一种特殊结构的SOI及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种特殊结构的SOI的制备方法，属于半导体的制备技术领域。一种特殊结构的SOI由衬底层、器件层、绝缘层、薄膜层组成，其中衬底层和器件层为下述几种之一：硅、碳化硅、氮化镓等

【技术实现步骤摘要】
一种特殊结构的SOI及其制备方法

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[0001]本专利技术涉及半导体材料制备
，特别提供了一种利用键合和裂片工艺形成的特殊结构的SOI及其制备方法，主要应用于射频领域。

技术介绍
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[0002]目前用于RF前端模组的材料如下：
[0003]1、SOQ(silicon on quartz石英上的硅)、SOS(silicon on sapphire蓝宝石上的硅)：SOQ和传统的SOI相同，它产生较低的漏电流，由于其较低的寄生电容，高频下电路性能得到了提高。SOS的优势在于其极好的电绝缘性，可有效防止杂散电流造成的辐射扩散到附近元件。SOQ和SOS这类衬底可以获得极好的射频性能，但这种结构非常少，因此它们非常昂贵。
[0004]2、高阻衬底硅：其电阻率在500ohm.cm以上，这种衬底比第一种差，这种衬底不受益于SOI类型结构优势，但是他们成本较低。
[0005]3、高阻SOI衬底：这类衬底具有结构优势，但表现出来的性能比第一种差。
[0006]形成低电阻层的一个原因是：由于低电阻率层在键合前表面可能存在污染物，在键合过程中，这些污染物被封装在粘结界面并能够扩散到高电阻率衬底；形成低电阻层另一个原因是：衬底中氧原子含量较高，必须进行热处理，使氧原子沉淀以获得高电阻衬底。然而，氧原子扩散、热处理过程导致所形成衬底的表面电阻率低。这两个原因目前难以控制。
[0007]4、在第三种的基础上通过加入缺陷层改进了高阻SOI衬底型衬底：为达到该目的，尝试了多技术，但都存在一些缺点：敏感于SOI制造及其后 IC器件制造中过程发热，不易制出热稳定性好的材料。
[0008]传统的SOI，由于寄生电容以及漏电流的原因，高频下电路性能表现不佳，即使提高衬底电阻率也很难达到较好的射频性能。因此，人们期望获得一种技术效果优良的特殊结构的SOI。而
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族化合物的化学惰性，高热导率以及优良的力学、电学、高温性能，在高温高频应用领域的优势体现的淋漓尽致。

