采用吸杂工艺制备带有绝缘埋层的半导体衬底的方法技术

一种采用吸杂工艺制备带有绝缘埋层的半导体衬底的方法，包括如下步骤：提供器件衬底与支撑衬底；在器件衬底的表面形成绝缘层；热处理器件衬底，从而在所述器件衬底的表面形成洁净区域；将带有绝缘层的器件衬底与支撑衬底键合，使绝缘层夹在器件衬底与支撑衬底之间；对键合界面实施退火加固，使键合界面的牢固程度能够满足后续倒角研磨、减薄以及抛光工艺的要求；对键合后的器件衬底实施倒角研磨、减薄以及抛光。本发明专利技术的优点在于，在键合前采用吸杂工艺对器件衬底进行处理，表面形成洁净区域，随后将该洁净区域转移到另一片支撑衬底之上，得到具有高晶体质量的键合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种制备绝缘体上硅材料的方法，特别涉及一种采用吸杂工艺制备 带有绝缘埋层的半导体衬底的方法。
技术介绍
随着集成电路的特征尺寸的减小，对硅单晶中缺陷的控制变得尤其重要。硅片 中的缺陷主要来自两方面，一方面是晶体生长的过程中产生的原生缺陷，如晶体原生粒子 (COPs)；另一方面是硅片热处理过程中产生的缺陷，如氧沉淀，这些缺陷如果在硅片表面的 活性区，将对器件的性能有着破坏作用，使器件失效。此外，硅片在加工和集成电路制造的 过程中不可避免地要受到如Cu、Ni和!^e等金属的沾污，这些金属杂质在硅中的扩散很快， 如果存在于器件的有源区，将导致器件的失效，因此有效地消除硅片表面的金属杂质是至 关重要的。氧沉淀及其诱生缺陷可以作为金属杂质的吸杂点，使得金属杂质在缺陷处聚集， 但如果氧沉淀和诱生缺陷出现在器件活性区，也会影响器件的电学性能。因此，在器件工艺 中一方面需要在硅片中产生大量的氧沉淀，起到吸杂的作用，另一方面又希望氧沉淀不要 出现在硅片的活性区，这就是内吸杂anternalGettering)的基本理念。硅片的内吸杂工 艺，通过热处理，在硅片表面形成低氧及低金属的洁净区域(Denuded hne-DZ)，并且在硅 片体内形成氧沉淀和诱生缺陷以吸收金属杂质。经过DZ工艺处理的硅片，器件制备在DZ 区域，能够有效地提高器件的良率。此外，目前厚膜SOI材料(顶层硅通常大于1 μ m)广泛的应用于高压功率器件和 微机电系统(MEMS)领域，特别是在汽车电子、显示、无线通讯等方面发展迅速。由于电源 的控制与转换、汽车电子以及消费性功率器件方面对恶劣环境、高温、大电流、高功耗方面 的要求，使得在可靠性方面的严格要求不得不采用SOI器件。目前厚膜SOI材料的用户主 要包括美国 Maxim、ADI、TI (USA)，日本 NEC、Toshiba、Panasonic、Denso、TI (Japan)、FUJI、 Omron等，欧洲PhilipS、X_Fab等。在这些SOI材料用户里面，很大的应用主要来源于各种 应用中的驱动电路如Maxim的应用于主要为手机接受段的放大器电路；Panasonic、Tl、 FUJI、ToshikuNEC等主要应用在显示驱动电路中的扫描驱动电路；DENSO的应用主要在汽 车电子、无线射频电路等；Toshiki的应用甚至在空调的电源控制电路中；Omron主要在传 感器方面；ADI也主要在高温电路、传感器等；而Wiillips的应用则主要是功率器件中的 LDM0S，用于消费类电子中如汽车音响、声频、音频放大器等；韩国的Magnchip(Hynix)则为 Kopin生产用于数码相机用的显示驱动电路和为LG生产的PDP显示驱动电路等。但是，对SOI材料而言，由于埋氧层的存在，若对其进行热处理，埋氧层的氧元素 将会外扩散，反而使得其顶层硅内氧元素含量升高，因此传统的吸杂工艺不适合用于SOI 材料，也导致SOI材料的顶层硅不存在该DZ区域，这样使得SOI制备的器件良率相对较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够适用于带有绝缘埋层的半导体衬底的吸杂工艺。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种采用吸杂工艺制备带有绝缘埋层的半导体 衬底的方法，包括如下步骤提供器件衬底与支撑衬底；在器件衬底的表面形成绝缘层；热 处理器件衬底，从而在所述器件衬底的表面形成洁净区域；将带有绝缘层的器件衬底与支 撑衬底键合，使绝缘层夹在器件衬底与支撑衬底之间；对键合界面实施退火加固，使键合界 面的牢固程度能够满足后续倒角研磨、减薄以及抛光工艺的要求；对键合后的器件衬底实 施倒角研磨、减薄以及抛光。