專(zhuān)利名稱：帶有絕緣埋層襯底的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有絕緣埋層襯底的制備方法。
背景技術(shù)：
與體硅器件相比，絕緣體上硅(SOI)器件具有高速、低驅(qū)動(dòng)電壓、耐高溫、低功耗以及抗輻照等優(yōu)點(diǎn)，備受人們的關(guān)注，在材料和器件的制備方面都得到了快速的發(fā)展。SOI材料按其頂層硅薄層的厚度，可分為薄膜SOI (頂層硅通常小于IMffl)和厚膜SOI (頂層硅通常大于IMffl)兩大類(lèi)。薄膜SOI市場(chǎng)95%的應(yīng)用集中在8英寸和12英寸，其中絕大多數(shù)用戶為尖端微電子技術(shù)的引導(dǎo)者，如IBM、AMD、Motorola、Intel、UMC、TSMC、OKI等。目前供應(yīng)商為日本信越(SHO、法國(guó)Soitec、日本SUMC0，其中前兩家供應(yīng)了約90%以上的產(chǎn)品。薄膜SOI市場(chǎng)主要的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于高速、低功耗產(chǎn)品，特別是微處理器(CPU)應(yīng)用。這些產(chǎn)品的技術(shù)含量高，附加值大，是整個(gè)集成電路的龍頭。很多對(duì)SOI的報(bào)道均集中在以上這些激動(dòng)人心的尖端應(yīng)用上，而實(shí)際上SOI早期的應(yīng)用集中在航空航天和軍事領(lǐng)域，現(xiàn)在拓展到功率和靈巧器件以及MEMS應(yīng)用。特別是在汽車(chē)電子、顯示、無(wú)線通訊等方面發(fā)展迅速。由于電源的控制與轉(zhuǎn)換、汽車(chē)電子以及消費(fèi)性功率器件方面對(duì)惡劣環(huán)境、高溫、大電流、高功耗方面的要求，使得在可靠性方面的嚴(yán)格要求不得不采用SOI器件。在這些領(lǐng)域多采用厚膜SOI材料，集中在6英寸和8英寸，目前的用戶包括美國(guó) Maxim、ADI、TI (USA),日本 NEC、Toshiba、Panasonic、Denso、TI (Japan)、FUJI、Omron等，歐洲Philips、X-Fab等。這個(gè)領(lǐng)域的特點(diǎn)在于SOI器件技術(shù)相對(duì)比較成熟，技術(shù)含量相對(duì)較低，器件的利潤(rùn)也相對(duì)降低，對(duì)SOI材料的價(jià)格比較敏感。在這些SOI材料用戶里面，很大的應(yīng)用主要來(lái)源于各種應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)電路如Maxim的應(yīng)用于主要為手機(jī)接受段的放大器電路！Panasonic、TI、FUJI、Toshiba、NEC等主要應(yīng)用在顯示驅(qū)動(dòng)電路中的掃描驅(qū)動(dòng)電路；DENS0的應(yīng)用主要在汽車(chē)電子、無(wú)線射頻電路等；Toshiba的應(yīng)用甚至在空調(diào)的電源控制電路中；0mrOn主要在傳感器方面；ADI也主要在高溫電路、傳感器等；而Phillips的應(yīng)用則主要是功率器件中的LDM0S，用于消費(fèi)類(lèi)電子中如汽車(chē)音響、聲頻、音頻放大器等；韓國(guó)的Magnchip(Hynix)則為Kopin生產(chǎn)用于數(shù)碼相機(jī)用的顯示驅(qū)動(dòng)電路和為L(zhǎng)G生產(chǎn)的PDP顯示驅(qū)動(dòng)電路等。目前，SOI材料的制備技術(shù)主要有注氧隔離技術(shù)(SMOX)、鍵合及背面腐蝕技術(shù)(BESOI)及其所衍生出來(lái)的智能剝離技術(shù)(Smart-cut)、外延層轉(zhuǎn)移技術(shù)(ELTRAN)等。