本發(fā)明涉及SOI晶圓的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種SOI片的制備方法。
背景技術(shù)：
SOI材料被譽(yù)為“二十一世紀(jì)硅集成電路技術(shù)”的基礎(chǔ)，他可以消除或者減輕體硅中的體效應(yīng)、寄生效應(yīng)以及小尺寸效應(yīng)等，在超大規(guī)模集成電路、光電子等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
SOI材料的制備技術(shù)歸根結(jié)底包括兩種，即以離子注入為代表的注氧隔離技術(shù)(SIMOX)和鍵合技術(shù)(Bond)。鍵合技術(shù)包括傳統(tǒng)的Bond and Etch back(BESOI)技術(shù)和法國SOITEC公司創(chuàng)始人之一M.Bmel提出結(jié)合氫離子注入與鍵合的注氫智能剝離技術(shù)(Smart-Cut)。
但SIMOX技術(shù)需要注O+專用注入機(jī)進(jìn)行高劑量的O+離子注入和長(zhǎng)時(shí)間的高溫退火(大于等于1300℃),價(jià)格昂貴,而且頂層Si膜和埋層SiO2的質(zhì)量尚不如體單晶Si和熱生長(zhǎng)的SiO2。BESOI技術(shù)的背面均勻減薄是一個(gè)困難的工藝,頂層Si膜厚度1μm以下的均勻減薄將使工藝復(fù)雜化并影響其質(zhì)量。
智能剝離法是將SIMOX技術(shù)和BESOI技術(shù)相結(jié)合的一種新技術(shù)，具有兩者的優(yōu)點(diǎn)而克服了他們的不足，是一種較為理想的SOI制備技術(shù),可比較容易地得到膜厚均勻性高的SOI層的SOI晶圓片,但是，在剝離后的SOI硅片表面，存在因離子注入而造成的損傷層，表面粗糙現(xiàn)象會(huì)變得比通常的硅片的鏡面大，因此，離子注入剝離后，需要去除此種損傷層、表面粗糙現(xiàn)象。
為了去除該損傷層等，現(xiàn)有技術(shù)在結(jié)合熱處理后的最后工序中，常進(jìn)行被稱作接觸拋光的機(jī)械拋光。然而，若對(duì)貼合晶圓的薄膜(SOI層)實(shí)施包含機(jī)械加工因素的研磨，則由于研磨的加工余量在面內(nèi)不均勻，因此產(chǎn)生通過氫離子等的注入、剝離而實(shí)現(xiàn)的薄膜的膜厚均勻性會(huì)惡化的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種SOI片的制備方法，改進(jìn)智能剝離技術(shù)，解決離子注入剝離后SOI片表面粗糙的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種SOI片的制備方法，在兩片單晶硅片中至少一片上形成氧化膜，從其中一片單晶硅片構(gòu)成的接合晶圓的表面注入氫離子或稀有氣體離子來形成離子注入層，再將該接合晶圓的離子注入過的表面與由另一片單晶硅片構(gòu)成的基底晶圓表面通過氧化膜鍵合，然后進(jìn)行剝離熱處理，在所述離子注入層將接合晶圓剝離，最后進(jìn)一步施加熱處理，牢固地結(jié)合兩片單晶硅片，使剝離產(chǎn)生的頂層單晶Si薄膜層表面平坦化，包括如下步驟：
(a)在剝離產(chǎn)生的頂層單晶Si薄膜層上沉積非晶硅，然后在800℃～1000℃的溫度下加熱，使非晶硅轉(zhuǎn)化成單晶硅，與頂層單晶Si薄膜層一起成為Si覆蓋層；
(b)氧化步驟(a)產(chǎn)生的Si覆蓋層表面形成硅氧化層，然后氫氟酸去除硅氧化層；
(c)將步驟(b)所得SOI片裝入密封反應(yīng)室，依次通入H2與無水HCl氣體刻蝕頂層單晶Si薄膜層，最后通入一段時(shí)間N2后，取出SOI片。
優(yōu)選地，兩片單晶硅片中至少一片表面實(shí)施等離子處理后，通過所述氧化膜進(jìn)行鍵合。
優(yōu)選地，步驟(a)沉積非晶硅采用低壓化學(xué)氣相沉積法。
優(yōu)選地，步驟(b)氧化由熱氧化實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，步驟(b)熱氧化溫度900℃～1000℃。
優(yōu)選地，步驟(c)通無水HCl氣體的純度>99.999％，刻蝕溫度800℃～1000℃，時(shí)間1min～1.5min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)未采用機(jī)械方法去除損傷層，使通過氫離子等的注入、剝離而實(shí)現(xiàn)的頂層單晶Si薄膜的膜厚均勻性得到保證；
(2)采用先沉積Si，填平掩埋離子注入剝離后頂層單晶Si薄膜的粗糙表面，后經(jīng)氧化與去氧化層處理去除原粗糙表面部分，初步降低表面粗糙度，再經(jīng)過無水HCl刻蝕，進(jìn)一步降低表面粗糙度；
(3)此外，(a)、(b)、(c)三步均有800℃～1000℃的加熱，可進(jìn)一步加強(qiáng)鍵合，減少離子注入引起的缺陷，提高SOI片質(zhì)量。
