CN104103601A - 一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，是一种硅-蓝宝石-硅衬底，即顶层为硅主动层，中间层为蓝宝石薄层，底层为硅衬底。制备方法步骤如下：第一步，采用衬底切割技术将抛光蓝宝石薄层均匀切下；第二步，将切下的蓝宝石薄层与硅衬底进行热处理键结；第三步，完成顶层的硅主动层。本发明减少了蓝宝石用量，提高了利用率，从而降低整体的生产成本，但仍保有SOS优异特性。采用硅当作衬底主体时更有以下优点：（1）与现有以硅衬底为主流的IC工艺及设备高度整合，有效增进生产效能；（2）作为高频组件衬底散热能力将影响组件设计与效能，由于硅的热传效率显著优于蓝宝石，硅作为衬底主体将有效改进组件散热效能。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底及其制备方法。
背景技术
SOS(Silicon-on-sapphire, 蓝宝石上覆硅) 衬底主要作为高频组件RFIC 的衬底用途，相较于其他衬底材料，SOS制作的组件成品具有低能耗、组件效率高以及组件尺寸小等综合优势，有其不可忽视的竞争优势。
如图1所示是商用的SOS衬底100，在抛光蓝宝石衬底110上制作硅外延层120，再如图2所示是另一种既存工艺的SOS衬底200，在抛光蓝宝石衬底210上键结以特殊切割技术切下的硅衬底薄层220形成SOS结构。
目前市场上的SOS衬底供货系以6英吋及8英吋的蓝宝石衬底上制作硅外延层，这样尺寸的蓝宝石衬底成本非常高，再加上硅外延层工艺需要非常细腻的控制，也使得整体SOS成本及产率受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底及其制备方法，以减少蓝宝石用量，提高利用率，降低整体的生产成本，但仍保有SOS优异特性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，是一种新型 Si-on-sapphire-on-Si(硅-蓝宝石-硅) 衬底，即顶层为硅主动层，中间层为蓝宝石薄层，底层为硅衬底。
所述硅主动层的厚度为100nm，蓝宝石薄层的厚度为150nm，硅衬底的厚度为1mm。
所述硅主动层的厚度为1500nm，蓝宝石薄层的厚度为1500nm，硅衬底的厚度为1mm。
一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底的制备方法，步骤如下：
第一步，采用衬底切割技术将抛光蓝宝石薄层均匀切下；
第二步，将切下的蓝宝石薄层与硅衬底进行热处理键结；
第三步，完成顶层的硅主动层。
所述第一步，采用smart-cut智能剥离技术，经热处理后切片分离。
所述第三步，按现有商用工艺进行硅的外延，完成顶层的硅主动层。
所述第三步，在抛光硅衬底切下硅薄层，再将这个硅薄层热处理键结在蓝宝石薄层的顶层，完成顶层的硅主动层
所述第二步和第三步，热处理键结程序在同一个设备中依序处理。
采用上述方案后，本发明减少了蓝宝石用量，提高了利用率，从而降低整体的生产成本，但仍保有SOS优异特性。采用硅当作衬底主体时更有以下优点：（1）与现有以硅衬底为主流的IC工艺及设备高度整合，有效增进生产效能；（2）作为高频组件衬底散热能力将影响组件设计与效能，由于硅的热传效率显著优于蓝宝石，硅作为衬底主体将有效改进组件散热效能。
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
附图说明
图1是一种现有SOS衬底的结构示意图；
图2是另一种现有SOS衬底的结构示意图；
图3是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图3所示，本发明揭示的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，是一种新型硅-蓝宝石-硅衬底，即顶层为硅主动层1（硅薄层），中间层为蓝宝石薄层2（蓝宝石绝缘层），底层为硅衬底3（衬底主要载体）。
其中，顶层的硅主动层1（单晶硅层）是作为后续制作半导体组件的主动层，厚度可依需求控制，从小于100nm到数千nm技术上均可支持，不同的厚度可适用于不同的半导体组件制作，比如CMOS。中间的蓝宝石薄层2是介电层, 也叫做绝缘层, 智切/键结技术可支持的厚度一样是从小于100nm到数千nm以上，从1500nm左右的厚度起就能发挥很优异的SOI性能。硅衬底3是提供机械强度,厚度约在1mm±数百um。
本发明运用于高频组件时，硅主动层1的最佳厚度为100nm，蓝宝石薄层2的最佳厚度为150nm，硅衬底的最佳厚度为1mm。
本发明运用于功率组件时，硅主动层1的最佳厚度为1500nm，蓝宝石薄层2的最佳厚度为1500nm，硅衬底的最佳厚度为1mm。
本发明还揭示了一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底的制备方法，具体步骤如下。
第一步，采用衬底切割技术将抛光蓝宝石薄层2均匀切下。具体采用smart-cut智能剥离技术(一项既存商用技术)，选用适当的离子(如H氢)进行高剂量离子植入，用植入能量控制预计切下的厚度，经热处理后切片分离。
第二步，将切下的蓝宝石薄层2与硅衬底3进行热处理键结。
第三步，完成蓝宝石薄层2顶层的硅主动层1。具体可以按现有商用工艺进行硅的外延，形成硅主动层1。或者，在抛光硅衬底3切下硅薄层，再将这个硅薄层热处理键结在蓝宝石薄层2的顶层，形成硅主动层1，也可以将这次热处理键结程序与第二步在同一个设备中依序处理，以减少热循环提升效率。
本发明进一步可以具有表面前清洗、前披覆层、前加工等的辅助工艺来增强硅与蓝宝石键结。其中，前清洗是使用半导体习用的RCA标准清洗法（1965年由Kern和Puotinen 等人在N.J.Princeton的RCA实验室首创的，并由此而得名，RCA是一种典型的、至今仍为最普遍使用的湿式化学清洗法）, 去除表面颗粒或残留物质。前被覆层是在蓝宝石表面用气相法热裂解SiH4蒸镀数十纳米硅层，参数适当控制下有助于蓝宝石与单晶硅的键结。前加工是表面化学机械研磨进行抛光。
在不影响高频组件性能的前提之下，本发明耗用的蓝宝石量可以降低到百分之一以下。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (8)
1.一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于：是一种硅-蓝宝石-硅衬底，即顶层为硅主动层，中间层为蓝宝石薄层，底层为硅衬底。
2.如权利要求1所述的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于：硅主动层的厚度为100nm，蓝宝石薄层的厚度为150nm，硅衬底的厚度为1mm。
3.如权利要求1所述的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于：硅主动层的厚度为1500nm，蓝宝石薄层的厚度为1500nm，硅衬底的厚度为1mm。
4.如权利要求1所述的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于：制备方法步骤如下：
第一步，采用衬底切割技术将抛光蓝宝石薄层均匀切下；
第二步，将切下的蓝宝石薄层与硅衬底进行热处理键结；
第三步，完成顶层的硅主动层。
5.如权利要求4所述的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于：第一步，采用智能剥离技术，经热处理后切片分离。
6.如权利要求4所述的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于：第三步，按现有商用工艺进行硅的外延，完成顶层的硅主动层。
7.如权利要求4所述的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于：第三步，在抛光硅衬底切下硅薄层，再将这个硅薄层热处理键结在蓝宝石薄层的顶层，完成顶层的硅主动层。
8.如权利要求7所述的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于：第二步和第三步，热处理键结程序在同一个设备中依序处理。
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2014
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