專利名稱：一種制備任意厚度的帶有絕緣埋層的襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種制備絕緣體上硅材料的方法，特別涉及一種制備任意厚度的帶有絕緣埋層的襯底的方法。
背景技術(shù)：
隨著MEMS和功率器件的實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)發(fā)展，對硅片提出了很多不同的要求，其中重要的一個方向是薄襯底鍵合SOI材料。傳統(tǒng)的鍵合SOI材料的生產(chǎn)工藝是在支撐襯底(Handle Wafer)上熱生長氧化層， 再與另一片器件襯底(Device Wafer)正面鍵合加固，最后對器件襯底進(jìn)行減薄，形成SOI 材料。由于支撐襯底受加工技術(shù)限制，很難做到400um以下的厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種制備任意厚度的帶有絕緣埋層的襯底的方法，能夠在保證支撐襯底和器件襯底表面拋光質(zhì)量的情況下，制備出任意厚度的帶有絕緣埋層的襯底。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種制備任意厚度的帶有絕緣埋層的襯底的方法，包括如下步驟提供一器件襯底和一支撐襯底；在器件襯底和支撐襯底至少一個的表面形成絕緣層；以絕緣層為中間層，將器件襯底與支撐襯底鍵合，形成三層復(fù)合襯底；研磨減薄復(fù)合襯底中的支撐襯底至第一厚度，所述第一厚度大于支撐襯底的目標(biāo)厚度；研磨減薄復(fù)合襯底中的器件襯底至第二厚度，所述第二厚度大于器件襯底的目標(biāo)厚度，且第二厚度與器件襯底目標(biāo)厚度的差值大于第一厚度與支撐襯底目標(biāo)厚度的差值；對鍵合后的復(fù)合襯底實(shí)施雙面拋光，同時減薄支撐襯底和器件襯底，至支撐襯底的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度；對鍵合后的復(fù)合襯底中的器件襯底實(shí)施單面拋光，至器件襯底的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度。作為可選的技術(shù)方案，在鍵合前對器件襯底和支撐襯底做厚度修正。作為可選的技術(shù)方案，在鍵合后加熱三層復(fù)合襯底，對鍵合界面進(jìn)行加固。作為可選的技術(shù)方案，所述第一厚度大于支撐襯底的目標(biāo)厚度3μπι以上。作為可選的技術(shù)方案，所述第二厚度大于支撐襯底的目標(biāo)厚度3μπι以上。作為可選的技術(shù)方案，第二厚度與器件襯底目標(biāo)厚度的差值與第一厚度與支撐襯底目標(biāo)厚度的差值兩者之差不大于2 μ m。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用了研磨的方法將器件襯底和支撐襯底研磨減薄到接近目標(biāo)厚度，再采用拋光工藝做精細(xì)加工，且在研磨減薄工藝中特別為器件襯底預(yù)留了更多的余量，以保證器件襯底能夠得到更為精細(xì)的拋光。以上方法通過將常規(guī)的研磨和拋光等工藝巧妙結(jié)合，并根據(jù)目標(biāo)厚度來控制每一步實(shí)施完畢后所保留的襯底厚度，從而做到了能夠在支撐襯底的機(jī)械強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)將支撐襯底減薄到任意厚度。


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附圖1所示是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖。附圖2A至附圖2E是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的實(shí)施工藝示意圖。
具體實(shí)施例方式接下來結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明所述一種制備任意厚度的帶有絕緣埋層的襯底的方法的具體實(shí)施方式
。附圖1所示是本具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖，包括步驟S10，提供一器件襯底和一支撐襯底；步驟Sl 1，對器件襯底和支撐襯底做厚度修正；步驟S12，在器件襯底和支撐襯底至少一個的表面形成絕緣層；步驟S13，以絕緣層為中間層，將器件襯底與支撐襯底鍵合，形成三層復(fù)合襯底；步驟S14，加熱三層復(fù)合襯底，對鍵合界面進(jìn)行加固；步驟S15， 研磨減薄復(fù)合襯底中的支撐襯底至第一厚度，所述第一厚度大于支撐襯底的目標(biāo)厚度；步驟S16，研磨減薄復(fù)合襯底中的器件襯底至第二厚度，所述第二厚度大于器件襯底的目標(biāo)厚度，且第二厚度與器件襯底目標(biāo)厚度的差值大于第一厚度與支撐襯底目標(biāo)厚度的差值；步驟S17，對鍵合后的復(fù)合襯底實(shí)施雙面拋光，同時減薄支撐襯底和器件襯底，至支撐襯底的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度；步驟S18，對鍵合后的復(fù)合襯底中的器件襯底實(shí)施單面拋光，至器件襯底的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度。