專利名稱：采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法
采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯
底的方法。
背景技術(shù)：
與體硅器件相比，絕緣體上硅(SOI)器件具有高速、低驅(qū)動(dòng)電壓、耐高溫、低功耗以及抗輻照等優(yōu)點(diǎn)，備受人們的關(guān)注，在材料和器件的制備方面都得到了快速的發(fā)展。目前，SOI材料的制備技術(shù)主要有注氧隔離技術(shù)(SIM0X)和鍵合減薄技術(shù)。其中，由于鍵合減薄技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此受到人們的重視，雖然埋氧層厚度連續(xù)可調(diào)，但是通過研磨或者腐蝕的辦法減薄頂層硅，頂層硅的厚度均勻性很難得到精確控制。如P. B. Mumola等在頂層硅厚度為1±0. 3 y m鍵合減薄SOI材料的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)控制局部等離子減薄的特殊辦法，將頂層硅減薄到O. lym，平整度僅能控制在士O.Olym，這也就限制了鍵合減薄SOI材料在對(duì)頂層硅厚度均勻性要求高等方面的應(yīng)用。而采用SIM0X技術(shù)制備的SOI材料，雖然具有優(yōu)異的頂層硅厚度均勻性，但由于受到注入劑量和能量的限制，埋氧層最大厚度很難超過400nm，并且SIMOX工藝是利用高溫退火，促進(jìn)氧在硅片內(nèi)部聚集成核而形成連續(xù)埋氧層，但是埋氧層中存在的針孔使其絕緣性能不如熱氧化形成的Si02，擊穿電壓僅6MV/cm左右，這些缺點(diǎn)限制了 SIMOX材料在厚埋層(大于400nm)方面的應(yīng)用。
近期，在結(jié)合SMOX技術(shù)和鍵合減薄技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了注氧鍵合技術(shù)，該技術(shù)將SIMOX SOI的頂層硅層通過鍵合技術(shù)和兩步選擇性腐蝕工藝轉(zhuǎn)移到支撐襯底之上。該技術(shù)所制備的SOI材料的頂層硅來自于SIMOX器件襯底，因此具有極佳的厚度均勻性；而埋氧層來自于熱氧化的支撐襯底，因此具有熱氧二氧化硅的絕緣特性。以上工藝可以參考申請(qǐng)?zhí)枮?00510028365. 6和200610028767. 0的中國(guó)專利申請(qǐng)。 采用該技術(shù)制備SOI材料的過程中，需要使用兩步選擇性腐蝕工藝來去除器件襯底經(jīng)過背面研磨后所剩余的殘余硅層以及二氧化硅的腐蝕阻擋層(即SIMOX器件襯底的埋氧層)。在腐蝕液腐蝕的過程中，腐蝕液在局部的腐蝕速率并不均勻，為了保證完全去除該殘余硅層和腐蝕阻擋層，需要將該襯底在腐蝕液中過腐蝕。由于該腐蝕阻擋層中有針孔缺陷，使得腐蝕液在過腐蝕殘余硅層的過程中將穿透腐蝕阻擋層造成對(duì)最終的頂層硅層的腐蝕，從而在頂層硅中形成四方形缺陷；并且，由于SIMOX器件襯底的頂層硅和埋氧層界面附近存在氧含量較高的過渡區(qū)域，因此在HF腐蝕液去除該腐蝕阻擋層的過程中，該腐蝕液會(huì)對(duì)該過渡區(qū)域造成腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，能夠避免發(fā)生腐蝕液穿透腐蝕阻擋層的現(xiàn)象，保證最終產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完整性。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，包括如下步驟提供一支撐襯底以及一鍵合襯底，所述支撐襯底表面具有絕緣層，所述鍵合襯底表面具有自停止層，所述自停止層表面具有薄膜半導(dǎo)體層；以薄膜半導(dǎo)體層和絕緣層的暴露表面為鍵合面將支撐襯底與鍵合襯底鍵合；采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底的第一腐蝕液，將鍵合襯底腐蝕除去；采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層的第二腐蝕液，將自停止層腐蝕除去。 作為可選的技術(shù)方案，所述鍵合襯底與薄膜半導(dǎo)體層的材料相同，所述自停止層與絕緣層的材料相同。 作為可選的技術(shù)方案，所述鍵合襯底的材料為單晶硅，第一腐蝕液為四甲基氫氧化銨；鍵合襯底的旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘3000至10000周，腐蝕液的溫度范圍是8(TC至100°C。
作為可選的技術(shù)方案，所述自停止層的材料為氧化硅，第二腐蝕液為氫氟酸；襯底的旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘3000至10000周。 作為可選的技術(shù)方案，在采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝除去鍵合襯底的步驟之前，首先采用研磨工藝減薄鍵合襯底。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝腐蝕支撐襯底和自停止層，可以避免腐蝕液浸入到自停止層和薄膜半導(dǎo)體層而對(duì)薄膜半導(dǎo)體層和絕緣層進(jìn)行腐蝕，因此能夠保證最終產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完整性。


