專利名稱：采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法
采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯
底的方法。
背景技術：
與體硅器件相比，絕緣體上硅(SOI)器件具有高速、低驅動電壓、耐高溫、低功耗以及抗輻照等優(yōu)點，備受人們的關注，在材料和器件的制備方面都得到了快速的發(fā)展。目前，SOI材料的制備技術主要有注氧隔離技術(SIM0X)和鍵合減薄技術。其中，由于鍵合減薄技術具有工藝簡單、成本低等優(yōu)點，因此受到人們的重視，雖然埋氧層厚度連續(xù)可調，但是通過研磨或者腐蝕的辦法減薄頂層硅，頂層硅的厚度均勻性很難得到精確控制。如P. B. Mumola等在頂層硅厚度為1±0. 3 y m鍵合減薄SOI材料的基礎上，采用計算機控制局部等離子減薄的特殊辦法，將頂層硅減薄到O. lym，平整度僅能控制在士O.Olym，這也就限制了鍵合減薄SOI材料在對頂層硅厚度均勻性要求高等方面的應用。而采用SIM0X技術制備的SOI材料，雖然具有優(yōu)異的頂層硅厚度均勻性，但由于受到注入劑量和能量的限制，埋氧層最大厚度很難超過400nm，并且SIMOX工藝是利用高溫退火，促進氧在硅片內(nèi)部聚集成核而形成連續(xù)埋氧層，但是埋氧層中存在的針孔使其絕緣性能不如熱氧化形成的Si02，擊穿電壓僅6MV/cm左右，這些缺點限制了 SIMOX材料在厚埋層(大于400nm)方面的應用。
近期，在結合SMOX技術和鍵合減薄技術優(yōu)點的基礎上提出了注氧鍵合技術，該技術將SIMOX SOI的頂層硅層通過鍵合技術和兩步選擇性腐蝕工藝轉移到支撐襯底之上。該技術所制備的SOI材料的頂層硅來自于SIMOX器件襯底，因此具有極佳的厚度均勻性；而埋氧層來自于熱氧化的支撐襯底，因此具有熱氧二氧化硅的絕緣特性。以上工藝可以參考申請?zhí)枮?00510028365. 6和200610028767. 0的中國專利申請。 采用該技術制備SOI材料的過程中，需要使用兩步選擇性腐蝕工藝來去除器件襯底經(jīng)過背面研磨后所剩余的殘余硅層以及二氧化硅的腐蝕阻擋層(即SIMOX器件襯底的埋氧層)。在腐蝕液腐蝕的過程中，腐蝕液在局部的腐蝕速率并不均勻，為了保證完全去除該殘余硅層和腐蝕阻擋層，需要將該襯底在腐蝕液中過腐蝕。由于該腐蝕阻擋層中有針孔缺陷，使得腐蝕液在過腐蝕殘余硅層的過程中將穿透腐蝕阻擋層造成對最終的頂層硅層的腐蝕，從而在頂層硅中形成四方形缺陷；并且，由于SIMOX器件襯底的頂層硅和埋氧層界面附近存在氧含量較高的過渡區(qū)域，因此在HF腐蝕液去除該腐蝕阻擋層的過程中，該腐蝕液會對該過渡區(qū)域造成腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，能夠避免發(fā)生腐蝕液穿透腐蝕阻擋層的現(xiàn)象，保證最終產(chǎn)品結構的完整性。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，包括如下步驟提供一支撐襯底以及一鍵合襯底，所述支撐襯底表面具有絕緣層，所述鍵合襯底表面具有自停止層，所述自停止層表面具有薄膜半導體層；以薄膜半導體層和絕緣層的暴露表面為鍵合面將支撐襯底與鍵合襯底鍵合；采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底的第一腐蝕液，將鍵合襯底腐蝕除去；采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層的第二腐蝕液，將自停止層腐蝕除去。 作為可選的技術方案，所述鍵合襯底與薄膜半導體層的材料相同，所述自停止層與絕緣層的材料相同。 作為可選的技術方案，所述鍵合襯底的材料為單晶硅，第一腐蝕液為四甲基氫氧化銨；鍵合襯底的旋轉速度為每分鐘3000至10000周，腐蝕液的溫度范圍是8(TC至100°C。
作為可選的技術方案，所述自停止層的材料為氧化硅，第二腐蝕液為氫氟酸；襯底的旋轉速度為每分鐘3000至10000周。 作為可選的技術方案，在采用旋轉腐蝕工藝除去鍵合襯底的步驟之前，首先采用研磨工藝減薄鍵合襯底。 本發(fā)明的優(yōu)點在于，采用旋轉腐蝕工藝腐蝕支撐襯底和自停止層，可以避免腐蝕液浸入到自停止層和薄膜半導體層而對薄膜半導體層和絕緣層進行腐蝕，因此能夠保證最終產(chǎn)品結構的完整性。


附圖1是本發(fā)明所述具體實施方式
的實施步驟示意 附圖2至附圖7是本發(fā)明所述具體實施方式
