一种新型SOI衬底的结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种SOI衬底的结构包括：第一Si片和第二Si片，采用热氧化的方法对第一Si片进行氧化，得到一层氧化层，对第一Si片的氧化层进行刻蚀，形成带有沟道的氧化层；然后对第二Si片片注入氢，将第一Si片a和第二Si片b进行键合，并减薄顶层第二Si片的厚度，形成SOI衬底。本发明专利技术还提供一种SOI衬底结构的制备方法。可以有效减小传统SOI衬底中固定正电荷产生的电场对外延生长的影响，并提高BOX埋层的热导率。

Structure of a New SOI Substrate and Its Preparation Method

The structure of the SOI substrate includes: the first Si sheet and the second Si sheet are oxidized by thermal oxidation method to obtain an oxide layer, etch the oxide layer of the first Si sheet to form an oxide layer with a channel, and then inject hydrogen into the second Si sheet to carry out the first Si a sheet and the second Si B sheet. The SOI substrate is formed by bonding and thinning the thickness of the top second Si sheet. The invention also provides a preparation method of a SOI substrate structure. It can effectively reduce the effect of electric field generated by fixed positive charges on epitaxy growth in traditional SOI substrates and improve the thermal conductivity of BOX buried layer.

【技术实现步骤摘要】
一种新型SOI衬底的结构及其制备方法
本专利技术属于半导体芯片
，尤其涉及一种SOI衬底的结构及其制备方法。
技术介绍
SOI全称为Silicon-On-Insulator，即为绝缘衬底上硅，简单地说就是在顶层硅与底部衬底之间引入了一层埋层氧化物。SOI衬底相对体硅衬底更具有优势，比如高速度、低功耗、低软错、抗闭锁效应等。SOI衬底广泛应用于0.18μm级以下的微处理器等产品、高性能专用电路以及医学生物等领域。然而，SOI衬底也存在其固有的特性。最典型特性之一就是自加热效应。自加热效应是由于SOI衬底中埋层氧化物的导热性能不好，载流子碰撞产生的热量都被聚集在阱里，这会减小载流子的寿命。此外，SOI衬底中BOX埋层氧化物与顶层硅之间还存在固定正电荷，固定正电荷会产生自建电场，电场的存在会对衬底上面外延层的生长产生影响，降低外延层生长的质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种SOI衬底的结构与制备方法，在SOI衬底的氧化层中刻蚀出沟道，并对沟道区溅射金属，这样可以解决传统SOI衬底中存在的BOX埋层氧化物导热性能差的问题，同时溅射的金属能够起到屏蔽自建电场作用。SOI衬底中BOX埋层的导热系数低，比如SiO2的导热系数为7.6W/mK,而Si的导热系数为150W/mK。金属的导热性比BOX埋层的导热性好，能够提高埋层中热量的传导效率。同时，对BOX埋层中的沟槽区溅射金属，会在沟槽区的底部聚集大量负电荷，与BOX埋层和顶层Si之间的大量正电荷形成闭合电场。