[发明专利]SOI和体硅混合晶圆结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成光学和微电子学技术，尤其是SOI和体硅混合晶圆结构及其制备方法。

背景技术

近年来，随着硅基集成光学发展，绝缘体上硅(SOI)材料以其良好的导波性能在导波光学器件和光电子器件方面获得了越来越广泛的应用，光路电路单片集成已成为必然趋势。而硅基微电子代工厂加工电路的绝大部分成熟工艺是基于体硅衬底的，重新开发基于SOI衬底的工艺又需要一定的开发周期。因此开发SOI和体硅混合晶圆衬底以作为光路电路单片集成芯片的衬底，即可以满足光路电路单片集成中的光路部分对SOI晶圆衬底的需要，也可以满足其电路部分对体硅衬底的需要，使已有的光路器件和已有的集成电路工艺流程可以分开进行，最终实现光路电路单片集成成为可能。

目前，已经存在一种较复杂的混合晶圆衬底制备方法(参考文献『US8877600 B2』)，需要通过选择性外延工艺(SEG)生长出体硅层，并需要对体硅结构与SOI结构之间的多晶硅区域进行刻蚀，形成图22所示的结构。除了复杂SEG工艺的要求外，已存方法的缺点还在于缺乏有效的平坦化和最终SOI顶硅层厚度的控制方法。

本发明通过对硅基微电子代工厂加工工艺的分析，以及实际的技术开发，提出了容易实现并且加工精度可控的基于平坦化工艺的混合晶圆制备方法。关于本发明中要求受保护的实施例的简要说明在下文中陈述，但不作为对本发明范围的限制。已简要概括的本发明的实施例的其他细节，和/或本发明的其他实施例将在下文中“具体实施方式”中得到陈述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SOI结构和体硅结构共衬底的混合晶圆制备方法，能够使光器件和集成电路单片集成的工艺流程标准化，充分利用硅基微电子代工厂已有的集成电路工艺流程，加速在商用CMOS代工厂进 行光电集成芯片制备的进程。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供SOI和体硅混合晶圆的制备方法，主要包括如下步骤：S1：在待加工的SOI晶圆表面沉积一层掩膜层；S2：去除掩膜层、顶硅层和埋氧层的一部分，形成一个露出体硅衬底的窗口；S3：进行常规硅外延生长，在窗口内生长单晶硅层，在掩膜层上生长多晶硅层或者不生长(取决于采用的外延的方法)；S4：如果需要，采用平坦化方法去除掩膜层上的多晶硅层，并使在窗口内生长的单晶硅层的上表面与掩膜层的的上表面共面；S5：剥离掩膜层至露出SOI晶圆顶硅层的上表面；并再次采用平坦化方法进行表面处理，使窗口内单晶硅上表面和SOI晶圆顶硅层上表面共面，得到本发明公开的混合晶圆。

上述工艺制备步骤，如果完整实施，将得到图3所示的SOI和体硅混合晶圆结构。如果将S5步骤省去，则得到图8所示的混合晶圆结构。

上述的SOI和体硅混合晶圆制备方法，其中，S4平坦化步骤可采用化学机械研磨平坦化工艺和光刻胶刻蚀平坦化工艺。如采用光刻胶刻蚀平坦化工艺，即用光刻胶覆盖待平坦化晶圆表面，再进行整张晶圆的刻蚀，光刻胶和硅之间的刻蚀选择比为0.8∶1到1∶1.2。

上述的SOI和体硅混合晶圆制备方法，其中，所述窗口内生长的单晶硅的上表面比所述掩膜层上表面高。

上述的SOI和体硅混合晶圆制备方法，其中，所述窗口内生长的单晶硅的上表面比所述起始SOI晶圆的顶硅层上表面高，并且低于掩膜层上表面。

上述的SOI和体硅混合晶圆制备方法，其中，在剥离掩膜层后所实施的平坦化工艺，包括使用氢离子注入和剥离氢离子注入层之上的硅层的步骤。

另SOI和体硅混合晶圆结构的制备方法：S1：在待加工的绝缘体上硅晶圆表面沉积一层掩膜层；S2：去除掩膜层、顶硅层和埋氧层的一部分，形成一个露出体硅衬底的窗口；S3：在形成窗口后的晶圆上沉积隔离介质层，之后进行针对所述隔离介质层的单方向刻蚀直至硅表面，使得剩余隔离介质仅存在于所述窗口侧壁；S4：进行选择性硅外延生长，在所述窗口内生长单晶硅层；S5：采用平坦化方法至掩膜层；S6：剥离掩膜层至露出SOI晶圆顶硅层的上表面；并再次采用平坦化工艺进行表面处理，使所述窗口内单晶硅上表面和SOI晶圆顶层 硅上表面共面。

上述的SOI和体硅混合晶圆制备方法，其中，所述窗口内外延生长所形成的单晶硅上表面高于掩膜层上表面。

上述的SOI和体硅混合晶圆制备方法，其中，所述窗口内外延生长所形成的单晶硅上表面高于所述起始SOI晶圆顶硅层的上表面，并且低于掩膜层上表面。