專利名稱：Rf集成電路用絕緣硅片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及RF集成電路用絕緣硅(SOI)片。
背景技術：
對在特定應用中使用的硅的初步加工的材料要求受該應用的驅動。對于RF應用，這些材料要求非常嚴格。標準的體硅片或絕緣硅片使用在高頻率下導致高損耗和串擾的低電阻率基片。例如，使用具有低電阻率基片的硅片或絕緣硅片制造的感應器的Q′s低。因此，為了獲得更高的Q′s，使用具有接地平面(ground plane)的多能級金屬。然而，這些耦合技術(coupling technique)導致串擾。此外，由于基片的電阻低導致在較高的頻率下損耗增加。
使用高電阻率硅(HRS)基片可以減少RF應用中的損耗和耦合(串擾)。與通常使用的硅基片的約10Ω-cm的ρ相比，這種基片具有104Ω-cm的最大電阻率ρ。然而，HRS的電阻率比通常用于RF應用的GaAs基片低3-4個數量級。此外，在RF應用中使用高電阻率硅基片有問題。即，如

圖1和2中的圖所示，在后加工的過程中，熱產生的供體使SiO2/Si界面處和晶片背面處的電阻率都下降。
圖1是隱埋氧化物(buried oxide)與基片之間的界面(即，SiO2/Si界面)處的電阻分布，其中假設基片為n-型基片。圖1的y軸表示電阻率，x軸表示深入基片中的深度。x＝0的點位于界面處。如圖1所示，基片的電阻率僅在界面以下是最低的。
圖2是p-型晶片的電阻分布。圖2的y軸表示電阻率，x軸表示深入晶片中的深度。x＝0的點位于晶片的前面。如圖2所示，在一定條件下，晶片的背面實際上可以經受類型轉化(在這種情況下，從p型轉化為n型)。也已觀察到，在其它狀態(tài)下，在隱埋氧化物以下的晶片區(qū)域也可以經受類型轉化。
可以通過研磨除去晶片背面處的分解。然而，界面處的分解產生更高的損耗，增加耦合(串擾)，降低感應器Q，因此不容易補救。本發(fā)明解決了這些問題中的一個或多個。
發(fā)明概述根據本發(fā)明的一個方面，RF半導體器件包括高電阻率多晶硅晶圓(handle wafer)、位于該多晶硅晶圓上的隱埋氧化物層和位于該隱埋氧化物層上的硅層。
根據本發(fā)明的另一個方面，RF半導體器件包括高電阻率多晶層、位于該多晶層上的隱埋氧化物層和位于該隱埋氧化物層上的硅層。
根據本發(fā)明的再一個方面，制造RF半導體器件的方法包括以下步驟在第一晶片的表面上形成氧化物層；將第一晶片的氧化物層與第二晶片結合，由此制造RF半導體器件，其中第一晶片包括低電阻率硅，第二晶片包括高電阻率多晶硅晶片。
根據本發(fā)明的又一個方面，制造RF半導體器件的方法包括以下步驟在第一晶片的表面上形成第一氧化物層；在第二晶片的表面上形成第二氧化物層；將該第一氧化物層與第二氧化物層彼此相對結合以制造RF半導體器件，其中第一晶片包括高電阻率多晶材料，第二晶片包括低電阻率硅。
而且，根據本發(fā)明的另一個方面，提供一種從具有頂部硅層、隱埋氧化物層和底部硅層的SOI晶片開始制造RF半導體器件的方法。該方法包括以下步驟在頂部硅層的表面上形成一新的氧化物層；在該新的氧化物層上形成高電阻率多晶硅層；除去SOI晶片的底部硅層；和除去SOI晶片的隱埋氧化物層以制造RF半導體器件。
附圖簡述當結合附圖及本發(fā)明的詳細描述時，本發(fā)明的這些及其它特征和優(yōu)點將變得更明顯，其中圖1說明了在常規(guī)絕緣硅片的隱埋氧化物與基片之間的界面處的電阻分布；圖2說明了在標準的CMOS加工后常規(guī)p-型晶片的電阻分布；圖3說明了有利地使用本發(fā)明的RF器件；圖4顯示了可以在圖3的RF器件中使用的本發(fā)明晶片；圖5a、5b和5c說明了制備圖4中所示的RF基片20的方法；圖6a、6b和6c說明了制備圖4中所示的RF基片20的另一種方法；和圖7a、7b、7c、7d和7e說明了制備圖4中所示的RF基片20的又一種方法。