可以降低固定正电荷所产生的自建电场对SOI衬底上外延层生长的影响。因此溅射的金属可以起到屏蔽自建电场的作用。同时，沟槽区截面积的大小可以根据固定正电荷所产生的电场强度有所调整。一种SOI衬底的结构，包括：第一Si片和第二Si片，采用热氧化法对第一Si片进行氧化，氧化一定厚度后，形成一层氧化层，对所述氧化层进行刻蚀，形成数条沟道，对沟道区进行溅射金属；对第二Si片注入一定深度范围的氢离子，第二Si片位于第一Si片的上面，将第一Si片氧化层和第二Si片注入氢离子表面进行键合，对第二Si片厚度减薄至0.05～0.3μm，形成SOI衬底。作为优选，氧化层厚度为0.2～1.2μm。作为优选，沟道区的特征为：深度为0.2～0.5μm，宽度0.2～8μm，沟道间距0.2～8μm。作为优选，沟道区的截面形状为矩形、三角形、梯形、平行四边形中的一种或几种作为优选，溅射的金属可以为铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)、钛(Ti)、钽(Ta)及其它们与其他金属的混合物，最终的金属合金的热膨胀系数与埋层氧化物相近。作为优选，对第二Si片注入氢离子的深度为0.05～0.3μm。作为优选，还可以在采用热氧化法对第二Si片进行氧化，得到一层氧化层，对所述氧化层进行刻蚀，形成数条沟道，同时对沟道进行溅射金属。一种SOI衬底结构的制备方法，包括：提供第一Si片和第二Si片，对第一Si片上表面进行热氧化，氧化层厚度为0.2～1.2μm,并对第一Si片氧化层进行抛光；对所述第一Si片的氧化层进行刻蚀，刻蚀出数条沟道区，深度为0.2～0.5μm，宽度0.2～8μm，沟道间距0.2～8μm；对所述第一Si片氧化层表面进行化学机械抛光(CMP)工艺，然后对沟道区进行溅射金属，最后将氧化层中非沟道区的多余金属层进行清除；将所述第一Si片a作为下层基体材料；在第二Si片b中注入氢离子，注入的深度为0.05～0.3μm，作为上层基体材料；将所述第二Si片b注入氢离子的表面与第一Si片的氧化层表面进行键合，具体为：分三个阶段升高温度，第一阶段的升温范围为300～400℃，持续时间2～3h，实现第一Si片和第二Si片的键合；第二阶段的升温范围为450～650℃，持续时间30～45min，使得顶层硅变薄至厚度为0.05～0.3μm，第三阶段的升温范围为950～1050℃，持续时间约为2min，以增强第一Si片和第二Si片的键合强度；在超高真空环境中，退火至室温，取出SOI衬底。作为优选，对第一Si片的氧化层进行刻蚀，刻蚀的深度为氧化层厚度的20～70％，并且相邻沟道之间的距离约为沟道宽度。作为优选，沟道区截面形状为矩形、三角形、梯形、平行四边形中的一种或几种。作为优选，溅射金属采用的工艺为直流溅射、射频溅射、反应溅射、磁控溅射、准直溅射中的一种。作为优选，溅射金属为铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)、钛(Ti)、钽(Ta)及其它们与其他金属的混合物，最终的金属合金的热膨胀系数与埋层氧化物相近。作为优选，沟道区的截面面积占整个氧化物层截面面积的百分比根据系统的整体性能确定。作为优选，对第一Si片进行热氧化的工艺为干氧氧化、湿氧氧化和水汽氧化中的其中一种。本专利技术的SOI衬底的结构及其制备方法，提供第一Si片和第二Si片，通过在第一Si片的上表面进行热氧化，形成一定厚度的氧化层。对第一Si片的氧化层进行刻蚀，刻蚀出数条沟道。接着，对氧化层的沟道区溅射金属，接着，对第二Si片注入氢离子，然后将第二Si片注入氢离子的表面与第一Si片的氧化层表面进行键合。接着升高温度，减薄第二Si片的厚度，并采用化学机械抛光(CMP)工艺对第二Si片表面进行抛光磨平。最后将温度降低至室温，得到一片新型SOI衬底。本专利技术一种新型的SOI衬底的结构与制备方法具有以下优点：1.SOI衬底的BOX埋层氧化中包含金属沟槽，由于金属的导热性能更好，有助于提高BOX埋层的导热能力。2.由于对氧化物层的沟道区溅射了某种金属，溅射的金属会在沟道区底部聚集负电荷，会与BOX埋层和顶层Si之间的固定正电荷形成闭合电场。