两层半导体器件的制备方法技术

本发明专利技术通过采用低温键合、低温剥离的方法，实现下层半导体器件层上的上层半导体层的层转移，然后在上层半导体层中制备上层半导体器件，最后一次性完成上层接触孔和下层接触孔工艺，实现上下两层半导体器件隔离制备方法，工艺简单，有效提高了半导体器件的集成度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件的制备方法，尤其涉及一种上、下。
技术介绍
SOI (Silicon On Insulator)因其独特的结构以及一系列优良性能,可以实现集成电路制造中元器件的绝缘隔离，消除体硅CMOS中的寄生闩锁效应；同时，CM0S/S0I电路还具有寄生电容小、集成度高、速度快、功耗低、工作温度高(300°C)、抗辐照等一系列优点。 因此，SOI材料将是更细线条(O. I μ m)集成电路的主要材料之一，预计当集成度达到IGb使用Φ 300mm硅片时将主要使用上述材料。近年来，SOI材料发展迅速，已愈来愈引起人们的高度重视，并被认为是二i^一世纪最重要的硅集成电路技术。目前，层转移技术是制备SOI材料的主流技术，在层转移技术中，一个薄的表面硅层从一个娃衬底上剥离后，转移至一个氧化后的娃衬底之上，形成一片SOI材料。由于是衬底制备，制备工艺中没有温度的限制，因此，在制备SOI衬底硅片中的键合和剥离工序大都采用高温技术，以增大键合强度，同时使剥离更容易。目前，商业化的层转移技术主要包括智能剥离技术(Smart-Cut )、外延层转移技术(ELTRAN )和注氧键合技术(Simbond )。但当层转移中的支撑片是已经制备有半导体器件的器件片时，由于支撑片中半导体器件和半导体金属合金(如镍硅合金、钴硅合金、钨硅合金、铝硅合金等)的存在，就不能采用常规SOI衬底硅片的高温键合和高温剥离技术，而必须采用低温技术(一般要求400°C 以下)。中国专利CN1610114A公开了一种三维互补金属氧化物半导体器件(CMOS)结构及其制备方法，它采用低温键合和低温剥离技术，可以实现CMOS的多层堆叠，提高器件集成密度，但具有以下缺陷层与层之间需要加一层金属层，其上下两层器件通过通孔与其连接；这增大了工艺的复杂度。中国专利CN100440513C公开了一种三维互补金属氧化物半导体(CMOS)器件结构及其制备方法，它采用低温键合和低温剥离技术，可以实现CMOS的多层堆叠，提高器件集成密度，它虽然在两层器件层之间不需要增加一层金属层作为上下器件层的连接层，但其仍需要各层器件层之间制备连接通孔，作为上下两层器件层的连接线，这同样增大了工艺的复杂度。上述两项专利技术实现的均是CMOS的多层堆叠，多层堆叠必然增大半导体器件间的寄生电容，从而使电路响应速度受到限制。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种上、下。本专利技术的第一方面是提供一种，步骤包括步骤I，提供已图形化的下层支撑片(下层器件)，提供上层硅片，其中，所述上层硅包括富硼、氢层，并且包括键合层；对图形化的下层支撑片表面以及所述键合层进行活化处理和亲水处理，以增加处理表面的硅醇键；上层硅键合层与下层支撑片的表面材料均为二氧化硅；步骤2，将上层硅的键合层贴合在处理后的下层支撑片表面，并通过低温键合将上层硅固定在下层支撑片表面；步骤3，通过低温剥离技术，将上层硅从富硼、氢层处断裂剥离，富硼、氢层下方的部分与下层支撑片表面键合连为一体；优选地，当上层硅键和部分厚度较小时，在上层硅与下层支撑片键合的部分上进行硅外延生长；步骤4，在上层硅中制备上层半导体器件。根据本专利技术上述制备方法的一种优选实施方式，其中，步骤还包括步骤5，在步骤4中得到的上层半导体器件上形成上层ILD层，然后制备上层接触孔和下层接触孔。上层接触孔和下层接触孔可以是一次性或逐次形成。根据本专利技术上述制备方法的进一步优选实施方式，其中，上层器件MOS区与下层器件的MOS区并不对齐，从而为下层器件接触孔留出空间。