CN110289209A - 一种soi晶圆的加工方法 - Google Patents

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程禹
李彦庆
刘佳晶
陈艳明
刘佳
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Abstract

一种SOI晶圆的加工方法，属于半导体制造领域，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：①对第一衬底与第二衬底进行清洗；②对清洗后的第一衬底进行剪边处理；③在第一衬底和第二衬底的待键合表面分别制备出一层氧化层；④第一衬底为顶部晶圆，第二衬底为底部晶圆，室温下完成键合，得到键合晶圆；⑤对键合晶圆进行退火；⑥对退火后的键合晶圆进行减薄至顶部晶圆厚度为12um～50um，得到SOI晶圆半成品；⑦对SOI晶圆半成品中的顶部晶圆进行化学机械平坦化形成SOI晶圆。本发明提供了一种SOI晶圆的加工方法，在不增加成本的前提下有效解决SOI晶圆键合工艺中在边缘会产生大量的气泡问题，同时还提高SOI晶圆的成品率。

Description

一种SOI晶圆的加工方法
技术领域
本发明公开了一种SOI晶圆的加工方法，属于半导体制造领域。
背景技术
SOI(Silicon on Insulator，绝缘衬底上的硅)晶圆因其寄生电容小，功耗低等优势，广泛应用于半导体器件中，现有SOI晶圆制作方法主要有注氧隔离法、硅片键合法和智能剥离法三种，其中，由于焦耳-汤姆逊效应，SOI晶圆键合工艺中在边缘会产生大量的气泡，从而影响半导体器件性能。通常情况产生焦耳-汤姆逊效应的原因是由于键合波扩散速度以及表面氧化层的质量影响。现有解决方案大都是使用密闭键合腔体达到真空或低温条件，以降低焦耳-汤姆逊效应，但这种方案将导致晶圆对准精度不高。
发明内容
为了解决现有技术中晶圆键合时，晶圆边缘由于焦耳-汤姆生效应产生大量气泡问题，本发明提供了一种SOI晶圆的加工方法，在不增加成本的前提下有效解决SOI晶圆键合工艺中在边缘会产生大量的气泡问题，同时还提高SOI晶圆的成品率。
本发明采用的技术方案是：
一种SOI晶圆的加工方法，其特征在于，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：
①对第一衬底与第二衬底进行清洗；
②对清洗后的第一衬底进行剪边处理，剪边宽度为1mm～3mm，深度为50um～300um；
③在第一衬底和第二衬底的待键合表面分别制备出一层厚度为10nm～1000nm的氧化层；
④第一衬底为顶部晶圆，第二衬底为底部晶圆，室温下完成键合，得到键合晶圆；
⑤对键合晶圆进行退火，退火温度为300℃～400℃；
⑥对退火后的键合晶圆进行减薄至顶部晶圆厚度为12um～50um，得到SOI晶圆半成品；
⑦对SOI晶圆半成品中的顶部晶圆进行化学机械研磨，使晶圆表面平坦化，形成SOI晶圆。
进一步，所述步骤①中的清洗过程如下：设置清洗机台水流量100mL/min，清洗时间为45s，先清洗第一衬底和第二衬底的背面，经翻转后清洗第一衬底和第二衬底的正面。
进一步，所述步骤③采用热氧化法在第一衬底和第二衬底的待键合表面分别生长一层厚度为10nm～1000nm的二氧化硅薄膜。
进一步，所述步骤③采用等离子体化学气相沉淀法在第一衬底和第二衬底的待键合表面分别沉淀一层厚度为10nm～1000nm的二氧化硅薄膜。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的一种SOI晶圆的加工方法，与现有技术相比，在不需使用复杂的离子注入系统，也无需真空环境的情况下有效解决SOI晶圆键合工艺中在边缘会产生大量的气泡问题，同时提高了SOI晶圆的成品率，除此之外本发明采用先剪边后氧化的工序，节省原料，在批量加工SOI晶圆过程中，降低了能耗，节约成本，具有很强的市场应用前景。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明一种SOI晶圆的加工方法的流程图。
图2为本发明中第一衬底经剪边工序后的结构示意图。
图3为本发明中第一衬底经氧化层生长工序后的结构示意图。
图4为本发明中第一衬底和第二衬底经键合工序键合在一起获得的SOI晶圆半成品结构示意图。
图5为本发明中SOI晶圆半成品中顶部晶圆经减薄工序得到的SOI晶圆成品结构示意图。
图中各标记如下：1-第一衬底，2-第二衬底。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例、图1、图2、图3、图4及图5，对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，在不脱离权利要求中所阐述的发明机理和范围的情况下，使用者可以对下列参数进行各种改变。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法和过程并没有详细的叙述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
