專利名稱：帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制造領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法。
背景技術(shù)：
體硅以及SOI材料合稱為硅基材料，是微電子的基礎(chǔ)材料，被廣泛應(yīng)用到集成電路的各個領(lǐng)域。以SOI材料為例，按其頂層硅薄 層的厚度，可分為薄膜SOI (頂層硅通常小于IMffl)和厚膜SOI (頂層硅通常大于IMffl)兩大類。薄膜SOI市場95%的應(yīng)用集中在8英寸和12英寸，其中絕大多數(shù)用戶為尖端微電子技術(shù)的引導(dǎo)者，如IBM、AMD、Motorola、Intel、UMC、TSMC、OKI等。目前供應(yīng)商為日本信越(SHO、法國Soitec、日本SUMC0，其中前兩家供應(yīng)了約90%以上的產(chǎn)品。薄膜SOI市場主要的驅(qū)動力來自于高速、低功耗產(chǎn)品，特別是微處理器(CPU)應(yīng)用。這些產(chǎn)品的技術(shù)含量高，附加值大，是整個集成電路的龍頭。很多對SOI的報(bào)道均集中在以上這些激動人心的尖端應(yīng)用上，而實(shí)際上SOI早期的應(yīng)用集中在航空航天和軍事領(lǐng)域，現(xiàn)在拓展到功率和靈巧器件以及MEMS應(yīng)用。特別是在汽車電子、顯示、無線通訊等方面發(fā)展迅速。由于電源的控制與轉(zhuǎn)換、汽車電子以及消費(fèi)性功率器件方面對惡劣環(huán)境、高溫、大電流、高功耗方面的要求，使得在可靠性方面的嚴(yán)格要求不得不采用SOI器件。在這些領(lǐng)域多采用厚膜SOI材料，集中在6英寸和8英寸，目前的用戶包括美國 Maxim、ADI、TI (USA),日本 NEC、Toshiba、Panasonic、Denso、TI (Japan)、FUJI、Omron等，歐洲Philips、X-Fab等。這個領(lǐng)域的特點(diǎn)在于SOI器件技術(shù)相對比較成熟，技術(shù)含量相對較低，器件的利潤也相對降低，對SOI材料的價(jià)格比較敏感。在這些SOI材料用戶里面，很大的應(yīng)用主要來源于各種應(yīng)用中的驅(qū)動電路如Maxim的應(yīng)用于主要為手機(jī)接受段的放大器電路！Panasonic、TI、FUJI、Toshiba、NEC等主要應(yīng)用在顯示驅(qū)動電路中的掃描驅(qū)動電路；DENS0的應(yīng)用主要在汽車電子、無線射頻電路等；Toshiba的應(yīng)用甚至在空調(diào)的電源控制電路中；0mrOn主要在傳感器方面；ADI也主要在高溫電路、傳感器等；而Phillips的應(yīng)用則主要是功率器件中的LDM0S，用于消費(fèi)類電子中如汽車音響、聲頻、音頻放大器等；韓國的Magnchip(Hynix)則為Kopin生產(chǎn)用于數(shù)碼相機(jī)用的顯示驅(qū)動電路和為LG生產(chǎn)的PDP顯示驅(qū)動電路等。目前，厚膜SOI材料的主要制備技術(shù)為鍵合及背面腐蝕技術(shù)(BESOI)，其具有工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此受到人們的重視。BESOI技術(shù)首先采用研磨的辦法減薄頂層硅，在此過程中在其表面形成一個幾微米厚的研磨損傷層。因此，隨后需要采用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)拋光去除損傷層并且降低其表面粗糙度以達(dá)到CMOS工藝的要求。而實(shí)驗(yàn)表明，拋光會造成SOI的頂層硅厚度均勻性降低，并且CMP去除量越大整個頂層硅均勻性越差。如何降低研磨后的CMP工藝對頂層硅總厚度均勻性偏差的影響，這是本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員長期面臨但一直無法解決的問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，能夠降低研磨后的CMP工藝對頂層硅總厚度均勻性偏差的影響，提高產(chǎn)品的厚度均勻性。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，包括如下步驟提供一襯底，所述襯底包括支撐層、支撐層表面的絕緣埋層、及絕緣埋層表面的器件層；研磨減薄器件層的裸露表面；采用能夠腐蝕器件層的自然氧化層的腐蝕液腐蝕研磨后的器件層表面；采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝拋光腐蝕后的器件層表面。