使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法与流程

技术领域：

本发明涉及soi技术研发、生产和应用技术领域，特别提供了一种使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法。

背景技术：
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现有技术中，自动分离键合(self-controlledlayertranfer)是一种基于离子注入剥离法的得到绝缘层上硅的结构技术。其在相关技术领域的深入应用正在逐渐展开。人们期望获得一种技术效果优良的使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种技术效果优良的使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法。

本发明提供了一种使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法，其特征在于：具体要求是：利用h+注入层加热后反应产出微汽泡，在真空条件下微汽泡膨胀聚合破裂，晶圆内外产生压力差使键合晶圆自动分离形成绝缘层上的硅结构。

本发明所述使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法，优选还要求保护下述内容：

所述使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法具体包括有如下步骤：

步骤1)：准备两种硅片即硅片a和硅片b，其二者具体为：①氧化硅片和原始硅片，②氧化硅片和氧化硅片，③原始硅片和原始硅片；

步骤2)：将硅片b(如附图1)进行离子注入，注入源为：氢或氢氦混合气体；要求离子注入的设备能够确保注入层布满均匀的氢离子或氢氦离子；

步骤3)：将步骤2)注入后的硅片b与硅片a在低温条件下，利用等离子激活技术进行预键合，在使用低温退火技术使oh键脱水，完成提问键合，得到符合要求的键合晶圆c；

步骤4)：将晶圆c放入密封腔体内加热，密封腔体应耐高温，防辐射等特性，密封腔体内条件为＜0.2mpa的真空条件；通过机械加热或电磁加热等方式将晶圆c加热到自控层分离所需温度：200℃～500℃；在达到自控层分离设定温度基础上使温度恒定，设定恒温时间，恒温时间一般＜60min；其中：自控层分离的设定温度与设定时间呈反比例关系(如附图2)；

步骤5)：步骤4)完成后，将密封腔体从真空条件转变为常压条件，进行密封腔体及晶圆c的冷却，冷却时间为大于1min。冷却后将分离的晶圆c取出；得到绝缘层上的硅结构；

晶圆c在步骤4)条件下，注入层的h+加热后会出现微汽泡，微汽泡在一定时间后膨胀，然后微汽泡全部聚合在一起，使晶圆c在注入层产生压力，当晶圆c注入层压力大于密封腔体内压力时，聚合的微汽泡炸裂，晶圆c会自注入层自动分离从而形成绝缘层上的硅结构；或在步骤5)后借助机械力辅助分离从而形成绝缘层上的硅结构。

形成绝缘层上硅的结构的方法的设备条件是：密封腔体条件：＜0.2mpa，可通过机械加热或电磁加热温度可达到500℃以上；关键参数可以进行实时监控并设定。进一步优选的技术要求是：所述使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法还满足下述工艺条件要求：①硅片注入层均匀布满氢离子或氢氦混合离子；②通过低温键合技术得到的符合的键合晶圆；③自控层分离设备工作腔体条件：＜0.2mpa真空；④自控层分离设备设定温度：200℃～500℃；⑤自控层分离设备设定恒温时间：＜60min；④自控层分离设备密封腔体冷却时间：＞1min。

相对于现有技术而言，本发明是“tm-soi智能切割法”技术的延伸，具体方法：在两硅片之中，利用离子注入法，使其中一方的硅片薄膜内形成一层均匀的离子分离层，使该已注入离子的面在低温下贴合另一方硅片，利用离子激活技术形成键合体。接着加以退火，使键合面牢固。然后密闭腔体内变更腔体内部压力升高腔内温度至设定温度点，待温度平衡稳定后，恒定温度一定时间，使该离子分离层中的注入离子聚合为气体分子，形成一层分离膜，分离该薄膜，完成薄膜剥离，形成绝缘层上硅的结构。

本发明具有以下优点：

1、本发明方法针对利用tm-soi制备的soi硅片，为达到完整去除裂片后损伤层，修复soi缺陷的目的，利用注入层在真空的环境下，高温提供了反应能量形成微汽泡，真空使得微汽泡膨胀后产生了内外压力差，使得晶圆自动分离。

2、本发明方法中采用真空的方式，有利于将不同深度分布的氢元素或氢氦元素进行彻底反应，促使h2成气泡状，膨胀破裂后排出，修复缺陷。

3、本发明方法中采用真空的方式，可以有效的清除反应腔内的反应剂、副产物及杂质，保障了硅片表面状态。

4、本发明方法中经过恒定的高温的反应后，快速降至设定温度，有助于缺陷修复。

5、本发明在密封的腔体中进行，避免了与外界接触，减少了硅片表面的颗粒，提高了硅片的洁净度。

6、本发明方法中硅片不与过多的化学品接触，降低了受污染的风险。

综上，本发明具有突出的明显更好的技术效果。其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

附图说明：

图1为使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法原理示意简图；

图2为自控层分离设定温度与设定时间的基本关系示意图。

具体实施方式：

实施例1

一种使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法，其具体要求是：利用注入层加热后反应产出微汽泡，在真空条件下微汽泡膨胀破裂，晶圆内外产生压力差使键合晶圆自动分离形成绝缘层上硅的结构。

