[发明专利]一种晶向旋转键合晶片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用选择腐蚀工艺制备半导体材料的方法，尤其涉及一种晶向旋转键合晶片的制备方法，更确切的说是一种键合加选择性腐蚀制备顶层硅主参考面同支撑衬底主参考面有一定角度的Si片的工艺，属于微电子与固体电子学技术领域。

背景技术

晶向旋转键合(twist-bonded wafer)是指同样型号的两片硅片进行Si-Si键合，但是其键合的主参考面并不完全对齐，而是形成一定的角度。这由于晶向旋转，两个硅片间会有失配位错网络存在，如果这种主参考面旋转的顶层硅厚度只有几十纳米，位错网络可以从顶层硅表面明显观察出来。这种晶向旋转键合片具有一些特殊的应用价值，比如作为“容忍型(compliant substrates)”衬底，可以在其上面继续异质外延晶格常数不一样的其他材料，并且将适配位错等缺陷集中在晶向旋转的超薄顶层硅中，从而提高异质外延材料的质量。这种键合片还可以作为衬底外延制备量子点或者纳米线材料。

目前制备晶向旋转键合片的方法是将一片SOI片同一片硅片键合，然后背面研磨，腐蚀SOI片，得到顶层硅同衬底硅片主参考面具有一定夹角的晶向旋转材料。这种方法已经在文献Huge differences between low-and high-angle twistgrain boundaries：The case of ultrathin(001)Si films bonded to(001)Siwafers(J.L.Rouviere，K.Rousseau，F.Fournel，and H.Moriceau，Appl.Phys.Lett.，vol.77，no.8，pp.1135-1137，2000.)中有过报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种晶向旋转键合晶片的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种晶向旋转键合晶片的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、取两片具有主参考面的，相同晶向的体硅晶片，在其中一片体硅晶片上生长固定组分的SiGe层，然后在SiGe层上继续外延生长Si膜层形成器件片，另一片体硅晶片作为支撑片待用；

步骤二、将器件片和支撑片的表面都进行疏水处理；

步骤三、将疏水处理后的器件片的Si膜层表面与支撑片键合形成键合片，键合时使器件片与支撑片的主参考面错开；

步骤四、利用研磨技术从背面研磨键合片中器件片的体硅晶片部分，然后进行第一选择性腐蚀去除器件片的全部体硅晶片部分，到SiGe层停止，再进行第二选择性腐蚀去除SiGe层，留下Si膜层，从而形成晶向旋转键合硅晶片。

作为本发明的优选方案，步骤一中的两片体硅晶片具有相同的直径尺寸。

作为本发明的优选方案，步骤一中生长的SiGe层的Ge组分大于或等于20％，小于100％。

作为本发明的优选方案，步骤一中生长的SiGe层的厚度小于应变临界厚度，为100nm以下。

作为本发明的优选方案，步骤二的疏水处理方法为在HF溶液中清洗，或者在H₂气氛下高温退火。

作为本发明的优选方案，步骤三中，在键合前，对支撑片和器件片进行等离子处理，或者对支撑片和器件片进行化学机械抛光。

作为本发明的优选方案，步骤三中，在键合后，对键合片进行热处理，以加强键合强度。优选的，热处理时的保护气体含有O₂气氛；热处理温度为200-400摄氏度。

作为本发明的优选方案，步骤四中，研磨键合片直至器件片的体硅晶片部分剩余厚度小于等于10微米。

作为本发明的优选方案，步骤四中，利用TMAH化学腐蚀液对键合片进行第一选择性腐蚀，去除器件片的全部体硅晶片部分，并使腐蚀在SiGe层与器件片的体硅晶片部分的界面处停止。

作为本发明的优选方案，步骤四中，第二选择性腐蚀去除SiGe层时，采用H₂O₂与HF的混合液作为腐蚀液，使腐蚀在SiGe层与外延的Si膜层界面处停止。

作为本发明的优选方案，步骤四之后，对晶向旋转键合硅晶片的Si膜层进行外延，从而使Si膜层增厚。

作为本发明的优选方案，步骤四之后，对晶向旋转键合硅晶片的Si膜层进行热氧化，并且用HF腐蚀热氧化形成的SiO₂，从而将Si膜层减薄。