附圖2A至附圖2E是本實(shí)施方式的實(shí)施工藝示意圖。附圖2A所示，參考步驟S10，提供一器件襯底210和一支撐襯底200。器件襯底210 用于在后續(xù)工藝中形成帶有絕緣埋層襯底的頂層薄層，該層將在器件工藝中用于形成半導(dǎo)體器件，故稱之為器件層。支撐襯底200用于在后續(xù)工藝中作為帶有絕緣埋層襯底的支撐層，故稱之為支撐襯底。器件襯底210和支撐襯底200的材料可以但是不限于是單晶硅。參考步驟S11，對器件襯底210和支撐襯底200做厚度修正。襯底在出廠時的厚度略有偏差，為了在后續(xù)工藝中更好的控制各層厚度，本實(shí)施方式優(yōu)選對襯底首先進(jìn)行修正。以8寸襯底為例，襯底厚度750微米，襯底總厚度偏差小于4微米，修正的目標(biāo)厚度為 650 μ m。首先選用研磨工藝對襯底進(jìn)行研磨，修正至660 μ m,再采用拋光工藝，可以是雙面拋光也可以是單面拋光，也可以是雙面+單面拋光，將襯底的厚度修正至650 μ m,總厚度偏差小于1 μ m0附圖2B所示，參考步驟S12，在器件襯底210和支撐襯底200至少一個的表面形成絕緣層230。本具體實(shí)施方式
中，絕緣埋層230形成于器件襯底210的表面，在其他的實(shí)施方式中，絕緣埋層230也可以形成于支撐襯底200的表面，或者在器件襯底210和支撐襯底 200的表面均形成絕緣埋層。絕緣埋層230的材料可以是包括氧化硅和氮化硅在內(nèi)的各種絕緣介質(zhì)。對于單晶硅材料而言，可以采用熱氧化的方法在表面形成氧化硅最為絕緣埋層， 對于其他材料也可以采用包括化學(xué)氣相沉積法在內(nèi)的各種常見工藝。附圖2C所示，參考步驟S13，以絕緣層203為中間層，將器件襯底210與支撐襯底 200鍵合，形成三層復(fù)合襯底。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。參考步驟S14，加熱三層復(fù)合襯底，對鍵合界面進(jìn)行加固。加熱使得鍵合界面處形成共價鍵，增強(qiáng)鍵合力，加固溫度大于900°C，加固時間大于2小時，退火氣氛為濕氧、干氧、 氮?dú)饣蛘哐鯕寤旌蠚怏w。
附圖2D所示，參考步驟S15，研磨減薄復(fù)合襯底中的支撐襯底200至第一厚度D， 所述第一厚度D大于支撐襯底的目標(biāo)厚度DO。由于后續(xù)工藝中還要對器件襯底210的表面進(jìn)行減薄，故此步驟不宜直接將支撐襯底200的厚度研磨至目標(biāo)厚度，而應(yīng)當(dāng)保留一定的厚度，該厚度在后續(xù)減薄器件襯底210時才被去除。D-DO的值優(yōu)選大于3 μ m。此步驟在鍵合之后實(shí)施，故能夠在支撐襯底200的機(jī)械強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)將支撐襯底200減薄到任意厚度。附圖2E所示，參考步驟S16，研磨減薄復(fù)合襯底中的器件襯底210至第二厚度d， 所述第二厚度d大于器件襯底210的目標(biāo)厚度d0，且d-dO大于D-D0。研磨工藝的減薄速度快，但研磨后的表面粗糙，故首先用研磨工藝將器件襯底210和支撐襯底200均減薄至接近目標(biāo)厚度，再用拋光工藝做精細(xì)加工，本步驟優(yōu)選d-dO的值大于3 μ m,以供后續(xù)拋光工藝做精細(xì)加工，且優(yōu)選d-dO與D-DO的差值不大于2 μ m。d_d0大于D-DO的目的在于可以首先通過雙面拋光工藝同時精細(xì)加工支撐襯底200和器件襯底210的表面，后在雙面拋光之后再單獨(dú)采用單面拋光工藝精細(xì)加工器件襯底210的表面，優(yōu)選d-dO與D-DO的差值不大于2 μ m的意義在于保證在支撐襯底200達(dá)到目標(biāo)厚度時，器件襯底210不至于與目標(biāo)厚度差距太大。如果器件襯底210與目標(biāo)厚度差距過大，則需要較長時間的單面拋光才可以達(dá)到目標(biāo)厚度，長時間對器件襯底210實(shí)施單面拋光工藝會對已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)厚度的支撐襯底200的表面造成損傷。參考步驟S17，對鍵合后的復(fù)合襯底實(shí)施雙面拋光，同時減薄支撐襯底200和器件襯底210，至支撐襯底200的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度。研磨工藝的優(yōu)點(diǎn)在于去除速度快，但研磨后的表面粗糙，故采用雙面拋光工藝進(jìn)一步對研磨后的支撐襯底200和器件襯底210的表面做雙面拋光。參考步驟S18，對鍵合后的復(fù)合襯底中的器件襯底210實(shí)施單面拋光，至器件襯底的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度。由于在步驟S16中已經(jīng)控制d-dO大于D-D0，故在步驟S17實(shí)施完畢后，器件襯底210的厚度應(yīng)當(dāng)大于目標(biāo)厚度。器件襯底210將在后續(xù)器件工藝中用于制作半導(dǎo)體器件，故需要對其表面做更細(xì)致的加工。本具體實(shí)施方式