作為可選的技術(shù)方案，所述器件層 的材料是單晶硅，所述腐蝕液進(jìn)一步是含有氟化氫的腐蝕液，所述腐蝕液進(jìn)一步是HF與HNO3的混酸溶液，例如可以是硝酸、氫氟酸和醋酸混合溶液。作為可選的技術(shù)方案，腐蝕研磨后表面的步驟中，進(jìn)一步是采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝。作為可選的技術(shù)方案，腐蝕研磨后表面的步驟實(shí)施完畢后，進(jìn)一步對腐蝕后表面實(shí)施噴酸處理，所述器件層的材料是單晶硅，所述噴酸步驟所采用的酸液為氫氟酸溶液，溶液中氟化氫濃度大于5%。作為可選的技術(shù)方案，所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝進(jìn)一步包括采用雙面拋光工藝拋光帶有絕緣埋層的襯底的兩個表面；采用單面拋光工藝拋光器件層表面。作為可選的技術(shù)方案，所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝進(jìn)一步包括采用單面拋光工藝拋光腐蝕后的器件層表面。本發(fā)明經(jīng)對研磨工藝的仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，研磨減薄的過程中，高速研磨會產(chǎn)生高溫，雖然有水冷，但是仍然會在損傷的表面形成一層自然氧化層。故本發(fā)明通過采用能夠腐蝕器件層的自然氧化層的腐蝕液腐蝕研磨后的器件層表面，除去自然氧化層，進(jìn)而降低研磨后的CMP工藝對頂層硅總厚度均勻性偏差的影響，提高產(chǎn)品的厚度均勻性。


附圖I所示是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟流程圖。附圖2至附圖5是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說明。附圖I所示是本具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟流程圖，包括步驟S10，提供一襯底；步驟S11，研磨減薄器件層的裸露表面；步驟S12，采用能夠腐蝕器件層的自然氧化層的腐蝕液腐蝕研磨后的器件層表面；步驟S13，對腐蝕后表面實(shí)施噴酸處理；步驟S14，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝拋光腐蝕后的器件層表面。附圖2至附圖5是本具體實(shí)施方式
的工藝流程圖。附圖2所示，參考步驟S10，提供一襯底200，所述襯底200包括支撐層201、支撐層201表面的絕緣埋層202、及絕緣埋層202表面的器件層203。其中支撐層201和器件層203的材料可以是包括單晶硅在內(nèi)的任意中本領(lǐng)域內(nèi)常見的半導(dǎo)體材料，支撐層201和器件層203的材料可以相同或者不同。絕緣埋層202的材料可以是包括氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅在內(nèi)的任意中本領(lǐng)域內(nèi)常見的絕緣材料。襯底200可以是通過鍵合等工藝形成的三層結(jié)構(gòu)，其中的器件層203需要減薄到目標(biāo)厚度。附圖3所示，參考步驟S11，研磨減薄器件層203的裸露表面。研磨設(shè)備可以是雙面研磨機(jī)或單面研磨機(jī)，優(yōu)選為單面研磨機(jī)。此工藝會迅速減薄器件層203，但同時也會在器件層203的表面形成研磨損傷，并經(jīng)對研磨工藝的仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，研磨減薄的過程中，高速研磨會產(chǎn)生高溫，雖然有水冷，但是仍然會在損傷的表面形成一層自然氧化層220。附圖4所示，參考步驟S12，采用能夠腐蝕器件層203的自然氧化層的腐蝕液腐蝕研磨后的器件層203表面，本步驟可以除去自然 氧化層220。自然氧化層220由于是器件層203的材料在高溫氧化下形成，故其機(jī)械強(qiáng)度與器件層203本身通常是不一致的。在后續(xù)的化學(xué)機(jī)械拋光過程中，拋光液由SiO2拋漿組成，因此對器件層203表面自然氧化層220的拋光是通過SiO2的機(jī)械研磨來實(shí)現(xiàn)，在這個過程中由于自然氧化層220機(jī)械強(qiáng)度與器件層203的機(jī)械強(qiáng)度不一致的影響，拋光對器件層203的去除量并不均勻，因此拋光后會造成或者器件層203的厚度均勻性降低，并且化學(xué)機(jī)械拋光時間越長，厚度均勻性越差。