發(fā)明詳述如圖3所示，RF器件10結合入集成電路12，并具有RF輸入端14和輸出端16?？梢栽谥圃旒呻娐?2的過程中使用的RF基片20示于圖4中。RF基片20包括高電阻率多晶硅晶圓22、在該多晶硅晶圓22上形成的隱埋氧化物層24和在該隱埋氧化物層24上形成的硅層26。然后，加工RF基片20的硅層26以形成RF元件如晶體管、電容器、二極管、變容二極管和感應器，它們結合到一起從而形成RF器件10。
隱埋氧化物層24可以是SiO2或Al2O3。或者，AlN層或Si3N4層可以代替隱埋氧化物層24。可以提供附加層28以控制應力并減少RF基片20的任何扭曲，并起阻擋層的作用抵抗污染雜質。例如，可以通過氧化多晶硅晶圓22的多晶硅或通過將Si3N4沉積在多晶硅晶圓22上來提供附加層28。
多晶硅晶圓22的多晶硅具有高的電阻率ρ，如大于106Ω-cm的電阻率ρ。并且，多晶硅不易于發(fā)生迄今使用的單晶材料出現的降解如類型轉換。而且，高電阻率多晶硅在加工的過程中損耗較少。
在圖5a、5b和5c中說明了制備RF基片20的方法，如圖5 a所示，在單晶硅的第一晶片32的表面上形成氧化物層30。此氧化物層應該具有隱埋氧化物層24的所需厚度。如圖5b所示，可以將原子量低的原子34如氫原子或氦原子嵌入多晶晶片36，即多晶硅晶片36的表面中。如圖5c所示，例如通過熱處理將第一晶片32的氧化層30和第二晶片36的嵌入表面彼此相對結合。在加熱的過程中，嵌入的原子形成大氣泡，通常釋放嵌入區(qū)之上的硅膜。得到的結構是可以按需要拋光的RF基片20?？梢愿鶕枰尤敫郊訉?8。
或者，如圖6a、6b和6c所示，可以通過氧化多晶材料如多晶硅的第一晶片40的表面來形成氧化物層42而制備RF基片20(圖6a)。如圖6b所示，氧化包括單晶硅的第二晶片44的表面以形成氧化物層46。如圖6c所示，例如通過熱處理將第一晶片40的氧化層42和第二晶片44的氧化層46結合在一起。氧化物層42和46的組合深度應該產生所需的隱埋氧化物層24的厚度。如有必要，例如通過研磨和/或蝕刻除去第二晶片44的一部分暴露硅表面以制造所需的具有具備所需深度的頂部硅層的RF基片20。如果使用蝕刻，則結合之前，可以在單晶中使用摻雜層以在所需點停止蝕刻?？梢愿鶕枰尤敫郊訉?8。
如圖7a、7b、7c、7d和7e中說明的另一種方法，可以通過從具有頂部硅層52、隱埋氧化物層54和厚的底部硅層56的標準SOI晶片50開始制造RF基片20(圖7a)。如圖7b所示，氧化SOI晶片50的頂部硅層52以形成氧化物層58。如圖7c所示，例如通過沉積在氧化物層58上形成多晶硅層60。例如，對于4英寸的晶片，得到的多晶硅層的厚度為500微米。如圖7d所示，例如通過蝕刻和/或研磨除去原始SOI晶片50的厚的底部硅層56。最后，如圖7e所示，例如通過研磨和/或蝕刻除去原始SOI晶片50的氧化物層54，留下RF基片20?？梢愿鶕枰尤敫郊訉?8。
上面已經論述了本發(fā)明的某些變化。其它的變化將會為本發(fā)明領域中的技術人員所想到。例如，本文中描述的隱埋氧化物層24和54可以由諸如SiO2、Si3N4、Al2O3、AlN、鈦酸鹽等這樣的電介質中的一種或其組合組成。可以使用諸如CVD、LPCVD、濺射、MBE、PECVD、高密度等離子體和熱生長這樣的沉積方法沉積隱埋氧化物。
而且，另一氧化物層可以選自諸如SiO2、Si3N4、Al2O3、AlN、鈦酸鹽等這種電介質中的一種或其組合?？梢允褂弥T如CVD、LPCVD、濺射、MBE、PECVD、高密度等離子體和熱生長這樣的沉積方法沉積這些其它的氧化物層。
因此，應將本發(fā)明的說明書理解為只是說明性的，用于教導本領域技術人員實施本發(fā)明的最佳方式。在基本不偏離本發(fā)明精神的前提下，可以對細節(jié)進行改變。并保留唯一使用在后附權利要求書中范圍內的所有變更的權利。
權利要求
1.一種RF半導體器件，其包括高電阻率多晶硅晶圓；位于該多晶硅晶圓上的隱埋氧化物層；和位于該隱埋氧化物層上的硅層。
2.權利要求2的RF半導體器件，還包括RF輸入端。
