[发明专利]制备双埋层绝缘体上硅衬底的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种制备双埋层绝缘体上硅衬底的方法。

【背景技术】

绝缘体上的硅(SOI)衬底是一种常见的半导体衬底，特别适用于制作一些特殊结构的三维半导体器件，例如鳍栅晶体管(FinFET)以及混合晶向晶体管等。在实际应用中，一些特殊器件需要采用具有双埋层的SOI衬底，即具有双层埋层和双层器件层，且双层器件层可以具有相同或者不同的晶像。

现有技术中，制备双埋层SOI衬底材料的技术主要有键合及背面腐蚀技术(BESOI)及其衍生的智能剥离技术(Smart-cut)。Smart-cut技术可以实现连续的顶层硅转移制备双埋层混合晶向SOI衬底。其具体办法是首先采用Smrat-Cut工艺制备出两片SOI衬底，再将转移一个SOI衬底的顶层硅转移至另一SOI衬底之上形成双埋层SOI结构。

现有技术的缺点在于，在制备出SOI衬底之后由于会进行边缘处理，实际上顶层硅边缘会有3-5mm宽度的去除区域，使得顶层硅直径较衬底小，因此在转移在经过边角处理的SOI衬底时，在层转移的过程中在边缘会有一个悬空的区域，在键合和转移过程中边缘易碎裂。

此外，采用Smart-cut进行层转移时最终需要CMP抛光对表面进行处理，该CMP过程会降低顶层硅的厚度均匀性，经过两次层转移所制备的双埋层混合晶向衬底需要多次CMP抛光处理，这样所积累的总体厚度偏差较大，对硅层的厚度均匀性影响较大。

并且，在键合的过程中需要进行对准，在制备SOI衬底的过程中以衬底为基准，较易对准，但是制备双层SOI结构的过程中，由于进行了三次键合，分别是制备两个SOI衬底以及顶层硅转移，因此需要进行三次对准，从而导致上下两层的顶层硅晶向存在的偏差较大，会对随后的器件制备工艺产生很大的影响。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是，提供一种制备双埋层绝缘体上硅衬底的方法，能够避免边缘碎裂的问题，并且提高材料厚度的均匀性和晶向的对准精度。

为了解决上述问题，本发明提供了一种制备双埋层绝缘体上硅衬底的方法，包括如下步骤：提供单晶硅支撑衬底；将第一离子注入单晶硅支撑衬底中；退火，从而在单晶硅支撑衬底中形成第一绝缘层以及被第一绝缘层从单晶硅支撑衬底中隔离出的第一单晶硅层；提供第一键合衬底，所述第一键合衬底的材料为单晶硅，且直径不大于单晶硅支撑衬底；在第一键合衬底的表面形成第二单晶硅层；在第二单晶硅层远离第一键合衬底表面形成第二绝缘层；以第二绝缘层远离第一键合衬底的表面以及第一单晶硅层远离单晶硅支撑衬底的表面为键合面，进行键合操作；移除第一键合衬底。

作为可选的技术方案，所述单晶硅支撑衬底以及第一键合衬底具有不同的晶向。

作为可选的技术方案，所述第一离子选自于氧离子和氮离子中的一种或两种。

作为可选的技术方案，所述在第一键合衬底的表面形成第二单晶硅层的步骤进一步包括：将第二离子注入第一键合衬底中，从而在第一键合衬底中形成剥离层以及被剥离层从第一键合衬底中隔离出的第二单晶硅层。

作为可选的技术方案，所述第二离子选自于氧离子和氮离子中的一种或两种，所述移除第一键合衬底采用干法腐蚀或者湿法腐蚀的方法，并进一步移除剥离层。

作为可选的技术方案，所述第二离子选自与氢离子和氦离子中的一种或两种，所述移除第一键合衬底采用退火的方法，并进一步移除剥离层。

作为可选的技术方案，所述在第一键合衬底的表面形成第二单晶硅层的步骤进一步包括：提供第二键合衬底，所述第二键合衬底为单晶硅衬底；在第一键合衬底的表面形成腐蚀停止层；以腐蚀停止层远离第一键合衬底的表面以及第二键合衬底的抛光表面为键合面，进行键合操作；减薄第二键合衬底，以形成第二单晶硅层。所述腐蚀停止层的材料为氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。所述移除第一键合衬底的步骤中，采用干法腐蚀或者湿法腐蚀的方法移除第一键合衬底，并进一步移除腐蚀停止层。

本发明的优点在于，采用注入工艺形成第一单晶硅层，从而能够避免边缘碎裂的问题，并且注入工艺可以减少机械抛光和键合的次数，从而提高了材料厚度的均匀性和晶向的对准精度。

【附图说明】

附图1是本发明所述制备双埋层绝缘体上硅衬底的方法的第一具体实施方式的实施步骤流程图；

附图2至附图9是本发明所述制备双埋层绝缘体上硅衬底的方法的第一具体实施方式的工艺流程图；

附图10是本发明所述制备双埋层绝缘体上硅衬底的方法的第二具体实施方式的实施步骤流程图；

附图11至附图15本发明所述制备双埋层绝缘体上硅衬底的方法的第二具体实施方式的工艺流程图。