的工藝示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明提供的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法具體實施方式
做詳細說明。 附圖1所示是本具體實施方式
的實施步驟示意圖，包括步驟S10，提供一支撐襯底以及一鍵合襯底，所述支撐襯底表面具有絕緣層，所述鍵合襯底表面具有自停止層，所述
自停止層表面具有薄膜半導體層；步驟Sll，以薄膜半導體層和絕緣層的暴露表面為鍵合面將支撐襯底與鍵合襯底鍵合；步驟S12，采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底的第一腐蝕液，將鍵合襯底腐蝕除去；步驟S13，采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層的第二腐蝕液，將自停止層腐蝕除去。 附圖2至附圖7所示為本具體實施方式
的工藝示意圖。 附圖2與附圖3所示，參考步驟S10，提供一支撐襯底110以及一鍵合襯底190，所述支撐襯底IIO表面具有絕緣層lll，所述鍵合襯底190表面具有自停止層191，所述自停止層表面具有薄膜半導體層192。 本具體實施方式
中，所述鍵合襯底190與薄膜半導體層192的材料相同，優(yōu)選為單晶硅，所述自停止層191與絕緣層111的材料相同，優(yōu)選為氧化硅。上述情況下，后續(xù)的選擇性腐蝕步驟中腐蝕液容易通過腐蝕阻擋層而腐蝕到底層，因此尤其需要采用旋轉腐蝕工藝。 附圖4所示，參考步驟S11，以薄膜半導體層192和絕緣層111的暴露表面為鍵合面將支撐襯底110與鍵合襯底鍵合190。
上述鍵合工藝是本領域內(nèi)的常見工藝，此處不再贅述。 附圖5所示，參考步驟S12，采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底190的第一腐 蝕液，將鍵合襯底190腐蝕除去。 由于支撐襯底190的厚度通常是數(shù)百微米以上，為了提高工藝效率，可以在腐蝕 之前首先采用研磨工藝減薄鍵合襯底190。所述研磨工藝可以是包括化學機械拋光工藝在 內(nèi)的任何本領域內(nèi)常見的研磨減薄工藝。 本具體實施方式
中，所述第一腐蝕液為四甲基氫氧化銨(TMA0H)，該溶液對單晶硅 與氧化硅的腐蝕選擇性較好。由于該步驟將停止在自停止層191的表面，而停止層191的結 構不可能是絕對致密的，必然存在一定密度的針孔和穿透性的缺陷，而腐蝕液很容易通過 針孔和穿透性缺陷滲透到自停止層191下面的薄膜半導體層192。由于薄膜半導體層192 與鍵合襯底190的材料相同，同為單晶硅，因此薄膜半導體層192也有被腐蝕的危險。
為了避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，本具體實施方式
中采用旋轉腐蝕工藝替代傳統(tǒng)的浸入 式腐蝕工藝。所謂旋轉腐蝕工藝，是將腐蝕液采用噴射的方式噴射到鍵合襯底190中心的 表面，并同時旋轉鍵合襯底190，使腐蝕液在旋轉離心力的作用下在鍵合襯底190表面由中 央向四周流動。由于旋轉腐蝕過程中腐蝕液與襯底具有沿鍵合襯底190表面方向地相對運 動，因此避免了腐蝕液沿垂直鍵合襯底190表面方向產(chǎn)生的浸入現(xiàn)象。
旋轉腐蝕的旋轉速度和腐蝕液溫度對是本步驟中尤其需要優(yōu)化的工藝。過慢的旋 轉速度和過高的溫度不利于抑制腐蝕液的浸入現(xiàn)象，而過快的旋轉速度和過低的溫度會導 致腐蝕液迅速的流過襯底的表面而來不及發(fā)生化學反應，導致腐蝕速度變慢，因此需要優(yōu) 化旋轉速度以獲得最佳效果。本步驟中，所述旋轉腐蝕工藝中，鍵合襯底190的旋轉速度為 每分鐘3000至10000周，并優(yōu)選為4000周；腐蝕液的溫度范圍是8(TC至IO(TC，并優(yōu)選為 90°C，以上溫度下最有利于發(fā)揮腐蝕液的活性。 附圖6所示，參考步驟S13，采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層191的第二腐 蝕液，將自停止層腐蝕除去191。 本具體實施方式
中，所述第二腐蝕液為氫氟酸。 同上一步驟類似，采用旋轉腐蝕工藝可以避免腐蝕液浸入薄膜半導體層192而腐
蝕到絕緣層lll，旋轉速度為每分鐘3000至10000周，并優(yōu)選為4000周。 并且，本步驟采用旋轉腐蝕工藝的優(yōu)點還在于能夠提高薄膜半導體層192表面的
平整度。 在實施了包括上述步驟的工藝之后，能夠獲得帶有絕緣埋層的襯底，所述襯底的
