一种绝缘体上硅结构及其方法技术

本发明专利技术提供的一种绝缘体上硅结构的方法包括以下步骤：提供一键合结构，键合结构包括第一衬底、第二衬底和绝缘埋层，绝缘埋层位于第一衬底和第二衬底之间；从键合结构上剥离去除部分厚度的第一衬底，以得到第一薄膜；在第一温度下第一次刻蚀第一薄膜，以去除第一厚度的第一薄膜；在第二温度下第二次刻蚀第一薄膜，以平坦化处理第一薄膜，并去除第二厚度的第一薄膜，第一温度小于第二温度，第一厚度大于第二厚度，第一厚度和第二厚度为第一薄膜的总刻蚀厚度。本发明专利技术通过先在第一温度下刻蚀减薄第一薄膜，再在第二温度下平坦化处理所述第一薄膜，同时达到第一薄膜的目标厚度，使得在平坦化处理顶层硅的同时还可以提高顶层硅厚度均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘体上硅结构及其方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种绝缘体上硅结构及其方法。
技术介绍
绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入至少一层埋氧化层。主要是指硅晶体管结构在绝缘体之上的意思，原理就是在硅晶体管之间，加入绝缘体物质，可使两者之间的寄生电容比原来的少上一倍。SOI材料的优点：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；采用这种材料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，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。此外，SOI材料还被用来制造MEMS光开关，如利用体微机械加工技术。对于SOI材料而言，顶层硅厚度均匀性是一个关键参数，该参数对器件性能有重要影响。在SOI工艺制程中，对顶层硅的平坦化处理通常采用化学机械抛光(ChemicalMechanicalPolishing，CMP)工艺，但是，随着对顶层硅均匀性要求的提升，CMP工艺的抛光效果已无法满足制程要求。为了解决上述问题，通常采用刻蚀气体HCl与硅晶圆在高温条件下发生反应来平坦化处理顶层硅表面，但是该工艺中，刻蚀气体HCl在硅晶圆的边缘位置的刻蚀速率与中心位置的刻蚀速率存在一定的差异，随着刻蚀的进行，使得顶层硅厚度均匀性较差。
技术实现思路
本专利技术提供一种绝缘体上硅结构及其方法，在平坦化处理顶层硅时可以提高顶层硅厚度均匀性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种绝缘体上硅结构的方法，包括以下步骤：步骤S1：提供一键合结构，所述键合结构包括第一衬底、第二衬底和绝缘埋层，所述绝缘埋层位于所述第一衬底和第二衬底之间；步骤S2：从所述键合结构上剥离去除部分厚度的所述第一衬底，以得到第一薄膜；步骤S3：在第一温度下第一次刻蚀所述第一薄膜，以去除第一厚度的所述第一薄膜；步骤S4：在第二温度下第二次刻蚀所述第一薄膜，以平坦化处理所述第一薄膜，并去除第二厚度的所述第一薄膜，所述第一温度小于第二温度，所述第一厚度大于第二厚度，所述第一厚度和第二厚度为所述第一薄膜的总刻蚀厚度。可选的，步骤S3包括：在快速热退火设备或者外延设备中，以氢气为第一载气，通过第一刻蚀气体对所述第一薄膜进行第一次刻蚀，以去除第一厚度的所述第一薄膜。进一步的，所述第一次刻蚀的工艺参数为：刻蚀温度为900℃～1000℃，所述第一载气的流量为40slm～120slm，所述第一刻蚀气体的体积分数低于1％。可选的，所述第一厚度占总刻蚀厚度的比例不超过70％。可选的，步骤S4包括：在快速热退火设备或者外延设备中，以氢气为第二载气，通过第二刻蚀气体对所述第一薄膜进行第二次刻蚀，以平坦化处理所述第一薄膜，并去除第二厚度的所述第一薄膜。进一步的，其特征在于，所述第二次刻蚀的工艺参数为：刻蚀温度高于1050℃，所述第二载气的流量为40slm～120slm，所述第二刻蚀气体的体积分数低于0.5％，且所述第二刻蚀气体的体积分数低于所述第一刻蚀气体的体积分数。进一步的，所述第一刻蚀气体和第二刻蚀气体均包括HCl气体。可选的，所述键合结构的形成方法包括：提供第一衬底和第二衬底；在所述第一衬底的正面上生长第一氧化层；从所述第一衬底的正面向所述第一衬底中执行离子注入工艺，以得到损伤层；将所述第一衬底的正面和第二衬底的正面进行键合，从而形成键合结构。进一步的，当所述绝缘埋层的厚度在以下时，所述绝缘埋层包括第一氧化层。当所述绝缘埋层的厚度大于时，所述绝缘埋层包括第一氧化层和第二氧化层；并在所述第一衬底的正面上生长第一氧化层的同时，在所述第二衬底的正面上形成第二氧化层。进一步的，所述第一氧化层的厚度为所述第二氧化层的厚度为进一步的，步骤S2包括：对所述键合结构进行第一次退火处理，所述键合结构沿着所述损伤层剥离，并得到位于所述绝缘埋层上的第一薄膜，所述第二衬底、绝缘埋层和第一薄膜构成绝缘体上硅结构；对所述绝缘体上硅结构进行第二次退火处理；对所述第一薄膜的表面进行清洗。进一步的，所述第二次退火处理是在含氧氛围中进行的，并在所述第一薄膜的表面生长一层氧化硅膜层；所述清洗处理用于去除所述氧化硅膜层。本专利技术还提供了一种绝缘体上硅结构，由上述方法制备而成。