CN110459508A - 一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法，包括以下步骤：S1、在多晶硅衬底表面上通过热氧化生长法形成具有介质隔离作用的第一氧化层；S2、在第一氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出通孔；S3、通过通孔，在第一氧化层表面，利用选择外延生长形成第一多晶硅层；S4、在第一多晶硅层上，利用热生长使硅与氧化剂在高温下反应形成第二氧化层；S5、在第二氧化层表面，利用选择外延生长形成第二多晶硅层；S6、在第二多晶硅层内靠近第二氧化层的区域处注入离子，形成金属杂质吸附层。本发明能提高SOI器件的抗辐射性能，同时还避免了游离的金属杂质对电路及电子元件的影响，保证了该绝缘体上硅结构的CMOS图像传感器的成像不会出现白点。
Description
技术领域
本发明涉及覆硅芯片生产技术领域，尤其涉及一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法。
背景技术
绝缘体上硅(SOI)是指在一绝缘衬底上再形成-层单晶硅薄膜。或者是单晶硅薄膜被-绝缘层(通常是SiO2)从支撑的硅衬底中分开这样结构的材料。这种材料结构可实现制造器件的薄膜材料完全与衬底材料的隔离。
SOI是指以“工程化的”基板代替传统的体型衬底硅的基板技术，这种基板由以下三层构成：薄薄的单晶硅顶层，在其上形成蚀刻电路；相当薄的绝缘二氧化硅中间层；非常厚的体型衬底硅衬底层，其主要作用是为上面的两层提供机械支撑。
绝缘体上硅，在整个行业向新一代半导体器件的衍变过程中，芯片制造商面临着严峻的挑战。具体的讲，生产高性能芯片的制造商面临的挑战来自对速度更快、温度更低的芯片设计的需求。用于移动应用的芯片制造商需要的是功耗更小的半导体器件。为了应对这些挑战，大多数业界领先的器件制造商都选择了绝缘体上硅。
但是，由于SOI特殊的结构和工艺，目前其产品市场份额和发展空间还不够大。随着近几年SOI晶片制造技术取得的进步以及在商用芯片高速低压低功耗需求的日益驱动下。它已成为制造低电压低功耗芯片的关键技术，在IC制造中正在占据举足轻重的地位在解决材料均匀性低缺陷和漏电，以及材料成本等问题以后，SOI将成为硅集成电路的主流技术。成为21世纪微电子技术的核心正是基于SOI诱人的前景，由于速度更快、功耗更小等性能优势，绝缘体上硅结构的应用越来越广泛。基于绝缘体上硅结构的CM0S图像传感器也越来越多，但是经多次实验发现，该类CMOS图像传感器成像中容易出现白点，导致成像像素的质量降低，而且很容易受到金属杂质的影响，无法保证生产过程中的质量，为此，我们提出了一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1、在多晶硅衬底表面上通过热氧化生长法形成具有介质隔离作用的第一氧化层；
S2、在第一氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出通孔；
S3、通过通孔，在第一氧化层表面，利用选择外延生长形成第一多晶硅层；
S4、在第一多晶硅层上，利用热生长使硅与氧化剂在高温下反应形成第二氧化层；
S5、在第二氧化层表面，利用选择外延生长形成第二多晶硅层；
S6、在第二多晶硅层内靠近第二氧化层的区域处注入离子，形成金属杂质吸附层；
S7、在第二多晶硅层中远离第二氧化层的区域上形成电路及电子元件。
优选地，所述S7中，电子元件包括晶体管、电容及逻辑开关。
优选地，所述第二多晶硅层的厚度小于第一多晶硅层的厚度。
优选地，所述S6中，金属杂质吸附层包括硼离子层。
本发明中，通过热生长在衬底上形成一层具有介质隔离作用的第一氧化层，并在第一氧化层上通过光刻形成具有导热和电荷传导作用的通孔结构，光刻胶的技术复杂，品种较多，根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类，光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶，利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形，利用该通孔通过选择外延生长形成一层第一多晶硅层，外延生长是指在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，通过热生长在第一多晶硅层表面生成一层薄的第二氧化层，第二氧化层具有改变与Si界面特性的作用，在第二氧化层表面，利用选择外延生长形成第二多晶硅层，在第二多晶硅层内靠近第二氧化层的区域处注入硼离子，硼离子为常规的半导体掺杂离子，易于寻求、成本低廉，且硼离子对镁(Mg)、铝(A1)、钙(Ca)等金属杂质离子的吸附性能较强，提高了对游离的镁(Mg)、铝(A1)、钙(Ca)等金属杂质离子的吸附效率，增强了吸附性能，注入硼离子后，形成金属杂质吸附层，对第二多晶硅层内的金属杂质进行吸附，减少了第二多晶硅层内游离的金属杂质，使得后续在第二多晶硅层内远离氧化层的区域处形成的电路及电子元件如CMOS图像传感器的像素结构等不受金属杂质的影响，有效解决了基于该绝缘体上硅结构的CMOS图像传感器的成像白点问题，本发明能提高SOI器件的抗辐射性能，同时还避免了游离的金属杂质对电路及电子元件的影响，保证了该绝缘体上硅结构的CMOS图像传感器的成像不会出现白点。
