一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，是一种硅-蓝宝石-硅衬底，即顶层为硅主动层，中间层为蓝宝石薄层，底层为硅衬底。制备方法步骤如下：第一步，采用衬底切割技术将抛光蓝宝石薄层均匀切下；第二步，将切下的蓝宝石薄层与硅衬底进行热处理键结；第三步，完成顶层的硅主动层。本实用新型减少了蓝宝石用量，提高了利用率，从而降低整体的生产成本，但仍保有SOS优异特性。采用硅当作衬底主体时更有以下优点：（1）与现有以硅衬底为主流的IC工艺及设备高度整合，有效增进生产效能；（2）作为高频组件衬底散热能力将影响组件设计与效能，由于硅的热传效率显著优于蓝宝石，硅作为衬底主体将有效改进组件散热效能。
【专利说明】一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底。
【背景技术】
[0002]SOS (Silicon-on-sapphire,蓝宝石上覆硅)衬底主要作为高频组件RFIC的衬底用途，相较于其他衬底材料，SOS制作的组件成品具有低能耗、组件效率高以及组件尺寸小等综合优势，有其不可忽视的竞争优势。
[0003]如图1所示是商用的SOS衬底100，在抛光蓝宝石衬底110上制作硅外延层120，再如图2所示是另一种既存工艺的SOS衬底200，在抛光蓝宝石衬底210上键结以特殊切割技术切下的硅衬底薄层220形成SOS结构。
[0004]目前市场上的SOS衬底供货系以6英吋及8英吋的蓝宝石衬底上制作硅外延层，这样尺寸的蓝宝石衬底成本非常高，再加上硅外延层工艺需要非常细腻的控制，也使得整体SOS成本及产率受限。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，以减少蓝宝石用量，提高利用率，降低整体的生产成本，但仍保有SOS优异特性。
[0006]为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是:
[0007]一种蓝宝石绝缘层上覆娃衬底，是一种新型S1-on-sapphire-on-Si (娃-蓝宝石-硅)衬底，即顶层为硅主动层，中间层为蓝宝石薄层，底层为硅衬底。
[0008]所述硅主动层的厚度为lOOnm，蓝宝石薄层的厚度为150nm，硅衬底的厚度为1mm。
[0009]所述硅主动层的厚度为1500nm，蓝宝石薄层的厚度为1500nm，硅衬底的厚度为Imm0
[0010]采用上述方案后，本实用新型减少了蓝宝石用量，提高了利用率，从而降低整体的生产成本，但仍保有SOS优异特性。采用硅当作衬底主体时更有以下优点:(1)与现有以硅衬底为主流的IC工艺及设备高度整合，有效增进生产效能；(2)作为高频组件衬底散热能力将影响组件设计与效能，由于硅的热传效率显著优于蓝宝石，硅作为衬底主体将有效改进组件散热效能。
[0011]以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是一种现有SOS衬底的结构不意图；
[0013]图2是另一种现有SOS衬底的结构不意图；
[0014]图3是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]如图3所示，本实用新型揭示的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，是一种新型硅-蓝宝石-硅衬底，即顶层为硅主动层I (硅薄层)，中间层为蓝宝石薄层2 (蓝宝石绝缘层)，底层为硅衬底3 (衬底主要载体)。
[0016]其中，顶层的硅主动层I (单晶硅层)是作为后续制作半导体组件的主动层，厚度可依需求控制，从小于10nm到数千nm技术上均可支持，不同的厚度可适用于不同的半导体组件制作。中间的蓝宝石薄层2是介电层，也叫做绝缘层，智切/键结技术可支持的厚度一样是从小于10nm到数千nm以上，从1500nm左右的厚度起就能发挥很优异的SOI性能。硅衬底3是提供机械强度，厚度约在Imm土数百um。
[0017]本实用新型运用于高频组件时,娃主动层I的最佳厚度为10nm,蓝宝石薄层2的最佳厚度为150nm,娃衬底的最佳厚度为1mm。
[0018]本实用新型运用于功率组件时，硅主动层I的最佳厚度为1500nm，蓝宝石薄层2的最佳厚度为1500nm,娃衬底的最佳厚度为1mm。
[0019]本实用新型还揭示了一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底的制备方法，具体步骤如下。
[0020]第一步,采用衬底切割技术将抛光蓝宝石薄层2均勻切下。具体采用smart-cut智能剥离技术(一项既存商用技术)，选用适当的离子(如H氢)进行高剂量离子植入，用植入能量控制预计切下的厚度，经热处理后切片分离。
[0021]第二步，将切下的蓝宝石薄层2与硅衬底3进行热处理键结。
[0022]第三步，完成蓝宝石薄层2顶层的硅主动层I。具体可以按现有商用工艺进行硅的外延，形成硅主动层I。或者，在抛光硅衬底3切下硅薄层，再将这个硅薄层热处理键结在蓝宝石薄层2的顶层，形成硅主动层1，也可以将这次热处理键结程序与第二步在同一个设备中依序处理，以减少热循环提升效率。
[0023]本实用新型进一步可以具有表面前清洗、前披覆层、前加工等的辅助工艺来增强硅与蓝宝石键结。其中，前清洗是使用半导体习用的RCA标准清洗法(1965年由Kern和Puotinen等人在N.J.Princeton的RCA实验室首创的，并由此而得名，RCA是一种典型的、至今仍为最普遍使用的湿式化学清洗法)，去除表面颗粒或残留物质。前被覆层是在蓝宝石表面用气相法热裂解SiH4蒸镀数十纳米硅层，参数适当控制下有助于蓝宝石与单晶硅的键结。前加工是表面化学机械研磨进行抛光。
[0024]在不影响高频组件性能的前提之下，本实用新型耗用的蓝宝石量可以降低到百分之一以下。
[0025]上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属【技术领域】的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。
【权利要求】
1.一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于:是一种硅-蓝宝石-硅衬底，即顶层为硅主动层，中间层为蓝宝石薄层，底层为硅衬底。
2.如权利要求1所述的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于:硅主动层的厚度为10nm,蓝宝石薄层的厚度为150nm,娃衬底的厚度为1mm。
3.如权利要求1所述的一种蓝宝石绝缘层上覆硅衬底，其特征在于:硅主动层的厚度为1500nm，蓝宝石薄层的厚度为1500nm，硅衬底的厚度为1mm。
【文档编号】H01L33/02GK204045615SQ201420374396
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】王晓靁, 刘伯彦, 钟其龙 申请人:厦门润晶光电有限公司