專利名稱：多層半導體襯底的制備方法
技術領域：
本發(fā)明是關于多層半導體襯底的制備方法，特別涉及低成本、高效率且工藝穩(wěn)定的多層半導體襯底的制備方法。
背景技術：
集成電路中電源控制等電路廣泛使用厚膜外延片，所謂厚膜外延片是指在半導體襯底表面外延一層具有不同電阻率的外延層，改外延層厚度通常大于lOOum。目前主要的外延制備技術采用平板式外延爐制備該類襯底，通過在一半導體襯底上通過外延工藝制備具有不同電阻率的外延層。外延工藝的缺點在于時間長，單爐工藝時間超過2. 5小時，并且生產效率低，制備成本高，片內厚度均勻性僅能控制在5%左右。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種低成本、高效率且工藝穩(wěn)定的多層半導體襯底的制備方法。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種多層半導體襯底的制備方法，包括如下步驟提供第一半導體襯底和第二半導體襯底；將第一半導體襯底和第二半導體襯底中的至少一個浸入氧化性溶液或者氧化性氣體中，以在表面形成氧化的鍵合媒介層；以鍵合媒介層為中間層，將第一半導體襯底和第二半導體襯底鍵合在一起。作為可選的技術方案，所述第一半導體襯底和第二半導體襯底由相同的材料構成，且具有不同的電阻率，或者具有不同的導電類型；所述第一半導體襯底和第二半導體襯底的材料為單晶硅。作為可選的技術方案，所述第一半導體襯底和第二半導體襯底由不同的材料構成，所述清洗的具體的工藝參數(shù)是采用氫氟酸溶液清洗1分鐘以上，再采用去離子水清洗不超過10分鐘。作為可選的技術方案，在鍵合步驟實施完畢后，進一步包括一對鍵合界面實施退火的步驟。作為可選的技術方案，在鍵合步驟實施完畢后，進一步包括減薄第一半導體襯底或者第二半導體襯底的步驟。本發(fā)明的優(yōu)點在于提出了一種多層半導體襯底的制備方法，將第一半導體襯底和 /或第二半導體襯底浸入氧化性溶液或者氧化性氣體中形成自然氧化層，并實施鍵合，此襯底即具有多層結構，且上下兩層的電學和晶體學性質由之前的第一半導體襯底和第二半導體襯底決定，所提供的方法具有低成本、高效率且工藝穩(wěn)定的優(yōu)點。本發(fā)明進一步提出了在鍵合之后實施退火的步驟，可以進一步促進多層半導體襯底中兩層之間在晶格尺度上的融合，從所獲得的TEM照片可以明顯看到鍵合界面氧已經消融，晶格是連續(xù)的。


附圖1是本發(fā)明所述具體實施方式
的實施步驟示意圖。附圖2A至附圖2E是本發(fā)明所述具體實施方式
的工藝示意圖。附圖3是本發(fā)明所述具體實施方式
中多層半導體襯底在多層界面處的投射電子顯微鏡(TEM)照片。
具體實施例方式接下來結合附圖詳細介紹本發(fā)明所述一種多層半導體襯底的制備方法的具體實施方式
。附圖1所示是本發(fā)明所述具體實施方式
的實施步驟示意圖，包括步驟S10，提供第一半導體襯底和第二半導體襯底；步驟S11，將第一半導體襯底和第二半導體襯底采用氫氟酸溶液和去離子水沖洗，以在被清洗的表面形成氧化的鍵合媒介層；步驟S12，以鍵合媒介層為中間層，將第一半導體襯底和第二半導體襯底鍵合在一起；步驟S13，對鍵合界面實施退火；步驟S14，減薄第一半導體襯底或者第二半導體襯底。附圖2A至附圖2E所示是本具體實施方式
