絕緣體上硅及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種絕緣體上硅及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣體上娃(Silicon-on-1nsulator, SOI)目前廣泛應(yīng)用在半導體器件上,例如用于制備MEMS (微機電系統(tǒng))器件及用于MEMS器件的產(chǎn)品研發(fā)。絕緣體上娃包括頂層娃片、絕緣的二氧化硅中間層以及硅襯底層。頂層硅片上用于形成電子器件和電路，中間層用作后續(xù)SOI片中的中間掩埋層，而硅襯底層用于支撐頂層硅片和二氧化硅中間層。目前制備絕緣體上娃的常用技術(shù)為注氧隔離技術(shù)(Separat1n by implanted oxygen, SIM0X)。采用注氧隔離技術(shù)制備絕緣體上硅時，由于受到注入能量和離子劑量的限制，絕緣二氧化硅中間層的厚度十分有限。
[0003]因此，有必要提出一種絕緣體上硅及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種制備絕緣體上硅的方法。所述方法包括:提供第一硅片和第二硅片，其中所述第一硅片具有第一拋光表面，且所述第二硅片具有第二拋光表面；在所述第一拋光表面上形成氧化層；對所述氧化層的表面和所述第二拋光表面進行親水處理；以及將所述氧化層的表面與所述第二拋光表面相對并執(zhí)行鍵合工藝，以形成絕緣體上硅，其中所述氧化層和所述第二拋光表面之間形成有S1-O-Si鍵合層。
[0005]優(yōu)選地，所述方法在所述親水處理之前還包括:對所述氧化層的表面和所述第二拋光表面進行清洗。
[0006]優(yōu)選地，所述親水處理包括:對所述氧化層的表面和所述第二拋光表面進行O2離子激活工藝。
[0007]優(yōu)選地，在所述O2離子激活工藝中，電源功率為700W?800W，反應(yīng)腔室內(nèi)的溫度為 20V?30°C，O2 的流量為 3500sccm ?6000sccm。
[0008]優(yōu)選地，所述鍵合包括:對所述第一硅片和所述第二硅片在預定溫度和預定壓力下進行預制鍵合；以及對預制鍵合后的所述第一硅片和所述第二硅片在保護氣體的環(huán)境中進行退火，其中所述退火的溫度大于所述預制鍵合的溫度。
[0009]優(yōu)選地，所述預定溫度為30°C?50°C，且所述預定壓力大于或等于5000N。
[0010]優(yōu)選地，所述退火的溫度為950°C?1150°C，所述退火的時間大于或等于1.5小時。
[0011]優(yōu)選地，形成所述氧化層的方法為熱氧生長法。
[0012]優(yōu)選地，所述方法在所述鍵合之后還包括:對所述絕緣體上硅進行濕法腐蝕，以去除所述第一硅片的與所述第一拋光表面相對的表面上的氧化層；以及對所述絕緣體上硅進行雙面減薄。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供一種絕緣體上硅。所述絕緣體上硅是采用上述任一種方法制備的。
[0014]本發(fā)明通過鍵合的方法制備絕緣體上硅，操作簡單，生產(chǎn)成本低。在鍵合之前通過對待鍵合的表面進行親水處理，可以提高鍵合強度。
[0015]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。
【附圖說明】
[0016]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制備絕緣體上硅的方法的流程圖；以及
[0018]圖2A-2D是根據(jù)圖1中示出的流程圖制備絕緣體上硅的過程中所獲得的半導體器件的剖視圖。
【具體實施方式】
[0019]接下來，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應(yīng)當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。
[0020]應(yīng)當明白，當元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其他元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反，當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r，則不存在居間的元件或?qū)印?br>[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種絕緣體上硅的制備方法。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明提供的方法制備絕緣體上硅的流程圖，圖2A-2D示出了根據(jù)本發(fā)明的方法制備絕緣體上硅的過程中所獲得的半導體器件的剖視圖。下面將結(jié)合圖1所示的流程圖以及圖2A-2D所示的半導體器件的剖視圖詳細描述本發(fā)明的制備絕緣體上硅的方法。
