一种硅片的制备方法及硅片

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种硅片的制备方法及硅片。

背景技术

SOI(绝缘体上硅，Silicon-On-Insulator)呈三明治结构，最上面是顶层硅，中间是掩埋过渡层(BOX)，下方是硅衬底。SOI过渡层实现高电绝缘性，大大减少硅片的寄生电容以及漏电现象。BESOI(硅片键合背面腐蚀法)制备的硅片外延层的界面缺陷和顶层硅薄膜的均匀性难以控制。

发明内容

本申请的目的在于提供一种硅片的制备方法及硅片，可以解决上述技术问题。

本申请实施例提供一种硅片的制备方法，包括以下步骤：提供支撑衬底，所述支撑衬底的至少一面设有绝缘层；提供外延衬底，所述外延衬底的至少一面设有外延层；将所述外延层与所述支撑衬底键合，使所述绝缘层和所述外延层贴合；去除至少部分所述外延衬底，形成衬底层；所述外延层位于所述衬底层和所述绝缘层之间；去除至少部分所述衬底层；腐蚀处理去除至少部分所述衬底层；对所述硅片进行表面处理，所述表面处理采用的第一处理液包括有机铵盐和氧化剂。

在一些实施例中，所述有机铵盐和所述氧化剂的质量比为1：(0.14～2.8)。

在一些实施例中，以所述第一处理液的总质量计，所述有机铵盐的质量百分比为0.01％～10％。

在一些实施例中，所述表面处理的时间为5min～20min。

在一些实施例中，所述表面处理的温度为20℃～60℃。

在一些实施例中，所述有机铵盐选自四甲基氢氧化铵、三乙基铵和二甲基铵中的一种或者多种。

在一些实施例中，所述氧化剂选自过氧化氢、过氧化乙酸和过氯酸中的一种或多种。

在一些实施例中，去除至少部分所述衬底层的方法包括：所述腐蚀处理采用第二处理液，所述第二处理液包括HF、HNO

在一些实施例中，所述腐蚀处理的时间为5min～20min。

在一些实施例中，所述腐蚀处理的温度为20℃～60℃。

在一些实施例中，所述腐蚀处理去除至少部分所述衬底层之后形成过渡层，所述过渡层位于所述外延层背离所述绝缘层的一面。

在一些实施例中，所述过渡层的厚度为

在一些实施例中，所述第一处理液处理所述过渡层时，具有第一去除速率为V

在一些实施例中，所述第一去除速率V

在一些实施例中，所述第二去除速率V

在一些实施例中，所述外延层的电阻率为0.1ohm.cm～100ohm.cm。

在一些实施例中，所述衬底层的电阻率0.001ohm.cm～0.008ohm.cm。

在一些实施例中，对所述硅片进行表面处理之后，对经过所述表面处理后的硅片进行抛光处理。

相应的，本申请实施例还提供一种硅片，所述的硅片通过上述的制备方法所制备。

本申请的有益效果在于：相较于现有技术，本申请提供了一种硅片的制备方法，本申请硅片的制备方法包括：提供支撑衬底，支撑衬底的至少一面设有绝缘层；提供外延衬底，外延衬底的至少一面设有外延层；将外延层与支撑衬底键合，使绝缘层和外延层贴合；去除至少部分外延衬底，形成衬底层；外延层位于衬底层和绝缘层之间；腐蚀处理去除至少部分衬底层；对硅片进行表面处理，表面处理采用第一处理液，第一处理液包括有机铵盐和氧化剂。本申请通过改变硅片的制备步骤，提高了外延层的膜厚均匀性。

本申请还提供了一种硅片，本申请的硅片通过上述的制备方法所制备，本申请方法制备的硅片提高了外延层的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中硅片的支撑衬底的结构示意图；

图2为本申请实施例中硅片的外延衬底的结构示意图

图3为本申请实施例中硅片的制备流程示意图；

图4为本申请实施例中硅片的制备流程示意图；

图5为本申请实施例中硅片的制备流程示意图；

图6为本申请实施例中硅片的制备流程示意图；

图7为本申请对比例制备的硅片的表面形貌图；

图8为本申请实施例制备的硅片的表面形貌图；

图中，1-硅片，100-支撑衬底，110-绝缘层，200-外延衬底，210-外延层，220-衬底层，230-过渡层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。另外，在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。用语第一、第二、第三等仅仅作为标示使用，并没有强加数字要求或建立顺序。本申请的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

