[发明专利]减小SOI结构中的未接合区的宽度的方法以及由该方法制造的晶片和SOI结构

说明书

技术领域

本公开的领域涉及具有减小的未接合区（unbonded region）的绝缘体上硅结构的制备，具体地，涉及用于通过使处理晶片（handle wafer）和供体晶片（donor wafer）的滚降量（roll-off amount，ROA）最小化来制造这样的结构的方法。

背景技术

绝缘体上硅结构（“SOI结构”，在本文中也可称为“SOI晶片”或“SOI衬底”）一般包括处理晶片、硅层（也称为“器件层”）以及位于处理晶片与硅层之间的电介质层（例如氧化物层）。与在体硅晶片上构造的晶体管相比，在SOI结构的顶部硅层内构造的晶体管快速地切换信号，以较低的电压运行，并且较不易受到来自背景宇宙射线粒子的信号噪声的影响。每个晶体管通过整个二氧化硅层而与其近邻隔离。这些晶体管通常不受“闩锁”问题的影响，并且可以比构造在体硅晶片上的晶体管更紧密地分隔在一起。在SOI结构上构造电路通过允许更紧凑的电路设计而增加了产量，每个晶片产出更多的芯片。

可以由从根据Czochralski法生长的单晶硅锭切割的硅晶片制备SOI结构。在一种制备SOI结构的方法中，在供体晶片的经抛光的前表面上沉积电介质层。在供体晶片的前表面之下特定深度处注入离子，以在供体晶片中的离子被注入的该特定的深度处形成大致垂直于轴的劈裂面（cleave plane）。供体晶片的前表面然后被接合（bond）到处理晶片，这两个晶片受压而形成接合的晶片。然后沿劈裂面使供体晶片的一部分劈裂，以去除供体晶片的一部分，留下薄硅层（即，器件层）而形成SOI结构。

在接合的结构的周边处的处理晶片与电介质层之间的接合缺乏或弱接合导致位于周边处的电介质层和/或硅层在随后的劈裂期间被去除。这会产生这样的SOI结构，该SOI结构的硅层（以及典型地电介质层）具有比处理晶片小的半径。该结构的不包括硅层的周边区不能用于器件制造，并且也是潜在的微粒污染源。该不可用的周边区可具有至少1.5mm或者甚至2mm的宽度，并且可包括SOI结构的至少约2.5%的表面积。

存在对允许结构的硅层进一步延伸到处理晶片的边缘并且使微粒污染源最小化的SOI晶片的制造方法的持续需求。

发明内容

已经发现，使SOI结构的处理晶片和/或供体晶片的滚降量（“ROA”）最小化允许在接合的晶片周边处更多的接合和更强的接合，这允许硅层在劈裂后延伸为更靠近处理晶片边缘。已经进一步发现，可以通过在粗抛光与精抛光（finish polishing）步骤之间进行清洁操作（cleaning operation）来制备具有较小的滚降且缺乏明场缺陷（brightfield defect）的处理晶片和供体晶片。

本公开的一个方面涉及制造绝缘体上硅结构的方法。所述结构包括处理晶片、硅层以及位于所述处理晶片与所述硅层之间的电介质层。所述结构具有中心轴以及与所述中心轴大致垂直的前表面和后表面。周边边缘连接所述前表面和后表面，并且半径从所述中心轴延伸到所述结构的所述周边边缘。在供体晶片和处理晶片中的至少一者的前表面上形成电介质层。将所述电介质层接合到所述供体晶片和所述处理晶片中的至少一者以形成接合的晶片。所述供体晶片和所述处理晶体中的至少一者具有小于约-700nm的厚度滚降量（ROA）。沿所述供体晶片内的分离面（separation plane）分离所述接合的晶片，使得硅层保留为被接合到所述电介质层而形成所述绝缘体上硅结构。

在本公开的另一方面中，一种接合的绝缘体上硅结构包括处理晶片、供体晶片以及位于所述处理晶片与所述供体晶片之间的电介质层。所述电介质层被部分地接合到所述处理晶片。所述接合的绝缘体上硅结构具有中心轴、周边边缘以及从所述中心轴延伸到所述周边边缘的半径。所述电介质层与所述处理晶片之间的接合从所述接合的绝缘体上硅结构的所述中心轴延伸到所述接合的绝缘体上硅结构的所述半径的至少约98.9%的点。

在本公开的再一方面中，一种接合的绝缘体上硅结构包括处理晶片、供体晶片以及位于所述处理晶片与所述供体晶片之间的电介质层。所述电介质层部分地接合到所述供体晶片。所述接合的绝缘体上硅结构具有中心轴、周边边缘以及从所述中心轴延伸到所述周边边缘的半径。所述电介质层与所述供体晶片之间的接合从所述接合的绝缘体上硅结构的所述中心轴延伸到所述接合的绝缘体上硅结构的所述半径的至少约98.9%至约99.9%的点。