一种多层SOI及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种多层SOI及其制备方法，所述多层SOI包括：所述多层SOI的顶层为硅层；所述多层SOI的中间层为氧化层/Si/氧化层依次交替排布形成的堆叠结构；所述多层SOI的衬底为硅层。本发明专利技术的多层SOI及其制备方法，制备过程简单易行，可以制造顶硅厚度较薄的多层SOI材料，最薄可至0.05μm；并且，顶硅具有膜厚均匀性好、缺陷密度低等优点。此外，本发明专利技术提供的多层SOI的应力极小，具有较高的可靠性，同时可以消除传统多层SOI的顶层硅的表面损伤层，技术效果优良。

A multilayer SOI and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种多层SOI及其制备方法
本专利技术涉及微电子
，尤其涉及一种多层SOI及其制备方法。
技术介绍
绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)是一种具有独特的“Si/绝缘层/Si”三层结构的新型硅基半导体材料。SOI技术在顶层硅和背衬底之间引入了一层绝缘埋层，通过绝缘埋层实现了器件和衬底的全介质隔离。在SOI的三层结构中，表面层是薄薄的单晶硅，用于制造器件；中间层是依托在体硅上的绝缘材料，这种绝缘材料和硅越接近越好，所以，绝缘层通常为二氧化硅层，称为氧化埋层(BOX层)。SOI技术可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；并且，采用SOI技术制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势。目前，对于MEMS(微机电系统)制造来说，SOI硅片是一种有前途的材料。当CMOS尺寸不断降低，超越CMOS技术的新型器件结构和系统架构不断涌现，使“传统”的SOI不断发展到如今使用的带有空腔的SOI，再发展为带有空腔、沟道隔离和硅通孔的SOI。MEMS结构设计越来越复杂，对SOI顶层膜厚及质量的要求越来越高。然而，传统技术制造的SOI的顶层膜厚无法满足器件需求，且SOI内部的应力也会较大，亟待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多层SOI及其制备方法，可以降低多层SOI的应力，且顶硅的膜厚均匀性好、缺陷密度低。本专利技术的一方面提供一种多层SOI，所述多层SOI的顶层为硅层；所述多层SOI的中间层为氧化层/Si/氧化层依次交替排布形成的堆叠结构；所述多层SOI的衬底为硅层。可选地，所述多层SOI中的氧化层的厚度为20nm～2μm，所述多层SOI中的顶层硅的厚度为0.05μm～20μm，所述顶层硅的电阻率为0.01ohm.cm～1000ohm.cm。本专利技术的另一方面提供一种多层SOI的制备方法，包括：将第一SOI硅片和第二SOI硅片进行键合、退火，得键合片；其中，所述键合条件为：常温，等离子激活时间0～100s；所述退火条件为：退火温度在900～1200℃，退火时间1～8h；对所述键合片的边缘进行倒角，然后使用机械减薄将所述键合片的顶层硅减薄至预定厚度；使用四甲基氢氧化铵腐蚀去除机械减薄后的所述键合片的顶层硅，从而使所述键合片的表面为氧化层；其中，TMAH浓度为5％～30％，腐蚀温度在60～90℃，腐蚀时间为0.5～10h；使用氢氟酸腐蚀100～8000s去除所述键合片的表面氧化层，并使用SC1/SC2清洗，得到多层SOI。可选地，所述第一SOI硅片为薄膜SOI硅片外延加工后得到的外延硅片；其中，所述第二SOI硅片为图形SOI或键合SOI氧化后得到的氧化硅片。可选地，所述第一SOI硅片为薄膜SOI硅片外延加工后再进行氧化得到的氧化硅片；其中，所述第二SOI硅片为图形SOI或键合SOI；或者，所述第二SOI硅片为图形SOI或键合SOI氧化后得到的氧化硅片，氧化温度为800℃～1500℃。可选地，外延层生长厚度为0μm～20μm，外延层电阻率为0.01ohm.cm～1000ohm.cm。可选地，所述倒角为两步倒角，其中，第一步倒角使用砂轮目数为600～1000目，第二步倒角使用砂轮目数为1000～2000目。可选地，倒角终止位置在所述键合片的顶层氧化层下方1～50μm。可选地，所述机械减薄为两步减薄，其中，第一步减薄砂轮目数为600～1000目；第二步减薄砂轮目数为6000～10000目。可选地，所述预定厚度为20um～50um。本专利技术的多层SOI及其制备方法，制备过程简单易行，可以制造顶硅厚度较薄的多层SOI材料，最薄可至0.05μm；并且，顶硅具有膜厚均匀性好、缺陷密度低等优点。此外，本专利技术提供的多层SOI的应力极小，具有较高的可靠性，同时可以消除传统多层SOI的顶层硅的表面损伤层，技术效果优良。附图说明通过下面结合附图进行的详细描述，本专利技术的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：图1为本专利技术实施例的多层SOI的制备方法的流程图；图2为本专利技术实施例的多层SOI的制备示意图。具体实施方式现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其中，一些示例性实施例在附图中示出。下面参照图1和图2描述本专利技术实施例的多层SOI及其制备方法。实施例一。本实施例提供一种多层SOI，多层SOI的顶层为硅层；所述多层SOI的中间层为氧化层/Si/氧化层依次交替排布形成的堆叠结构；所述多层SOI的衬底为硅层。例如，所述多层SOI整体可为“Si/氧化层/Si/氧化层/Si”五层结构，也可为“Si/氧化层/Si/氧化层/Si/氧化层/Si”七层结构，还可为“Si/氧化层/Si/氧化层/Si/氧化层/Si/氧化层/Si”九层结构，依此类推。作为示例，所述多层SOI中的氧化层的厚度为0.5μm，所述多层SOI中的顶层硅的厚度为1μm，所述顶层硅的电阻率为0.01ohm.cm～1000ohm.cm。参照图1和图2，本实施例还提供一种多层SOI的制备方法，包括：在步骤S10，将第一SOI硅片和第二SOI硅片进行键合、退火，得键合片。这里，所述第一SOI硅片为薄膜SOI硅片外延加工后得到的外延硅片。作为示例，所述薄膜SOI硅片为通过热微波技术得到的8寸薄膜SOI硅片。根据膜厚要求，选择性通过外延技术在薄膜SOI上生长外延层。例如，外延加工生长的外延层厚度和薄膜SOI的顶层硅的厚度总和为1μm，外延层电阻率为10ohm.cm。这里，所述第二SOI硅片为图形SOI或键合SOI(BondingSOI)氧化后得到的氧化硅片。也就是说，所述氧化硅片是在所述图形SOI或键合SOI表面形成氧化层得到的。作为示例，所述氧化硅片具有“氧化层/Si/氧化层/Si/氧化层”五层结构。优选地，所述氧化层为二氧化硅(SiO2)。作为示例，所述图形SOI为通过热微波技术得到的8寸图形SOI。根据膜厚要求，在所述图形SOI表层生长氧化层。作为示例，采用SC1/SC2对所述图形SOI进行湿法清洗，采用湿氧氧化的方式对清洗后的图形SOI进行氧化，氧化温度为1000℃，氧化层的厚度为0.5μm。这里，SC1为氨水、双氧水和超纯水的混合溶液，用于去除表面颗粒；SC2为盐酸、双氧水和超纯水的混合溶液，用于清洗金属污染。作为示例，所述薄膜SOI的晶向选择为<100>、<110>或<111>，尺寸选择为6～12寸；所述图形SOI的晶向选择为<100>、<110>或<111>，尺寸选择为6～12寸；所述键合SOI的晶向选择为<100>、<110>或<111>，尺寸选择为6～12寸。...