附圖1是本發(fā)明所述具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意 附圖2至附圖7是本發(fā)明所述具體實(shí)施方式
的工藝示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說明。 附圖1所示是本具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖，包括步驟S10，提供一支撐襯底以及一鍵合襯底，所述支撐襯底表面具有絕緣層，所述鍵合襯底表面具有自停止層，所述
自停止層表面具有薄膜半導(dǎo)體層；步驟Sll，以薄膜半導(dǎo)體層和絕緣層的暴露表面為鍵合面將支撐襯底與鍵合襯底鍵合；步驟S12，采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底的第一腐蝕液，將鍵合襯底腐蝕除去；步驟S13，采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層的第二腐蝕液，將自停止層腐蝕除去。 附圖2至附圖7所示為本具體實(shí)施方式
的工藝示意圖。 附圖2與附圖3所示，參考步驟S10，提供一支撐襯底110以及一鍵合襯底190，所述支撐襯底IIO表面具有絕緣層lll，所述鍵合襯底190表面具有自停止層191，所述自停止層表面具有薄膜半導(dǎo)體層192。 本具體實(shí)施方式
中，所述鍵合襯底190與薄膜半導(dǎo)體層192的材料相同，優(yōu)選為單晶硅，所述自停止層191與絕緣層111的材料相同，優(yōu)選為氧化硅。上述情況下，后續(xù)的選擇性腐蝕步驟中腐蝕液容易通過腐蝕阻擋層而腐蝕到底層，因此尤其需要采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝。 附圖4所示，參考步驟S11，以薄膜半導(dǎo)體層192和絕緣層111的暴露表面為鍵合面將支撐襯底110與鍵合襯底鍵合190。
上述鍵合工藝是本領(lǐng)域內(nèi)的常見工藝，此處不再贅述。 附圖5所示，參考步驟S12，采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底190的第一腐 蝕液，將鍵合襯底190腐蝕除去。 由于支撐襯底190的厚度通常是數(shù)百微米以上，為了提高工藝效率，可以在腐蝕 之前首先采用研磨工藝減薄鍵合襯底190。所述研磨工藝可以是包括化學(xué)機(jī)械拋光工藝在 內(nèi)的任何本領(lǐng)域內(nèi)常見的研磨減薄工藝。 本具體實(shí)施方式
中，所述第一腐蝕液為四甲基氫氧化銨(TMA0H)，該溶液對(duì)單晶硅 與氧化硅的腐蝕選擇性較好。由于該步驟將停止在自停止層191的表面，而停止層191的結(jié) 構(gòu)不可能是絕對(duì)致密的，必然存在一定密度的針孔和穿透性的缺陷，而腐蝕液很容易通過 針孔和穿透性缺陷滲透到自停止層191下面的薄膜半導(dǎo)體層192。由于薄膜半導(dǎo)體層192 與鍵合襯底190的材料相同，同為單晶硅，因此薄膜半導(dǎo)體層192也有被腐蝕的危險(xiǎn)。
為了避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，本具體實(shí)施方式
中采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝替代傳統(tǒng)的浸入 式腐蝕工藝。所謂旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝，是將腐蝕液采用噴射的方式噴射到鍵合襯底190中心的 表面，并同時(shí)旋轉(zhuǎn)鍵合襯底190，使腐蝕液在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下在鍵合襯底190表面由中 央向四周流動(dòng)。由于旋轉(zhuǎn)腐蝕過程中腐蝕液與襯底具有沿鍵合襯底190表面方向地相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，因此避免了腐蝕液沿垂直鍵合襯底190表面方向產(chǎn)生的浸入現(xiàn)象。
旋轉(zhuǎn)腐蝕的旋轉(zhuǎn)速度和腐蝕液溫度對(duì)是本步驟中尤其需要優(yōu)化的工藝。過慢的旋 轉(zhuǎn)速度和過高的溫度不利于抑制腐蝕液的浸入現(xiàn)象，而過快的旋轉(zhuǎn)速度和過低的溫度會(huì)導(dǎo) 致腐蝕液迅速的流過襯底的表面而來不及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致腐蝕速度變慢，因此需要優(yōu) 化旋轉(zhuǎn)速度以獲得最佳效果。本步驟中，所述旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝中，鍵合襯底190的旋轉(zhuǎn)速度為 每分鐘3000至10000周，并優(yōu)選為4000周；腐蝕液的溫度范圍是8(TC至IO(TC，并優(yōu)選為 90°C，以上溫度下最有利于發(fā)揮腐蝕液的活性。 附圖6所示，參考步驟S13，采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層191的第二腐 蝕液，將自停止層腐蝕除去191。 本具體實(shí)施方式
中，所述第二腐蝕液為氫氟酸。 同上一步驟類似，采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝可以避免腐蝕液浸入薄膜半導(dǎo)體層192而腐