其中，由于鍵合及背面腐蝕技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此受到人們的重視，雖然埋氧層厚度連續(xù)可調(diào)，但是通過(guò)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. 3Mm鍵合減薄SOI材料的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)控制局部等離子減薄的特殊辦法，將頂層硅減薄到0. lMffl，平整度僅能控制在±0.0lMm，這也就限制了鍵合減薄SOI材料在對(duì)頂層硅厚度均勻性要求高等方面的應(yīng)用。而采用SMOX技術(shù)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(guò)400nm，并且SMOX工藝是利用高溫退火，促進(jìn)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SiO2，擊穿電壓僅6MV/cm左右，這些缺點(diǎn)限制了 SMOX材料在厚埋層(大于400nm)方面的應(yīng)用。Smart-cut技術(shù)在鍵合技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái),并且其頂層娃的厚度由氫離子的注入能量所決定，其厚度連續(xù)可調(diào)，因此該技術(shù)可以同時(shí)滿足埋氧層厚度和頂層硅均勻性的要求，但是該技術(shù)由于采用氫離子注入剝離器件層，因此生產(chǎn)成本較高。外延層轉(zhuǎn)移技術(shù)需要在多孔硅上外延單晶硅層，缺陷控制困難，該技術(shù)尚未成熟，并沒(méi)有應(yīng)用的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種帶有絕緣埋層襯底的制備方法，能夠更好地控制器件層的厚度，從而提高整個(gè)襯底的厚度均勻性和良率。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種帶有絕緣埋層襯底的制備方法，包括如下步驟提供具有相同材料的支撐襯底和器件襯底；采用單面拋光工藝拋光支撐襯底的表面；在支撐襯底的拋光后表面和/或器件襯底的一表面形成絕緣層；以絕緣層為中間層將支撐襯底和器件襯底鍵合在一起；研磨減薄器件襯底；采用單面拋光工藝拋光器件襯底的被研磨表面，所采用的工藝參數(shù)與拋光支撐襯底表面相同。可選的，在單面拋光支撐襯底之前，還包括對(duì)支撐襯底實(shí)施雙面拋光的步驟；在研磨減薄器件襯底的步驟和單面拋光器件襯底的步驟之間，還進(jìn)一步包括對(duì)支撐襯底實(shí)施雙面拋光的步驟；所述兩次雙面拋光步驟亦采用相同的工藝參數(shù)?？蛇x的，在鍵合步驟與研磨減薄步驟之間，進(jìn)一步包括對(duì)鍵合后的器件襯底進(jìn)行倒角處理的步驟?？蛇x的，所述支撐襯底和器件襯底的材料均為單晶硅?？蛇x的，所述絕緣層的材料選自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一種。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，兩次拋光工藝采用相同的工藝條件，故拋光后的器件襯底表面應(yīng)當(dāng)擁有與支撐襯底表面相同的表面形貌，這樣器件襯底表面與支撐襯底表面的形貌配合，能夠保證了器件層的厚度是均勻的。由于器件層的厚度通常只有數(shù)個(gè)微米甚至更薄，因此對(duì)器件襯底表面與支撐襯底表面采用相同的拋光工藝，可以顯著提高器件層的厚度均勻性。


附圖I所示是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖。附圖2A至附圖2F所示是發(fā)明本具體實(shí)施方式
