本發(fā)明涉及soi
技術(shù)領域：
，具體涉及一種去除tm-soi(silicononinsulator，絕緣體上硅)頂層硅缺陷的方法。
背景技術(shù)：
：tm-soi是一種基于離子注入剝離法(smart-cut法)的soi技術(shù)，“tm-soi智能切割法”在中國申報了發(fā)明專利，申請?zhí)?00310123080.1，并獲得中國專利局發(fā)明專利授權(quán)。具體方法：在兩硅片之中，至少在其中一方形成氧化膜，并利用離子注入法，以于其中一方的硅片薄膜內(nèi)形成一層離子分離層，使該已注入離子的面隔著氧化膜在室溫下貼合另一方硅片，形成鍵合體。接著加以退火，使鍵合面牢固。然后升高溫度至轉(zhuǎn)變溫度點以上，待溫度平衡穩(wěn)定后，激活高頻交替電場或磁場照射該薄膜，使該離子分離層中的注入離子聚合為氣體分子，形成一層分離膜，分離該薄膜，完成薄膜剝離，形成soi。這種tm-soi方式，有效的提高了微波吸收率，加速了薄膜分離。利用此方法，剝離面為良好的鏡面，可以得到頂層的膜厚均勻性較高的soi硅片。但是，剝離面存在很多剝離坑和砂眼，表面粗糙度大，難以滿足客戶要求。為解決這個問題，通常采用cmp(chemicalmechanicalpolishing，化學機械拋光)的方法。將剝離面進行研磨拋光，研磨至損傷層去除干凈，拋光有效改善了表面的粗糙度。從表面的平整度來看，cmp工藝有效的改善了soi剝離面的粗糙度，也去除了表層的損傷層，但是在離子注入時，離子不可避免地與材料中的晶格原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生原子位移，導致大量的缺陷。當離子注入的劑量很大時，這些缺陷還會重疊并發(fā)生相互作用，產(chǎn)生更為復雜的缺陷。這些缺陷對電學特性產(chǎn)生重要的影響，嚴重影響soi質(zhì)量。而這些單純依靠cmp工藝是無法得到解決的。因此，利用tm-soi技術(shù)，以及cmp工藝，要達到完全去除裂片后損傷層，修復tm-soi頂層硅中的缺陷，減小粗糙度，存在很大的工藝問題和技術(shù)難度。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種去除tm-soi頂層硅缺陷的方法，該方法既可以去除tm-soi工藝后soi頂層硅表面的損傷層及粗糙現(xiàn)象，同時能夠修復tm-soi頂層硅中的缺陷，得到高質(zhì)量的soi硅片。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種去除tm-soi頂層硅缺陷的方法，該方法是針對tm-soi制備的soi硅片，在高溫低壓的環(huán)境下，利用無水hcl氣體修復其頂層硅缺陷，同時改善表面粗糙度，從而獲得高質(zhì)量的soi硅片。該方法包括如下步驟：(1)將tm-soi形成的soi硅片送入密封反應腔；(2)反應腔中通入h2，在常壓及1000～1100℃條件下加熱10～60秒，原位去除硅片表面自然氧化層及其雜質(zhì)，相關反應式為：2h2+sio2—>si+2h2o；(3)降低反應腔壓力，經(jīng)過步驟(2)處理的soi硅片置于無水hcl氣氛中腐蝕其表面的硅層；其中，腐蝕溫度600～1100℃，腐蝕時間10～600秒，腐蝕壓力20～100torr；soi表面相關反應式為：4hcl+si—>sicl4+2h2；3hcl+si—>sihcl3+h2；2hcl+si—>sicl2+h2；同時，在此過程中，隨著溫度升高，壓力降低，soi頂層硅中原來與注入損傷區(qū)的硅原子的懸掛鍵結(jié)合的氫原子，與另外的si-h鍵進行結(jié)合，生成了h2，獲取能量逸出硅片表面，缺陷開始恢復。相關反應式為：si-h+h-si—>si-si+h2(4)反應腔回充h2，恢復反應腔壓力為常壓狀態(tài)，除去反應腔中的雜質(zhì)及殘余hcl后，冷卻至裝載soi硅片溫度，將其送至傳送腔；(5)充入氮氣，吹走氫氣，降至室溫取出，即得到高質(zhì)量的soi硅片。上述步驟(1)中，將soi硅片送入密封反應腔前進行清洗，在硅片表面獲得較好的顆粒及金屬狀態(tài)。上述步驟(2)及步驟(4)中，h2流速為20～80升/分鐘，h2純度為>99.99999％。上述步驟(3)中無水hcl純度為>99.999％，無水hcl氣體流速為0.2～1升/分鐘。上述步驟(3)中無水hcl在特定條件(溫度、氣壓、流量、時間等)下可達到不同的腐蝕效果。硅片表面可腐蝕掉10nm～200nm的硅層。