[发明专利]一种制备具有超厚埋层氧化层SOI硅片的方法

说明书

本发明公开了一种制备具有超厚埋层氧化层SOI硅片的方法，属于半导体材料制备技术领域。该方法通过对单晶硅片依次进行埋层氧化层的制备、氢离子注入、键合和裂片工艺制备获得具有超厚埋层氧化层SOI硅片，其中：所述埋层氧化层的厚度为2‑5μm，该埋层氧化层的制备过程为热氧化工艺、CVD工艺和热氧化工艺。本发明方法不仅能够制备超厚埋层氧化层(2μm‑5μm)，还可以获得具有较好的表面致密性和界面状态的SOI硅片键合界面。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种制备具有超厚埋层氧化层SOI硅片的方法。

背景技术

SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)技术是在顶层硅和硅衬底间用二氧化硅薄膜(埋层氧化层)进行隔离，从而能更有效地消除各种体寄生效应，大大提高CMOS器件的性能。采用SOI材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。

具有基体晶片、埋氧化层及器件层这样的结构的SOI晶片，通常多半通过贴合法来制造。该贴合方法是在两片硅晶片中的至少一方的表面，形成硅氧化膜后，隔着该氧化膜来密接两片晶片，并结合热处理来提高结合力，随后，镜面研磨其中一方的晶片，或通过离子注入剥离法进行薄膜化，来获得SOI晶片。因为构成基体晶片或器件层的硅晶片、与构成埋氧化层的硅氧化膜的热膨胀率的差异达到1位数以上，若隔着氧化膜将两片晶片重叠而施加结合热处理时，基体晶片及接合晶片分别会蓄积因为与埋氧化层的热膨胀率的差异所引起的残留应力。此时，基体晶片与接合晶片上的氧化膜的厚度若相同时，该贴合晶片因为残留应力能够取得平冲，不会产生显著的翘曲。但是，随后若将接合晶片薄膜化而形成SOI层时，所制造的SOI晶片，因应力差会导致SOI层的表面侧翘曲。若将此种翘曲的SOI晶片使用于元件工艺时，会因产生曝光不良或吸附不良而使元件制造的产率变差，晶片制造厂商是通过各式各样的手法来开发用于降低SOI晶片的翘曲的制造方法。

目前，SOI制备过程中，埋层氧化层一般采用热氧化工艺或CVD工艺(化学气相沉积)来制备。使用现有热氧化工艺制备二氧化硅层，建议厚度为0.005μm-2μm，而有些高温、高频、大功率、高电压光电子及抗辐照的器件以及MEMC技术领域中需要具有超厚氧化层作为隔离层的SOI衬底，这种超厚的氧化层指的是2μm-10μm或以上厚度的氧化层，采用热氧化的方式制造这种埋氧化层较厚的SOI晶片时，因为经过超长时间的高温，从而造成SOI晶片翘曲严重。而CVD工艺制备这种超厚埋层氧化层则可避免这种现象产生，但使用CVD化学气相沉积的方法生长二氧化硅层表面粗糙不够致密，膜厚均匀性较差。

发明内容

为了克服现有热氧化工艺和CVD工艺制备超厚埋层氧化层SOI片的存在的不足之处，本发明的目的是提供一种制备具有超厚埋层氧化层SOI硅片的方法，本发明方法不仅能够制备超厚埋层氧化层(2μm-5μm)，还可以获得具有较好的表面致密性和界面状态的SOI硅片键合界面。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种制备具有超厚埋层氧化层SOI硅片的方法，该方法通过对单晶硅片依次进行埋层氧化层的制备、氢离子注入、键合和裂片工艺制备获得具有超厚埋层氧化层SOI硅片，其中：所述埋层氧化层的厚度为2-5μm，该埋层氧化层的制备过程为热氧化工艺、CVD工艺和热氧化工艺；所述埋层氧化层的制备过程包括如下步骤：

(1)将衬底单晶硅片装入密封反应室中，反应室升温至950℃-1100℃；

(2)采用热氧化工艺在硅片表面制备SiO₂界面层，氧化气氛为氧气，即干氧氧化，干氧氧化是以干燥纯净的氧气作为氧化气氛，在高温下氧直接与硅反应生成二氧化硅；

(3)采用热氧化工艺对步骤(2)制备的SiO₂界面层继续进行氧化处理，氧化气氛为氧气和氢气；