在發(fā)現(xiàn)這個問題的基礎(chǔ)上，本發(fā)明采用了能夠腐蝕器件層203的自然氧化層220的腐蝕液腐蝕研磨后的器件層203表面，保證在實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光之前，器件層203的表面是絕對無任何多余物質(zhì)的，避免不同物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度不同對研磨造成影響。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的腐蝕液，例如對于器件層203的材料是單晶硅的情況下，自然氧化層220的材料為二氧化硅，則所述腐蝕液應(yīng)當(dāng)是含有氟化氫的腐蝕液，包括HF與HNO3的混酸溶液，例如可以是硝酸、氫氟酸和醋酸混合溶液，或者可以是HF、HNO3和H2O混合物，采用HF與HNO3的混酸溶液的優(yōu)點(diǎn)在于該腐蝕液同時是對單晶硅起到各向同性腐蝕的一種腐蝕液，因此在去除自然氧化層220的同時，還能夠?qū)ζ骷?03表面起到平坦化的作用，修復(fù)機(jī)械研磨帶來的損傷。并且由于腐蝕液可以繼續(xù)腐蝕至器件層203剩余一定厚度，畢竟?jié)穹ǜg是各項(xiàng)同性的腐蝕工藝，因此對均勻性的控制優(yōu)于拋光，這樣可以降低后續(xù)的拋光去除量，從而提高器件層203的厚度均勻性。腐蝕方法進(jìn)一步可以是采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝。參考步驟S13，對腐蝕后表面實(shí)施噴酸處理。本步驟為可選步驟，可以進(jìn)一步提高器件襯底203表面的潔凈程度。所述器件層203的材料是單晶硅的情況下，所述噴酸步驟所采用的酸液可以是氫氟酸溶液，溶液中氟化氫濃度大于5%。附圖5所示，參考步驟S14，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝拋光腐蝕后的器件層203表面。本步驟例如可以是首先采用雙面拋光工藝拋光襯底200的兩個表面，再采用單面拋光工藝拋光器件層203表面。也可以是僅采用單面拋光工藝拋光腐蝕后的器件層203表面。同樣的，本步驟中的拋光工藝如果包括粗拋和精細(xì)拋光，則在精細(xì)拋光前，優(yōu)化的應(yīng)采用5%HF酸處理硅片表面。接下來給出本發(fā)明的一個實(shí)施例。步驟一提供一片單晶硅襯底，重?fù)诫s、輕摻雜或者本征均可。步驟二 磨單晶硅襯底，研磨設(shè)備可以是線切割機(jī)、雙面研磨機(jī)，優(yōu)選為單面研磨機(jī)，設(shè)備型號為DFG 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，此時單晶硅襯底包含表面損傷層和表面自然氧化層。
步驟三對該研磨后的單晶硅襯底進(jìn)行處理，采用含有HF的溶液，該含有HF的溶液優(yōu)化為對Si具有各向同性腐蝕的腐蝕液(各向異性腐蝕液也可以)，優(yōu)化為HF與HNO3混酸體系，以及HF與HNO3加入其它緩沖劑所形成的腐蝕液，例如HNA混酸(硝酸、氫氟酸和醋酸混合溶液)，HF與HNO3混合物，HF、HN03和H2O混合物等，優(yōu)化為HNA腐蝕液，優(yōu)化的HNA中硝酸應(yīng)當(dāng)過量，混酸中成分比HF: HNO3小于6 :1 (摩爾比，代表硝酸過量)，優(yōu)化為小于
4.5 :1。腐蝕可以采用一般酸槽腐蝕，優(yōu)化為采用旋轉(zhuǎn)腐蝕，使腐蝕溶液流過單晶硅襯底除去部分以致全部的機(jī)械損傷層，也可以過腐蝕去除部分單晶層，因此整個旋轉(zhuǎn)腐蝕過程中，腐蝕去除量優(yōu)化為4微米，這樣就可以減少拋光時的去 除量，提高拋光后的硅片均勻性。旋轉(zhuǎn)角速度為每分鐘100 5000周是優(yōu)選的技術(shù)參數(shù)。小于每分鐘100周的速度不足以使反應(yīng)后的殘余物質(zhì)迅速地脫離表面，大于5000周的轉(zhuǎn)速使得腐蝕液迅速地流經(jīng)襯底的表面，在表面的停留時間太短，從而與表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)不夠充分，因此造成了腐蝕 液的浪費(fèi)。步驟四本步驟是可選擇的，但是優(yōu)化的對腐蝕過的表面進(jìn)行噴酸處理，優(yōu)化為HF酸，濃度大于5%即可，優(yōu)化為10%。步驟五拋光，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。