本發(fā)明方法針對利用tm-soi制備的soi硅片進行處理，所述tm-soi工藝是在要成為支撐襯底的基底硅片和要成為soi層的結(jié)合硅片至少其中之一的表面形成氧化膜，然后將氫離子從上述其中之一的硅片表面注入，形成離子注入層，然后隔著上述氧化膜使兩片硅片貼合，并加以退火使貼合面牢固，然后施加微波處理使上述離子注入層進行裂片，形成soi層。但soi層有因離子注入而造成損傷層，表面粗糙，以及soi頂層硅中有缺陷的問題，經(jīng)過cmp工藝處理后，可以去除損傷層，改善表面粗糙度，但是很難去除頂層硅內(nèi)缺陷。為解決此問題本發(fā)明采用hcl在高溫低壓環(huán)境下進行腐蝕，在去除損傷層，達到良好粗糙度的同時，還可以修復soi頂層硅的缺陷。因此，這種工藝改進有很大的技術(shù)優(yōu)勢，為實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的soi材料提供了質(zhì)量保障。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明方法針對利用tm-soi制備的soi硅片，為達到完整去除裂片后損傷層，修復soi缺陷的目的，利用hcl在高溫低壓的環(huán)境下，對soi頂層硅進行腐蝕，高溫提供了反應能量，低壓促進徹底反應。在修復晶格缺陷的同時，腐蝕硅表層，去除了粗糙面。相比于cmp工藝處理，不僅去除了損傷層，改善了粗糙度，同時修復了soi頂層硅的缺陷，制備了高質(zhì)量的soi硅片。2、本發(fā)明方法中采用低壓的方式，有利于將不同深度分布的氫元素進行徹底反應，促使h2排出，修復缺陷。3、本發(fā)明方法中采用低壓的方式，可以有效的清除反應腔內(nèi)的反應劑、副產(chǎn)物及雜質(zhì)，保障了硅片表面狀態(tài)。4、本發(fā)明方法中經(jīng)過短暫的高溫的反應后，直接快速降至室溫，有助于缺陷修復。5、本發(fā)明方法可以實現(xiàn)低速率的腐蝕，能有效去除粒徑小于0.1μm的缺陷，在相同去除量的情況下，cmp工藝是無法做到的。6、本發(fā)明在密封的腔體中進行，避免了與外界接觸，減少了硅片表面的顆粒，提高了硅片的潔凈度。7、本發(fā)明在腐蝕前對硅片表面進行了h2高溫烘烤，有效的去除了soi表層的自然氧化層，使得后續(xù)的hcl腐蝕速率有較為準確的把握。8、本發(fā)明方法中硅片不與過多的化學品接觸，降低了受污染的風險。附圖說明圖1為利用tm-soi技術(shù)制備soi硅片工藝流程示意圖；其中：(a)表示通過離子注入法，將離子或分子離子對著原始硅晶圓片的正表面注入，形成薄膜層和余質(zhì)層；(b)表示將原始硅晶圓片與目標硅晶圓片鍵合形成鍵合結(jié)構(gòu)體；(c)表示用加熱裝置加熱形成鍵合結(jié)構(gòu)體；(d)表示對鍵合結(jié)構(gòu)體施以高頻交替電場或磁場照射處理；(e)表示將薄膜層轉(zhuǎn)移到目標硅晶圓片上，實現(xiàn)薄膜剝離。圖2表示將剝離的薄膜表面進行hcl高溫低壓腐蝕，形成低缺陷，粗糙度良好的頂層硅。圖2中：01-原始硅圓片；02-薄膜層；03-注入離子分離層；04-余質(zhì)層；05-原始硅圓片正表面；06-離子或分子離子；07-目標硅圓片；08-高頻交替電場或磁場照射；09-加熱裝置；10-鍵合結(jié)構(gòu)體；11-頂層硅薄膜。圖3為實施例2中編號7樣品顆粒圖。圖4為實施例2中編號8樣品顆粒圖。圖5為對比例2中編號9樣品顆粒圖。圖6為對比例2中編號10樣品顆粒圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明詳細說明。圖1(a)-(e)為利用tm-soi技術(shù)制備soi硅片工藝流程示意圖。如圖1(a)所示，先利用離子注入法，將離子或分子離子06對著原始硅圓片正表面05注入，形成注入離子分離層03。注入離子分離層03將原始硅圓片01上、下分隔為兩區(qū)：一個為含有注入離子或分子離子06的注入?yún)^(qū)域，此為薄膜層02；一個為不含注入離子或分子離子06的區(qū)域，其定義為余質(zhì)層04。如圖1(b)所示，利用晶圓鍵合法，并配合適當?shù)谋砻娴入x子體處理，使原始硅圓片01與目標硅圓片07的鍵合面能夠獲得足夠的鍵合強度，以將原始硅圓片01與目標硅圓片07相接合成一個鍵合結(jié)構(gòu)體10。如圖1(c)所示，此薄膜分離效應重點在注入離子分離層03的吸收能量能力，故在未激活非熱量，如微波，照射時，先將鍵合結(jié)構(gòu)體10的溫度利用加熱裝置09升溫至轉(zhuǎn)變溫度，增高注入離子分離層03的微波吸收效率，同時也增高原始硅晶圓片01對微波的吸收，以利轉(zhuǎn)移能量至注入離子分離層03，造成大面積且均勻有效率的薄膜轉(zhuǎn)移。