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，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明提出的一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法的制作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1，一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1、在多晶硅衬底表面上通过热氧化生长法形成具有介质隔离作用的第一氧化层，第一氧化层具有改变与硅界面特性的作用，介质隔离技术是集成电路制造中的一种隔离元器件的方法，集成电路是由许多元器件构成的，各个元器件之间往往需要进行电绝缘体—隔离，常用的隔离技术有pn结隔离和介质隔离等，介质隔离是采用SiO2膜来实现隔离的，漏电小、耐压高，性能优良，但是工艺比较复杂，这种隔离方法的优点是各元件之间的漏电流和隔离区分布电容比P-N结隔离要小得多，它适于在高频线性放大集成电路和高速数字集成电路中使用，通过介质隔离技术将第一多晶硅表面形成一层第一氧化层，通过第一氧化层阻止金属与空气继续反应，防止发生氧化；
S2、在第一氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出通孔，通孔兼有导热和传导电荷的作用，光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一，特别是近年来大规模和超大规模集成电路的发展，更是大大促进了光刻胶的研究开发和应用，光刻胶的技术复杂，品种较多，根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类，光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶，利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形；
S3、通过通孔，在第一氧化层表面，利用选择外延生长形成第一多晶硅层，外延生长是指在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能；
S4、在第一多晶硅层上，利用热生长使硅与氧化剂在高温下反应形成第二氧化层，热生长指在充气条件下，通过加热基片的方式直接获得氧化物，氮化物或碳化物薄膜的方法，得到高纯度的多晶硅后，还要在单晶炉中熔炼成单晶硅，以后切片后供集成电路制造等用，可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位；
S5、在第二氧化层表面，利用选择外延生长形成第二多晶硅层，第二多晶硅层的厚度小于第一多晶硅层的厚度，多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等，多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料，外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能；
S6、在第二多晶硅层内靠近第二氧化层的区域处注入离子，形成金属杂质吸附层，能对第二多晶硅层内的金属杂质进行吸附，减少了第二多晶硅层内游离的金属杂质，使得后续在所述第二多晶硅层内远离所述氧化层的区域处形成的电路及电子元件如CMOS图像传感器的像素结构等不受金属杂质的影响，有效解决了基于该绝缘体上硅结构的CMOS图像传感器的成像白点问题，绝缘体上硅是一种特殊的硅片，其结构的主要特点是在有源层和衬底层之间插入绝缘层(掩埋氧化物层)来隔断有源层和衬底之间的电气连接，这一结构特点为绝缘体上硅类的器件带来了寄生效应小、速度快、功耗低、集成度高、抗辐射能力强等诸多优点；
金属杂质吸附层包括硼离子层，硼离子注入，形成金属杂质吸附层，对第二多晶硅层中的金属杂质离子进行吸附，硼离子为常规的半导体掺杂离子，易于寻求、成本低廉，且硼离子对镁(Mg)、铝(A1)、钙(Ca)等金属杂质离子的吸附性能较强，提高了对游离的镁(Mg)、铝(A1)、钙(Ca)等金属杂质离子的吸附效率，增强了吸附性能；