的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的帶有絕緣埋層襯底的制備方法的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說(shuō)明。附圖I所示是本具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖，包括步驟S10，提供具有相同材料的支撐襯底和器件襯底；步驟S11，采用單面拋光工藝拋光支撐襯底的表面；步驟S12，在支撐襯底的拋光后表面和/或器件襯底的一表面形成絕緣層；步驟S13，以絕緣層為中間層將支撐襯底和器件襯底鍵合在一起；步驟S14，研磨減薄器件襯底；步驟S15，采用單面拋光工藝拋光器件襯底的被研磨表面，所采用的工藝參數(shù)與拋光支撐襯底表面相同。附圖2A至附圖2F所示是本具體實(shí)施方式
的工藝流程圖。附圖2A所示，參考步驟S10，提供具有相同材料的支撐襯底200和器件襯底210。兩者的材料可以是包括單晶硅襯底在內(nèi)的任意一種常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料。附圖2B所示，參考步驟S11，采用單面拋光工藝拋光支撐襯底200的表面。本步驟的目的在于減小支撐襯底200的總厚度偏差。經(jīng)過(guò)單面 拋光終拋后，支撐襯底200有三種可能的厚度分布第一種是中間薄邊緣厚，類(lèi)似于鍋底的一種分布；第二種是中間厚邊緣薄，類(lèi)似于一種倒扣鍋的分布；第三種為平的分布，也就是拋光后支撐襯底200表面為平，這是一種很理想的分布狀態(tài)。本具體實(shí)施方式
附圖2B所示的是第一種狀態(tài)。通常來(lái)說(shuō)，中間部分的厚度應(yīng)比邊緣薄不超過(guò)0. 5Mm，通常為0. 2M 左右，附圖2B為了清楚起見(jiàn)做了夸張繪
，并不意味著實(shí)際的襯底在拋光后會(huì)有如此大的厚度偏差。在步驟Sll實(shí)施之前，還可以選擇對(duì)支撐襯底200實(shí)施雙面拋光的步驟，以進(jìn)一步修正支撐襯底200的總厚度偏差。附圖2C所示，參考步驟S12，在支撐襯底200的拋光后表面和/或器件襯底210的一表面形成絕緣層220。本具體實(shí)施方式
是在支撐襯底200的拋光后表面形成絕緣層220，形成的工藝可以是化學(xué)氣相沉積或者熱氧化等，材料可以是氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。由于生長(zhǎng)工藝的速度在各處是均勻的，所以絕緣層220的表面形貌仍然承襲了支撐襯底200的表面形貌。附圖2D所示，參考步驟S13，以絕緣層220為中間層將支撐襯底200和器件襯底210鍵合在一起。該鍵合可以是親水鍵合也可以是疏水鍵合，優(yōu)化為親水鍵合。此時(shí)，可以選擇等離子輔助的親水鍵合也可以是普通的親水鍵合。由于支撐襯底200被拋光表面的平整度偏差僅為不到I微米的范圍，而鍵合界面本身具有一定的彈性，故對(duì)于鍵合后的器件襯底210，我們可以認(rèn)為其裸露表面是平坦的，不會(huì)受到支撐襯底200的影響。在鍵合后還可以選擇對(duì)器件襯底210實(shí)施倒角工藝，倒角的參數(shù)由該襯底的使用者決定。附圖2E所示，參考步驟S14，研磨減薄器件襯底210。研磨設(shè)備優(yōu)選為單面研磨機(jī)，首先粗磨快速減薄，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm,隨后精磨減小研磨造成的損傷,砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm，研磨后襯底厚度應(yīng)當(dāng)略大于頂層器件層的目標(biāo)厚度，以為后學(xué)的拋光工藝留出余量。附圖2F所示，參考步驟S15，采用單面拋光工藝拋光器件襯底210的被研磨表面，所采用的工藝參數(shù)與步驟Sll中拋光支撐襯底200表面相同，包括采用相同的拋頭壓力、旋轉(zhuǎn)速度、拋光液的類(lèi)型、濃度以及用量等。本步驟在絕緣層220的表面形成最終的器件層211。由于兩者采用相同的工藝條件，故拋光后的器件襯底210表面應(yīng)當(dāng)擁有與支撐襯底200表面相同的表面形貌，即應(yīng)當(dāng)是中間薄邊緣厚，類(lèi)似于鍋底的一種分布。這樣器件襯底210表面與支撐襯底200表面的形貌配合，能夠保證了器件層211的厚度是均勻的。