一种采用激光裂片技术制备SOI硅片的方法与流程

本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种采用激光裂片技术制备soi硅片的方法。

背景技术：

一九八零年，ibm发展应用氧离子直接注入法(separationbyimplantationoxygen,simox)来发展制作soi材料。该制程需要植入非常高剂量的氧离子(约5×10¹⁸/cm²)，虽然经过高温退火处理形成二氧化硅层，并以再洁净的方式消除大部分的缺陷，但仍然无法使因注入离子而造成的缺陷全部消除。到一九九二年，法国一家以研究为导向的公司commossariatal’energieatomique使用一种薄膜转移的技术，即智切法(smartcut)，能成功地将硅单晶的薄膜转移至另一个硅基板上。此制程首先将氢离子注入于一片已生成氧化层的硅晶圆中，再与另一片硅晶圆进行键合。经高温退火处理时，注入的氢离子获得动能，而聚合成氢分子填充微裂缝中，所形成氢分子不能再以扩散离开裂缝，依pv＝nrt原理，氢分子数目快速扩大，使裂缝内压力上升，进而使微裂缝扩张形成裂缝平板及聚集成大面积裂孔，最后使得元件晶圆上下层剥离，产生薄膜并转移至基材晶圆上，形成soi结构。

tm制程是通过注入低剂量(1e16-1e17/cm²)的h⁺到达硅片一定深度，再通过微波加热的方式，使硅片中的h⁺聚集成h2达到裂片的目的。

所谓微波裂片是指以微波辐射代替传统的热源，硅片对微波能量的吸收达到一定的温度，从而使h⁺聚集成h2达到使硅片裂开的效果。由于它与注氧隔离技术相比较，得到的soi属于不同的方法，所以微波裂片技术逐渐得到更广泛的应用。但针对微波裂片这个过程，目前都是在实验室中进行，每次只能单独对一片硅片操作，同时对温度不能根据需要精确化的控制和调节，又由于只能单片进行操作，因此无法工业化生产，批量产出。

激光裂片技术是指，使用激光照射硅片表面使其得到热量，硅片内注入的 h⁺聚集成h2达到使硅片裂开的效果。激光照射硅片表面只有几百微毫秒，时间短，效率高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采用激光裂片技术制备soi硅片的方法，通过使用激光技术使注入一定剂量h⁺的键合片裂开后得到质量优良的soi。使用激光加热方式裂片可以消除注入层带来的晶格缺陷、金属夹杂、清除表面吸附物质、改善表面粗糙度等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种采用激光裂片技术制备soi硅片的方法，该方法以硅片为原材料，依次通过氧化、注入h⁺和键合工艺步骤，获得带有h⁺注入层的键合片，然后将该键合片采用激光加热方式进行裂片，即获得所需soi硅片，所得soi硅片的顶层硅厚度为>0～1000nm。

所述硅片原材料的电阻率和晶向根据实际需求选择。

所述氧化工艺步骤具体为：将所述硅片原材料的一侧表面上进行氧化，获得带有氧化层的硅片，其氧化层厚度在>0～1000nm之间。进行清洗去除表面污染物，然后使用测试设备测试该带有氧化层的硅片表面颗粒情况、氧化层的厚度及其他各项参数，选择符合要求的硅片。

所述注入h⁺工艺步骤具体为：将带有氧化层的硅片进行注入h⁺，注入剂量为1e15～1e18之间，注入深度按照需求来做。

所述键合工艺步骤具体为：再准备一个硅片，其电阻率和晶向根据需求选取，进行表面清洗去除表面自然氧化层及表层污染物后，使用测试设备测试硅片表面颗粒情况，将符合要求的硅片与注入h⁺的硅片进行键合，两片的激活时间为0-200s之间，所得到的键合片进行100-350℃的低温退火，即获得带有h⁺注入的键合片。

所述激光加热过程中：采用红外激光器，激光光斑大小为0.5mm～2mm，激光功率为100mw～100w，加热时间10～30s，激光扫描路径为沿硅片直径方向，扫描硅片次数为8～28次；激光束以45°～135°的入射角度对硅片进行扫描；通过激光加热使硅片表面温度迅速升高，以达到硅片内氢离子聚集达到裂片的目 的。

