低翹曲度的半導(dǎo)體襯底及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底及其制備方法，所述方法包括如下步驟：提供第一襯底及第二襯底，所述第一襯底具有相對的第一表面和第二表面，所述第一表面上設(shè)置有第一絕緣層，所述第二表面上設(shè)置有第二絕緣層，所述第二襯底包括支撐層、支撐層表面的氧化層以及氧化層表面的器件層；以器件層及第一絕緣層為中間層，將第一襯底與第二襯底鍵合在一起；在所述第二絕緣層表面外延形成一保護層，所述第二絕緣層和保護層的作用在于調(diào)整所述半導(dǎo)體襯底的翹曲度。本發(fā)明的優(yōu)點在于，在襯底背面的絕緣層表面設(shè)置保護層，所述保護層能夠防止絕緣層被腐蝕，從而能有效地降低晶片的翹曲度，同時也可以根據(jù)絕緣層及保護層的厚度調(diào)整晶片的翹曲度。
【專利說明】低翹曲度的半導(dǎo)體襯底及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及絕緣體上硅襯底的制備方法，尤其涉及一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在SOI晶片制作過程中，器件層表面的氧化層需要被腐蝕掉。在腐蝕氧化層的過程中會將支撐襯底背面絕緣層同時去除導(dǎo)致硅片翹曲度較大。如圖1A所示，支撐襯底100的第一表面具有器件層110及位于器件層110上方的氧化層120，支撐襯底100與第一表面相對的第二表面具有絕緣層130，當采用腐蝕的方法去除氧化層120時，由于腐蝕液濺射或流動，則會使得絕緣層130會同時被腐蝕去除，導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底翹曲度較大。附圖1B所示是現(xiàn)有技術(shù)中鍵合SOI晶片的透射電鏡圖，從附圖1B中可以看出，去除氧化層120后，半導(dǎo)體襯底傾斜角度較大，則說明半導(dǎo)體襯底翹曲度較大。翹曲度較大可能會導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底在加工過程中元件失效、產(chǎn)生碎片等情況發(fā)生，造成良率損失。因此，用戶需要一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底及其制備方法。該方法能夠降低晶片的翹曲度。
[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底，包括:支撐襯底，所述支撐襯底具有相對的第一表面和第二表面；第一絕緣層，所述第一絕緣層設(shè)置于所述支撐襯底的第一表面；以及器件層，所述器件層設(shè)置于所述第一絕緣層表面；所述半導(dǎo)體襯底進一步包括第二絕緣層和保護層，所述第二絕緣層設(shè)置于所述支撐襯底的第二表面，所述保護層設(shè)置在所述第二絕緣層的表面，所述第二絕緣層和保護層的作用在于調(diào)整所述半導(dǎo)體襯底的翹曲度。
[0005]進一步，所述保護層的材料為多晶硅，所述第一絕緣層和第二絕緣層的材料各自獨立地選自于氧化硅、氮化硅、以及氮氧化硅的任意一種。
[0006]一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底的制備方法，包括如下步驟:
提供第一襯底及第二襯底，所述第一襯底具有相對的第一表面和第二表面，所述第一表面上設(shè)置有第一絕緣層，所述第二表面上設(shè)置有第二絕緣層，所述第二襯底包括支撐層、支撐層表面的氧化層以及氧化層表面的器件層；以器件層及第一絕緣層為中間層，將第一襯底與第二襯底鍵合在一起；在所述第二絕緣層表面外延形成一保護層，所述第二絕緣層和保護層的作用在于調(diào)整所述半導(dǎo)體襯底的翹曲度。
[0007]所述鍵合步驟后，進一步包括一對鍵合后的襯底實施退火的步驟。
[0008]所述鍵合步驟后，進一步包括一對第二襯底進行減薄的步驟，以去除所述支撐層。
[0009]所述減薄步驟之后，進一步包括一腐蝕步驟，以去除所述氧化層。
[0010]所述減薄采用的方法選自于機械研磨、化學(xué)機械拋光中的一種或兩種。[0011]所述鍵合步驟后，進一步包括一對第二襯底及第一絕緣層實施倒角的步驟。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點在于，在第二絕緣層表面設(shè)置保護層，所述保護層能夠防止絕緣層被腐蝕，從而能有效地降低晶片的翹曲度，同時也可以根據(jù)絕緣層及保護層的厚度調(diào)整晶片的翹曲度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖1A所示是現(xiàn)有技術(shù)中制備SOI晶片腐蝕去除氧化層的工藝示意圖；
附圖1B所示是現(xiàn)有技術(shù)中鍵合SOI晶片的透射電鏡圖；
附圖2所示是本發(fā)明【具體實施方式】所述方法的實施步驟示意圖；
附圖3A至附圖3E所示是本發(fā)明【具體實施方式】的實施工藝示意圖；
附圖4所示是本發(fā)明方法制備的半導(dǎo)體襯底的透射電鏡圖；
