[发明专利]SOI晶片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造SOI晶片的方法，特别涉及一种改进的制造SOI晶片的方法，所述方法在通过离子注入薄膜化并转印的硅膜的表面处理上有所改进。

背景技术

为了降低寄生电容(parasitic capacitance)，从而实现器件(device)的高速化并降低能耗，绝缘层上覆硅(SOI)基板在器件中得到了广泛的应用。

近年来，为了制造完全耗尽层型SOI器件，对SOI层(硅层)为100nm以下的薄SOI晶片的需求有所增加。这是因为通过将SOI层薄膜化，可期待实现器件的高速化。

除SOI层的薄膜化之外，对面内膜厚均一性的要求更加严格。

薄SOI晶片通常是通过SOITEC或SiGen方法制造的。在所述方法中，氢离子被预先注入施主晶片，随后将施主晶片贴合到支撑晶片上，膜便沿着氢离子注入界面从施主晶片一侧转印至支撑晶片一侧。然而，在该过程中，如此转印的硅薄膜中会留下大约0.1μm的离子注入缺陷层(无定形层)，同时在薄膜表面引入按照RMS计大约几纳米或更高的表面粗糙度(参见示例，B.Asper″Basic Mechanisms involved in the Smart-Cut(R)process，″Microelectronics Engineering，36，p233(1997))。

就此而言，SOITEC方法按照如下工序实施。具体来说，施主晶片和支撑晶片在室温下进行贴合。然后，将晶片加热至约500℃以在氢离子注入界面形成气孔(称为微腔(microcavities))以引起热剥离，从而使膜得以转印。

同时，SiGen方法按照如下工序实施。具体来说，作为施主晶片和支撑晶片贴合前的预处理，将施主晶片和支撑晶片进行等离子体表面活化处理，然后将两者在室温下贴合。此时，它们实现了很高的贴合强度。如果需要的话，可以进行低温(大约300℃)的热处理。然后，对氢离子注入界面施以机械冲击用于剥离，从而使膜得以转印。鉴于与SiGen方法相比，SOITEC方法是一种低温方法，SiGen方法适合于制造将不同热膨胀系数的晶片贴合的层压板(例如，石英上覆硅：SOQ)。

这里，如上所述，在SOITEC和SiGen方法中，由离子注入引入的离子注入缺陷层存在于剥离表面的表面部分。已经提出了几种去除所述缺陷层并使表面平滑的方法。

一种方法是进行大约0.1μm的研磨，该厚度正是离子注入缺陷层的厚度，由此去除了该离子注入缺陷层。然而，这一方法的问题在于，由于研磨的不均匀，很难实现剩余膜厚度的面内均一性。

另一种方法是通过高温热处理恢复受损层的结晶度，然后对该表面施以数十纳米的研磨(称为“接触研磨”(touch polishing))以去除表面的凹凸(asperity)。还有报道表明，在这种情况下，用氢气等作为气氛气体，无需施以接触研磨工序，即可使表面平滑(参见示例，Nobuhiko Sato and Takao Yonehara″Hydrogen annealed silicon-on-insulator，″Appl Phys Lett Vol 65，pp.1924(1994))。

然而，由于包括了高温氢气热处理工序，上述不同的方法又涉及到新的问题，例如金属污染、所得基板的翘曲、生产成本增加、产量下降等等。此外，由于氢气对硅的蚀刻，该方法存在难以实现基板间膜厚均一性或基板面内膜厚均一性的缺点。

另外，如果支撑晶片不是用硅制成的SOI晶片，而是用低熔点材料(石英和玻璃等)制成的SOI晶片，无法对所述支撑晶片施以额外的高温热处理。因此，其问题更加严重。

同时，有报道表明，根据1×1μm的区域范围的原子力显微镜(AFM)观察，按照RMS计大约8nm的表面粗糙度以及峰到谷(P-V)大约64.5nm的凹凸通常存在于通过氢离子注入方法(SOITEC方法，SiGen方法，或类似方法)制造的SOI晶片的刚将硅膜转印后的表面(参见示例，SOIの科学，第二章，Realize社)。考虑到64.5nm的凹凸甚至存在于1×1μm这样一个如此小的区域内，在整个晶片表面上可能存在更大的凹凸(100nm以上)。鉴于此原因，需要降低表面的面内粗糙度。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的。本发明的目的是提供一种制造SOI晶片的方法，所述方法具有如下特点：可有效去除存在于离子注入层中的离子注入缺陷层，所述离子注入层位于通过离子注入剥离方法剥离的剥离表面附近；确保基板的面内均一性；同时降低成本并提高产量。