绝缘体上半导体结构的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种绝缘体上半导体结构的制造方法，包括：提供具有第一离子掺杂浓度的第一晶圆；在所述第一晶圆上形成具有第二离子掺杂浓度的半导体层，所述第一离子掺杂浓度大于所述第二离子掺杂浓度；通过原位蒸汽生成工艺在所述半导体层的表面上形成第一氧化键合层；提供第二晶圆，并在所述第二晶圆的表面上形成第二氧化键合层；键合所述第一氧化键合层和所述第二氧化键合层，以将所述第一晶圆键合至所述第二晶圆上；去除所述第一晶圆。本发明专利技术通过ISSG工艺在第一晶圆上形成第一氧化键合层，以缩短ISSG工艺的时间，限制杂质扩散程度，并通过高温减少第一晶圆的内应力，消除自由键以及由自由键引发的极化作用。由自由键引发的极化作用。由自由键引发的极化作用。

【技术实现步骤摘要】
绝缘体上半导体结构的制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种绝缘体上半导体结构的制造方法。

技术介绍

[0002]绝缘体上半导体，例如绝缘体上硅(Silicon
‑
On
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Insulator，SOI)、绝缘体上锗、绝缘体上硅锗等，均是具有独特的“底层半导体层/绝缘埋层/顶层半导体层”三层结构的半导体材料，它通过绝缘埋层(通常为二氧化硅SiO2)实现了器件(形成在顶层半导体层中)和衬底(即底层半导体层)的全介质隔离，能够彻底消除了体硅等形成的CMOS电路中的寄生闩锁效应，且基于绝缘体上半导体衬底制作的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，绝缘体上半导体衬底在微电子领域得到了广泛的使用。
[0003]然而，传统技术制造的绝缘体上半导体衬底存在顶层半导体层较厚且表面存在缺陷等问题，无法满足器件性能进一步提高的需求，因此亟待改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种绝缘体上半导体结构的制造方法，能够使得绝缘体上半导体结构中的顶层半导体的膜厚较薄，以满足高性能的器件的制造需求。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种绝缘体上半导体结构的制造方法，包括：
[0006]提供具有第一离子掺杂浓度的第一晶圆；
[0007]在所述第一晶圆上形成具有第二离子掺杂浓度的半导体层，所述第一离子掺杂浓度大于所述第二离子掺杂浓度；
[0008]通过原位蒸汽生成工艺在所述半导体层的表面上形成第一氧化键合层；
[0009]提供第二晶圆，并在所述第二晶圆的表面上形成第二氧化键合层；
[0010]键合所述第一氧化键合层和所述第二氧化键合层，以将所述第一晶圆键合至所述第二晶圆上；
[0011]去除所述第一晶圆。
[0012]本专利技术的绝缘体上半导体结构的制造方法的有益效果在于：
[0013]通过采用原位蒸汽生成工艺(ISSG工艺)在半导体层上形成第一氧化键合层，以缩短第一氧化键合层形成的时间，限制杂质扩散程度，并通过高温减少第一晶圆的内应力；通过ISSG的强氧化环境，生成致密、缺陷密度小的第一氧化键合层，减少去除第一晶圆之后的半导体层和BOX界面的自由键，尽可能消除由自由键引发的极化作用，从而减小该极化对去除第一离子掺杂层之后的第一晶圆即顶层硅中PN节的正常工作的影响。
[0014]另外，通过使第一晶圆和半导体层具备不同离子掺杂浓度，以便于采用湿法刻蚀工艺去除第一晶圆时，对第一晶圆的湿法刻蚀速率大于对半导体层的湿法刻蚀速率，以使第一硅晶圆为腐蚀增强层，能够快速被去除且不会对半导体层造成不必要的损伤，从而使
得最终形成绝缘体上半导体结构的顶层半导体层更薄、膜厚更均匀，工艺简单，易于执行。
[0015]进一步地，通过使用氮或氘掺杂，以将氮气或氘气注入至多晶硅栅和二氧化硅的界面，从而增加第一氧化键合层的物理厚度；另外，还可以避免增加界面态的同时，显著改善NBTI效应。
[0016]进一步地，由于通过ISSG工艺形成的第一氧化键合层的致密性和平整度较好，因此通过熔融键合将第一氧化键合层键合至第二氧化键合层上，可以提高第一氧化键合层和第二氧化键合层的键合强度。
[0017]进一步地，通过选择性湿法腐蚀工艺等刻蚀工艺快速去除且能避免对半导体层造成不必要的损伤，以使得顶层半导体层更薄、膜厚更均匀。
[0018]进一步地，在去除第一晶圆之后，还测量半导体层的厚度，并根据测量结果，采用离子束对半导体层的整体表面或局部表面进行离子轰击，从而对半导体层进行表面修整，以使半导体层的厚度进一步减薄，膜厚均一性进一步提高。
[0019]进一步地，在去除第一晶圆以暴露半导体层之后，还通过表面氧化处理工艺和/或各向异性刻蚀工艺，去除半导体层表面上的损伤，以有利于提高基于该绝缘体上半导体结构形成的器件的性能。
[0020]进一步地，提供的第二晶圆的表面上的第二氧化键合层下设置有微晶层，该微晶层能够在第二晶圆中形成富陷阱层(trap rich layer)，以阻碍绝缘体上半导体结构中的自由载流子流动，从而降低绝缘体上半导体结构中的寄生现象，提高绝缘体上半导体结构的电学性能。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1示出了本专利技术实施例提供的一种绝缘体上半导体结构的制造方法的流程图；
[0023]图2
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图8示出了本专利技术实施例的绝缘体上半导体结构的制造方法的不同步骤对应的结构示意图。