的工藝示意圖。附圖2A所示，參考步驟S10，提供第一半導體襯底100和第二半導體襯底200。上述兩半導體襯底意在分別構成多層半導體襯底的兩個不同的半導體層，故第一半導體襯底 100和第二半導體襯底200可以由相同或者不同的材料構成，在兩者是相同材料構成的情況下，應當各自具有不同的電阻率，或者具有不同的導電類型，或者在其他晶體學或者電學指標上存在差異。在第一半導體襯底100和第二半導體襯底200的材料相同的情況下，兩者的材料例如可以是單晶硅。附圖2B所示，參考步驟Sl 1，將第一半導體襯底100和第二半導體襯底200采用氫氟酸溶液和去離子水沖洗，以在表面形成氧化的鍵合媒介層101。以單晶硅襯底為例，清洗的具體的工藝參數(shù)是HF清洗1分鐘以上，再采用去離子水清洗不超過10分鐘，所獲得的鍵合媒介層的厚度通常是小于0. 5nm的。以上清洗時間和氫氟酸溶液濃度、去離子水中的含氧量、溫度以及襯底材料都具有密切關系，需要本領域內技術人員根據(jù)實際所獲得的氧化層厚度進行調整。一般來說，HF是為了對表面起到清潔作用，增加氫氟酸時間有利于獲得清潔的表面，而增加去離子水清洗的時間有利于增加表面氧化的鍵合媒介層101的厚度。在上述HF清洗和去離子水沖洗之間，還可以進一步包括一氫氧化銨溶液沖洗的步驟和一氯化氫溶液沖洗的步驟，上述兩種溶液清洗的目的在于提高表面的清潔度，兩種清洗液的濃度以及清洗時間可以通過實驗確定，以不明顯增厚鍵合媒介層為宜。本具體實施方式
以第一半導體襯底100為例進行描述，在其他的實施方式中，也可以是在第二半導體襯底200表面形成鍵合媒介層，或者在第一半導體襯底100和第二半導體襯底200的表面均形成鍵合媒介層。在將第一半導體襯底100浸入氧化性溶液中，應當在其兩個表面均形成鍵合媒介層，附圖2B中為了方便后續(xù)步驟的敘述，僅示出了一個表面的鍵合媒介層101。由于鍵合媒介層是在氧化性溶液或者氧化性氣體中自然形成的，故厚度通常是小于0. 5nm的，附圖2B 中為了清晰起見而繪制了一個較厚的鍵合媒介層101，這并不意味著鍵合媒介層101與第一半導體襯底100之間的厚度是具有如此的比例關系的，而只是為了方便表述而做出的示意。
附圖2C所示，參考步驟S12，以鍵合媒介層101為中間層，將第一半導體襯底100 和第二半導體襯底120鍵合在一起。對于兩個表面都具有鍵合媒介層的情況而言，應當根據(jù)表面的其他性質，例如是否是拋光的表面來選擇鍵合面，當然對于雙面拋光襯底而言可以選取任何一個表面作為鍵合表面。由于前一步驟中將第一半導體襯底100浸入氧化性溶液或者氧化性氣體中，并未對襯底表面帶來任何額外的沾污，將其浸入氧化性溶液中甚至還有對表面進行清潔的作用，故本鍵合步驟可以在步驟Sll實施完畢后立即實施而不必再實施額外的清洗步驟。鍵合完畢后的第一半導體襯底100和第二半導體襯底200即形成了多層的半導體襯底，在后續(xù)減薄并拋光之后，此襯底即具有多層結構，且上下兩層的電學和晶體學性質由之前的第一半導體襯底100和第二半導體襯底200決定。如果之前的第一半導體襯底100和第二半導體襯底200具有不同的電導率，則所獲得的多層半導體襯底也具有多層的電導率。在步驟Sll實施之前，還可以進一步選擇對第一半導體襯底100或第二半導體襯底120的表面進行摻雜，可以選擇注入或者擴散的方法實施。摻雜后的第一半導體襯底100 或第二半導體襯底120本身即具有不同電導率的雙層結構，再將兩者鍵合在一起，即形成了具有三層(選擇其一進行摻雜)甚至四層(兩者均進行摻雜)的半導體襯底，對于中間具有重摻雜夾層的三層半導體結構對于IGBT等功率器件尤其具有重要的應用價值。附圖2D所示，參考步驟S13，對鍵合界面實施退火。退火溫度優(yōu)選大于1000°C，以使鍵合界面在高溫加固退火后界面處氧化形成的鍵合媒介層101消融晶格化，不影響后續(xù)器件性能。由于界面處的鍵合媒介層101是通過自然氧化形成的，厚度較薄，故其中所含有的氧原子可以在退火過程中擴散到晶格中去，被晶格原子稀釋，進而使第一半導體襯底100 和第二半導體襯底200的晶格在界面處能夠保持連續(xù)。