[发明专利]采用选择腐蚀工艺制备绝缘体上硅材料的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种采用选择腐蚀工艺制备绝缘体上硅材料的方法。

【背景技术】

与体硅器件相比，绝缘体上硅(SOI)器件具有高速、低驱动电压、耐高温、低功耗以及抗辐照等优点，备受人们的关注，在材料和器件的制备方面都得到了快速的发展。SOI材料按其顶层硅薄层的厚度，可分为薄膜SOI(顶层硅厚度小于1微米)和厚膜SOI(顶层硅厚度大于1微米)两大类。

目前，SOI材料的制备技术主要有注氧隔离技术(SIMOX)、键合及背面腐蚀技术(BESOI)及其所衍生出来的智能剥离技术(Smart-cut)、外延层转移技术(ELTRAN)等。其中，由于键合及背面腐蚀技术具有工艺简单、成本低等优点，因此受到人们的重视，虽然埋氧层厚度连续可调，但是通过研磨或者腐蚀的办法减薄顶层硅，顶层硅的厚度均匀性很难得到精确控制。如P.B.Mumola等在顶层硅厚度为1±0.3μm键合减薄SOI材料的基础上，采用计算机控制局部等离子减薄的特殊办法，将顶层硅减薄到0.1μm，平整度仅能控制在±0.01μm，这也就限制了键合减薄SOI材料在对顶层硅厚度均匀性要求高等方面的应用。而采用SIMOX技术制备的SOI材料，虽然具有优异的顶层硅厚度均匀性，但由于受到注入剂量和能量的限制，埋氧层最大厚度很难超过400nm，并且SIMOX工艺是利用高温退火，促进氧在硅片内部聚集成核而形成连续埋氧层，但是埋氧层中存在的针孔使其绝缘性能不如热氧化形成的SiO₂，击穿电压仅6MV/cm左右，这些缺点限制了SIMOX材料在厚埋层(大于400nm)方面的应用。

Smart-cut技术在键合技术的基础上发展而来，并且其顶层硅的厚度由氢离子的注入能量所决定，其厚度连续可调，因此该技术可以同时满足埋氧层厚度和顶层硅均匀性的要求，但是该技术由于采用氢离子注入剥离器件层，因此生产成本较高。外延层转移技术需要在多孔硅上外延单晶硅层，缺陷控制困难，该技术尚未成熟，并没有应用的报道。

由于键合及背面腐蚀技术具有工艺简单、成本低等优点，但是均匀性较难控制。其主要出发点是在重掺杂器件衬底上外延轻掺杂的器件层，键合后研磨减薄，利用HNA溶液(主要成分为1HF:3HNO₃:8CH₃COOH)对轻重掺层不同的腐蚀速率去除重掺杂层，实现轻掺杂层的转移，制备出厚膜SOI衬底。在该方法中利用到了HNA溶液对不同电阻率材料的腐蚀选择性，但是，HNA溶液要达到很好的腐蚀选择比需要掺杂浓度具有明显的差别，这就限制了该技术在制备低电阻率顶层硅(电阻率小于10Ω·cm)SOI衬底方面的应用。并且直接在重掺杂衬底上外延轻掺杂层，由于自掺杂效应是的重轻掺杂层之间有一个电阻率渐变的过渡区，而不是呈现出陡变电阻率分布，并且该过渡区中局部电阻率分布不均匀，使得制备出的SOI衬底顶层硅厚度均匀性较差。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是，提供一种制备绝缘体上硅材料的方法，突破现有腐蚀工艺的限制，能够制备出具有任意电阻率的顶层硅。

为了解决上述问题，本发明提供了一种采用选择腐蚀工艺制备绝缘体上硅材料的方法，包括如下步骤：提供掺杂的单晶硅衬底；在单晶硅衬底表面生长非掺杂的本征单晶硅层；在本征单晶硅层表面生长器件层；提供支撑衬底；在支撑衬底和器件层的表面生长绝缘层，或者在支撑衬底或器件层的表面生长绝缘层；将单晶硅衬底和支撑衬底键合，如果在支撑衬底表面生长绝缘层，则以绝缘层和器件层的暴露表面为键合面，如果在器件层表面生长的绝缘层，则以支撑衬底和绝缘层的暴露表面为键合面，如果是在器件层和支撑衬底两者的表面都生长绝缘层，则应当分别以两个绝缘层的暴露表面为键合面；采用选择性腐蚀工艺除去掺杂的单晶硅衬底；采用选择性腐蚀工艺除去掺杂的单晶硅衬底；去除本征单晶硅层。

作为可选的技术方案，所述本征单晶硅层的厚度大于50nm。

作为可选的技术方案，单晶硅衬底100与本征单晶硅层110之间的电阻率之差应大于1000倍。尤其所述掺杂的单晶硅衬底的电阻率小于0.02Ω·cm，本征单晶硅层的电阻率大于20Ω·cm。

作为可选的技术方案，所述去除单晶硅衬底的步骤进一步包括：将键合后的多层结构的单晶硅衬底一侧向上放置于旋转腐蚀平台上；使腐蚀液流过单晶硅衬底表面，并同时转动旋转腐蚀平台，将单晶硅衬底腐蚀除去。

作为可选的技术方案，所述腐蚀液为氢氟酸，腐蚀过程中外接直流电源，单晶硅衬底与电源正极电学连接，电解液与电源负极电学连接。

作为可选的技术方案，所述腐蚀液为氢氟酸、硝酸与醋酸的混合液。