备方法，在两片单晶硅片中至少一片上形成氧化膜，从其中一片单晶硅片构成的接合晶圆的表面注入氢离子或稀有气体离子来形成离子注入层，再将该接合晶圆的离子注入过的表面与由另一片单晶硅片构成的基底晶圆表面通过氧化膜键合，然后进行剥离热处理，在所述离子注入层将接合晶圆剥离，最后进一步施加热处理，牢固地结合两片单晶硅片，使剥离产生的顶层单晶Si薄膜层表面平坦化，其特征在于，包括如下步骤：(a)在剥离产生的顶层单晶Si薄膜层上沉积非晶硅，然后在800℃～1000℃的温度下加热，使非晶硅转化成单晶硅，与顶层单晶Si薄膜层一起成为Si覆盖层；(b)氧化步骤(a)产生的Si覆盖层表面形成硅氧化层，然后氢氟酸去除硅氧化层；(c)将步骤(b)所得SOI片装入密封反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文庆，
申请(专利权)人：东莞市联洲知识产权运营管理有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44