本发明的设计原理及有益效果如下：

1、本发明对硅片进行氧化、注入(注入低剂量h⁺)、键合工艺及低温退火工艺，得到键合的硅片，之后使用激光技术(发射温度低于500℃)对键合片进行裂片。激光作用于硅片表面，使其表面得到热量，注入的h⁺聚集成气体分子，而后填充于裂缝中形成微氢气泡，随着氢气分子的不断聚集，最后使得氢气层剥离，达到裂片的目的，并形成soi结构。

2、相比于微波裂片技术，本发明使用激光加热方式裂片可以消除氢离子注入层带来的晶格缺陷、金属夹杂、清除表面吸附物质、改善表面粗糙度等优点。

3、本发明采用激光技术裂片的方式适合工业化生产，可批量产出。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为实施例1制备的soi硅片表面。

图3为对比例1制备的soi硅片表面。

具体实施方式

以下结合附图及实施例1详述本发明。

本发明为采用激光裂片技术制备soi硅片的方法，其工艺流程如图1所示。该方法以硅片为原材料，依次通过氧化、注入低剂量h⁺和键合工艺步骤，获得带有h⁺注入层的键合片，将该键合片采用具有特定工艺参数的激光裂片技术处理后，即获得所需soi硅片。

实施例1

1、取一片8寸p型硅片，其晶向选择可以是<100>或<111>，电阻率选择为轻掺杂到高阻。

2、硅片上制备氧化层(二氧化硅)：将步骤1中硅片一侧表面上进行氧化(或两片均可氧化，按实际工艺条件来做)，获得带有氧化层的硅片(二氧化硅作为soi的box层)，氧化采用常规工艺，制备的氧化层(氧化硅)厚度为>0-1000nm；制备的带有氧化层的硅片依次采用sc1、sc2清洗，去除硅片表面污染物，然后 使用测试设备测试硅片表面颗粒情况、使用测试设备测试氧化硅的厚度及其他各项参数(比如氧化硅层的颗粒，电学参数)，选择符合要求的硅片用于步骤

3、将带有氧化层的硅片进行注入低剂量的氢离子，注入剂量为1e15～1e18之间，注入深度按照需求来做(一般深度>0-1000nm)。

4、选择一片8寸硅片(barewafer)，其电阻率和晶向根据需求选取，依次进行dhf、sc1、sc2表面清洗，去除表面自然氧化层及表层可能存在的污染物，使用测试设备测试硅片表面颗粒情况，选择符合要求的硅片备用。

5、键合工艺：将步骤3中注入氢离子的硅片和步骤4中符合要求的硅片进行键合，键合过程激活时间为0-200s；然后进行低温退火，退火时间在0-8小时之间，退火温度在100-350℃之间控制，退火后获得即获得带有h⁺注入的键合片。

6、对键合片进行激光加热裂片：采用yag激光(波长为1.06μm)，激光光斑大小为1mm，激光功率为50w，激光束以垂直于硅片表面的方向对硅片进行扫描，扫描路径为沿硅片直径方向，扫描时间13s，扫描硅片次数为10次(激光匀速沿硅片直径方向进行扫描，从直径一端扫描到另一端计数为扫描一次)；通过激光加热使硅片表面温度迅速升高，以达到硅片内氢离子聚集达到裂片的目的。

7、通过步骤6得到优质的8寸soi，进行后续加工，soi对片按照公司规定进行回收。

对比例1

与实施例1不同之处在于：步骤6采用常规的微波裂片方式获得soi结构。实施例1与对比例1所得soi硅片的表面形貌见图2和图3，通过对比可以看出，使用本申请激光裂片技术得到的soi表面粗糙度明显优于对比例1采用微波裂片获得的soi硅片表面。.

以上所述仅为说明本发明的优选实施例，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离发明所公开的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的专利申请和权利要求范围内。