与现有技术相比存在以下有益效果：本专利技术提供的一种绝缘体上硅结构及其方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1：提供一键合结构，所述键合结构包括第一衬底、第二衬底和绝缘埋层，所述绝缘埋层位于所述第一衬底和第二衬底之间；步骤S2：从所述键合结构上剥离去除部分厚度的所述第一衬底，以得到第一薄膜；步骤S3：在第一温度下第一次刻蚀所述第一薄膜，以去除第一厚度的所述第一薄膜；步骤S4：在第二温度下第二次刻蚀所述第一薄膜，以平坦化处理所述第一薄膜，并去除第二厚度的所述第一薄膜，所述第一温度小于第二温度，第一厚度大于第二厚度，所述第一厚度和第二厚度为所述第一薄膜的总刻蚀厚度。本专利技术通过先在步骤S3的第一温度下刻蚀减薄第一薄膜，再在步骤S4的第二温度下平坦化处理所述第一薄膜，同时达到第一薄膜的目标厚度，使得在平坦化处理顶层硅的同时还可以提高顶层硅厚度均匀性。附图说明图1是本专利技术一实施例的一种绝缘体上硅结构的方法的流程示意图；图2a-2i是本专利技术一实施例的一种绝缘体上硅结构的方法的各步骤的结构示意图；图3是本专利技术一实施例的清洁工艺、第一次刻蚀和第二刻蚀时的温度时间曲线图。附图标记说明：I-第一时间段；II-第二时间段；III-第三时间段；10-键合结构；10’-绝缘体上硅结构；100-第一衬底；100a-第一衬底的正面；100b-第一衬底的背面；110-第一膜层；111-离子注入层；112-氧化硅膜层；200-绝缘埋层；210-第一氧化层；220-第二氧化层；300-第二衬底；300a-第二衬底的正面；300b-第二衬底的背面。具体实施方式以下将对本专利技术的一种绝缘体上硅结构及其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。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。为使本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘体上硅结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：提供一键合结构，所述键合结构包括第一衬底、第二衬底和绝缘埋层，所述绝缘埋层位于所述第一衬底和第二衬底之间；/n步骤S2：从所述键合结构上剥离去除部分厚度的所述第一衬底，以得到第一薄膜；/n步骤S3：在第一温度下第一次刻蚀所述第一薄膜，以去除第一厚度的所述第一薄膜；/n步骤S4：在第二温度下第二次刻蚀所述第一薄膜，以平坦化处理所述第一薄膜，并去除第二厚度的所述第一薄膜，所述第一温度小于第二温度，所述第一厚度大于第二厚度，所述第一厚度和第二厚度为所述第一薄膜的总刻蚀厚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种绝缘体上硅结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：提供一键合结构，所述键合结构包括第一衬底、第二衬底和绝缘埋层，所述绝缘埋层位于所述第一衬底和第二衬底之间；
步骤S2：从所述键合结构上剥离去除部分厚度的所述第一衬底，以得到第一薄膜；
步骤S3：在第一温度下第一次刻蚀所述第一薄膜，以去除第一厚度的所述第一薄膜；
步骤S4：在第二温度下第二次刻蚀所述第一薄膜，以平坦化处理所述第一薄膜，并去除第二厚度的所述第一薄膜，所述第一温度小于第二温度，所述第一厚度大于第二厚度，所述第一厚度和第二厚度为所述第一薄膜的总刻蚀厚度。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：
在快速热退火设备或者外延设备中，以氢气为第一载气，通过第一刻蚀气体对所述第一薄膜进行第一次刻蚀，以去除第一厚度的所述第一薄膜。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一次刻蚀的工艺参数为：刻蚀温度为900℃～1000℃，所述第一载气的流量为40slm～120slm，所述第一刻蚀气体的体积分数低于1％。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一厚度占总刻蚀厚度的比例不超过70％。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：
在快速热退火设备或者外延设备中，以氢气为第二载气，通过第二刻蚀气体对所述第一薄膜进行第二次刻蚀，以平坦化处理所述第一薄膜，并去除第二厚度的所述第一薄膜。


6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二次刻蚀的工艺参数为：刻蚀温度高于1050℃，所述第二载气的流量为40slm～120slm，所述第二刻蚀气体的体积分数低于0.5％，且所述第二刻蚀气体的体积分数低于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏星，高楠，薛忠营，
申请(专利权)人：上海新昇半导体科技有限公司，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：上海;31