具體實(shí)施方式
為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，不會(huì)對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
實(shí)施例1
取2片10.16cm p型(100)單晶硅片，常規(guī)清洗，取其中一片單晶硅片作為接合晶圓，清洗后放入氧化爐中進(jìn)行熱氧化，在其表面生成約900nm厚的SiO2；
在室溫下對(duì)接合晶圓進(jìn)行氫離子注入,注入劑量為5×1016cm2,注入能量為190keV；對(duì)2片硅片進(jìn)行氧等離子體活化處理與親水性處理，甩干后300℃，10小時(shí)低溫直接鍵合；
將鍵合好的2片硅片放入高溫退火爐中進(jìn)行550℃熱處理,結(jié)合晶圓硅片剝離，在基底晶圓上留下SiO2層和頂層單晶Si薄膜層,形成SOI結(jié)構(gòu)；
在剝離產(chǎn)生的頂層單晶Si薄膜層上低壓化學(xué)氣相沉積法，在560℃和100mTorr的壓力下，通過SiH4氣體沉積100nm的非晶硅層,然后在900℃的溫度下加熱,非晶硅轉(zhuǎn)化成單晶硅，與頂層單晶Si薄膜層一起成為Si覆蓋層；
1000℃在氧化爐中進(jìn)行熱氧化約200nmSiO2,然后氫氟酸去除硅氧化層；
將所得SOI片干燥，裝入密封反應(yīng)室，1000℃下通入30s純度≥99.999999％的H2去除可能存在硅片表面氧化薄層，再通入純度>99.999％無水HCl氣體，溫度800℃，時(shí)間1.5min，刻蝕Si薄膜層，最后通入一段時(shí)間N2，除去反應(yīng)室中的雜質(zhì)及殘余HCl后，自然冷卻至室溫，取出SOI片。
本實(shí)施例經(jīng)上述方法處理后單晶Si薄膜表面粗糙度rms值0.18nm,厚度均勻性±3％。
實(shí)施例2
取2片10.16cm p型(100)單晶硅片，常規(guī)清洗，取其中一片單晶硅片作為接合晶圓，清洗后放入氧化爐中進(jìn)行熱氧化，在其表面生成約900nm厚的SiO2；
在室溫下對(duì)接合晶圓進(jìn)行氫離子注入,注入劑量為5×1016cm2,注入能量為190keV；對(duì)2片硅片進(jìn)行氧等離子體活化處理與親水性處理，甩干后300℃，10小時(shí)低溫直接鍵合；
將鍵合好的2片硅片放入高溫退火爐中進(jìn)行550℃熱處理,結(jié)合晶圓硅片剝離，在基底晶圓上留下SiO2層和頂層單晶Si薄膜層,形成SOI結(jié)構(gòu)；
在剝離產(chǎn)生的頂層單晶Si薄膜層上低壓化學(xué)氣相沉積法，在560℃和100mTorr的壓力下，通過SiH4氣體沉積100nm的非晶硅層,然后在850℃的溫度下加熱,非晶硅轉(zhuǎn)化成單晶硅，與頂層單晶Si薄膜層一起成為Si覆蓋層；
900℃在氧化爐中進(jìn)行熱氧化約150nmSiO2,然后氫氟酸去除硅氧化層；
將所得SOI片干燥，裝入密封反應(yīng)室，1000℃下通入30s純度≥99.999999％的H2去除可能存在硅片表面氧化薄層，再通入純度>99.999％無水HCl氣體，溫度1000℃，時(shí)間1min，刻蝕Si薄膜層，最后通入一段時(shí)間N2，除去反應(yīng)室中的雜質(zhì)及殘余HCl后，自然冷卻至室溫，取出SOI片。
本實(shí)施例經(jīng)上述方法處理后單晶Si薄膜表面粗糙度rms值0.21nm,厚度均勻性±3％。
實(shí)施例3
取2片10.16cm p型(100)單晶硅片，常規(guī)清洗，取其中一片單晶硅片作為接合晶圓，清洗后放入氧化爐中進(jìn)行熱氧化，在其表面生成約900nm厚的SiO2；
在室溫下對(duì)接合晶圓進(jìn)行氫離子注入,注入劑量為5×1016cm2,注入能量為190keV；對(duì)2片硅片進(jìn)行氧等離子體活化處理與親水性處理，甩干后300℃，10小時(shí)低溫直接鍵合；
將鍵合好的2片硅片放入高溫退火爐中進(jìn)行550℃熱處理,結(jié)合晶圓硅片剝離，在基底晶圓上留下SiO2層和頂層單晶Si薄膜層,形成SOI結(jié)構(gòu)；
在剝離產(chǎn)生的頂層單晶Si薄膜層上低壓化學(xué)氣相沉積法，在560℃和100mTorr的壓力下，通過SiH4氣體沉積100nm的非晶硅層,然后在950℃的溫度下加熱,非晶硅轉(zhuǎn)化成單晶硅，與頂層單晶Si薄膜層一起成為Si覆蓋層；
1000℃在氧化爐中進(jìn)行熱氧化約200nmSiO2,然后氫氟酸去除硅氧化層；
將所得SOI片干燥，裝入密封反應(yīng)室，1000℃下通入30s純度≥99.999999％的H2去除可能存在硅片表面氧化薄層，再通入純度>99.999％無水HCl氣體，溫度950℃，時(shí)間1.5min，刻蝕Si薄膜層，最后通入一段時(shí)間N2，除去反應(yīng)室中的雜質(zhì)及殘余HCl后，自然冷卻至室溫，取出SOI片。
本實(shí)施例經(jīng)上述方法處理后單晶Si薄膜表面粗糙度rms值0.17nm,厚度均勻性±3％。