实施例1
一种SOI晶圆的加工方法，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：
①对第一衬底1与第二衬底2进行清洗，设置清洗机台水流量100mL/min，清洗时间为45s，先清洗第一衬底1和第二衬底2的背面，经翻转后清洗第一衬底1和第二衬底2的正面；
②对清洗后的第一衬底1进行剪边处理，剪边宽度为1mm，深度为50um；
③采用热氧化法在第一衬底1和第二衬底2的待键合表面分别生长一层厚度为10nm的二氧化硅薄膜；
④第一衬底1为顶部晶圆，第二衬底2为底部晶圆，室温下完成键合，得到键合晶圆；
⑤对键合晶圆进行退火，退火温度为300℃；
⑥对退火后的键合晶圆进行减薄至顶部晶圆厚度为12um，得到SOI晶圆半成品；
⑦SOI晶圆半成品中的顶部晶圆进行化学机械平坦化，移除约2um，减少因⑥产生的表面缺陷，并使晶圆表面平坦化，形成SOI晶圆。
实施例2
一种SOI晶圆的加工方法，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：
①对第一衬底1与第二衬底2进行清洗，设置清洗机台水流量100mL/min，清洗时间为45s，先清洗第一衬底1和第二衬底2的背面，经翻转后清洗第一衬底1和第二衬底2的正面；
②对清洗后的第一衬底1进行剪边处理，剪边宽度为2mm，深度为200um；
③采用热氧化法在第一衬底1和第二衬底2的待键合表面分别生长一层厚度为10nm的二氧化硅薄膜；
④第一衬底1为顶部晶圆，第二衬底2为底部晶圆，室温下完成键合，得到键合晶圆；
⑤对键合晶圆进行退火，退火温度为350℃；
⑥对退火后的键合晶圆进行减薄至顶部晶圆厚度为30um，得到SOI晶圆半成品；
⑦SOI晶圆半成品中的顶部晶圆进行化学机械平坦化，移除约2um，减少因⑥产生的表面缺陷，并使晶圆表面平坦化，形成SOI晶圆。
实施例3
一种SOI晶圆的加工方法，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：
①对第一衬底1与第二衬底2进行清洗，设置清洗机台水流量100mL/min，清洗时间为45s，先清洗第一衬底1和第二衬底2的背面，经翻转后清洗第一衬底1和第二衬底2的正面；
②对清洗后的第一衬底1进行剪边处理，剪边宽度为3mm，深度为300um；
③采用等离子体化学气相沉淀法在第一衬底1和第二衬底2的待键合表面分别沉淀一层厚度为1000nm的二氧化硅薄膜；
④第一衬底1为顶部晶圆，第二衬底2为底部晶圆，室温下完成键合，得到键合晶圆；
⑤对键合晶圆进行退火，退火温度为400℃；
⑥对退火后的键合晶圆进行减薄至顶部晶圆厚度为50um，得到SOI晶圆半成品；
⑦SOI晶圆半成品中的顶部晶圆进行化学机械平坦化，移除约2um，减少因⑥产生的表面缺陷，并使晶圆表面平坦化，形成SOI晶圆。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种SOI晶圆的加工方法，其特征在于，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：
①对第一衬底与第二衬底进行清洗；
②对清洗后的第一衬底进行剪边处理，剪边宽度为1mm～3mm，深度为50um～300um；
③在第一衬底和第二衬底的待键合表面分别制备出一层厚度为10nm～1000nm的氧化层；
④第一衬底为顶部晶圆，第二衬底为底部晶圆，室温下完成键合，得到键合晶圆；
⑤对键合晶圆进行退火，退火温度为300℃～400℃；
⑥对退火后的键合晶圆进行减薄至顶部晶圆厚度为12um～50um，得到SOI晶圆半成品；
⑦对SOI晶圆半成品中的顶部晶圆进行化学机械研磨，使晶圆表面平坦化，形成SOI晶圆。
2.根据权利要求1所述的SOI晶圆的加工方法，其特征在于，所述步骤①中的清洗过程如下：设置清洗机台水流量100mL/min，清洗时间为45s，先清洗第一衬底和第二衬底的背面，经翻转后清洗第一衬底和第二衬底的正面。
3.根据权利要求1所述的SOI晶圆的加工方法，其特征在于，所述步骤③采用热氧化法在第一衬底和第二衬底的待键合表面分别生长一层厚度为10nm～1000nm的二氧化硅薄膜。
4.根据权利要求1所述的SOI晶圆的加工方法，其特征在于，所述步骤③采用等离子体化学气相沉淀法在第一衬底和第二衬底的待键合表面分别沉淀一层厚度为10nm～1000nm的二氧化硅薄膜。
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