CN110400773B - 一种采用快速热处理工艺制备soi硅片的方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法,其特征在于:满足下述要求:其以硅片为原材料,依次通过氧化、注入H+和键合工艺步骤,获得带有H+注入层的键合片,然后将该键合片采用快速热处理工艺加微波的方式进行裂片,即能够获得所需SOI硅片。本发明中,快速热处理工艺加微波的裂片技术是指,使用RTP和微波同时作用于硅片上,使H+得到能量,硅片内注入的H+聚集成H2达到使硅片裂开的效果。本发明裂片后的SOI膜厚均匀性更好,粗糙度更低;本发明既能改善注入后的晶格损伤,同时减少裂片后的SOI表面缺陷,提高SOI表面质量;本发明裂片速度快,减少了硅片沾污;本发明效率高;综合技术效果很好。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料制备技术领域,特别提供了一种采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法。
背景技术
一九八零年,IBM发展应用氧离子直接注入法(Separation by ImplantationOxygen,SIMOX)来发展制作SOI材料。该制程需要植入非常高剂量的氧离子(约5×1018/cm2),虽然经过高温退火处理形成二氧化硅层,并以再洁净的方式消除大部分的缺陷,但仍然无法使因注入离子而造成的缺陷全部消除。到一九九二年,法国一家以研究为导向的公司Commossariat A l’Energie Atomique使用一种薄膜转移的技术,即智切法(SmartCut),能成功地将硅单晶的薄膜转移至另一个硅基板上。此制程首先将氢离子注入于一片已生成氧化层的硅晶圆中,再与另一片硅晶圆进行键合。经高温退火处理时,注入的氢离子获得动能,而聚合成氢分子填充微裂缝中,所形成氢分子不能再以扩散离开裂缝,依PV=nRT原理,氢分子数目快速扩大,使裂缝内压力上升,进而使微裂缝扩张形成裂缝平板及聚集成大面积裂孔,最后使得元件晶圆上下层剥离,产生薄膜并转移至基材晶圆上,形成SOI结构。
还有一种裂片方式是TM(热微波)裂片,所谓热微波裂片是指以微波辐射代替传统的热源,硅片对微波能量的吸收达到一定的温度,从而使H+聚集成H2达到使硅片裂开的效果。但针对微波裂片这个过程,硅片所受温度不均匀,容易导致最终膜厚不均匀,同时裂片后的SOI表面粗糙度高。
人们迫切希望获得一种技术效果优良的采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果优良的采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法。
本发明提供了一种采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法,其特征在于:满足下述要求:其以硅片为原材料,依次通过氧化、注入H+和键合工艺步骤,获得带有H+注入层的键合片,然后将该键合片采用快速热处理工艺(RTP)加微波的方式进行裂片,即能够获得所需SOI硅片。
所述采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法,优选的技术要求是:
所述采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法满足下述要求:裂片过程中采用快速热处理工艺(RTP)单片式工艺,升温至不超过480℃的所需温度,稳定30S-10min,升降温速率为10-200℃/S;
在快速热处理工艺(RTP)工艺后或工艺中,对键合片施加微波工艺,要求调节微波功率范围在0-5000W,时间10s-20min。
以硅片为原材料对其进行氧化处理的要求是:对硅片原材料的一侧表面进行氧化处理,使其获得带有氧化层的硅片,其氧化层厚度在>0~1000nm之间。然后,进行清洗去除表面污染物,然后使用测试设备测试该带有氧化层的硅片表面颗粒情况、氧化层的厚度及其他各项参数,选择符合要求的硅片。
所述注入H+的工艺步骤具体要求是:对已经带有氧化层的硅片注入H+,注入剂量为1e15~1e18之间,注入深度按照需求来做。