溅射的金属能够起到屏蔽部分电场的作用，这为后面的外延层生长创造一个良好的环境。3.所采用的工艺简单，易操作，而且可以节约材料，适合于大规模的工业生产。附图说明图1为新型SOI衬底制作的流程示意图；图2为对Si片进行氧化的示意图；图3为对Si片的氧化层进行刻蚀沟道的示意图；图4为对图3中氧化层沟道区进行溅射某种金属的结构示意图；图5为对Si片注入氢的结构示意图；图6为实施例1中上下层基体材料键合的结构示意图；图7为实施例1的一种新型SOI衬底的结构示意图；图8为对Si片进行氧化并注入氢的结构示意图；图9为对图8的氧化层进行刻蚀后的结构示意图；图10为对图9中氧化层沟道进行溅射某种金属的结构示意图；图11为实施例3中上下层基体材料键合的结构示意图；图12为实施例3的一种新型SOI衬底的结构示意图；图13为实施例4中上下层基体材料键合的结构示意图；图14为实施例4的一种新型SOI衬底的结构示意图；图15为实施例1的温度结果变化曲线图；图16为实施例2的温度结果变化曲线图；图17为实施例3的温度结果变化曲线图；图18为实施例4的温度结果变化曲线图。图中：1、SOI衬底顶部薄层硅；2、对沟槽区溅射的某种金属；3、衬底中的氧化层；4、SOI衬底的下层基体材料中的硅支撑片；5、对Si片中注入的氢离子。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是，这些描述只是示例性的，并不是要限制本公开的范围。在以下的附图中是根据公开实施例的各种结构示意图，为了能够清楚地表达而放大了某些区域。为了不使人们混淆，在这里仅描述对于这种结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SOI衬底的结构，其特征在于，包括：第一Si片和第二Si片，采用热氧化法对第一Si片上表面进行氧化，得到一定厚度的氧化层，对所述氧化层进行刻蚀，刻蚀出数条沟道区，对沟道区溅射金属；对第二Si片注入氢离子，得到在一定深度处氢离子分布的Si片，第二Si片位于第一Si片的上面，将第一Si片氧化层和第二Si片注入氢离子表面进行键合，减薄顶层第二Si片的厚度至0.05～0.3μm，形成SOI衬底。

【技术特征摘要】
1.一种SOI衬底的结构，其特征在于，包括：第一Si片和第二Si片，采用热氧化法对第一Si片上表面进行氧化，得到一定厚度的氧化层，对所述氧化层进行刻蚀，刻蚀出数条沟道区，对沟道区溅射金属；对第二Si片注入氢离子，得到在一定深度处氢离子分布的Si片，第二Si片位于第一Si片的上面，将第一Si片氧化层和第二Si片注入氢离子表面进行键合，减薄顶层第二Si片的厚度至0.05～0.3μm，形成SOI衬底。2.如权利要求1所述的SOI衬底的结构，其特征在于，氧化层厚度为0.2～1.2μm。3.如权利要求1所述的SOI衬底的结构，其特征在于：沟道区深度，宽度和沟道间距依据需要而定。4.如权利要求1所述的SOI衬底的结构，其特征在于：沟道区截面形状可以为矩形、三角形、梯形、平行四边形中的一种或几种。5.如权利要求1所述的SOI衬底的结构，其特征在于：溅射的金属为铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)、钛(Ti)、钽(Ta)及其它们与其他金属的混合物，最终的金属合金的热膨胀系数与埋层氧化物相近。6.如权利要求1所述的SOI衬底的结构，其特征在于：对第二Si片注入氢离子的深度为0.05～0.3μm。7.如权利要求1所述的SOI衬底的结构，其特征在于：还可以采用热氧化法对第二Si片进行氧化，得到一定厚度的氧化层，对所述氧化层进行刻蚀，形成数条沟道，同时对沟道进行溅射金属。将第一Si片的氧化层与第二Si片的氧化层进行键合，得到双氧化层的衬底。8.一种SOI衬底结构的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，黄瑞，代京京，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11