[0022]步驟SllO:提供第一娃片和第二娃片，其中第一娃片具有第一拋光表面,且第二娃片具有第二拋光表面。
[0023]如圖2A所示，提供第一硅片210和第二硅片220，其分別可以作為最后形成的絕緣體上娃的娃襯底層和頂層娃片。第一娃片210和第二娃片220可以為僅一面拋光的娃片。第一娃片210具有第一拋光表面211,第二娃片220具有第二拋光表面221。當然,第一娃片210和第二硅片220還可以為雙面拋光的硅片。
[0024]步驟S120:在第一拋光表面上形成氧化層。
[0025]如圖2B所示，在第一硅片210的第一拋光表面211上形成氧化層230。該氧化層230即為最終形成的絕緣體上硅中的中間絕緣層。一般來說，該氧化層可以為Si02。根據(jù)待制作的器件，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對氧化層230的厚度進行設(shè)計。在本發(fā)明的一個實施例中，氧化層230的厚度可以為15000埃?25000埃，例如20000埃。
[0026]氧化層230可以通過例如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)等方法形成。在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，氧化層230通過熱氧生長法形成。在900?1200°C(例如1000°C)的高溫下，利用娃與氧化劑之間的氧化反應(yīng)，在第一娃片210的第一拋光表面211上形成S12氧化層。氧化劑可以是O2、水蒸汽或二者的混合物。其中，當氧化劑選擇O2時，形成的S12氧化層的致密性最好。應(yīng)當注意，利用熱氧生長法在第一拋光表面211上形成氧化層230的同時，在第一硅片210的與第一拋光表面211相對的表面上也會形成一層氧化層(未示出)，而這是不期望的。因此，對于氧化層230是通過熱氧生長形成的情況，在鍵合之后還需要去除與第一拋光表面211相對的表面上的氧化層,這將在下文中詳細描述。
[0027]步驟S130:對氧化層的表面和第二拋光表面進行親水處理。
[0028]本發(fā)明通過采用親水性鍵合將形成有氧化層230的第一硅片210和第二硅片220鍵合到一起，最終形成如圖2C所示的絕緣體上娃200或如圖2D所示的絕緣體上娃200’。為了提高鍵合能力，需要在鍵合之前對氧化層230的表面以及第二硅片220的第二拋光表面221進行親水處理。
[0029]親水處理可以有多種方式，例如等離子體激活或離子激活。在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，親水處理包括對氧化層230的表面和第二拋光表面221進行O2離子激活工藝。O2離子激活工藝可以使表面再構(gòu)，形成大量的懸浮鍵，從而激活表面，提高表面能，使待鍵合的表面得到改善。
[0030]采用O2離子激活工藝進行親水處理時，電源功率可以為700W?800W，電源功率為700W?800W時，既能保證足夠的功率，又能保證功率平穩(wěn)。反應(yīng)腔室內(nèi)的溫度可以設(shè)置為20°C?30°C，無需額外的加熱設(shè)備即可實現(xiàn)。O2流量不能太小，太小不足以形成大量的懸浮鍵，優(yōu)選地O2的流量為3500sccm?6000sccm。
[0031]一般來說，在親水處理之前，第一硅片210的第一拋光表面211上的氧化層230的表面和第二硅片220的第二拋光表面221上會存在表面雜質(zhì)微粒。這些微粒會導致鍵合時，氧化層230的表面和第二拋光表面221無法完全密合，微粒產(chǎn)生的隆起會造成第一硅片210和第二硅片220的局部變形，直接影響鍵合質(zhì)量，形成鍵合缺陷。而且，若需要將鍵合后的第一硅片210和第二硅片220減薄時，缺陷處有可能在減薄過程中產(chǎn)生破洞。因此，在親水處理之前，還可以對氧化層230的表面和第二拋光表面221進行清洗，以提高鍵合前氧化層230的表面和第二拋光表面221的表面清潔度。
[0032]對氧化層230的表面和第二拋