所述键合工艺步骤具体要求是:再准备一个硅片,其电阻率和晶向根据需求选取,进行表面清洗去除表面自然氧化层及表层污染物后,使用测试设备测试硅片表面颗粒情况,将符合要求的硅片与注入H+的硅片进行键合,两硅片的激活时间为0-200s之间,所得到的键合片再进行100-400℃的低温退火,即获得带有H+注入的键合片。
本发明中,RTP(快速热处理工艺)加微波的裂片技术是指,使用RTP和微波同时作用于硅片上,使H+得到能量,硅片内注入的H+聚集成H2达到使硅片裂开的效果。
本发明具有以下有益效果:
1、相比于普通裂片技术,本发明使用的裂片方式(快速热处理工艺RTP加微波工艺),使能量更集中均匀的作用于H+,,使裂片后的SOI膜厚均匀性更好,粗糙度更低。
2、本发明既能改善注入后的晶格损伤,同时减少裂片后的SOI表面缺陷,提高SOI表面质量。
3、本发明的裂片工艺,裂片速度快,减少了硅片沾污。
4、本发明,效率高,提高了产能,同时降低了成本。
综合而言,本发明具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1为实施例1所述采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法的工艺流程图;
图2为实施例2制备的SOI硅片表面;
图3为对比例2制备的SOI硅片表面。
具体实施方式
实施例1
一种采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法,满足下述要求:其以硅片为原材料,依次通过氧化、注入H+和键合工艺步骤,获得带有H+注入层的键合片,然后将该键合片采用快速热处理工艺(RTP)加微波的方式进行裂片,即能够获得所需SOI硅片。
所述采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法满足下述要求:裂片过程中采用快速热处理工艺(RTP)单片式工艺,升温至不超过480℃的所需温度,稳定30S-10min,升降温速率为10-200℃/S;在快速热处理工艺(RTP)工艺后或工艺中,对键合片施加微波工艺,要求调节微波功率范围在0-5000W,时间10s-20min。
以硅片为原材料对其进行氧化处理的要求是:对硅片原材料的一侧表面进行氧化处理,使其获得带有氧化层的硅片,其氧化层厚度在>0~1000nm之间。然后,进行清洗去除表面污染物,然后使用测试设备测试该带有氧化层的硅片表面颗粒情况、氧化层的厚度及其他各项参数,选择符合要求的硅片。
所述注入H+的工艺步骤具体要求是:对已经带有氧化层的硅片注入H+,注入剂量为1e15~1e18之间,注入深度按照需求来做。
所述键合工艺步骤具体要求是:再准备一个硅片,其电阻率和晶向根据需求选取,进行表面清洗去除表面自然氧化层及表层污染物后,使用测试设备测试硅片表面颗粒情况,将符合要求的硅片与注入H+的硅片进行键合,两硅片的激活时间为0-200s之间,所得到的键合片再进行100-400℃的低温退火,即获得带有H+注入的键合片。
本实施例中,RTP(快速热处理工艺)加微波的裂片技术是指,使用RTP和微波同时作用于硅片上,使H+得到能量,硅片内注入的H+聚集成H2达到使硅片裂开的效果。
本实施例具有以下有益效果:
1、相比于普通裂片技术,本实施例使用的裂片方式(快速热处理工艺RTP加微波工艺),使能量更集中均匀的作用于H+,,使裂片后的SOI膜厚均匀性更好,粗糙度更低。
2、本实施例既能改善注入后的晶格损伤,同时减少裂片后的SOI表面缺陷,提高SOI表面质量。
3、本实施例的裂片工艺,裂片速度快,减少了硅片沾污。
4、本实施例效率高,提高了产能,同时降低了成本。
综合而言,本实施例具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。
实施例2
本实施例为采用RTP加微波的裂片技术制备SOI硅片的方法,其工艺流程如图1所示。该方法以硅片为原材料,依次通过氧化、注入低剂量H+和键合工艺步骤,获得带有H+注入层的键合片,将该键合片采用具有特定工艺参数的RTP加微波的裂片技术处理后,即获得所需SOI硅片。
实施例1