所述使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法，其具体包括有如下步骤：

步骤1)：准备两种硅片即硅片a和硅片b，其二者具体为：①氧化硅片和原始硅片，②氧化硅片和氧化硅片，③原始硅片和原始硅片；

步骤2)：将硅片b(如附图1)进行离子注入，注入源为：氢或氢氦混合气体；要求离子注入的设备能够确保注入层布满均匀的氢离子或氢氦离子；

步骤3)：将步骤2)注入后的硅片b与硅片a在低温条件下，利用等离子激活技术进行预键合，在使用低温退火技术使oh键脱水，完成提问键合，得到符合要求的键合晶圆c；

步骤4)：将晶圆c放入密封腔体内加热，密封腔体应耐高温，防辐射等特性，密封腔体内条件为＜0.2mpa的真空条件；通过机械加热或电磁加热等方式将晶圆c加热到自控层分离所需温度：200℃～500℃；在达到自控层分离设定温度基础上使温度恒定，设定恒温时间，恒温时间一般＜60min(注：自控层分离的设定温度与设定时间呈反比例关系，如附图2)；

步骤5)：步骤4)完成后，将密封腔体从真空条件转变为常压条件，进行密封腔体及晶圆c的冷却，冷却时间为大于1min；温度降至设定温度；晶圆即自动分开或借助一定机械力辅助下分开。冷却后将分离的晶圆c取出；得到绝缘层上的硅结构。表面镜面，粗糙度可使用cmp表面抛光技术，进行完好的修复；

另外，补充说明如下：晶圆c在步骤4)条件下，注入层的h+加热后会出现微汽泡，微汽泡在一定时间后膨胀，然后微汽泡全部聚合在一起，使晶圆c在注入层产生压力，当晶圆c注入层压力大于密封腔体内压力时，聚合的微汽泡炸裂，晶圆c会自注入层自动分离从而形成绝缘层上的硅结构；或在步骤5)后借助机械力辅助分离从而形成绝缘层上的硅结构。

形成绝缘层上硅的结构的方法的设备条件是：密封腔体条件：＜0.2mpa，可通过机械加热或电磁加热温度可达到500℃以上；关键参数可以进行实时监控并设定。具体技术要求是：所述使用自控层分离方式制备绝缘层上的硅结构的方法还满足下述工艺条件要求：①硅片注入层均匀布满氢离子或氢氦混合离子；②通过低温键合技术得到的符合的键合晶圆；③自控层分离设备工作腔体条件：＜0.2mpa真空；④自控层分离设备设定温度：200℃～500℃；⑤自控层分离设备设定恒温时间：＜60min；④自控层分离设备密封腔体冷却时间：＞1min。

相对于现有技术而言，本发明是“tm-soi智能切割法”技术的延伸，具体方法：在两硅片之中，利用离子注入法，使其中一方的硅片薄膜内形成一层均匀的离子分离层，使该已注入离子的面在低温下贴合另一方硅片，利用离子激活技术形成键合体。接着加以退火，使键合面牢固。然后密闭腔体内变更腔体内部压力升高腔内温度至设定温度点，待温度平衡稳定后，恒定温度一定时间，使该离子分离层中的注入离子聚合为气体分子，形成一层分离膜，分离该薄膜，完成薄膜剥离，形成绝缘层上硅的结构。

本实施例具有以下优点：

1、本实施例方法针对利用tm-soi制备的soi硅片，为达到完整去除裂片后损伤层，修复soi缺陷的目的，利用注入层在真空的环境下，高温提供了反应能量形成微汽泡，真空使得微汽泡膨胀后产生了内外压力差，使得晶圆自动分离。

2、本实施例方法中采用真空的方式，有利于将不同深度分布的氢元素或氢氦元素进行彻底反应，促使h2成气泡状，膨胀破裂后排出，修复缺陷。

3、本实施例方法中采用真空的方式，可以有效的清除反应腔内的反应剂、副产物及杂质，保障了硅片表面状态。

4、本实施例方法中经过恒定的高温的反应后，快速降至设定温度，有助于缺陷修复。

5、本实施例在密封的腔体中进行，避免了与外界接触，减少了硅片表面的颗粒，提高了硅片的洁净度。

6、本实施例方法中硅片不与过多的化学品接触，降低了受污染的风险。

综上，本实施例具有突出的明显更好的技术效果。其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

实施例2

本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于：b片进行氧化后注入，衬底硅和顶层硅之间的绝缘层二氧化硅厚度增加。符合不同绝缘层需求的产品。但在自控层分离时采用同样的技术得到同样的优质的绝缘层上硅的结构。