作为可选的技术方案，所述器件衬底为单晶硅衬底。作为可选的技术方案，进一步包括如下步骤在对器件衬底实施倒角研磨、减薄以 及抛光工艺之后，对键合后界面实施补充退火加固。作为可选的技术方案，所述热处理器件衬底的步骤进一步包括第一热处理步骤， 以在器件衬底表面形成结晶区域；第二热处理步骤，温度低于第一热处理退火步骤，以使洁 净区域以外的器件衬底中的饱和氧元素积聚成核；第三热处理步骤，使第二热处理步骤中 积聚成核的氧元素形成更大的氧沉淀，同时所述氧沉淀能够吸收洁净区域中的金属杂质。作为可选的技术方案，进一步包括如下步骤在对器件衬底实施倒角研磨、减薄以 及抛光工艺之前，在支撑衬底暴露出来的表面上形成保护层。本专利技术的优点在于，在键合前采用吸杂工艺对器件衬底进行处理，表面形成洁净 区域，随后将该洁净区域转移到另一片支撑衬底之上，得到具有高晶体质量的键合材料。进 一步考虑到器件衬底体内的氧沉淀的热稳定性，因此在制备工艺中可以选择实施两步退火 工艺，第一步低温退火，使其键合强度能够满足研磨和抛光的需要，最后再第二步加固增强 其键合强度，在界面处形成共价键。附图说明附图1所示是本专利技术具体实施方式的实施步骤流程图，附图2A至附图2E所示是本专利技术具体实施方式的工艺示意图。具体实施例方式接下来结合附图详细介绍本专利技术所述一种采用吸杂工艺制备带有绝缘埋层的半 导体衬底的方法的具体实施方式。附图1所示是本方法的实施步骤流程图，包括步骤S10，提供器件衬底与支撑衬 底；步骤S11，在器件衬底的表面形成绝缘层；步骤S12，热处理器件衬底，从而在所述器件 衬底的表面形成洁净区域；步骤S13，将带有绝缘层的器件衬底与支撑衬底键合，使绝缘层 夹在器件衬底与支撑衬底之间；步骤S14，对键合界面实施退火加固，使键合界面的牢固程 度能够满足后续倒角研磨、减薄以及抛光工艺的要求；步骤S15，对键合后的器件衬底实施 倒角研磨、减薄以及抛光；步骤S16，对键合后界面实施补充退火加固。附图2A至附图2E所示是本专利技术具体实施方式的工艺示意图。附图2A所示，参考步骤S10，提供器件衬底100与支撑衬底190。所述器件衬底 100用于形成最终产品的器件层，故其材料应当是常见的半导体材料例如单晶硅，也可以是 其他如化合物半导体等。而支撑衬底190由于仅起到支撑作用，故选材范围较广，除了单晶硅以及常见的化合物半导体材料之外，也可以是蓝宝石甚至可以是金属衬底。本实施方式 中，器件衬底100与支撑衬底190的材料均为单晶硅。附图2B所示，参考步骤S11，在器件衬底100的表面形成绝缘层110。所述绝缘层 110用于形成最终产品的绝缘埋层，其材料可以是氧化硅或者氮化硅等，生长方法可以是化 学气相沉积或者热氧化(用于单晶硅衬底表面形成氧化硅绝缘层)。附图2C所示，参考步骤S12，热处理器件衬底100，从而在所述器件衬底100的表 面形成洁净区域101。以上步骤可以进一步分解为升温-降温-升温三个热处理步骤。第一热处理步骤， 以在器件衬底表面形成结晶区域；第二热处理步骤，温度低于第一热处理退火步骤，以使洁 净区域以外的器件衬底中的饱和氧元素积聚成核；第三热处理步骤，使第二热处理步骤中 积聚成核的氧元素形成更大的氧沉淀，同时所述氧沉淀能够吸收洁净区域中的金属杂质。具体地说，第一热处理步骤是升温步骤，目标温度为900°C 1400°C范围内的任 意一温度值，优化的目标温度为1250°C，升至目标温度后的持续退火时间为0. 5 20小 时，优化为4小时，升温速度为0. 5 20°C 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种采用吸杂工艺制备带有绝缘埋层的半导体衬底的方法，其特征在于，包括如下步骤：提供器件衬底与支撑衬底；在器件衬底的表面形成绝缘层；热处理器件衬底，从而在所述器件衬底的表面形成洁净区域；将带有绝缘层的器件衬底与支撑衬底键合，使绝缘层夹在器件衬底与支撑衬底之间；对键合界面实施退火加固，使键合界面的牢固程度能够满足后续倒角研磨、减薄以及抛光工艺的要求；对键合后的器件衬底实施倒角研磨、减薄以及抛光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏星，王中党，叶斐，曹共柏，林成鲁，张苗，王曦，
申请(专利权)人：上海新傲科技股份有限公司，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：31