[发明专利]一种SOI硅片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及SOI晶圆的制备技术领域，具体涉及一种改善了SOI层的微粗糙度和平坦度（最大厚度和最小厚度的差）的一种SOI硅片的制备方法。 

背景技术

绝缘层硅SOI（Silicon On Insulator），即绝缘体上的硅，是一种在常规的单晶硅硅片内埋置一层起绝缘作用的二氧化硅而形成的新型半导体硅材料。SOI材料有以下突出优点：低功耗；低开启电压；高速；与现有集成电路完全兼容且减少工艺程序；耐高温；抗辐射从而减少软件误差。这些优点使得SOI技术在绝大多数硅基集成电路方面具有极其广泛的应用背景，受到了世界各大集成电路制造商和各国政府的高度重视，被公认为“21世纪的硅基集成电路技术”。 

作为SOI晶圆制造方法，TM-SOI是一种基于离子注入剥离法（smart-cut法）的SOI技术，“TM-SOI智能切割法”在中国申报了发明专利，申请号200310123080.1，并获得中国专利局发明专利授权。此方法基本描述如下：在两个硅片之中，至少在其中一方形成氧化膜，并在其中一方的硅片上面注入氢离子或稀有气体离子，从而在该硅片内部形成微小气泡层（离子注入层）后，使该以注入离子的面隔着氧化膜贴合另一方硅片，接着加以退火，使贴合面牢固，然后加以微波热处理，以微小气泡层作为劈开面，将其中一方的晶圆薄膜状地剥离，形成SOI。 

应用此方法，劈开面（剥离面）是良好的镜面，也比较容易得到顶层的膜厚均匀性高的SOI硅片。但是，在用离子注入剥离法来制作SOI硅片的情况下，在剥离后的SOI硅片表面，存在因离子注入而造成的损伤层，且表面粗糙现象会变得比通常的硅片的镜面大，因此，当利用离子注入剥离法时，需要去除此种损伤层、表面粗糙现象。 

此外为了除去此损伤层，常进行被称为接触抛光（touch polishing）的机械抛光，但由于抛光的去除量不均匀，会产生利用氢离子注入、微波裂片而形成的SOI层的膜厚均匀性恶化的问题。 

所以，在微波裂片后，为除去损伤层，减小粗糙度，同时，基于用离子注入剥离法制作SOI硅片表面不同于普通SOI硅片的表面特征，因此，需要探寻新的工艺方法及优化的工艺参数对剥离面进行处理，以获得具备极高平坦度、极小表面粗糙度值的硅片表面。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种SOI硅片的制备方法，应用该方法不但能够去除利用热微波切割法（TM-SOI）制备的SOI（Silicon On Insulator）层表面的损伤层、表面粗糙现象，同时能够获得极高表面平坦度的SOI硅片。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种SOI硅片的制备方法，该方法针对利用热微波切割法（TM-SOI）获得的SOI（Silicon On Insulator）硅片，采用HCl化学刻蚀去除SOI损伤层和减小粗糙度，获得高质量的SOI硅片；具体包括如下步骤： 

1）将SOI硅片装入密封反应室； 

2）反应室中通入氢气（氢气流速30~100升/分钟），1000～1200℃下加热10~60秒以除去硅片表面氧化层；相关反应式为：2H₂+SiO₂—>Si+2H₂O； 

3）经步骤2）处理的硅片置于无水HCl气氛中刻蚀其表面的硅层；其中，刻蚀温度800~1200℃，刻蚀时间5~120秒；相关反应式为： 

4HCl+Si——>SiCl₄+2H₂； 

3HCl+Si——>SiHCl₃+H₂； 

2HCl+Si——>SiCl₂+H₂； 

4）反应室中通入氢气，除去反应室中的杂质及残余HCl后，自然冷却至室温； 

5）反应室中通入氮气，除去其中的氢气后取出硅片。 

上述步骤3）中无水HCl气体的纯度>99.999％；无水HCl气体（流速0.3~20 升/分钟）。 

经上述方法处理后硅片表面腐蚀掉50nm~500nm的薄层。