如圖1(d)所示，隨后將在穩(wěn)定轉(zhuǎn)變溫度下的原始硅圓片01與目標硅圓片07的鍵合結(jié)構(gòu)體10，施以高頻交替電場或磁場照射08處理。由于注入的離子、分子離子06或經(jīng)撞擊后分裂產(chǎn)生的離子，會與原始硅圓片01原子產(chǎn)生微弱鍵結(jié)生成的原子鍵結(jié)對，因具有陰電性差，產(chǎn)生電偶極，故能對高頻交替電場或磁場照射08感應，并且其可與由其他處分裂出來的相同的原子相結(jié)合，再度形成氣體分子，在該處形成充滿氣體分子的核種。以這種核種為基地，捕捉在晶格間游移的原子，聚合成氣泡。如圖1(e)所示，原始硅圓片01通過介電常數(shù)和損耗因子增加，有效使摻雜源子所產(chǎn)生的載流子在高頻交替電場或磁場中感應成伴隨電流，快速流動，而產(chǎn)生大量的熱能，以非彈性碰撞方式直接轉(zhuǎn)移該熱量至周圍環(huán)繞的注入離子氣體分子，快速提升該氣體分子動能，將原有氣泡造成的體積應變急劇加大。最后形成氣泡層，裂片。圖2為經(jīng)hcl高溫低壓腐蝕后效果圖。在薄膜層02表面狀態(tài)不佳，需進行表面腐蝕處理，通過hcl在高溫低壓環(huán)境下，有效的去除了soi的損傷層，大大改善了表面粗糙度，同時修復了內(nèi)部的缺陷，得到低缺陷密度晶格結(jié)構(gòu)的頂層硅薄膜11。實施例1利用tm-soi技術(shù)制備了直徑200mm裂片后的soi晶圓材料3片，將其置于外延爐反應腔體中進行腐蝕及缺陷修復，具體步驟如下：(1)反應腔中通入h2(流速50升/分鐘，純度>99.99999％)，1050℃下加熱30秒，原位去除硅片表面自然氧化層及其雜質(zhì)；(2)降低反應腔壓力，抽壓達到40torr，經(jīng)過步驟(1)處理的soi硅片置于無水hcl氣氛中腐蝕其表面的硅層腐蝕60秒，；(3)反應腔回充h2(流速20升/分鐘，純度>99.99999％)，恢復反應腔壓力為常壓狀態(tài)，除去反應腔中的雜質(zhì)及殘余hcl后，冷卻至裝載溫度850℃，將其送至傳送腔；(4)充入氮氣，吹走氫氣，降至室溫取出硅片。表1為片內(nèi)腐蝕頂層硅膜厚、均方根微粗糙度(rmsmicroroughness)的測試數(shù)據(jù)：表1對比例1取與實施例1同批次的相同soi晶圓材料3片，經(jīng)過cmp處理，測試各參數(shù)結(jié)果如表2所示：表2通過實施例1和對比例1這兩組數(shù)據(jù)的對比，可看出去除相同膜厚基礎上，本發(fā)明采用的方法rms參數(shù)明顯優(yōu)于cmp方式。實施例2取與實施例1同批次的相同的soi晶圓材料2片，將其置于外延爐反應室，進行hcl腐蝕及缺陷修復。與實施例1不同的條件是腐蝕溫度為850℃，抽壓達到20torr，腐蝕120秒。表3為測試數(shù)據(jù)：表3經(jīng)過此條件處理后，測量的顆粒結(jié)果如表4所示，顆粒圖如圖3、圖4所示。表4對比例2取與實施例1同批次的相同soi晶圓材料2片，經(jīng)過cmp處理，測試各參數(shù)結(jié)果如表5所示：表5經(jīng)過此條件處理后，測量的顆粒結(jié)果如表6所示，顆粒圖如圖5、圖6所示。表6通過實施例2和對比例2這兩組數(shù)據(jù)的對比，可看出去除相同膜厚基礎上，本發(fā)明采用的方法rms參數(shù)優(yōu)于cmp方式。顆粒情況明顯好于cmp方式。soi硅片表面存在的缺陷由于粒徑特別小，在顯微鏡下無法觀察到，通過使用sp1顆粒測試儀檢測，選擇小粒徑(0.09μm)可以明顯的看到這些微缺陷的存在，而這些微缺陷是cmp方式是無法去除，通過本發(fā)明采用的方法完整的去除了。實施例3將實施例1、實施例2、對比實例1和對比實例2中的soi片10片，進行secco腐蝕(純水、49％hf、重鉻酸鉀)20s，然后在光學顯微鏡下觀察，得到的結(jié)果如表7所示：表7編號缺陷數(shù)(ea/cm2)10.120.13070.18040.550.660.591101通過表7的數(shù)據(jù)對比，可看出，本發(fā)明采用的方法缺陷去除方面明顯優(yōu)于cmp工藝。以上所述僅為說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非用以限定本發(fā)明的保護范圍；凡其它未脫離發(fā)明所公開的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在所述的專利申請和權(quán)利要求范圍內(nèi)。當前第1頁12