技术实现思路
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[0009]本专利技术目的是提供一种技术效果优良的特殊结构的SOI及其制备方法。该方法既可以保留SOI的独特优点，又可以将
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族化合物的优势得到充分的发挥。
[0010]本专利技术一种特殊结构的SOI，其特征在于：其构成如下：衬底层(1)、器件层(2)、绝缘层(3)、薄膜层(4)组成，其中衬底层(1)和器件层(2)为下述几种之一：硅、碳化硅、氮化镓等
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族化合物；绝缘层(3)为二氧化硅，可以仅在器件层(2)或在衬底层(1)和器件层(2)上沉积所得；薄膜层(4)为下述几种之一：多晶硅层以及非晶硅层，可以在生长绝缘层(3)的衬底层(1)或可直接在衬底层(1)上沉积所得。
[0011]所述特殊结构的SOI的制备方法的步骤依次如下：
[0012](1)将硅片、碳化硅片、氮化镓片等
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族化合物片(标记为A片)依次用HF、NH4OH和H2O2的混合溶液及去离子水先后进行兆声清洗，去除表面的自然氧化层和污染物，获得高质量的表面，清洗完成并甩干后备用；
[0013](2)将硅片、碳化硅片、氮化镓片等
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族化合物片(标记为B片)依次用HF、NH4OH和H2O2的混合溶液及去离子水先后进行兆声清洗，去除表面的自然氧化层和污染物，获得高质量的表面，清洗完成并甩干后备用；
[0014](3)将经过步骤(2)的B片或经过步骤(1)的A片分别置于氧化炉或CVD设备中，氧化温度为950
‑
1150℃，通过控制氧化时间制备所需厚度的氧化硅层。
[0015](4)再将经过步骤(3)的B片进行氢离子注入，使氢离子穿透氧化硅层注入到B片中，并达到所需深度，注入剂量2e16
–
1e17 cm^
‑
2，能量在65kev
‑
100keV。然后依次采用SPM、DHF、SC1、SC2进行清洗备用。
[0016](5)再在经过步骤(1)或(3)的A片表面制备非晶硅/多晶硅层，制备非晶硅/多晶硅层是通过LPCVD(低压化学气相沉积)的方式，生长压力为0.1
‑
5.0Torr，反应温度为400℃
‑
900℃，可多次通入氧气进行掺氧淀积，依照实际情况淀积1
‑
n次；也可不同氧气晶向淀积。之后依次采用SC1、SC2 清洗，以去除表面杂质。
[0017](6)将经过步骤(4)处理后的B片和步骤(5)处理后的A片通过键合方式成为一个整体，然后进行退火处理，退火后将键合后的整体依次采用SC1、SC2清洗；
[0018]a.键合工艺条件为：温度为常温，等离子体激活，激活时间为0
‑
30s；
[0019]b.退火工艺条件为：温度为200
‑
450℃，氧气或氮气氛围，流量为0.01
‑
20 L/min，退火时间为1
‑
5小时。
[0020](7)将步骤(6)键合后的整体采用微波裂片/激光裂片设备进行裂片，裂片温度低于950℃，最终得到裂片后的A片为本专利技术所提及的特殊结构的SOI。裂片之后的器件层(4)的厚度为0.1
‑
1.5um。
[0021]本专利技术具有以下优点：
[0022]1、本专利技术方法利用键合工艺和裂片工艺形成的特殊SOI结构，该结构是通过键合工艺将在
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族化合物材料上形成的二氧化硅层、多晶硅层以及非晶硅层，与在注入后的
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族化合物材料上形成的二氧化硅层结合在一起，然后通过裂片技术从注入层剥离，形成特殊的SOI结构；
[0023]2、本专利技术方法不仅秉承了SOI无闩锁、高速率、低功耗、漏电小等优点，而且可以展现出
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族化合物材料的优势，新型SOI会表现出更快的速率、更高的工作温度上限、更小的漏电流，以及更好的射频特性等特点。
[0024]4、本专利技术方法中还创造性地采用多晶硅、非晶硅作为主导性的绝缘层材料，这解决了有效电阻小，导致SOI射频特性差的问题。
[0025]5、本专利技术方法中多晶层、非晶硅可与二氧化硅结合，技术优势是高缺陷密度，有效的抑制了衬底的表面寄生电导，限制电容变化和减少产生的谐波的功率以及射频损耗。
[0026]5、本专利技术方法中所采用的制备工艺简单且工艺兼容性高。
[0027]7、本专利技术方法中因激光裂片技术的引入，降低器件层密度缺陷密度提高了生产效率与产品质量。
[0028]综合而言，本专利技术具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。
附图说明：
[0029]图1为所述的特殊结构的SOI的流程图；
[0030]图2为本专利技术的一种特殊结构的SOI的结构示意图，其中：1
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衬底层， 2
‑
器件层，3
‑
绝缘层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种特殊结构的SOI，其特征在于：其构成如下：衬底层(1)、器件层(2)、绝缘层(3)、薄膜层(4)组成，其中衬底层(1)和器件层(2)为下述几种之一：硅、碳化硅、氮化镓等
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族化合物；绝缘层(3)为二氧化硅，可以仅在器件层(2)或在衬底层(1)和器件层(2)上沉积所得；薄膜层(4)为下述几种之一：多晶硅层以及非晶硅层，可以在生长绝缘层(3)的衬底层(1)或可直接在衬底层(1)上沉积所得。2.按照权利要求1所述特殊结构的SOI，其特征在于：所述特殊结构的SOI满足下述要求之一或其组合：其一，作为衬底层(1)、器件层(2)使用的硅片、碳化硅片、氮化镓等
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族化合物片的电阻率为0.1
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10000ohm.cm；其二，绝缘层(3)为二氧化硅层时其厚度为0.01
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1um；其三，薄膜层(4)为非晶层或者多晶层，厚度为0.1
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3um；其四，硅片、碳化硅片、氮化镓等
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族化合物片直径为以下三种之一：100mm、150mm、200mm、300mm；其五，硅片、碳化硅片、氮化镓等
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族化合物片掺杂为任意类型，任意晶向。3.一种特殊结构的SOI的制备方法，其特征在于：制备方法的要求依次是：(1)将硅片、碳化硅片、氮化镓片等
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族化合物片经过清洗工艺备用，标记为A片；(2)将硅片、碳化硅片、氮化镓片等
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族化合物片经过清洗工艺备用，标记为B片；(3)仅在B片或在A片和B片上生长一层二氧化硅层；(4)将B片进行离子注入，清洗备用；(5)将A片上淀积一层多晶硅层或者非晶硅层；(6)将A片和B片进行低温等离子键合工艺以及退火工艺；(7)将AB键合片进行裂片工艺，最终得到裂片后的A片为本发明所提及的特殊结构的SOI。4.按照权利要求3所述特殊结构的SOI的制备方法，其特征在于：所述特殊结构的SOI的制备方法的步骤依次如下：(1)将硅片、碳化硅片、氮化镓片等
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族化合物片(标记为A片)依次用HF、NH4OH和H2O2的混...

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