一種硅襯底及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種硅襯底及其制造方法，所述制造方法包括步驟：1）提供第一硅片及第二硅片，分別于所述第一硅片的表面及第二硅片的表面形成第一多晶硅層及第二多晶硅層；2）鍵合所述第一多晶硅層及第二多晶硅層。本發(fā)明采用多晶硅的吸雜作用代替BMD的吸雜作用，采用本發(fā)明的制造方法可以制作出低BMD的硅襯底。本發(fā)明的硅襯底具有較高的穩(wěn)定性，BMD不需要隨半導(dǎo)體工藝熱制程的變化而變化，也不需要在硅片的拉晶過程中用故意增加BMD的濃度。本發(fā)明步驟和結(jié)構(gòu)簡單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】
一種硅襯底及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是涉及一種硅襯底及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)將是全球信息化高度發(fā)展的世紀(jì)，以集成電路工業(yè)為基礎(chǔ)的信息產(chǎn)業(yè)在全球經(jīng)濟中的戰(zhàn)略地位不斷提升，已經(jīng)超越鋼鐵、汽車成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。集成電路目前正朝著“更快、更好、更便宜”的方向發(fā)展，在技術(shù)特征上表現(xiàn)為“器件特征線寬更小，硅片直徑更大"。根據(jù)“硅工業(yè)協(xié)會”在2005年發(fā)布的《國際半導(dǎo)體技術(shù)指南》預(yù)測，到2015年，集成電路的特征線寬將縮小到25nm，而同時硅片直徑將增大到450mm。集成電路現(xiàn)在正處于從深亞微米尺度向納米尺度過渡的發(fā)展階段，對作為集成電路基礎(chǔ)的硅單晶材料提出了新的挑戰(zhàn)，使得直拉硅單晶正朝著“高完整性、高均勻性、大直徑”的方向發(fā)展。氧是直拉硅中最重要的非故意摻入的雜質(zhì)，它是在晶體生長過程中由石英坩禍引入的，在硅中往往高達117?10 isVcm3數(shù)量級，通常處于過飽和狀態(tài)。氧原子在晶體生長的冷卻過程中會聚集形成原生氧沉淀，并在后續(xù)集成電路制造的熱工藝過程中進一步長大。氧沉淀是直拉硅中最重要的微缺陷，對單晶的性質(zhì)和集成電路的成品率有著重要的影響。一方面，尺寸合適的氧沉淀有利于提高硅片的機械性能，從而抑制硅片在器件高溫制作過程中的翹曲，另一方面，硅片體內(nèi)的氧沉淀及其誘生缺陷可以作為吸雜點，有效吸除在集成電路制造過程中引入到硅片表面的金屬沾污，這就是所謂的內(nèi)吸雜，是硅片缺陷工程的重要應(yīng)用之一。在集成電路制造過程中控制和利用氧沉淀被認(rèn)為是硅片缺陷工程的核心問題。在硅片的近表面區(qū)域中形成無晶體缺陷和金屬雜質(zhì)的潔凈區(qū)，以及在體內(nèi)形成高密度體微缺陷(bulk-microdefect，BMD)，將有利于提高集成電路的成品率。然而，隨著直拉硅的大直徑化，硅中氧含量有所降低，另一方面集成電路制造的熱預(yù)算較以前有顯著降低，這兩方面都不利于氧沉淀的生成從而削弱了硅片的內(nèi)吸雜能力，因此傳統(tǒng)內(nèi)吸雜工藝受到了挑戰(zhàn)。
[0003]半導(dǎo)體前沿技術(shù)對娃片對金屬的吸雜性能的要求越來越高，娃片的吸雜性能現(xiàn)在主要依靠娃片體內(nèi)的體微缺陷(bulk-micro defect，BMD)，例如，對于28nm線寬工藝來說，娃片內(nèi)的BMD濃度要求需要大于lE8ea/cm3。
[0004]然而，硅片內(nèi)的BMD不能無限增多，如果BMD太多，在半導(dǎo)體制造工藝過程中會引起硅片的微變形，在光刻時會起覆蓋問題。
[0005]另外，BMD除了和硅片本身有關(guān)外，還和半導(dǎo)體工藝的熱制程息息相關(guān)，現(xiàn)行方法及其缺點:第一、要控制拉晶過程中硅片原物料本身BMD，第二、要控制半導(dǎo)體工藝熱制程不會造成BMD增多變大，而造成硅片的微變形，第三、BMD是動態(tài)變化的，受半導(dǎo)體工藝熱制程的影響，硅片本體BMD要和半導(dǎo)體工藝熱制程相匹配，如果硅片本體BMD和半導(dǎo)體工藝熱制程兩者之一發(fā)生變化，都要對兩者進行重新評估。
[0006]鑒于以上原因，提供一種制作低BMD的硅襯底實屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種硅襯底及其制造方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中硅片中BMD含量需求較高的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種硅襯底的制造方法，所述制造方法包括步驟:
[0009]I)提供第一硅片及第二硅片，分別于所述第一硅片的表面及第二硅片的表面形成第一多晶硅層及第二多晶硅層；
[0010]2)鍵合所述第一多晶硅層及第二多晶硅層。
[0011]作為本發(fā)明的硅襯底的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟I)中，所述第一硅片及第二娃片中的體微缺陷濃度為不大于lE6ea/cm3。
[0012]作為本發(fā)明的硅襯底的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟I)中，采用化學(xué)氣相沉積法分別于所述第一硅片的表面及第二硅片的表面形成第一多晶硅層及第二多晶硅層。
