一种高均匀性SOI硅片的制作方法与流程

本发明涉及半导体硅片制作，具体涉及一种高均匀性的soi硅片的制作方法。

背景技术：

1、绝缘体上硅(silicon on insulator，soi)是一种广泛应用的新一代硅基材料，可实现较高速性能、较高的组装密度以及减少功率消耗。因此，无论在低压、低功耗电路，还是微机械传感器、光电集成等方面，都具有重要应用。

2、目前soi硅片的制作技术主要有注氧隔离(separate by implant oxygen，simox)技术、硅片键合（wb:wafer bonding）和智能剥离技术（smart-cut）。simox技术是通过向硅片中注入氧离子，控制注入剂量和能量，改变二氧化硅绝缘埋层和顶层硅的厚度，但随着工艺制程的不断进步，对晶圆（wafer）表面的缺陷要求也越来越高，simox制备方法就此遇到了瓶颈。智能剥离技术（smart-cut）是由 m.bruel等人在1995年提出的，它是建立在离子注入和健合两种技术相结合的基础上，将两个硅片至少其中一个氧化后，贴合在一起实现键合，然后对背面进行研磨、刻蚀和化学机械抛光减薄厚度。

3、传统的soi硅片制作方法存在一些挑战，包括制造成本高、硅片质量不均匀、剥离过程难以控制等问题，使得soi硅片在微电子行业中的应用受到限制。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种一种提高soi硅片高均匀性的方法，该方法通过创新的工艺流程，解决了传统制作方法soi硅片均匀性低，且成本过高的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所述的一种提高soi硅片均匀性的方法，包括如下步骤：

3、步骤s1:将两块硅片中的至少一片的表面作热氧化处理；

4、步骤s2:将完成热氧化处理的硅片注入氢离子，并通过控制所述氢离子的能量，达到所述氢离子在硅片中预设深度值；

5、步骤s3:将完成注氢离子的硅片与另一片提前热氧化或者未热氧化的硅片在键合机中利用范德华力进行键合处理；

6、步骤s4:将完成键合的两块硅片在300℃-500℃的条件下进行退火处理，使注入的所述氢离子形成气泡，并从硅片中剥离；

7、步骤s5:将剥离后的两块硅片作平坦化处理，分别得到第一目标硅片产品与第二目标硅片产品。

8、进一步地，对所述步骤s1两块硅片中的至少一片进行热氧化处理包括：

9、将硅片放至于热氧化装置加热至预设温度值范围，其中预设温度值范围为900℃-1200℃；根据不同客户对产品的需求，通过在所述热氧化装置添加氧气或水汽与所述硅片表面进行化学反应，生成二氧化硅；对所述二氧化硅的表面生长的氧化膜的厚度进行测量。

10、进一步地，若所述客户要求测量出的所述氧化膜的厚度在500nm以内，则通过在所述热氧化装置添加氧气与所述硅片表面进行化学反应；若所述客户要求测量出的所述氧化膜的厚度在2um以内，则通过在所述热氧化装置添加水汽与所述硅片表面进行化学反应。

11、进一步地，所述步骤s2中的注入氢离子的具体步骤包括：

12、步骤s201，通过离子源系统将氢气加热店里形成离子束；

13、步骤s202，通过质量分析器从所述离子束中筛选出氢离子；

14、步骤s203，筛选出的所述氢离子经过聚焦器与加速器束聚并提供能够后，轰击到步骤1中已热氧化的硅片上，完成注氢处理。

15、进一步地，所述步骤s3中利用范德华力进行键合之前，还需对两块硅片的表面进行处理，使两块所述硅片的表面产生悬挂键。

16、进一步地，所述步骤3中利用范德华力进行融合键合过程中，施加的键合压力为3n～10n，持续键合时间为20s～60s，温度为20℃～50℃。

17、进一步地，所述活化处理是通过采用稀有气体对生成的二氧化硅层表面进行等离子体活化，活化时间为30～60s，功率为200w～550w。

18、进一步地，所述步骤s4中的所述退火处理温度为350℃～500℃，时间为1.5h～3h。

19、进一步地，所述步骤s5中的所述第一目标硅片产品经清洗，机械抛光，氧化后，留以于下一次进行注氢与键合操作；所述第二目标硅片产品为目标soi硅片。

20、本发明相对于现有技术其功效在于：

21、1.注入氢离子的诸如剂量比simox注入氧的剂量要低2个数量级，采用普通的离子注入机便可完成注氢操作；

22、2.因为是离子注入形成表面的silicon，其厚膜均匀性较好，厚度可控，厚薄可用注入能量来控制；

23、3.表面缺陷小，单晶性保持较好；

24、4.剥离下的硅片仍然可以继续注氢键合，循环使用，大大降低了制备成本。

技术特征：

1.一种提高soi硅片均匀性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的提高soi硅片均匀性的方法，其特征在于，对所述步骤s1两块硅片中的至少一片进行热氧化处理包括：

3.如权利要求2所述的提高soi硅片均匀性的方法，其特征在于，

4.如权利要求1所述的提高soi硅片均匀性的方法，其特征在于，所述步骤s2中的注入氢离子的具体步骤包括：

5.如权利要求1所述的提高soi硅片均匀性的方法，其特征在于，所述步骤s3中利用范德华力进行键合之前，还需对两块硅片的表面进行活化处理，使两块所述硅片的表面产生悬挂键。

6.如权利要求1或5所述的一种提高soi硅片均匀性的方法，其特征在于，所述步骤3中利用范德华力进行融合键合过程中，施加的键合压力为3n～10n，持续键合时间为20s～60s，温度为20℃～50℃。

7.如权利要求5所述的提高soi硅片均匀性的方法，其特征在于，所述活化处理是通过采用稀有气体对生成的二氧化硅层表面进行等离子体活化，活化时间为30～60s，功率为200w～550w。

8.如权利要求1所述的提高soi硅片均匀性的方法，其特征在于，所述步骤s4中的所述退火处理温度为350℃～500℃，时间为1.5h～3h。

9.如权利要求1所述的提高soi硅片均匀性的方法，其特征在于，所述步骤s5中的所述第一目标硅片产品经清洗，机械抛光，氧化后，留以于下一次进行注氢与键合操作；所述第二目标硅片产品为目标soi硅片。

技术总结
本发明所述的一种提高SOI硅片均匀性的方法，涉及半导体硅片制作技术领域，包括首先将两块硅片中的至少一片的表面作热氧化处理，然后将完成热氧化处理的硅片注入氢离子，并通过控制所述氢离子的能量，达到所述氢离子在硅片中预设深度值，接着将完成注氢离子的硅片与另一片提前热氧化或者未热氧化的硅片在键合机中利用范德华力进行键合处理，最后将完成键合的两块硅片在300℃‑500℃的条件下进行退火处理，使注入的所述氢离子形成气泡，并从硅片中剥离，将剥离后的两块硅片作平坦化处理，分别得到第一目标硅片产品与第二目标硅片产品。通过本发明解决了传统制作方法SOI硅片均匀性低，且成本过高的问题。

技术研发人员：谈耀忠,张俊宝,陈猛
受保护的技术使用者：上海超硅半导体股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24