首先采用了研磨的方法將器件襯底210和支撐襯底200研磨減薄到接近目標(biāo)厚度，再采用拋光工藝做精細(xì)加工，且在研磨減薄工藝中特別為器件襯底210 預(yù)留了更多的余量，以保證器件襯底210能夠得到更為精細(xì)的拋光。以上方法通過將常規(guī)的研磨和拋光等工藝巧妙結(jié)合，并根據(jù)目標(biāo)厚度來控制每一步實(shí)施完畢后所保留的襯底厚度，從而做到了能夠在支撐襯底200的機(jī)械強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)將支撐襯底200減薄到任意厚度。在較佳的實(shí)施方案中，進(jìn)一步控制器件襯底210保留的余量不要過多，以避免對已經(jīng)拋光完畢的支撐襯底200表面造成損傷。以下繼續(xù)給出本發(fā)明的一實(shí)施例。1、對Si器件襯底和支撐襯底均進(jìn)行修正處理，以8寸襯底為例，襯底厚度750微米，襯底總厚度偏差小于4微米，襯底目標(biāo)厚度為650微米，首先研磨減薄該單晶硅襯底，研磨設(shè)備優(yōu)選為單面研磨機(jī)，設(shè)備型號為DR； 841型研磨機(jī)，首先粗磨快速減薄，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm，隨后精磨減小研磨造成的損傷，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm，研磨后襯底厚度大于目標(biāo)厚度3微米以上，這里減薄至660微米。2、對研磨后的支撐襯底進(jìn)行拋光，可以是雙面拋光也可以是單面拋光，也可以是雙面+單面拋光，這里優(yōu)化為雙面+單面拋光。首先雙面拋光，設(shè)備型號為Peter Wolters AC2000型雙面拋光機(jī)，整個拋光過程分為兩步，首先粗拋光、隨后精拋光，總拋光去除量為 8微米；隨后采用單面拋光以精確控制硅片厚度，設(shè)備型號為IPEC 372型單面拋光機(jī)，整個拋光過程同樣分為粗拋光和精拋光兩步，拋光去除量不大于2微米，經(jīng)過修正后，襯底總厚度偏差小于1微米。3、將修正后的單晶硅襯底氧化，可以只氧化器件襯底，也可以只氧化支撐襯底，或者器件和支撐襯底都氧化，其標(biāo)準(zhǔn)為氧化層厚度之和為最終埋氧層厚度。氧化條件可以濕氧也可以是干氧，氧化工藝取決于需要的氧化層厚度，溫度為900-1400°C，優(yōu)化工藝為 1050°C，濕氧氧化，氧化厚度需依據(jù)最終SOI的埋氧層厚度決定。4、器件襯底和支撐襯底經(jīng)過清洗后，將氧化后的器件襯底與氧化或者未氧化的單晶硅襯底鍵合，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，這里以親水鍵合為例，依次使用SCl和SC2 溶液清洗該襯底，鍵合前，在EVG801鍵合機(jī)上采用旋轉(zhuǎn)清洗硅襯底，以去除表面可能存在的顆粒并吸附更多的水分子，隨后將支撐襯底和器件襯底鍵合在一起。5、將鍵合后的器件襯底與支撐襯底對在擴(kuò)散爐內(nèi)加固，使得鍵合界面形成硅氧共價鍵，增強(qiáng)鍵合力，加固溫度大于900°C，加固時間大于2小時，退火氣氛為濕氧、干氧、氮?dú)饣蛘哐鯕寤旌蠚怏w。6、對加固后的襯底對進(jìn)行研磨處理，首先研磨減薄支撐襯底，研磨設(shè)備優(yōu)選為單面研磨機(jī)，設(shè)備型號為DR； 841型研磨機(jī)，首先粗磨快速減薄，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm，隨后精磨減小研磨造成的損傷，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm，研磨后支撐襯底厚度大于所制備SOI材料支撐襯底厚度目標(biāo)值3微米以上，這里減薄至剩余支撐襯底硅層厚度大于目標(biāo)厚度12微米。7、對氧化后的襯底對進(jìn)行倒角處理，倒角寬度由客戶規(guī)格決定。研磨后邊緣殘余硅層厚度為0-150微米，優(yōu)化為100微米。將倒角后的襯底對在TMAH溶液中腐蝕，去除100 微米邊緣殘余硅層。