【技术保护点】
1.一种多层SOI，其特征在于，所述多层SOI的顶层为硅层；所述多层SOI的中间层为氧化层/Si/氧化层依次交替排布形成的堆叠结构；所述多层SOI的衬底为硅层。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层SOI，其特征在于，所述多层SOI的顶层为硅层；所述多层SOI的中间层为氧化层/Si/氧化层依次交替排布形成的堆叠结构；所述多层SOI的衬底为硅层。


2.如权利要求1所述的多层SOI，其特征在于，所述多层SOI中的氧化层的厚度为20nm～2μm，所述多层SOI中的顶层硅的厚度为0.05μm～20μm，所述顶层硅的电阻率为0.01ohm.cm～1000ohm.cm。


3.一种多层SOI的制备方法，其特征在于，包括：
将第一SOI硅片和第二SOI硅片进行键合、退火，得键合片；其中，所述键合条件为：常温，等离子激活时间0～100s；所述退火条件为：退火温度在900～1200℃，退火时间1～8h；
对所述键合片的边缘进行倒角，然后使用机械减薄将所述键合片的顶层硅减薄至预定厚度；
使用四甲基氢氧化铵腐蚀去除机械减薄后的所述键合片的顶层硅，从而使所述键合片的表面为氧化层；其中，TMAH浓度为5％～30％，腐蚀温度在60～90℃，腐蚀时间为0.5～10h；
使用氢氟酸腐蚀100～8000s去除所述键合片的表面氧化层，并使用SC1/SC2清洗，得到多层SOI。


4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一SOI硅片为薄膜SOI硅片外延加工后得到的外延硅片；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静斌，
申请(专利权)人：沈阳硅基科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21