附圖5所示為本發(fā)明方法制備的半導(dǎo)體襯底與現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)方法制備的半導(dǎo)體襯底的翹曲度的對比。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的低翹曲度的半導(dǎo)體襯底及其制備方法的【具體實施方式】做詳細說明。
[0015]圖2所示是本發(fā)明【具體實施方式】所述方法的實施步驟示意圖，包括如下步驟:步驟S21，提供第一襯底及第二襯底，所述第一襯底具有相對的第一表面和第二表面，所述第一表面上設(shè)置有第一絕緣層，所述第二表面上設(shè)置有第二絕緣層，所述第二襯底包括支撐層、支撐層表面的氧化層以及氧化層表面的器件層；步驟S22，以器件層及第一絕緣層為中間層，將第一襯底與第二襯底鍵合在一起；步驟S23，對鍵合后的襯底實施退火；步驟S24，對第二襯底進行減薄，以去除所述支撐層；步驟S25，在所述第二絕緣層表面外延形成一保護層，所述第二絕緣層和保護層的作用在于調(diào)整所述半導(dǎo)體襯底的翹曲度；步驟S26，對襯底實施腐蝕步驟，以去除所述氧化層。
[0016]附圖3A所示，參考步驟S21，提供第一襯底310及第二襯底320，所述第一襯底310具有相對的第一表面和第二表面，所述第一表面上設(shè)置有第一絕緣層330，所述第二表面上設(shè)置有第二絕緣層380，所述第二襯底320包括支撐層340、支撐層340表面的氧化層350以及氧化層350表面的器件層360。
[0017]所述第一襯底310及第二襯底320可以是輕摻雜也可以是重摻雜Si襯底，可以是P型也可以是η型摻雜襯底，摻雜劑可以是B、P、As也可以是別的雜質(zhì)元素。尤其是第二襯底320作為最終形成的半導(dǎo)體襯底的支撐襯底使用，其選擇材料范圍更為廣泛，甚至于不限于是半導(dǎo)體襯底。
[0018]所述第一絕緣層330及第二絕緣層380的材料各自獨立地選自于二氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅中的任意一種，形成工藝可以采用化學(xué)氣相淀積或者熱氧化的方法。尤其對于單晶硅襯底，優(yōu)選為采用熱氧化的方法形成二氧化硅絕緣層。
[0019]所述器件層360可以采用外延的方法形成。所述外延可以是同質(zhì)外延也可以是異質(zhì)外延，為了獲得更聞的晶體質(zhì)量，優(yōu)選為同質(zhì)外延。例如在單晶娃的第一襯底表面外延單晶硅的器件層360。所述氧化層350采用離子注入的方法形成，在第二襯底320中作為埋層氧化層存在。
[0020]進一步，作為可選步驟，在此步驟之后，還可以包括在器件層360表面形成絕緣層的步驟，在鍵合步驟中，以器件層360表面的絕緣層及第一絕緣層330為中間層，將第一襯底與第二襯底鍵合在一起。
[0021]附圖3B所示，參考步驟S22，以器件層360及第一絕緣層330為中間層，將第一襯底310與第二襯底320鍵合在一起。鍵合可以是普通的親水鍵合也可以是疏水鍵合，也可以是等離子輔助親水鍵合，優(yōu)選為親水鍵合和等離子輔助親水鍵合。
[0022]參考步驟S23，對鍵合后的襯底實施退火。退火使得鍵合界面處形成共價鍵，增強鍵合力，退火溫度大于900°C，退火時間大于2小時，退火氣氛為濕氧、干氧、氮氣或者氧氬混合氣體。
[0023]附圖3C所示，參考步驟S24，對第二襯底320進行減薄，以去除所述支撐層340。對第二襯底320減薄的步驟可以采用先研磨再拋光的方法。所述研磨的方法為首先對第二襯底320進行粗磨，然后再對第二襯底320進行精磨。所述粗磨快速減薄第一襯底310，所述精磨減小研磨對第二襯底320造成的損傷。所述拋光可以采用化學(xué)機械拋光的方法進行單面或雙面拋光，優(yōu)選為單面拋光，以防止將第二表面的第二絕緣層380去除。
[0024]進一步，如果需要倒角，則可以在步驟S24實施之前，對鍵合后的襯底實施倒角處理。
[0025]附圖3D所示，步驟S25，在所述第二絕緣層380表面外延形成一保護層370，所述第二絕緣層380和保護層370的作用在于調(diào)整所述半導(dǎo)體襯底的翹曲度。在后續(xù)腐蝕步驟中，所述保護層370不會被腐蝕液腐蝕，則腐蝕液也不會腐蝕到第二絕緣層380，從而可以得到低翹曲度的半導(dǎo)體襯底。在本【具體實施方式】中，所述保護層370的材料為多晶硅。
[0026]在本發(fā)明中，可以但是不限于采用如下方法形成保護層370:
(I)根據(jù)第二絕緣層380和氧化層350的厚度確認形成保護層370的厚度；(2)設(shè)置外延爐工藝參數(shù)；(3)試爐確認外延表觀、厚度參數(shù)；(4)進行外延。
[0027]附圖3E所示,步驟S26,對襯底實施腐蝕步驟，以去除所述氧化層350。此步驟中，采用腐蝕的方法去除氧化層350以暴露出器件層360。當采用腐蝕液對襯底進行腐蝕去除氧化層350時，雖然腐蝕液會濺射或流動到襯底的底部，但由于襯底底部保護層370的存在，第二絕緣層380沒有被腐蝕液腐蝕，從而能夠提供一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底。若所述氧化層350為二氧化硅，則所述腐蝕采用的腐蝕液優(yōu)選為HF。