[0024]附图标记说明：
[0025]10
‑
第一晶圆；11
‑
半导体层；11a
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顶层半导体层；12
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第一氧化键合层；13
‑
再生氧化层；20
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第二晶圆；200
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单晶硅层；201
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微晶层；21
‑
第二氧化键合层。
具体实施方式
[0026]由于传统薄膜硅层的SOI晶圆，其薄膜硅和BOX界面自由键较多，会产生极化特性，从而影响薄膜硅层中PN节的正常工作，因此采用快速热处理工艺形成底层氧化键合层，以消除自由键和极化作用。
[0027]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的绝缘体上半导体结构的制造方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本专利技术的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本专利技术技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附
图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0028]在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本专利技术实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
[0029]本专利技术实施例提供了一种绝缘体上半导体结构的制造方法，图1为本专利技术实施例1提供的一种绝缘体上半导体结构的制造方法的流程图，请参考图1，该绝缘体上半导体结构的制造方法包括：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，包括：提供具有第一离子掺杂浓度的第一晶圆；在所述第一晶圆上形成具有第二离子掺杂浓度的半导体层，所述第一离子掺杂浓度大于所述第二离子掺杂浓度；通过原位蒸汽生成工艺在所述半导体层的表面上形成第一氧化键合层；提供第二晶圆，并在所述第二晶圆的表面上形成第二氧化键合层；键合所述第一氧化键合层和所述第二氧化键合层，以将所述第一晶圆键合至所述第二晶圆上；去除所述第一晶圆。2.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，所述原位蒸汽生成工艺选择性地掺杂氮或氘中的至少一种。3.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，所述原位蒸汽生成工艺包括：反应温度900
‑
1200摄氏度，反应压强700
‑
2000帕，掺杂气体的流量：10
‑
1000sccm。4.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，所述原位蒸汽生成工艺进行至少1次，使生成的第一氧化键合层厚度范围为：10
‑
50埃。5.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，键合所述第一氧化键合层和所述第二氧化键合层的方法包括熔融键合。6.根据权利要求2所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，在掺杂氮时，选择含氮气体进行掺杂，所述含氮气体包括NO、N2O、NO2、N2或NH3；在掺杂氘时，选择含氘气体进行掺杂，所述含氘气体包括D2。7.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，在所述第一表面上形成第一氧化键合层之前，通过原位溅射去除原生氧化物。8.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，采用气相沉积工艺、热氧化或原位蒸汽生成工艺形成所述第二氧化键合层。9.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，所述第一氧化键合层和/或所述第二氧化键合层的材料包括二氧化硅或二氧化硅与氮化硅的组合。10.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，在所述第一晶圆上形成具有第二离子掺杂浓度的半导体层的方法包括：在所述第一晶圆上形成半导体层；对所述半导体层进行离子掺杂，使其具有第二离子掺杂浓度。11.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在于，在所述第一晶圆上形成具有第二离子掺杂浓度的半导体层的方法包括：在所述第一晶圆上外延生长出具有第二离子掺杂浓度的半导体层。12.根据权利要求1所述的绝缘体上半导体结构的制造方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，丁敬秀，向阳辉，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司上海分公司，
类型：发明
国别省市：