S7、在第二多晶硅层中远离第二氧化层的区域上形成电路及电子元件，电子元件包括晶体管、电容及逻辑开关，电子元件是电子电路中的基本元素，通常是个别封装，并具有两个或以上的引线或金属接点。电子元件须相互连接以构成一个具有特定功能的电子电路，例如：放大器、无线电接收机、振荡器等，连接电子元件常见的方式之一是焊接到印刷电路板上，电子元件也许是单独的封装（电阻器、电容器、电感器、晶体管、二极管等），或是各种不同复杂度的群组。
在本发明中，通过热生长在衬底上形成一层具有介质隔离作用的第一氧化层，并在第一氧化层上通过光刻形成具有导热和电荷传导作用的通孔结构，光刻胶的技术复杂，品种较多，根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类，光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶，利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形，利用该通孔通过选择外延生长形成一层第一多晶硅层，外延生长是指在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，通过热生长在第一多晶硅层表面生成一层薄的第二氧化层，第二氧化层具有改变与Si界面特性的作用，在第二氧化层表面，利用选择外延生长形成第二多晶硅层，在第二多晶硅层内靠近第二氧化层的区域处注入硼离子，硼离子为常规的半导体掺杂离子，易于寻求、成本低廉，且硼离子对镁(Mg)、铝(A1)、钙(Ca)等金属杂质离子的吸附性能较强，提高了对游离的镁(Mg)、铝(A1)、钙(Ca)等金属杂质离子的吸附效率，增强了吸附性能，注入硼离子后，形成金属杂质吸附层，对第二多晶硅层内的金属杂质进行吸附，减少了第二多晶硅层内游离的金属杂质，使得后续在第二多晶硅层内远离氧化层的区域处形成的电路及电子元件如CMOS图像传感器的像素结构等不受金属杂质的影响，有效解决了基于该绝缘体上硅结构的CMOS图像传感器的成像白点问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在多晶硅衬底表面上通过热氧化生长法形成具有介质隔离作用的第一氧化层；
S2、在第一氧化层上涂光刻胶，曝光、刻蚀出通孔；
S3、通过通孔，在第一氧化层表面，利用选择外延生长形成第一多晶硅层；
S4、在第一多晶硅层上，利用热生长使硅与氧化剂在高温下反应形成第二氧化层；
S5、在第二氧化层表面，利用选择外延生长形成第二多晶硅层；
S6、在第二多晶硅层内靠近第二氧化层的区域处注入离子，形成金属杂质吸附层；
S7、在第二多晶硅层中远离第二氧化层的区域上形成电路及电子元件。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法，其特征在于，所述S7中，电子元件包括晶体管、电容及逻辑开关。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法，其特征在于，所述第二多晶硅层的厚度小于第一多晶硅层的厚度。
4.根据权利要求1所述的一种绝缘层上覆硅芯片的制作方法，其特征在于，所述S6中，金属杂质吸附层包括硼离子层。
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| JPH1032209A (ja) * | 1996-07-17 | 1998-02-03 | Hitachi Ltd | Ｓｏｉウエハおよびその製造方法ならびにそのｓｏｉウエハを用いた半導体集積回路装置 |
| CN102915946A (zh) * | 2012-10-09 | 2013-02-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种绝缘体上硅结构形成方法 |
| CN109524425A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-03-26 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 绝缘体上硅结构及其制作方法 |
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2019
- 2019-08-19 CN CN201910763840.6A patent/CN110459508A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1032209A (ja) * | 1996-07-17 | 1998-02-03 | Hitachi Ltd | Ｓｏｉウエハおよびその製造方法ならびにそのｓｏｉウエハを用いた半導体集積回路装置 |
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