由于器件層211的厚度通常只有數(shù)個(gè)微米甚至更薄，因此對(duì)器件襯底210表面與支撐襯底200表面采用相同的拋光工藝，可以顯著提高器件層211的厚度均勻性。如果在步驟Sll實(shí)施之前選擇了實(shí)施雙面拋光的步驟，則優(yōu)選在步驟S15實(shí)施之前，也選擇對(duì)鍵合后的襯底實(shí)施雙面拋光的步驟，以進(jìn)一步修正鍵合后的襯底的總厚度偏差。并且兩次雙面拋光步驟亦采用相同的工藝參數(shù)，以形成表面形貌的匹配，提高器件層211的厚度均勻性。接下來(lái)給出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。步驟一提供一片支撐襯底，對(duì)Si支撐襯底進(jìn)行處理，單晶硅襯底，以8寸襯底為例，襯底厚度750微米，襯底總厚度偏差小于4微米，襯底目標(biāo)厚度為650微米，首先研磨減薄該單晶娃襯底，研磨設(shè)備優(yōu)選為單面研磨機(jī)，首先粗磨快速減薄，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm,隨后精磨減小研磨造成的損傷，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm，研磨后襯底厚度大于目標(biāo)厚度3微米以上，這里減薄至665微米。
步驟二 對(duì)研磨后的支撐襯底進(jìn)行拋光，可以是雙面拋光也可以是單面拋光，也可以是雙面+單面拋光，這里為雙面+單面拋光。首先雙面拋光，整個(gè)拋光過(guò)程分為兩步，首先粗拋光、隨后精拋光，雙拋過(guò)程中總拋光去除量不少于2微米；隨后采用單面拋光以精確控制硅片厚度，整個(gè)拋光過(guò)程同樣分為粗拋光和精拋光兩步，拋光去除量不大于4微米，經(jīng)過(guò)修正后，襯底總厚度偏差小于I微米。經(jīng)過(guò)單面拋光終拋后，支撐襯底呈現(xiàn)中間薄，邊緣厚的分布，類(lèi)似于鍋底的一種分布，中間外延層厚度應(yīng)比邊緣薄0-0. 5 Mffl，通常為0. 2Mm。步驟三對(duì)支撐襯底或者器件襯底，或者對(duì)二者均進(jìn)行絕緣化處理，可以是氧化工藝，可以是PECVD或者LPCVD淀積絕緣層，絕緣介質(zhì)可以是二氧化硅也可以是氮化硅。優(yōu)化工藝是標(biāo)準(zhǔn)的熱氧化工藝，氧化條件可以濕氧也可以是干氧，氧化工藝取決于需要的氧化層厚度，溫度為900-1400°C，濕氧氧化，氧化層厚度需依據(jù)最終SOI的厚度決定。步驟四氧化后的支撐襯底與外延后的器件襯底鍵合，該鍵合可以是親水鍵合也可以是疏水鍵合，優(yōu)化為親水鍵合。此時(shí)，可以選擇等離子輔助的親水鍵合也可以是普通的親水鍵合。如果采用等離子體輔助親水鍵合，首先采用Ar或者N2或者02離子對(duì)表面進(jìn)行處理，隨后進(jìn)行退火加固，退火溫度為50-700°C，優(yōu)化為300 °C，退火時(shí)間為10 min到10小時(shí)，優(yōu)化為2. 5小時(shí)，退火氣氛為氧氣、氬氣、氮?dú)饣蛘咂浠旌蠚怏w。如果采用傳統(tǒng)的親水或疏水鍵合，加固溫度為800-1400°C，退火時(shí)間為0. 5-10小時(shí)，退火氣氛為氧氣、氬氣、氮?dú)饣蛘咂浠旌蠚怏w。步驟五對(duì)加固后的襯底對(duì)進(jìn)行倒角處理，倒角寬度由客戶規(guī)格決定。研磨后邊緣殘余硅層厚度為0-150微米。將倒角后的襯底對(duì)在TMAH溶液中腐蝕，去除100微米邊緣殘余硅層。優(yōu)化的辦法是采用旋轉(zhuǎn)腐蝕的辦法，噴灑TMAH腐蝕液，腐蝕過(guò)程中，襯底對(duì)在旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為100-10000rpm，優(yōu)化為lOOOrpm，TMAH溫度優(yōu)化為95°C。