[发明专利]SOI键合硅片的制备方法

说明书

一种SOI键合硅片的制备方法，包括氧化步骤、注入步骤、键合步骤、一次退火步骤、裂片步骤、二次退火步骤、刻蚀步骤、抛光步骤，所述氧化步骤、注入步骤、键合步骤、一次退火步骤、裂片步骤、二次退火步骤、刻蚀步骤、抛光步骤依次进行，所述刻蚀步骤中，刻蚀方式为等离子刻蚀，刻蚀原子量为1E12/cm²‑1E22/cm²。其有益效果是：可以去除SOI硅片表面的损伤层，改善SOI层膜厚均匀性，再进行大约10nm‑50nm的机械抛光，就可以制造超薄的SOI层。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备领域，特别是一种SOI键合硅片的制备方法。

背景技术

随着物联网和智能设备的不断发展，绝缘体上硅(SOI)在高速逻辑电路、功率芯片、汽车电子、射频芯片、微机电、光通讯等领域拥有明显优势，特别是基于28nm线宽的FD-SOI成为可望在物联网(IoT)与汽车市场取代鳍式场效电晶体(FinFET)的理想替代方案。相较于FinFET，FD-SOI硅片虽然较昂贵，但功耗较低、性能更好，也更适用于RF——而这正是IoT的关键。

FD-SOI技术对SOI层厚度和均匀性要求特别严格，SOI层厚度需小于50nm、甚至达到7nm，均匀性小于+/-2nm才能达到使加工的器件达成设计性能。常规的SOI层处理方法是直接使用化学机械抛光机对SOI层损伤进行抛光处理，由于化学抛光所以会导致SOI层随着抛光量不断增加而逐步变差，所以SOI层厚度和均匀性极难控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种SOI键合硅片的制备方法。具体设计方案为：

一种SOI键合硅片的制备方法，包括氧化步骤、注入步骤、键合步骤、一次退火步骤、裂片步骤、二次退火步骤、刻蚀步骤、抛光步骤，所述氧化步骤、注入步骤、键合步骤、一次退火步骤、裂片步骤、二次退火步骤、刻蚀步骤、抛光步骤依次进行，其特征在于，所述刻蚀步骤中，刻蚀方式为等离子刻蚀，刻蚀原子量为1E12/cm²-1E22/cm²。

氧化步骤中，氧化反应式为：

Si+O₂＝SiO₂

在键合硅片表面进行氧化，形成氧化层，氧化方式为热氧化、化学气相沉积中的一种。

注入步骤中，将离子为H⁺、18族元素组成的离子或分子离子注入到键合硅片中，注入过程需穿过氧化层，在键合硅片的一侧与所述氧化层之间形成注入层。

所述键合步骤中，键合反应式为：

Si-OH+HO-Si→Si-O-Si+H₂O

将所述键合硅片与衬底硅片贴合，通过键合连接，形成键合层，所述键合方式为直接键合、阳极键合、低温键合、等离子体增强键合中的一种。

所述一次退火步骤中，对键合硅片与衬底硅片通过键合层连接形成的整体结构进行退火。

裂片步骤中，对键合硅片与衬底硅片通过键合层连接形成的整体结构进行高温加热、热微波辐射或激光辐射中的一种，键合层内的氢离子或稀有气体离子、分子离子聚合成气体分子，在键合硅片内部形成微缺陷，键合层在注入层处分离，键合硅片的注入层会留在衬底硅片上形成SOI层。

所述二次退火步骤中，在氧化环境下对所述衬底硅片、SOI层进行退火。

所述刻蚀步骤中，刻蚀反应式为：

Si+2F₂→SiF₄；

Si+CL₂→SiCL₄,