3.一種RF半導體器件，包括高電阻率多晶層；位于該多晶層上的隱埋氧化物層；和位于該隱埋氧化物層上的硅層。
4.權利要求3的RF半導體器件，其中該多晶層包括多晶硅層。
5.權利要求3的RF半導體器件，還包括RF輸入端。
6.權利要求5的RF半導體器件，其中多晶層包括多晶硅層。
7.一種制造RF半導體器件的方法，包括在第一晶片的表面上形成氧化物層，其中該第一晶片包括低電阻率硅；和將該第一晶片的氧化物層與第二晶片結合，其中第二晶片包括高電阻率多晶硅晶片，由此制造RF半導體器件。
8.權利要求7的方法，其中第一晶片的氧化物層與第二晶片的結合包括將原子量低的原子嵌入第二晶片的表面中；和將第一晶片的氧化物層與第二晶片的嵌入表面結合。
9.權利要求7的方法，其中第一晶片的氧化物層與第二晶片的結合包括加熱第一和第二晶片以將第一晶片的氧化物層與第二晶片結合。
10.權利要求9的方法，其中加熱第一和第二晶片以將第一晶片的氧化物層與第二晶片結合包括將原子量低的原子嵌入第二晶片的表面中；和加熱第一和第二晶片以將第一晶片的氧化物層與第二晶片的嵌入表面結合。
11.權利要求7的方法，還包括加工第一晶片的硅以在其中形成RF半導體器件的集成電路。
12.權利要求7的方法，還包括加工第一晶片的硅以形成晶體管和感應器。
13.一種制造RF半導體器件的方法，包括在第一晶片的表面上形成第一氧化物層，其中第一晶片包括高電阻率多晶材料；在第二晶片的表面上形成第二氧化物層，其中第二晶片包括低電阻率硅；和彼此相對結合第一氧化物層和第二氧化物層以制造RF半導體器件。
14.權利要求13的方法，其中該多晶材料包括多晶硅。
15.權利要求13的方法，還包括除去一部分第二晶片的硅。
16.權利要求15的方法，其中除去一部分第二晶片的硅包括蝕刻掉第二晶片的部分硅。
17.權利要求15的方法，其中除去一部分第二晶片的硅包括研磨掉第二晶片的部分硅。
18.權利要求15的方法，其中除去一部分第二晶片的硅包括蝕刻并研磨掉第二晶片的部分硅。
19.權利要求13的方法，其中彼此相對結合第一和第二氧化物層包括加熱第一晶片和第二晶片以彼此相對結合第一氧化物層和第二氧化物層。
20.權利要求13的方法，還包括加工第二晶片的硅以在其中形成RF半導體器件的集成電路。
21.權利要求13的方法，還包括加工第二晶片的硅以形成晶體管和感應器。
22.一種從具有頂部硅層，隱埋氧化物層和底部硅層的SOI晶片開始制造RF半導體器件的方法，該方法包括在頂部硅層的表面上形成新的氧化物層；在該新的氧化物層上形成高電阻率多晶硅層；除去SOI晶片的底部硅層；和除去SOI晶片的隱埋氧化物層以制造RF半導體器件。
23.權利要求22的方法，其中在該新的氧化物層上形成多晶硅層包括將多晶硅層沉積在該新的氧化物層上。
24.權利要求23的方法，其中除去SOI晶片的底部硅層包括研磨和/或蝕刻掉SOI晶片的底部硅層。
25.權利要求23的方法，其中除去SOI晶片的隱埋氧化物層包括研磨和/或蝕刻掉SOI晶片的隱埋氧化物層。
26.權利要求25的方法，其中除去SOI晶片的底部硅層包括研磨和/或蝕刻掉SOI晶片的底部硅層。
27.權利要求22的方法，其中除去SOI晶片的底部硅層包括研磨和/或蝕刻掉SOI晶片的底部硅層。
28.權利要求22的方法，其中除去SOI晶片的隱埋氧化物層包括研磨和/或蝕刻掉SOI晶片的隱埋氧化物層。
29.權利要求28的方法，其中除去SOI晶片的底部硅層包括研磨和/或蝕刻掉SOI晶片的底部硅層。
30.權利要求22的方法，還包括加工SOI晶片中剩余的硅以在其中形成RF半導體器件的集成電路。
31.權利要求22的方法，還包括加工SOI晶片中剩余的硅以形成晶體管和感應器。
全文摘要
一種RF半導體器件，其由包括多晶硅晶圓、位于該多晶硅晶圓上的隱埋氧化物層和位于該氧化物層上的硅層的起始基片制造。
文檔編號H01L21/762GK1679159SQ03820750
公開日2005年10月5日 申請日期2003年6月30日 優(yōu)先權日2002年7月1日
發(fā)明者M·A·法蒂穆拉, K·托馬斯 申請人:霍尼韋爾國際公司