附圖3是退火后的界面處的投射電子顯微鏡(TEM)照片，從中可以明顯看到鍵合界面氧已經消融，晶格是連續(xù)的。故此退火的步驟可以進一步促進多層半導體襯底中兩層之間在晶格尺度上的融合。附圖2E所示，參考步驟S14，減薄第一半導體襯底100和第二半導體襯底200。減薄的厚度根據(jù)實際應用的需要來確定，通常在晶圓加工的過程中，這個厚度都是由需要此晶圓的客戶給定的，減薄可以首先采用機械減薄，再實施化學機械拋光進行表面精加工。在減薄之前還可以進一步根據(jù)需要實施倒角工藝。減薄之后，還可以再引入一半導體襯底重復實施上述自然氧化工藝、鍵合工藝以及摻雜工藝，進一步形成具有更多疊層的半導體襯底。綜上所述，雖然本發(fā)明已用較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所申請的專利范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種多層半導體襯底的制備方法，其特征在于，包括如下步驟提供第一半導體襯底和第二半導體襯底；將第一半導體襯底和第二半導體襯底中的至少一個進行沖洗，所述沖洗依次包括一氫氟酸溶液沖洗的步驟和一去離子水沖洗的步驟，以在被清洗的表面形成氧化的鍵合媒介層；以鍵合媒介層為中間層，將第一半導體襯底和第二半導體襯底鍵合在一起。
2.根據(jù)權利要求1所述的多層半導體襯底的制備方法，其特征在于，所述第一半導體襯底和第二半導體襯底由相同的材料構成，且具有不同的電阻率。
3.根據(jù)權利要求1所述的多層半導體襯底的制備方法，其特征在于，所述第一半導體襯底和第二半導體襯底由相同的材料構成，且具有不同的導電類型。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的多層半導體襯底的制備方法，其特征在于，所述第一半導體襯底和第二半導體襯底的材料為單晶硅。
5.根據(jù)權利要求4所述的多層半導體襯底的制備方法，其特征在于，所述氫氟酸溶液沖洗步驟的清洗時間是1分鐘以上，所述去離子水沖洗步驟的清洗時間不超過10分鐘。
6.根據(jù)權利要求1所述的多層半導體襯底的制備方法，其特征在于，所述第一半導體襯底和第二半導體襯底由不同的材料構成。
7.根據(jù)權利要求1所述的多層半導體襯底的制備方法，其特征在于，在鍵合步驟實施完畢后，進一步包括一對鍵合界面實施退火的步驟。
8.根據(jù)權利要求1所述的多層半導體襯底的制備方法，其特征在于，在鍵合步驟實施完畢后，進一步包括減薄第一半導體襯底或者第二半導體襯底的步驟。
9.根據(jù)權利要求1所述的多層半導體襯底的制備方法，其特征在于，所述將第一半導體襯底和第二半導體襯底中的至少一個進行沖洗的步驟中，在所述氫氟酸溶液沖洗的步驟和去離子水沖洗的步驟之間，進一步包括一氫氧化銨溶液沖洗的步驟和一氯化氫溶液沖洗的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多層半導體襯底的制備方法，包括如下步驟提供第一半導體襯底和第二半導體襯底；將第一半導體襯底和第二半導體襯底中的至少一個浸入氧化性溶液或者氧化性氣體中，以在表面形成氧化的鍵合媒介層；以鍵合媒介層為中間層，將第一半導體襯底和第二半導體襯底鍵合在一起。
文檔編號H01L21/20GK102315096SQ201110238030
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權日2011年8月19日
發(fā)明者葉斐, 張峰 申請人:上海新傲科技股份有限公司