本专利技术上述的制备方法中，所述下层支撑片可以是体硅硅片，也可以为SOI硅片， 也可以为其他半导体片如锗片、锗硅片、应变硅片等。下层支撑片的半导体器件上的ILD层，可以为SiO2层，为了减少上下器件层之间的电容偶合效应，也可以为具有微孔结构的含碳低K 二氧化硅层。其中，为了保证层转移质量，必须保证下层ILD在CMP之后足够小的表面粗糙度，优选地，可以采用FACMP (Fixed Abrasive CMP)处理，使得表面粗糙度小于10nm。本专利技术的第二个方面是提供一种上述方法制备的两层半导体器件，包括下层器件和上层器件，上层器件和下层器件通过低温键合技术相连接固定。其中，上述步骤4中，外延生长温度控制在彡650°C。本专利技术通过采用低温键合、低温剥离的方法，实现下层半导体器件层上的上层半导体层的层转移，然后在上层半导体层中制备上层半导体器件，最后一次性完成上层接触孔和下层接触孔工艺，实现上下两层半导体器件隔离制备方法，工艺简单，有效提高了半导体器件的集成度。本专利技术由于只有上下两层半导体器件层，因此上层接触孔和下层接触孔可以一次完成，相比于现有的多层半导体技术，在工艺上简单许多。附图说明图I为本专利技术一种实施例中，下层支撑片与上层硅结构示意图； 图2为图I所述实施例中贴合工艺不意图3为图I所述实施例中低温键合后结构示意4为图I所述实施例中低温剥离后结构示意5为图I所述实施例中外延生长后结构示意6为图I所述实施例中制备上层半导体器件结构示意图7为图I所述实施例中形成ILD层结构示意图；图8为图I所述实施例中制备接触孔结构不意图。具体实施例方式本专利技术提供了一种、以及所述方法制备的半导体器件，图广图8给出了本专利技术一个实施例中制备两层半导体器件的流程示意图；下面参照附图，通过具体实施例对本专利技术进行详细的介绍和描述，以使更好的理解本
技术实现思路
，但是应当理解的是，下述实施例并不限制本专利技术范围。本实施例中，以平面型CMOS FET结构为例，但也可以是各种半导体器件。步骤I参照图1，下层支撑片I已经图形化，支撑片I选择体硅硅片，也可以为SOI硅片，也可以为其他半导体片如锗片、锗硅片、应变硅片等，其半导体层为常规硅层。下层支撑片I的ILD层11为SiO2层(为了减少上下器件层之间的电容偶合效应， 也可以为具有微孔结构的含碳低K 二氧化硅层)，为了保证层转移质量，必须保证下层ILD 在CMP之后足够小的表面粗糙度，采用FACMP(Fixed Abrasive CMP)，使得表面粗糙度小于 IOnm0上层硅2中含有富硼、氢层21，其中用于与下层支撑片I键合的部分为二氧化硅层 22。硅片表面总存在氧化层，有些处于表面的二氧化硅分子中硅氧共价键会断裂，使硅原子形成悬挂键。悬挂的硅原子显正电性，可看作硅表面一层电荷层。经过亲水处理时， 硅表面吸附OH-团形成硅醇键。两片形成硅醇键的硅片靠近时，硅醇键、水分子与硅醇键之间会形成氢键相互吸引。这就是键合的贴合时期。硅片界面存在的是(Si-OH)和水分子。 在温度升高时，有如下反应2Si0H — Si-O-Si+H2O即娃醇键向娃氧键转化。此反应为可逆反应，温度越高，反应方向越向右边进行。这就是为什么高温退火可以增强键合强度。低温退火就是要求在较低的温度下，反应能较充分地向右边进行。这就有以下两个要求(1)硅片表面要尽量多形成硅醇键，使硅片在贴合时结合紧密并有足够的反应物；(2)低温退火时间要长，以利于水分子逃逸和扩散，使反应不断向正方向进行。对于以上的第二点，延长退火时间即可。而第一点，要求硅片在亲水处理前有尽量多的悬挂键，以便吸附大量的(OH)团。以氧等离子体激活方法为例，它可以在氧化层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓橹，张守龙，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：