1、取一片8寸P型硅片,其晶向选择可以是<100>或<111>,电阻率选择为重掺杂到高阻。
2、硅片上制备氧化层(二氧化硅):将步骤1中硅片一侧表面上进行氧化(或两片均可氧化,按实际工艺条件来做),获得带有氧化层的硅片(二氧化硅作为SOI的BOX层),氧化采用常规工艺,制备的氧化层(氧化硅)厚度为>0-1000nm;制备的带有氧化层的硅片依次采用SC1、SC2清洗,去除硅片表面污染物,然后使用测试设备测试硅片表面颗粒情况、使用测试设备测试氧化硅的厚度及其他各项参数(比如氧化硅层的颗粒,电学参数),选择符合要求的硅片用于步骤
3、将带有氧化层的硅片进行注入低剂量的氢离子,注入剂量为1e15~1e18之间,注入深度按照需求来做(一般深度为0-1000nm)。
4、选择一片8寸硅片(bare wafer),其电阻率和晶向根据需求选取,依次进行DHF、SC1、SC2表面清洗,去除表面自然氧化层及表层可能存在的污染物,使用测试设备测试硅片表面颗粒情况,选择符合要求的硅片备用。
5、键合工艺:将步骤3中注入氢离子的硅片和步骤4中符合要求的硅片进行键合,键合过程激活时间为0-200S;然后进行低温退火,退火时间在0-8小时之间,退火温度在100-350℃之间控制,退火后获得即获得带有H+注入的键合片。
6、对键合片进行RTP加微波的方式裂片:采用RTP单片式工艺,升温至300℃,升温速率为100℃/S,稳定5min;同时施以微波照射,功率2000W,时间1min;之后硅片裂开。
7、通过步骤6得到优质的8寸SOI,进行后续加工,SOI对片按照公司规定进行回收。
对比例1
与实施例1不同之处在于:步骤6采用普通的微波裂片方式获得SOI结构。实施例1与对比例1所得SOI硅片的表面形貌见图2和图3,顶层膜厚均匀性对比见表1。通过对比可以看出,使用本实施例的裂片技术得到的SOI顶层膜厚均匀性包括粗糙度均明显优于对比例1采用普通微波裂片获得的SOI硅片。
表1顶层膜厚均匀性对比表格
以上所述仅为说明本发明的优选实施例,并非用以限定本发明的保护范围;凡其它未脱离发明所公开的精神下所完成的等效改变或修饰,均应包含在所述的专利申请和权利要求范围内。
Claims (4)
1.一种采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法,其特征在于:满足下述要求:其以硅片为原材料,依次通过氧化、注入H+和键合工艺步骤,获得带有H+注入层的键合片,然后将该键合片采用快速热处理工艺加微波的方式进行裂片,即能够获得所需SOI硅片;
所述采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法满足下述要求:裂片过程中采用快速热处理工艺单片式工艺,升温至不超过480℃的所需温度,稳定5-10min,升降温速率为10-200℃/S;
在快速热处理工艺工艺后或工艺中,对键合片施加微波工艺,要求调节微波功率范围在2000-5000W,时间10s-20min。
2.按照权利要求1所述采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法,其特征在于:以硅片为原材料对其进行氧化处理的要求是:对硅片原材料的一侧表面进行氧化处理,使其获得带有氧化层的硅片,其氧化层厚度在>0~1000nm之间。
3.按照权利要求2所述采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法,其特征在于:所述注入H+的工艺步骤具体要求是:对已经带有氧化层的硅片注入H+,注入剂量为1e15~1e18之间,注入深度由注入能量决定,范围在10Kev-500Kev之间。
4.按照权利要求2所述采用快速热处理工艺制备SOI硅片的方法,其特征在于:所述键合工艺步骤具体要求是:再准备一个硅片,其电阻率和晶向根据需求选取,进行表面清洗去除表面自然氧化层及表层污染物后,使用测试设备测试硅片表面颗粒情况,将符合要求的硅片与注入H+的硅片进行键合,两硅片的激活时间为0-200s之间,所得到的键合片再进行100-400℃的低温退火,即获得带有H+注入的键合片。
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