專(zhuān)利名稱(chēng)：一種soi晶圓的制造方法及其soi晶圓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及制造領(lǐng)域，特別涉及一種SOI晶圓的制造方法及其SOI晶圓。
背景技術(shù)：
絕緣體上娃(Silicon-on-insulator, SOI)技術(shù)是一種在娃材料與娃集成電路巨大成功的基礎(chǔ)上出現(xiàn)、有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)、能突破硅材料與硅集成電路限制的新技術(shù)。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，SOI技術(shù)在高速微電子器件、低壓/低功耗器件、抗輻照電路、高溫電子器件以及微機(jī)械等主流商用信息技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)逐漸凸現(xiàn)，被公認(rèn)為“新一代硅”。SOI作為標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的一種改進(jìn)技術(shù),通過(guò)在兩層娃基板之間封入一個(gè)絕緣的氧化層，從而將晶體管元件相互隔離，通常SOI基板由以下三層構(gòu)成頂層硅，通常為單晶頂層硅，用于形成器件；薄的絕緣二氧化硅的中間層；以及非常厚的硅襯底層，用于為其上面的兩層提供機(jī)械支撐。雖然SOI晶圓具有更高性能和獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但其造價(jià)也很高，會(huì)大大增加制造成本。因此，有必要提出一種造價(jià)低且質(zhì)量高的SOI晶圓及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種SOI晶圓的制造方法，所述方法包括提供襯底，所述襯底包括價(jià)格低并耐高溫的材料；在所述襯底的上表面、下表面以及側(cè)面上形成絕緣層，以使襯底被所述絕緣層包圍；在所述襯底上表面的絕緣層上形成半導(dǎo)體層；進(jìn)行退火晶化處理，以使頂層所述半導(dǎo)體層晶化為單晶的半導(dǎo)體層或具有大尺寸晶粒的多晶半導(dǎo)體層。此外，本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法形成的SOI晶圓，包括襯底，所述襯底包括價(jià)格低并耐高溫的材料；形成于所述襯底的上表面、下表面以及側(cè)面上的絕緣層，所述襯底被所述絕緣層包圍；形成于所述襯底上表面的絕緣層上的頂層半導(dǎo)體層，其中所述頂層半導(dǎo)體層為單晶的半導(dǎo)體層或具有大尺寸晶粒的多晶半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的SOI晶圓制造方法，采用價(jià)格低且能耐高溫的材料作為支撐襯底，例如次級(jí)硅，并在形成頂層的多晶半導(dǎo)體層后，通過(guò)晶化工藝，在頂層形成單晶或大尺寸晶粒的多晶半導(dǎo)體層，從而形成價(jià)格低且質(zhì)量高的SOI晶圓。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的SOI晶圓的制造方法的流程圖；圖2-圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的SOI晶圓的各個(gè)制造階段的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。參考圖1，圖I示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的SOI晶圓制造方法的流程圖。步驟SOl，如圖2所示，提供襯底200，所述襯底包括價(jià)格低并耐高溫的材料。所述襯底可以選擇價(jià)格低于多晶襯底價(jià)格的材料，所述襯底的耐熱溫度在600°C以上，在本發(fā)明實(shí)施例中，可以選擇次級(jí)硅，例如太陽(yáng)能工業(yè)中應(yīng)用的硅片，其具有比微處理器工業(yè)中應(yīng)用的硅片高的雜質(zhì)濃度，具有價(jià)格低的特點(diǎn)，在其他實(shí)施例中，所述襯底還可以是玻璃、氧化鋁或不銹鋼等其他合適的低價(jià)材料。本發(fā)明對(duì)所述襯底的形狀和大小不做限制，可以是圓形的，尺寸可以是100mm> 200mm> 300mm或更大尺寸，也可以是方形，尺寸可以是100mm*100mm、200mm*200mm、300mm*300mm 或更大。步驟S02，在所述襯底200的上表面200-1、下表面200-2以及側(cè)面200-3上形成絕緣層210，以使襯底200被所述絕緣層210包圍，參考圖3。所述絕緣層210可以包括SiO2, Si3N4^Al2O3或其他絕緣材料，或他們的組合，可以是一層結(jié)構(gòu)或多層堆疊結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，所述絕緣層210為SiO2，可以采用PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積)、LPCVD (低壓化學(xué)氣相淀積)或ALD (原子層淀積)的方法淀積絕緣材料形成絕緣層210，也可以采用干法或濕法氧化的方法氧化襯底200來(lái)形成絕緣層210，還可以通過(guò)先氧化而后淀積絕緣材料的方法來(lái)形成絕緣層210，以提高工藝效率，此處僅為示例，并不限于此。所述上表面200-1上的絕緣層210的厚度可以為大約9000-11000埃，所述下表面200-2柵的絕緣層的厚度可以小于上表面絕緣層的厚度，例如5000埃左右。在所述襯底200的下表面200-2以及側(cè)面200-3上形成絕緣層210的目的是作為擴(kuò)散阻擋層，以防止在后續(xù)的晶化處理時(shí)襯底200中的雜質(zhì)向外擴(kuò)散。步驟S03，在所述襯底上表面200-1的絕緣層210上形成半導(dǎo)體層220，參考圖4。所述半導(dǎo)體層220可以是多晶的半導(dǎo)體材料，優(yōu)選的實(shí)施例中，可以是多晶硅層，可以采用PECVD或LPCVD的方法在所述襯底上表面200-1的絕緣層210上形成該多晶硅層，所述多晶硅層的厚度可以為200-1500埃。優(yōu)選地，在形成半導(dǎo)體層后，可以進(jìn)行去H處理，以減少半導(dǎo)體層220及絕緣層210中的H含量。可以采用加熱退火或紫外光照射等方法進(jìn)行去H處理，半導(dǎo)體層及絕緣層中的H含量的減少，可以增大后續(xù)工藝的安全系數(shù)，因?yàn)檫^(guò)高的H含量，會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體層小范圍的爆炸而導(dǎo)致事故或低成品率。
