[发明专利]一种新型SOI衬底的结构及其制备方法

说明书

本发明公开一种SOI衬底的结构包括：第一Si片和第二Si片，采用热氧化的方法对第一Si片进行氧化，得到一层氧化层，对第一Si片的氧化层进行刻蚀，形成带有沟道的氧化层；然后对第二Si片片注入氢，将第一Si片a和第二Si片b进行键合，并减薄顶层第二Si片的厚度，形成SOI衬底。本发明还提供一种SOI衬底结构的制备方法。可以有效减小传统SOI衬底中固定正电荷产生的电场对外延生长的影响，并提高BOX埋层的热导率。

技术领域

本发明属于半导体芯片技术领域，尤其涉及一种SOI衬底的结构及其制备方法。

背景技术

SOI全称为Silicon-On-Insulator，即为绝缘衬底上硅，简单地说就是在顶层硅与底部衬底之间引入了一层埋层氧化物。SOI衬底相对体硅衬底更具有优势，比如高速度、低功耗、低软错、抗闭锁效应等。SOI衬底广泛应用于0.18μm级以下的微处理器等产品、高性能专用电路以及医学生物等领域。

然而，SOI衬底也存在其固有的特性。最典型特性之一就是自加热效应。自加热效应是由于SOI衬底中埋层氧化物的导热性能不好，载流子碰撞产生的热量都被聚集在阱里，这会减小载流子的寿命。此外，SOI衬底中BOX埋层氧化物与顶层硅之间还存在固定正电荷，固定正电荷会产生自建电场，电场的存在会对衬底上面外延层的生长产生影响，降低外延层生长的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SOI衬底的结构与制备方法，在SOI衬底的氧化层中刻蚀出沟道，并对沟道区溅射金属，这样可以解决传统SOI衬底中存在的BOX埋层氧化物导热性能差的问题，同时溅射的金属能够起到屏蔽自建电场作用。SOI衬底中BOX埋层的导热系数低，比如SiO₂的导热系数为7.6W/mK,而Si的导热系数为150W/mK。金属的导热性比BOX埋层的导热性好，能够提高埋层中热量的传导效率。同时，对BOX埋层中的沟槽区溅射金属，会在沟槽区的底部聚集大量负电荷，与BOX埋层和顶层Si之间的大量正电荷形成闭合电场。可以降低固定正电荷所产生的自建电场对SOI衬底上外延层生长的影响。因此溅射的金属可以起到屏蔽自建电场的作用。同时，沟槽区截面积的大小可以根据固定正电荷所产生的电场强度有所调整。

一种SOI衬底的结构，包括：第一Si片和第二Si片，采用热氧化法对第一Si片进行氧化，氧化一定厚度后，形成一层氧化层，对所述氧化层进行刻蚀，形成数条沟道，对沟道区进行溅射金属；对第二Si片注入一定深度范围的氢离子，第二Si片位于第一Si片的上面，将第一Si片氧化层和第二Si片注入氢离子表面进行键合，对第二Si片厚度减薄至0.05～0.3μm，形成SOI衬底。

作为优选，氧化层厚度为0.2～1.2μm。

作为优选，沟道区的特征为：深度为0.2～0.5μm，宽度0.2～8μm，沟道间距0.2～8μm。

作为优选，沟道区的截面形状为矩形、三角形、梯形、平行四边形中的一种或几种

作为优选，溅射的金属可以为铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)、钛(Ti)、钽(Ta)及其它们与其他金属的混合物，最终的金属合金的热膨胀系数与埋层氧化物相近。

作为优选，对第二Si片注入氢离子的深度为0.05～0.3μm。

作为优选，还可以在采用热氧化法对第二Si片进行氧化，得到一层氧化层，对所述氧化层进行刻蚀，形成数条沟道，同时对沟道进行溅射金属。

一种SOI衬底结构的制备方法，包括：

提供第一Si片和第二Si片，对第一Si片上表面进行热氧化，氧化层厚度为0.2～1.2μm,并对第一Si片氧化层进行抛光；

对所述第一Si片的氧化层进行刻蚀，刻蚀出数条沟道区，深度为0.2～0.5μm，宽度0.2～8μm，沟道间距0.2～8μm；