为了提高BESOI(硅片键合背面腐蚀法)硅薄膜的均匀性，本申请实施例提供了一种硅片的制备方法，包括以下步骤：提供支撑衬底100，支撑衬底100的至少一面设有绝缘层110；提供外延衬底200，外延衬底200的至少一面设有外延层210；将外延层210与支撑衬底100键合，使绝缘层110和外延层210贴合；去除至少部分外延衬底200，形成衬底层220；外延层210位于衬底层220和绝缘层110之间；腐蚀处理去除至少部分衬底层220；对硅片进行表面处理，表面处理采用第一处理液，第一处理液包括有机铵盐和氧化剂。BESOI路线在酸腐蚀后在外延层210表面呈现严重色差状态，会对CMP抛光产生阻挡作用，影响CMP抛光，最终影响外延层的膜厚均匀性。本申请通过有机铵盐和氧化剂的处理液对过渡层230进行处理，可以提高后续CMP步骤的去除效率和提高外延层210的质量。

如图7所示，在一些实施例中，经过腐蚀处理后的外延层210外观表面出现的色差，该表面的色差是因为腐蚀处理后在外延层210表面形成了过渡层230，该过渡层230的主要成分包括SiOx，会对CMP抛光产生阻挡作用，影响CMP抛光。在一些实施例中，过渡层230的厚度为

在一些实施例中，厚度均匀性(％)＝(Max-Min)/Avg*100％，Max为外延层210厚度的最大值，Min为外延层210厚度的最小值，Avg为外延层厚度的平均值。

在一些实施例中，外延层210厚度的测试方法为：采用椭圆偏振光谱仪进行测试，在具体测试中，取硅片1表面均匀分布的49个点测试每个点的外延层210的厚度，取测试数据的平均值为外延层210的厚度。

在一些实施例中，有机铵盐和氧化剂的质量比为1：(0.14～2.8)。本申请通过控制有机铵盐和氧化剂的配比，可以提高硅氧化物过渡层的去除效率，降低外延层210的去除量。如在一些实施例中，有机铵盐和氧化剂的质量比为1:0.14、1:0.2、1:0.5、1:0.7、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.5、1:2.0、1:2.5、1:2.8中的任意值或者任意两值组成的范围，如有机铵盐和氧化剂的质量比为1：(0.7～1.4)。

在一些实施例中，以第一处理液的总质量计，有机铵盐的质量百分比为0.01％～10％。如有机铵盐的质量百分比(％)为0.01、0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0中的任意值或者任意两值组成的范围。

在一些实施例中，以第一处理液的总质量计，氧化剂的质量百分比为0.0014％～28％。如有机铵盐的质量百分比(％)为0.0014、0.01、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、15、20.0、25.0、28.0中的任意值或者任意两值组成的范围。

在一些实施例中，表面处理的时间为5min～20min。如表面处理的时间(min)为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20中的任意值或者任意两值组成的范围，如表面处理的时间为7min～10min。

在一些实施例中，表面处理的温度为20℃～60℃。如表面处理的温度(℃)为20、25、30、35、40、45、50、55、60中的任意值或者任意两值组成的范围，如表面处理的温度为35℃～40℃。

在一些实施例中，有机铵盐选自四甲基氢氧化铵、三乙基铵和二甲基铵中的一种或者多种。

在一些实施例中，氧化剂选自过氧化氢、过氧化乙酸和过氯酸中的一种或多种。

在一些实施例中，以质量百分浓度计，第一处理液包括：0.01％～10％的四甲基氢氧化铵、0.0014％～28％双氧水、62％～99.99％水。

在一些实施例中，以质量百分浓度计，第一处理液包括：0.01％～10％的四甲基氢氧化铵、0.0014％～28％双氧水、余量为水。

在一些实施例中，第一处理液处理所述过渡层230时，具有第一去除速率为V

在一些实施例中，第一处理液对于过渡层230的第一去除速率V

在一些实施例中，第一处理液对于外延层210的第二去除速率V

在一些实施例中，支撑衬底100的厚度为3μm～50μm，如支撑衬底100的厚度(μm)为3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50中的任意值或者任意两值组成的范围。

在一些实施例中，支撑衬底100具有抛光面，支撑衬底100通过热氧化在支撑衬底100的两面形成二氧化硅层，其中抛光面制备的二氧化硅层作为绝缘层110。

在一些实施例中，绝缘层110的制备方法包括：通过氧化工艺在单晶硅片上制备绝缘层。氧化工艺包括干氧热氧化工艺和湿氧热氧化工艺。如将硅片1与水汽和氧气在900℃～1200℃高温下进行化学反应，在单晶硅片表面生成二氧化硅薄膜作为绝缘层110。

在一些实施例中，绝缘层110的厚度为0.1μm～1μm。如绝缘层110的厚度(μm)为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0中的任意值或者任意两值组成的范围。

在一些实施例中，外延层210的电阻率为0.1ohm.cm～100ohm.cm。如外延层210的电阻率(ohm.cm)为0.1、1、3、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100中的任意值或者任意两值组成的范围。

在一些实施例中，外延层210的厚度为0.1μm～100μm，如外延层210的厚度为0.1、1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100中的任意值或者任意两值组成的范围。