結構如附圖7所示，包括支撐襯底110、絕緣層111以及薄膜半導體層192。 總之，本具體實施方式
采用旋轉腐蝕工藝腐蝕支撐襯底190和自停止層191，可以
避免腐蝕液浸入到腐蝕目標層的下層，更好地保證最終產(chǎn)品結構的完整性。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人
員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為
本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，包括如下步驟提供一支撐襯底以及一鍵合襯底，所述支撐襯底表面具有絕緣層，所述鍵合襯底表面具有自停止層，所述自停止層表面具有薄膜半導體層；以薄膜半導體層和絕緣層的暴露表面為鍵合面將支撐襯底與鍵合襯底鍵合；采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底的第一腐蝕液，將鍵合襯底腐蝕除去；采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層的第二腐蝕液，將自停止層腐蝕除去。
2. 根據(jù)權利要求1所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述鍵合襯底與薄膜半導體層的材料相同。
3. 根據(jù)權利要求1所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述自停止層與絕緣層的材料相同。
4. 根據(jù)權利要求1至3任意一項所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述鍵合襯底的材料為單晶硅，第一腐蝕液為四甲基氫氧化銨。
5. 根據(jù)權利要求4所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述除去鍵合襯底的工藝旋轉腐蝕工藝中，鍵合襯底的旋轉速度為每分鐘3000至10000周。
6. 根據(jù)權利要求4所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述除去鍵合襯底的工藝旋轉腐蝕工藝中，腐蝕液的溫度范圍是8(TC至IO(TC。
7. 根據(jù)權利要求1至3任意一項所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述自停止層的材料為氧化硅，第二腐蝕液為氫氟酸。
8. 根據(jù)權利要求7所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述除去自停止層的工藝旋轉腐蝕工藝中，襯底的旋轉速度為每分鐘3000至10000周。
9. 根據(jù)權利要求1至3任意一項所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，在采用旋轉腐蝕工藝除去鍵合襯底的步驟之前，首先采用研磨工藝減薄鍵合襯底。
全文摘要
一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，包括如下步驟提供一支撐襯底以及一鍵合襯底，所述支撐襯底表面具有絕緣層，所述鍵合襯底表面具有自停止層，所述自停止層表面具有薄膜半導體層；以薄膜半導體層和絕緣層的暴露表面為鍵合面將支撐襯底與鍵合襯底鍵合；采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底的第一腐蝕液，將鍵合襯底腐蝕除去；采用旋轉腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層的第二腐蝕液，將自停止層腐蝕除去。本發(fā)明的優(yōu)點在于，采用旋轉腐蝕工藝腐蝕支撐襯底和自停止層，可以避免腐蝕液浸入到自停止層和薄膜半導體層而對薄膜半導體層和絕緣層進行腐蝕，因此能夠保證最終產(chǎn)品結構的完整性。
文檔編號H01L21/311GK101707188SQ20091019962
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權日2009年11月27日
發(fā)明者張苗, 李顯元, 林成魯, 王曦, 王湘, 魏星 申請人:上海新傲科技股份有限公司;中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所