[发明专利]带有绝缘埋层衬底的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种带有绝缘埋层衬底的制备方法。

背景技术

与体硅器件相比，绝缘体上硅(SOI)器件具有高速、低驱动电压、耐高温、低功耗以及抗辐照等优点，备受人们的关注，在材料和器件的制备方面都得到了快速的发展。SOI材料按其顶层硅薄层的厚度，可分为薄膜SOI（顶层硅通常小于1μm）和厚膜SOI（顶层硅通常大于1μm）两大类。薄膜SOI市场95%的应用集中在8英寸和12英寸，其中绝大多数用户为尖端微电子技术的引导者，如IBM、AMD、Motorola、Intel、UMC、TSMC、OKI等。目前供应商为日本信越（SEH）、法国Soitec、日本SUMCO，其中前两家供应了约90%以上的产品。薄膜SOI市场主要的驱动力来自于高速、低功耗产品，特别是微处理器（CPU）应用。这些产品的技术含量高，附加值大，是整个集成电路的龙头。

很多对SOI的报道均集中在以上这些激动人心的尖端应用上，而实际上SOI早期的应用集中在航空航天和军事领域，现在拓展到功率和灵巧器件以及MEMS应用。特别是在汽车电子、显示、无线通讯等方面发展迅速。由于电源的控制与转换、汽车电子以及消费性功率器件方面对恶劣环境、高温、大电流、高功耗方面的要求，使得在可靠性方面的严格要求不得不采用SOI器件。在这些领域多采用厚膜SOI材料，集中在6英寸和8英寸，目前的用户包括美国Maxim、ADI、TI (USA)，日本NEC、Toshiba、Panasonic、Denso、TI (Japan)、FUJI、Omron等，欧洲Philips、X-Fab等。这个领域的特点在于SOI器件技术相对比较成熟，技术含量相对较低，器件的利润也相对降低，对SOI材料的价格比较敏感。在这些SOI材料用户里面，很大的应用主要来源于各种应用中的驱动电路：如Maxim的应用于主要为手机接受段的放大器电路；Panasonic、TI、FUJI、Toshiba、NEC等主要应用在显示驱动电路中的扫描驱动电路；DENSO的应用主要在汽车电子、无线射频电路等；Toshiba的应用甚至在空调的电源控制电路中；Omron主要在传感器方面；ADI也主要在高温电路、传感器等；而Phillips的应用则主要是功率器件中的LDMOS，用于消费类电子中如汽车音响、声频、音频放大器等；韩国的Magnchip(Hynix)则为Kopin生产用于数码相机用的显示驱动电路和为LG生产的PDP显示驱动电路等。

目前，SOI材料的制备技术主要有注氧隔离技术(SIMOX)、键合及背面腐蚀技术(BESOI)及其所衍生出来的智能剥离技术(Smart-cut)、外延层转移技术(ELTRAN)等。其中，由于键合及背面腐蚀技术具有工艺简单、成本低等优点，因此受到人们的重视，虽然埋氧层厚度连续可调，但是通过研磨或者腐蚀的办法减薄顶层硅，顶层硅的厚度均匀性很难得到精确控制。如P.B.Mumola等在顶层硅厚度为1±0.3μm键合减薄SOI材料的基础上，采用计算机控制局部等离子减薄的特殊办法，将顶层硅减薄到0.1μm，平整度仅能控制在±0.01μm，这也就限制了键合减薄SOI材料在对顶层硅厚度均匀性要求高等方面的应用。而采用SIMOX技术制备的SOI材料，虽然具有优异的顶层硅厚度均匀性，但由于受到注入剂量和能量的限制，埋氧层最大厚度很难超过400nm，并且SIMOX工艺是利用高温退火，促进氧在硅片内部聚集成核而形成连续埋氧层，但是埋氧层中存在的针孔使其绝缘性能不如热氧化形成的SiO₂，击穿电压仅6MV/cm左右，这些缺点限制了SIMOX材料在厚埋层(大于400nm)方面的应用。Smart-cut技术在键合技术的基础上发展而来，并且其顶层硅的厚度由氢离子的注入能量所决定，其厚度连续可调，因此该技术可以同时满足埋氧层厚度和顶层硅均匀性的要求，但是该技术由于采用氢离子注入剥离器件层，因此生产成本较高。外延层转移技术需要在多孔硅上外延单晶硅层，缺陷控制困难，该技术尚未成熟，并没有应用的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种带有绝缘埋层衬底的制备方法，能够更好地控制器件层的厚度，从而提高整个衬底的厚度均匀性和良率。