在一些实施例中，衬底层220的电阻率0.001ohm.cm～0.008ohm.cm。如衬底层220的电阻率(ohm.cm)为0.001、0.002、0.003、0.005、0.006、0.007、0.008中的任意值或者任意两值组成的范围。

在一些实施例中，将衬底层220的厚度为10μm～50μm。如衬底层220的厚度(μm)取值为10、20、30、40、50中的任意值或者任意两值组成的范围。

在一些实施例中，外延层210的去除方式包括机械研磨的方法，在一些具体实施例中，机械研磨的方法包括：在减薄设备上，通过高速旋转的主轴带动砂轮，对键合后的硅片1进行减薄处理，去除部分外延层210。

在一些实施例中，去除至少部分衬底层220的方法包括：采用腐蚀处理。腐蚀处理的第二处理液包括质量比为1:(2～6):(7～12)的HF、HNO

在一些实施例中，腐蚀处理的方法包括：将硅片1置于带氮气背封保护的基座上，采用第二处理液，喷涂在旋转的硅片1表面，然后溶液甩出后收集起来通过回收管路回到供液槽从而实现循环使用，由于第二处理液的选择性腐蚀，可以精准去除衬底层220。

在一些具体实施例中，第二处理液中的HF、HNO

本申请中，第二处理液用于去除重掺杂的衬底层220，保留轻掺杂的外延层210。

在一些实施例中，腐蚀处理的时间为5min～20min。如腐蚀处理的时间(min)为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20中的任意值或者任意两值组成的范围，如腐蚀处理的时间为7min～8min。

在一些实施例中，腐蚀处理的温度为20℃～60℃。如腐蚀处理的温度(℃)为20、25、30、35、40、45、50、55、60中的任意值或者任意两值组成的范围，如在一些具体实施例中，腐蚀的温度为30℃～40℃。本申请中，通过控制腐蚀的时间、温度和第二处理液的组成，进而改变生成过渡层230的厚度。

在一些实施例中，对经过表面处理后的硅片1进行化学机械抛光(CMP)进行减薄处理。

在一些实施例中，CMP抛光去除量在0.5μm～1μm。如CMP对外延层210的去除量(μm)的取值为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0中的任意值或者任意两值组成的范围。

在一些实施例中，CMP的去除速率在0.01μm/min～1μm/min。如CMP的去除速率(μm/min)的取值为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0中的任意值或者任意两值组成的范围。

本申请的实施例提供了一种硅片，包括上述的硅片1的制备方法所得的硅片1。本申请通过CMP抛光去除经过表面处理后的外延层210，进一步提高了外延层210的厚度均匀性。

实施例1：

(S1)如图1所示，提供支撑衬底100，支撑衬底100的正面为抛光面，对支撑衬底100进行热氧化，在支撑衬底100的正反面分别形成二氧化硅层，其中正面的二氧化硅层将作为绝缘层110，绝缘层110的厚度0.8μm。

(S2)如图2所示，提供外延衬底200，外延衬底200为重掺杂的硅片，外延衬底200的电阻率为0.001ohm.cm～0.008ohm.cm，外延衬底200上具有轻掺的外延层210，外延层210的电阻率为0.1ohm.cm～100ohm.cm。

(S3)如图3所示，将外延层210与支撑衬底100键合，使绝缘层110和外延层210贴合，形成键合衬底，键合的气氛为N

(S5)如图4所示，采用机械研磨的减薄方式，将外延衬底200的厚度减薄至40μm～50μm，形成衬底层220。

(S6)如图5所示，对衬底层220进行酸腐，作为腐蚀液的第二处理液是采用氢氟酸，硝酸及醋酸的混合溶液，腐蚀液的质量配比为氢氟酸:硝酸：醋酸＝1:3:8，酸腐蚀的时间为8min，处理温度为30℃，酸腐处理后的硅片1的表面外观如图7所示。

(S7)采用第一处理液对酸腐后的硅片1进行表面处理，第一处理液的组成和表面处理参数详见表1，表面处理的时间为8min，处理温度为35℃，处理后的硅片1结构如图6所示，经过第一处理液处理后的硅片1的外观如图8所示。

(S7)对酸腐蚀后的键合衬底进行CMP抛光，抛光去除量不超过1μm，得到硅片。

实施例2～实施例4：处理方法同实施例1，不同之处在于，调整第一处理液的组成，具体参数详见表1。

表1实施例1～实施例4的制备参数和处理结果

从表1的结果可以看出，本申请通过控制过渡层230去除速率的同时，在有效去除过渡层的前提下，可以控制外延层210的去除速率，这样可以有效调节腐蚀去除的选择性，最大程度降低因抛光导致的均匀性恶化问题，从而有效控制外延层210的厚度均匀性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的一种硅片的制备方法及硅片进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。