[发明专利]一种带有绝缘埋层的晶圆的表面处理方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种带有绝缘埋层的晶圆的表面处 理方法。

【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(顶层硅通 常小于1微米)和厚膜SOI(顶层硅通常大于1微米)两大类。薄膜SOI绝大 多数用户为尖端微电子技术的引导者，如IBM、AMD、Motorola、Intel、UMC、 TSMC、OKI等。目前供应商为日本信越(SEH)、法国Soitec、日本SUMCO。 薄膜SOI市场主要的驱动力来自于高速、低功耗产品，特别是微处理器(CPU) 应用。

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)、以及有SIMOX和键合技术结合起来的注氧键合(SIMBOND)技 术等。

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。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。

SIMBOND是SIMOX和键合技术的结合与创新，该工艺将一片低剂量的 SIMOX片做为器件片(device wafer)，长一定厚度氧化层的裸硅片作为支撑片 (handle wafer)，然后把两片键合在一起。键合好后，将器件片研磨减薄，再 用碱性化学液腐蚀，在原SIMOX的埋氧层(BOX)停止。再通过HF去除这 层阻挡层，然后按照最后的顶层硅厚度长外延。这样，可以得到与SIMOX技 术同等水平的SOI厚度均匀性，也实现了埋氧层厚度连续可调(埋氧层厚度是 有handle wafer的氧化层厚度决定的)。这种技术实现了SOI层厚度均匀性和 埋氧层(BOX)厚度的连续可调。

SIMBOND技术是薄膜SOI制造技术的创新，其制造工艺融合了SIMOX、 键合减薄、外延等不同工艺的优点。在实施SIMBOND工艺中，除了解决主要 工艺的技术参数之外，如何实现各工艺的有效连接也是至关重要的。SIMBOND 硅片的外延就是其中重要的工艺。一般外延的衬底是裸硅片，其表面的粗糙度、 缺陷密度等都是很低的。而SIMBOND硅片的顶层硅厚度只有1000～2000A， 表面的粗糙度和缺陷密度也远比裸硅片高。如何在保证顶层硅厚度不至于过分 损失的情况下降低顶层硅的表面粗糙度和缺陷密度，是现有技术中亟需解决的 问题。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是，提供一种专门针对带有绝缘埋层的晶圆的 表面处理方法，能够在保证顶层硅厚度不至于过分损失的情况下降低顶层硅的 表面粗糙度和缺陷度，满足后续外延、器件制作以及其他各种相关工艺的需要。

为了解决上述问题，本发明提供了一种带有绝缘埋层的晶圆的表面处理方 法，包括如下步骤：提供一晶圆，所述晶圆包括支撑衬底、顶层半导体层以及 设置于两者之间的绝缘埋层，所述顶层半导体层的材料为单晶硅；对顶层半导 体层实施化学机械抛光，所述抛光工艺的抛光压力是20至35kPa；清洗抛光后 的表面，所述清洗采用将双氧水和氨水与纯净水相互混合的方法制备而成，混 合前双氧水和氨水任意一种的体积都低于纯净水体积的1/150。