[发明专利]一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体材料的制备方法，尤其涉及一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法。

背景技术

电路进一步集成化，对基板材料的性能提出了更高的要求，由于提高了单位尺寸内的电流密度，散热成为集成电路制造工艺中的关键问题。据统计，电子产品失效的原因，55%是过热造成。因此改进基板的散热效率是主要的研究方向。

在集成电路基板方面，目前国内外主要采用Al2O3陶瓷作为集成电路基板材料，然而随着电子元器件向高性能、高密度、大功率、小型化、低成本方向发展，迫切希望采用高导热系数陶瓷基板，理论上最适宜的候选材料有金刚石（C）、立方氮化硼（BN）、氧化铍（BeO）、碳化硅（SiC）和氮化铝（AlN）等。由于AlN导热系数高达250W·m-1·K-1，虽比SiC及BeO略低，但比Al2O3高8~10倍，其体积电阻率，击穿强度，介电损耗等电气性能可与Al2O3瓷媲美，且介电常数较低，机械强度也较高，热膨胀系数为4.4ppm/℃，接近于Si可进行多层布线。可以认为是最佳候选材料之一。目前日本德山曹达、东芝及美国一些公司已开始相当规模的应用，AlN陶瓷年总产量已逾千吨。国内目前AlN基板尚处于起步阶段，主要基本指标导热率大都在130~180 W·m-1·K-1。一些研究单位科技攻关产品性能已接近国际水平，但高性能、批量化、产品一致性和低成本化等方面的问题尚有待进一步解决。

绝缘体上硅（SOI）材料是集成电路制备的一种重要材料，在高速电子器件，高压功率器件，抗辐射电子器件等方面具有独特的优势。现有的SOI材料结构如图1示。制备电子器件的顶层硅材料6与底层硅衬底8之间有一层较厚的SiO₂（几百nm到几个μm）绝缘层7。这是SOI材料的特点，但却给顶层器件的散热带来了很大的问题。因为SiO₂的导热率只有1.4W/mk，比硅和AlN小100多倍。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，即具有目前绝缘体上硅材料的优点又可以克服现有材料散热差的缺点，且制备工艺简单，设备通用性强，制造成本低廉。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，包括以下步骤：

步骤一：选用初始硅片；

步骤二：将氮化物粉末烧结压制成氮化物陶瓷垫底； 

步骤三：在所述初始硅片或氮化物陶瓷垫底上生成键合过渡层；

步骤四：通过所述键合过渡层将所述初始硅片与氮化物陶瓷垫底进行键合，得到所述基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料；

步骤五：对所述基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料进行剥离处理，得到基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅片。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，进一步包括：

步骤六：将所述基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅片进行抛光处理。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，所述初始硅片为标准单晶硅片或多晶硅片，直径为2-12英寸，晶圆厚度符合固态技术协会标准。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，所述步骤二中，所述氮化物粉末包括氮化铝、立方氮化硼；所述氮化物粉末通过粉末烧结压片机进行烧结压制，形成所述氮化物陶瓷垫底。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，所述粉末烧结压片机的直径与所述初始硅片的直径相同。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，所述步骤三中生成所述键合过渡层的方法包括旋涂玻璃方法、化学气相沉积方法、物理沉积方法、热氧化方法；所述键合过渡层的厚度为1-100nm，所述键合过渡层的材料包括二氧化硅、三氧化二铝。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，所述步骤四中通过使用晶圆键合机完成所述初始硅片与氮化物陶瓷垫底的键合；所述键合包括疏水键合、亲水键合或等离子辅助键合。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，在所述步骤四的键合后还进一步包括热处理加固操作。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，所述步骤五中，所述剥离方法包括注氢智能剥离方法或者研磨硅片的方法。

本发明公开了一种基于埋层氮化物陶瓷垫底的绝缘体上硅材料制备方法，所述步骤六中，所述抛光处理包括研磨处理、腐蚀处理或者化学机械抛光处理。