[0028]附圖4所示為根據(jù)本發(fā)明方法制備的半導(dǎo)體襯底的透射電鏡圖。從附圖4中可以看出，去除氧化層350之后，與現(xiàn)有技術(shù)相比，半導(dǎo)體襯底傾斜角度變小，則說明半導(dǎo)體襯底翹曲度變小。附圖5所示為本發(fā)明方法制備的半導(dǎo)體襯底與現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)方法制備的半導(dǎo)體襯底的翹曲度的對比，從附圖5中可以看出，由于本發(fā)明在第二絕緣層380表面上有保護層370，使得第二絕緣層380沒有被腐蝕液腐蝕，因此，采用本發(fā)明方法制備的半導(dǎo)體襯底的翹曲度比現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體襯底的翹曲度低。在本發(fā)明中還可以根據(jù)埋層氧化層350、第二絕緣層380及保護層370的厚度來調(diào)整襯底的翹曲度，當需要低翹曲度的襯底的時候，使氧化層350、第二絕緣層380及保護層370的厚度略大，反之，則使埋層氧化層350、第二絕緣層380及保護層370的厚度略小，從而，通過控制氧化層350、第二絕緣層380及保護層370的厚度來調(diào)整襯底的翹曲度。[0029]本發(fā)明還提供一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底，參見附圖3E所示，包括:支撐襯底310、第一絕緣層330、第二絕緣層380、器件層360及保護層370。所述支撐襯底310具有相對的第一表面和第二表面。所述第一絕緣層330設(shè)置于所述支撐襯底310的第一表面。所述器件層360設(shè)置于所述第一絕緣層330表面。所述第二絕緣層380設(shè)置于所述支撐襯底310的第二表面，所述保護層370設(shè)置在所述第二絕緣層380的表面，所述第二絕緣層380和保護層370的作用在于調(diào)整所述半導(dǎo)體襯底的翹曲度。在本【具體實施方式】中，所述保護層370為多晶硅，所述第一絕緣層330和第二絕緣層380的材料各自獨立地選自于氧化硅、氮化硅、以及氮氧化硅的任意一種。
[0030]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本【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和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底，包括: 支撐襯底，所述支撐襯底具有相對的第一表面和第二表面； 第一絕緣層，所述第一絕緣層設(shè)置于所述支撐襯底的第一表面；以及 器件層，所述器件層設(shè)置于所述第一絕緣層表面；其特征在于， 所述半導(dǎo)體襯底進一步包括第二絕緣層和保護層，所述第二絕緣層設(shè)置于所述支撐襯底的第二表面，所述保護層設(shè)置在所述第二絕緣層的表面，所述第二絕緣層和保護層的作用在于調(diào)整所述半導(dǎo)體襯底的翹曲度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低翹曲度的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述保護層的材料為多晶硅，所述第一絕緣層和第二絕緣層的材料各自獨立地選自于氧化硅、氮化硅、以及氮氧化硅的任意一種。
3.一種低翹曲度的半導(dǎo)體襯底的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:提供第一襯底及第二襯底，所述第一襯底具有相對的第一表面和第二表面，所述第一表面上設(shè)置有第一絕緣層，所述第二表面上設(shè)置有第二絕緣層，所述第二襯底包括支撐層、支撐層表面的氧化層以及氧化層表面的器件層；以器件層及第一絕緣層為中間層，將第一襯底與第二襯底鍵合在一起；在所述第二絕緣層表面外延形成一保護層，所述第二絕緣層和保護層的作用在于調(diào)整所述半導(dǎo)體襯底的翹曲度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低翹曲度的半導(dǎo)體襯底的制備方法，其特征在于，所述鍵合步驟后，進一步包括一對鍵合后的襯底實施退火的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低翹曲度的半導(dǎo)體襯底的制備方法，其特征在于，所述鍵合步驟后，進一步包括一對第二襯底進行減薄的步驟，以去除所述支撐層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低翹曲度的半導(dǎo)體襯底的制備方法，其特征在于，所述減薄步驟之后，進一步包括一腐蝕步驟，以去除所述氧化層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低翹曲度的半導(dǎo)體襯底的制備方法，其特征在于，所述減薄采用的方法選自于機械研磨、化學(xué)機械拋光中的一種或兩種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低翹曲度的半導(dǎo)體襯底的制備方法，其特征在于，所述鍵合步驟后，進一步包括一對第二襯底及第一絕緣層實施倒角的步驟。
【文檔編號】H01L21/762GK103560136SQ201310591315
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】葉斐, 馬乾志, 陳猛, 陳國興 申請人:上海新傲科技股份有限公司