步驟六研磨減薄器件襯底，研磨設(shè)備優(yōu)選為單面研磨機(jī)，首先粗磨快速減薄，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm,隨后精磨減小研磨造成的損傷,砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm,研磨后襯底厚度大于所制備SOI材料頂層硅目標(biāo)厚度3微米以上，這里減薄至剩余硅層厚度為18微米。減薄后殘余硅層厚度的分布也應(yīng)該類(lèi)似于支撐襯底一樣，呈現(xiàn)一種中間薄邊緣厚的分布。步驟七對(duì)研磨后的器件襯底進(jìn)行拋光，可以是雙面拋光也可以是單面拋光，也可以是雙面+單面拋光，這里優(yōu)化為雙面+單面拋光。首先雙面拋光，整個(gè)拋光過(guò)程分為兩步，首先粗拋光、隨后精拋光，雙拋過(guò)程中總拋光去除量不少于2微米；隨后采用單面拋光以精確控制硅片厚度，整個(gè)拋光過(guò)程同樣分為粗拋光和精拋光兩步，拋光去除量不大于6微米。在單面拋光機(jī)拋光過(guò)程中采用與之前相同的參數(shù)設(shè)定，要求其最終厚度分布為凹。以上 所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)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(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶有絕緣埋層襯底的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 提供具有相同材料的支撐襯底和器件襯底； 采用單面拋光工藝拋光支撐襯底的表面； 在支撐襯底的拋光后表面和/或器件襯底的一表面形成絕緣層； 以絕緣層為中間層將支撐襯底和器件襯底鍵合在一起； 研磨減薄器件襯底； 采用單面拋光工藝拋光器件襯底的被研磨表面，所采用的工藝參數(shù)與拋光支撐襯底表面相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在單面拋光支撐襯底之前，還包括對(duì)支撐襯底實(shí)施雙面拋光的步驟；在研磨減薄器件襯底的步驟和單面拋光器件襯底的步驟之間，還進(jìn)一步包括對(duì)支撐襯底實(shí)施雙面拋光的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述兩次雙面拋光步驟亦采用相同的工藝參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在鍵合步驟與研磨減薄步驟之間，進(jìn)一步包括對(duì)鍵合后的器件襯底進(jìn)行倒角處理的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述支撐襯底和器件襯底的材料均為單晶娃。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述絕緣層的材料選自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶有絕緣埋層襯底的制備方法，包括如下步驟提供具有相同材料的支撐襯底和器件襯底；采用單面拋光工藝拋光支撐襯底的表面；在支撐襯底的拋光后表面和/或器件襯底的一表面形成絕緣層；以絕緣層為中間層將支撐襯底和器件襯底鍵合在一起；研磨減薄器件襯底；采用單面拋光工藝拋光器件襯底的被研磨表面，所采用的工藝參數(shù)與拋光支撐襯底表面相同。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，兩次拋光工藝采用相同的工藝條件，故拋光后的器件襯底表面應(yīng)當(dāng)擁有與支撐襯底表面相同的表面形貌，這樣器件襯底表面與支撐襯底表面的形貌配合，能夠保證了器件層的厚度是均勻的。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102768981SQ20121023332
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者曹共柏, 王文宇, 魏星 申請(qǐng)人:上海新傲科技股份有限公司