一种改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114242647A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202111494035.1(22)申请日2021.12.08(71)申请人中环领先半导体材料有限公司地址214000江苏省无锡市宜兴经济技术开发区东氿大道(72)发明人马乾志孙晨光王彦君(74)专利代理机构北京鑫知翼知识产权代理事务所(普通合伙)11984代理人张云珠(51)Int.Cl.H01L21/762(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法(57)摘要本发明一种改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法，采用单片式外延炉，在重掺硅衬底上，生长一层本征缓冲层，采用HCL刻蚀去除掉一部分，高温继续淀积生长符合电阻率要求的单晶硅外延；与作为支撑衬底的热氧化硅片进行键合并退火加固；对键合片采用机械研磨进行减薄，进行选择性酸腐蚀去除外延片的重掺硅衬底的残留部分；采用单片式CMP化学机械抛光进行小去除量的抛光，去除掉剩余的外延过渡区并改善面粗糙度，通过高温氧化的方式，在提升键合强度的同时，对绝缘体上的硅表面作进一步的减薄处理至目标厚度，通过含槽式稀氢氟酸腐蚀的湿法清洗工艺，去除高温氧化过程产生的表面氧化层。本发明改善了绝缘体上硅晶圆的器件硅层的厚度均匀性。CN114242647ACN114242647A权利要求书1/2页1.一种改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法，其特征在于：采用单片式外延炉，在重掺硅衬底上，首先生长一层本征缓冲层，然后采用HCL刻蚀去除掉一部分，然后高温继续淀积生长符合电阻率要求的单晶硅外延；与作为支撑衬底的热氧化硅片进行键合并退火加固以确保合适的键合强度；对键合片采用机械研磨进行减薄，然后采用单片式酸腐蚀设备进行选择性酸腐蚀去除外延片的重掺硅衬底的残留部分；接下来采用单片式CMP化学机械抛光进行小去除量的抛光，去除掉剩余的外延过渡区并改善面粗糙度，最后通过高温氧化的方式，在提升键合强度的同时，对绝缘体上的硅表面作进一步的减薄处理至目标厚度，最后通过含槽式稀氢氟酸腐蚀的湿法清洗工艺，去除高温氧化过程产生的表面氧化层。2.根据权利要求1所述的改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法，其特征在于：所述单晶硅外延层采用电阻率小于0.01ohm.cm的重掺杂单晶硅衬底晶圆，在不低于1100度的单片式外延腔室内，通过化学沉积方式在重掺杂的抛光硅片衬底上首先生长一层厚度大于0.5um的本征缓冲层，然后采用HCL气相刻蚀去除掉一部分本征缓冲层，留下30～50％的厚度；接下来通入正常的生长气源及掺杂剂，高温下沉积生长电阻率大于5ohm.cm的单晶硅外延层，硅片片内中心位置及边缘位置的外延层与衬底硅之间的过渡区宽度均不超过0.8um。3.根据权利要求1所述的改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法，其特征在于：所述作为支撑衬底的热氧化片采用不低于800度的高温下，采用干氧氧化或湿氧氧化的方式，在抛光硅片表面生长一层致密的热氧化层。4.根据权利要求1所述的改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法，其特征在于：所述键合及退火采用将热氧化片和外延片在常温下，分别以表面为抛光面的那一面贴合在一起形成键合片，然后送入退火炉中进行退火，退火温度不超过800度。5.根据权利要求1所述的改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法，其特征在于：所述机械研磨分别利用小目数的金刚砂轮和大目数的金刚砂轮，在高速旋转过程中研磨键合片的上片，也即外延硅片的重掺衬底部分，研磨减薄至不超过40um的预留厚度。6.根据权利要求1所述的改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法，其特征在于：所述单片式酸腐蚀，将硅片置于带氮气背封保护的基座上，采用特定配比的氢氟酸，硝酸和醋酸的混合溶液，喷涂在旋转的硅片表面，然后溶液甩出后收集起来通过回收管路回到供液槽从而实现循环使用，通过控制腐蚀时间完成一定程度的过腐蚀量，使得机械减薄后预留的重掺衬底硅部分被全部去除，而酸腐蚀反应停留在过渡区，实现了在外延层与衬底单晶硅界面的腐蚀自停止。7.根据权利要求1所述的改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法，其特征在于：所述CMP化学机械抛光工艺，采用单片式抛光，控制总的抛光去除量不超过0.8um,既有效控制了外延层厚度均匀性的恶化量，又确保了表面的粗糙度达到普通抛光片的水准。8.根据权利要求1所述的改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法，其特征在于：所述高温氧化工艺，氧化温度不低于900度，氧化的时间不低于2小时，氧化层的厚度通过控制氧化温度和氧化时间进行调节。9.根据权利要求1所述的改善绝缘体上硅晶圆的器件硅层厚度均匀性的方法