因?yàn)橹我r底背面無絕緣保護(hù)膜，在這里只能采用旋轉(zhuǎn)腐蝕的辦法，噴灑TMAH腐蝕液，腐蝕過程中，襯底對在旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為100-10000rpm，優(yōu)化為lOOOrpm，TMAH溫度優(yōu)化為95 °C。8、研磨減薄器件襯底，研磨設(shè)備優(yōu)選為單面研磨機(jī)，設(shè)備型號為DR； 841型研磨機(jī)，首先粗磨快速減薄，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm，隨后精磨減小研磨造成的損傷，砂輪轉(zhuǎn)速大于2000rpm，研磨后襯底厚度大于所制備SOI材料頂層硅目標(biāo)厚度3微米以上，這里減薄至剩余硅層厚度為12微米。9、對研磨后的襯底對進(jìn)行拋光，可以是雙面拋光也可以是單面拋光，也可以是雙面+單面拋光，這里優(yōu)化為雙面+單面拋光。首先雙面拋光，此時器件襯底和支撐襯底同時進(jìn)行拋光，設(shè)備型號為Peter Wolters AC2000型雙面拋光機(jī)，整個拋光過程分為兩步，首先粗拋光、隨后精拋光，總拋光去除量為11微米；隨后采用單面拋光以精確控制頂層硅厚度， 設(shè)備型號為IPEC 372型單面拋光機(jī)，整個拋光過程同樣分為粗拋光和精拋光兩步，拋光去除量不大于2微米。因?yàn)槟承┨厥庑枰?，支撐襯底背面覆蓋二氧化硅或者是其他絕緣層，因此需要一步補(bǔ)充如下步驟對支撐襯底進(jìn)行絕緣化處理，在支撐襯底背面形成絕緣層。絕緣層化處理可以是PECVD、LPCVD淀積，這里優(yōu)選為高溫氧化。氧化條件可以濕氧也可以是干氧，氧化工藝取決于需要的氧化層厚度，溫度為900-1400°C，優(yōu)化工藝為1050°C，濕氧氧化，氧化厚度需依據(jù)最終用戶的要求決定，隨后采用旋轉(zhuǎn)腐蝕去除頂層硅表面二氧化硅層。
綜上所述，雖然本發(fā)明已用較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所申請的專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制備任意厚度的帶有絕緣埋層的襯底的方法，其特征在于，包括如下步驟 提供一器件襯底和一支撐襯底；在器件襯底和支撐襯底至少一個的表面形成絕緣層；以絕緣層為中間層，將器件襯底與支撐襯底鍵合，形成三層復(fù)合襯底；研磨減薄復(fù)合襯底中的支撐襯底至第一厚度，所述第一厚度大于支撐襯底的目標(biāo)厚度；研磨減薄復(fù)合襯底中的器件襯底至第二厚度，所述第二厚度大于器件襯底的目標(biāo)厚度，且第二厚度與器件襯底目標(biāo)厚度的差值大于第一厚度與支撐襯底目標(biāo)厚度的差值；對鍵合后的復(fù)合襯底實(shí)施雙面拋光，同時減薄支撐襯底和器件襯底，至支撐襯底的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度；對鍵合后的復(fù)合襯底中的器件襯底實(shí)施單面拋光，至器件襯底的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在鍵合前對器件襯底和支撐襯底做厚度修正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在鍵合后加熱三層復(fù)合襯底，對鍵合界面進(jìn)行加固。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一厚度大于支撐襯底的目標(biāo)厚度 3μπι以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二厚度大于支撐襯底的目標(biāo)厚度 3μπι以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第二厚度與器件襯底目標(biāo)厚度的差值與第一厚度與支撐襯底目標(biāo)厚度的差值兩者之差不大于2 μ m。
全文摘要
一種制備任意厚度的帶有絕緣埋層的襯底的方法，采用了研磨的方法將器件襯底和支撐襯底研磨減薄到接近目標(biāo)厚度，再采用拋光工藝做精細(xì)加工，且在研磨減薄工藝中特別為器件襯底預(yù)留了更多的余量，以保證器件襯底能夠得到更為精細(xì)的拋光。以上方法通過將常規(guī)的研磨和拋光等工藝巧妙結(jié)合，并根據(jù)目標(biāo)厚度來控制每一步實(shí)施完畢后所保留的襯底厚度，從而做到了能夠在支撐襯底的機(jī)械強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)將支撐襯底減薄到任意厚度。
文檔編號H01L21/762GK102201362SQ20111012390
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者張峰, 曹共柏, 王文宇, 王曦, 魏星 申請人:上海新傲科技股份有限公司