如果是采用，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)，整個拋光過程為粗拋光，使用粗拋漿，拋漿與水的比例為I :15，總拋光去除量不小于0. 5微米，優(yōu)化為5微米。步驟六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)，整個拋光過程分為粗拋光和精拋光兩步，采用雙面+單面拋光時，粗拋光是可選的過程，也可以不需要。拋光前，優(yōu)化的應(yīng)采用5%HF酸處理硅片表面，粗拋光中使用粗拋漿，拋漿與水的比例為I :15，總的拋光去除量不大于8微米，優(yōu)化為I微米；精拋光中，精拋漿與水的比例為I :30，總的拋光去除量不大于8微米，優(yōu)化為I微米。如果拋光過程僅使用單面拋光機(jī)，則拋光必須采用粗拋光+精拋光的方式進(jìn)行，粗拋光中使用粗拋漿，拋漿與水的比例為I : 15，總的拋光去除量不大于8微米，優(yōu)化為3微米；精拋光中，精拋漿與水的比例為I :30，總的拋光去除量不大于8微米，優(yōu)化為I微米。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，其特征在于，包括如下步驟 提供一襯底，所述襯底包括支撐層、支撐層表面的絕緣埋層、及絕緣埋層表面的器件層； 研磨減薄器件層的裸露表面； 采用能夠腐蝕器件層的自然氧化層的腐蝕液腐蝕研磨后的器件層表面； 采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝拋光腐蝕后的器件層表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，其特征在于，所述器件層的材料是單晶硅，所述腐蝕液進(jìn)一步是含有氟化氫的腐蝕液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，其特征在于，所述腐蝕液進(jìn)一步是HF與HNO3的混酸溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，其特征在于，所述混酸溶液進(jìn)一步是硝酸、氫氟酸和醋酸混合溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，其特征在于，腐蝕研磨后表面的步驟中，進(jìn)一步是采用旋轉(zhuǎn)腐蝕工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，其特征在于，腐蝕研磨后表面的步驟實(shí)施完畢后，進(jìn)一步對腐蝕后表面實(shí)施噴酸處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，其特征在于，所述器件層的材料是單晶硅，所述噴酸步驟所采用的酸液為氫氟酸溶液，溶液中氟化氫濃度大于5% o
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，其特征在于，所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝進(jìn)一步包括采用雙面拋光工藝拋光帶有絕緣埋層的襯底的兩個表面；采用單面拋光工藝拋光器件層表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，其特征在于，所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝進(jìn)一步包括采用單面拋光工藝拋光腐蝕后的器件層表面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶有絕緣埋層的襯底的表面處理方法，包括如下步驟提供一襯底，所述襯底包括支撐層、支撐層表面的絕緣埋層、及絕緣埋層表面的器件層；研磨減薄器件層的裸露表面；采用能夠腐蝕器件層的自然氧化層的腐蝕液腐蝕研磨后的器件層表面；采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝拋光腐蝕后的器件層表面。本發(fā)明通過采用能夠腐蝕器件層的自然氧化層的腐蝕液腐蝕研磨后的器件層表面，除去自然氧化層，進(jìn)而降低研磨后的CMP工藝對頂層硅總厚度均勻性偏差的影響，提高產(chǎn)品的厚度均勻性。
文檔編號H01L21/302GK102768949SQ20121023332
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者張峰, 曹共柏, 王曦, 魏星 申請人:上海新傲科技股份有限公司