[发明专利]制备SOI晶片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备SOI晶片(SOI wafer)的方法。

背景技术

绝缘体上硅(silicon-on-insulator；SOI)晶片已广泛用于制备具有小寄生电容及高速化的器件。SOI晶片之中的均包括绝缘透明晶片以作为操作晶片(handle wafer)的石英上硅(silicon on quartz；SOQ)和蓝宝石上硅(silicon on sapphire；SOS)引起了人们的关注。SOQ有望应用到利用石英的高透明度的光电领域，或者应用到利用石英的低介电损耗的高频器件。除了高的透明度和低的介电损耗之外，包含有作为操作晶片的蓝宝石的SOS晶片还具有高的热传导率，这是石英所没有的，从而SOS有望应用到产生热量的高频器件。

为了将高品质的单晶制成薄片，采用键合和转移方法从体硅晶片(bulk silicon wafer)理想地制备出硅膜。已经提出如下方法：在圆形蓝宝石表面上异质外延生长硅层、通过在玻璃上生长非单晶硅来制备CG硅、并接着通过激光退火来提它的结晶度。然而，可以说没有其他方法可以如同键合方法那样好。

然而，存在的问题在于，广泛用于制备SOI晶片的SOITEC方法不能用于制备SOQ晶片和SOS晶片等，这是因为要对具有显著不同的热膨胀系数的不同类型的材料进行键合。

根据SOITEC方法，在两个晶片被键合之后，它们需要经历450℃-500℃下的热处理以增强键合强度。在包含硅以作为其操作基板的SOI中，键合有两个硅晶片而不存在任何问题。然而，SOQ晶片和SOS晶片存在有在热处理时经键合的晶片发生开裂的问题。硅、石英和蓝宝石的热膨胀系数分别为2.6×10^-6/K、0.56×10^-6/K和5.8×10^-6/K。

众所周知的用于避免上述问题的方法为：在键合之前对晶片进行表面活化处理，并在键合之后在相对低的温度下进行热处理以获得高的键合强度(例如，参考非专利文献1)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：G.L.Sun，J.Zhan，Q.Y.Tong，S.J.Xie，Y.M.Cai，and S.J.Lu，“Cool plasma activated surface in silicon direct bonding technology，”J.de Physique，49(C4)，79(1988)

发明内容

本发明将要解决的问题

然而，即使在由前述低温处理制备的SOQ和SOS中，在它的硅层中仍会残留在处理期间由应力等引起和产生的缺陷(凹陷，微裂纹等)，且这些缺陷会对器件的性能产生不利的影响。难以获得与市售SOI晶片的单晶硅层同等的单晶硅层。

另外，如果在键合方法中采用离子注入方法来形成单晶硅层，那么在隔离后形成的单晶硅层表面很容易受到损伤。

众所周知，热处理可用来修复由离子注入等造成的损伤。例如，存在由氧离子注入(SIMOX)方法实现的隔离，在SIMOX方法中，将氧离子注入到硅晶片中，并然后施加长时间的高温加热(约1300℃)。然而。这种方法需要长的时间和高温度处理，而石英并不能承受这种温度(玻璃化转变温度大约为1050℃)。虽然蓝宝石有高的耐热性，但是在900℃或以上温度下长时间的热处理会造成蓝宝石中铝的扩散。

本发明是建议这种情况提出的，且本发明的目的在于提供一种通过相对低的温度下的和相对较短的持续时间的处理来减少由键合方法在单晶硅层表面和内部引起的缺陷的方法。

解决这些问题的手段

为解决该问题，本发明采用了如下方法。

本发明的制备键合基板的方法包括以下步骤：通过键合方法在操作基板上形成单晶硅层，以获得键合基板，所述操作基板是从具有800℃或以上的耐热温度的材料中选择出的；在所述键合基板的所述单晶硅层上沉积非晶硅；及在800℃以上的温度下加热所述沉积之后的所述键合基板。

本发明的有利效果

本发明的制备键合基板的方法通过相对低的温度下的和相对较短的持续时间的处理来减少由键合方法在诸如SOQ或SOS等键合基板的单晶硅层表面和内部引起的缺陷的方法，所述键合基板包括硅和与硅的热膨胀系数明显不同的材料。

附图说明

图1是图示了本发明的方法的示意过程图。

图2是图示了在将本发明的方法应用于SOQ晶片的情况下的缺陷密度和退火温度的关系的曲线图。