步驟S04，進(jìn)行 退火晶化處理?？梢圆捎每焖贌嵬嘶?、激光退火或其組合以及其他合適的方法進(jìn)行晶化處理，其中激光退火包括ELA激光退火、Green激光、SLS退火或其組合?？梢愿鶕?jù)需要，選擇不同的退火工藝以及退火的工藝參數(shù)(溫度、能量、時(shí)間以及激光束的角度等)，可以將頂層半導(dǎo)體層晶化為單晶的半導(dǎo)體層(例如單晶硅)，或晶化為具有大尺寸晶粒的多晶半導(dǎo)體層230 (例如大尺寸晶粒的多晶硅層)，參考圖5，從而提高頂層半導(dǎo)體層的質(zhì)量，多晶頂層半導(dǎo)體層晶粒的尺寸大小由退火工藝及工藝參數(shù)的選擇決定。以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的SOI晶圓的制造方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述，此外，本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法形成的SOI晶圓，參考圖5，所述晶圓包括襯底200，所述襯底200包括價(jià)格低并耐高溫的材料，所述襯底的價(jià)格可以是低于多晶硅襯底的價(jià)格，所述襯底可以承受的高溫為不低于600°C，所述襯底的例子可以包括次級(jí)硅、玻璃、氧化鋁或不銹鋼，從而降低晶圓的價(jià)格；形成于所述襯底200的上表面200-1、下表面200-2以及側(cè)面200-3上的絕緣層210,所述襯底200被所述絕緣層210包圍；形成于所述襯底200上表面200-1的絕緣層210上的頂層半導(dǎo)體層230，其中所述頂層半導(dǎo)體層230為單晶的半導(dǎo)體層或具有大尺寸晶粒的多晶半導(dǎo)體層，例如單晶娃或具有大晶粒的多晶娃。以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的SOI晶圓的制造方法及其SOI晶圓進(jìn)行了詳細(xì)的描述，采用價(jià)格低且能耐高溫的材料作為支撐襯底，例如次級(jí)硅，并在形成頂層的半導(dǎo)體層后，通過(guò)晶化工藝，在頂層形成了單晶或大尺寸晶粒的頂層半導(dǎo)體層，從而形成價(jià)格低且質(zhì)量高的SOI晶圓。用此種SOI晶圓制造的晶體管具有速度快和漏電小等優(yōu)點(diǎn)。雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對(duì)于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說(shuō)明書(shū)中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者以后即將開(kāi)發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SOI晶圓的制造方法，所述方法包括 提供襯底，所述襯底包括價(jià)格低并耐高溫的材料； 在所述襯底的上表面、下表面以及側(cè)面上形成絕緣層，以使所述襯底被所述絕緣層包圍； 在所述襯底上表面的絕緣層上形成半導(dǎo)體層； 進(jìn)行退火晶化處理，以使頂層所述半導(dǎo)體層晶化為單晶的半導(dǎo)體層或具有大尺寸晶粒的多晶半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述高溫為不低于600°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述襯底包括次級(jí)硅、玻璃、氧化鋁或不銹鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層包括無(wú)序硅、多晶硅或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層的厚度為200-1500埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，在進(jìn)行退火晶化處理前、形成半導(dǎo)體層后，還包括步驟進(jìn)行去氫處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述去氫處理包括加熱退火或紫外光照射。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述退火晶化處理中的退火工藝包括快速熱退火、激光退火、flash退火或其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述激光退火包括ELA激光退火、Green激光、SLS退火或其組合。
10.一種SOI晶圓，所述SOI晶圓包括 襯底,所述襯底包括價(jià)格低并耐高溫的材料； 形成于所述襯底的上表面、下表面以及側(cè)面上的絕緣層，所述襯底被所述絕緣層包圍； 形成于所述襯底上表面的絕緣層上的頂層半導(dǎo)體層，其中所述頂層半導(dǎo)體層為單晶的半導(dǎo)體層或具有大尺寸晶粒的多晶半導(dǎo)體層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的SOI晶圓，其中所述高溫為不低于600°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的SOI晶圓，其中所述襯底包括次級(jí)硅、玻璃、氧化鋁或不銹鋼。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的SOI晶圓，其中所述頂層半導(dǎo)體層包括單晶硅或具有大晶粒的多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種SOI晶圓的制造方法及其SOI晶圓，所述方法包括提供襯底，所述襯底包括價(jià)格低并耐高溫的材料；在所述襯底的上表面、下表面以及側(cè)面上形成絕緣層，以使襯底被所述絕緣層包圍；在所述襯底上表面的絕緣層上形成半導(dǎo)體層；進(jìn)行退火晶化處理，以使頂層半導(dǎo)體層晶化為單晶的半導(dǎo)體層或具有大尺寸晶粒的、高質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體層。采用價(jià)格低且能耐高溫的材料作為支撐襯底，并通過(guò)晶化工藝，在頂層形成單晶或大尺寸晶粒的頂層半導(dǎo)體層，從而形成價(jià)格低且質(zhì)量高的SOI晶圓。
文檔編號(hào)H01L21/324GK102623303SQ20111003039
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者朱慧瓏, 鐘匯才 申請(qǐng)人:朱慧瓏, 鐘匯才