蝕到絕緣層lll，旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘3000至10000周，并優(yōu)選為4000周。 并且，本步驟采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝的優(yōu)點(diǎn)還在于能夠提高薄膜半導(dǎo)體層192表面的
平整度。 在實(shí)施了包括上述步驟的工藝之后，能夠獲得帶有絕緣埋層的襯底，所述襯底的
結(jié)構(gòu)如附圖7所示，包括支撐襯底110、絕緣層111以及薄膜半導(dǎo)體層192。 總之，本具體實(shí)施方式
采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝腐蝕支撐襯底190和自停止層191，可以
避免腐蝕液浸入到腐蝕目標(biāo)層的下層，更好地保證最終產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完整性。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人
員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為
本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，包括如下步驟提供一支撐襯底以及一鍵合襯底，所述支撐襯底表面具有絕緣層，所述鍵合襯底表面具有自停止層，所述自停止層表面具有薄膜半導(dǎo)體層；以薄膜半導(dǎo)體層和絕緣層的暴露表面為鍵合面將支撐襯底與鍵合襯底鍵合；采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底的第一腐蝕液，將鍵合襯底腐蝕除去；采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層的第二腐蝕液，將自停止層腐蝕除去。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述鍵合襯底與薄膜半導(dǎo)體層的材料相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述自停止層與絕緣層的材料相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述鍵合襯底的材料為單晶硅，第一腐蝕液為四甲基氫氧化銨。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述除去鍵合襯底的工藝旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝中，鍵合襯底的旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘3000至10000周。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述除去鍵合襯底的工藝旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝中，腐蝕液的溫度范圍是8(TC至IO(TC。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述自停止層的材料為氧化硅，第二腐蝕液為氫氟酸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，所述除去自停止層的工藝旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝中，襯底的旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘3000至10000周。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，在采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝除去鍵合襯底的步驟之前，首先采用研磨工藝減薄鍵合襯底。
全文摘要
一種采用腐蝕工藝形成帶有絕緣埋層的襯底的方法，包括如下步驟提供一支撐襯底以及一鍵合襯底，所述支撐襯底表面具有絕緣層，所述鍵合襯底表面具有自停止層，所述自停止層表面具有薄膜半導(dǎo)體層；以薄膜半導(dǎo)體層和絕緣層的暴露表面為鍵合面將支撐襯底與鍵合襯底鍵合；采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕鍵合襯底的第一腐蝕液，將鍵合襯底腐蝕除去；采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝和選擇腐蝕自停止層的第二腐蝕液，將自停止層腐蝕除去。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝腐蝕支撐襯底和自停止層，可以避免腐蝕液浸入到自停止層和薄膜半導(dǎo)體層而對(duì)薄膜半導(dǎo)體層和絕緣層進(jìn)行腐蝕，因此能夠保證最終產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完整性。
文檔編號(hào)H01L21/311GK101707188SQ20091019962
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者張苗, 李顯元, 林成魯, 王曦, 王湘, 魏星 申請(qǐng)人:上海新傲科技股份有限公司;中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所