[0013]進一步地，所述化學(xué)氣相沉積法采用的前驅(qū)物為SiH4，反應(yīng)溫度范圍為500?7000C，反應(yīng)氣壓范圍為0.5?0.2Torr。
[0014]作為本發(fā)明的硅襯底的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述第一多晶硅層及第二多晶硅層的總厚度范圍分別為700?900nm。
[0015]作為本發(fā)明的硅襯底的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)包括:
[0016]2-1)分別于所述第一多晶硅層及第二多晶硅層表面形成第一氧化層及第二氧化層；
[0017]2-2)鍵合所述第一氧化層及第二氧化層，于所述第一多晶硅及第二多晶硅之間形成S1-O-Si鍵合，鍵合的溫度范圍為800?1200°C。
[0018]作為本發(fā)明的硅襯底的制造方法的一種優(yōu)選方案，還包括步驟3)，減薄所述第一硅片及第二硅片，減薄后的第一硅片及第二硅片的厚度范圍為700?800um。
[0019]本發(fā)明還提供一種娃襯底，包括第一娃片、結(jié)合于所述第一娃片表面的多晶娃層、以及結(jié)合于所述多晶硅層表面的第二硅片。
[0020]作為本發(fā)明的娃襯底的一種優(yōu)選方案，所述第一娃片及第二娃片中的體微缺陷濃度為不大于lE8ea/cm3。
[0021]作為本發(fā)明的硅襯底的一種優(yōu)選方案，所述第一硅片及第二硅片的厚度范圍為700?800um，所述多晶硅層的厚度范圍為1400?1800nm。
[0022]如上所述，本發(fā)明提供一種硅襯底及其制造方法，所述制造方法包括步驟:1)提供第一硅片及第二硅片，分別于所述第一硅片的表面及第二硅片的表面形成第一多晶硅層及第二多晶硅層；2)鍵合所述第一多晶硅層及第二多晶硅層。本發(fā)明采用多晶硅的吸雜作用代替BMD的吸雜作用，采用本發(fā)明的制造方法可以制作出低BMD的硅襯底。本發(fā)明的硅襯底具有較高的穩(wěn)定性，BMD不需要隨半導(dǎo)體工藝熱制程的變化而變化，也不需要在硅片的拉晶過程中用故意增加BMD的濃度。本發(fā)明步驟和結(jié)構(gòu)簡單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0023]圖1顯示為本發(fā)明的硅襯底的制造方法的步驟流程示意圖。
[0024]圖2?圖3顯示為本發(fā)明的硅襯底的制造方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4?圖6顯示為本發(fā)明的硅襯底的制造方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7顯示為本發(fā)明的硅襯底的制造方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖8顯示為本發(fā)明的硅襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]元件標(biāo)號說明
[0029]101第一硅片
[0030]201第二硅片
[0031]102第一多晶娃層
[0032]202第二多晶硅層
[0033]103第一氧化層
[0034]203第二氧化層
[0035]Sll?S13步驟I)?步驟3)
[0036]301第一硅片
[0037]302多晶硅層
[0038]303氧化層
[0039]304第二硅片
【具體實施方式】
[0040]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0041]請參閱圖1?圖8。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0042]實施例1
[0043]如圖1?圖7所示，本實施例提供一種硅襯底的制造方法，所述制造方法包括步驟:
[0044]如圖1?圖3所示，首先進行步驟1)S11，提供第一硅片101及第二硅片201，分別于所述第一硅片101的表面及第二硅片201的表面形成第一多晶硅層102及第二多晶硅層202.
[0045]作為示例，所述第一硅片101及第二硅片201中的體微缺陷濃度為不大于lE6ea/cm3。當(dāng)然，所述第一硅片101及第二硅片201中的體微缺陷濃度也可以大于lE6ea/cm3，可以依據(jù)需求進行選擇，如lE7ea/cm3、lE8ea/cm3等，但是，在選擇的過程中，本發(fā)明可以選擇比實際需求的BMD濃度更低的硅片。
[0046]作為示例，采用化學(xué)氣相沉積法分別于所述第一硅片101的表面及第二硅片201的表面形成第一多晶硅層102及第二多晶硅層202。在本實施例中，所述化學(xué)氣相沉積法采用的前驅(qū)物為SiH4，反應(yīng)溫度范圍為500?700°C，反應(yīng)氣壓范圍為0.5?0.2Torr0具體地，采用的反應(yīng)溫度為620°C，反應(yīng)的氣壓為0.1ITorr。
[0047]作為示例，所述第一多晶硅層102及第二多晶硅層202的厚度范圍分別為700?900nm。在本實施例中，所述第一多晶硅層102及第二多晶硅層202的厚度800nmo
[0048]如圖1及圖4?圖6所示，然后進行步驟2) S12，鍵合所述第一多晶硅層102及第二多晶硅層202。
[0049]具體地，包括步驟:
[0050]如圖4所示進行步驟2-1)，分別于所述第一多晶硅層102及第二多晶硅層202表面形成第一氧化層103及第二氧化層203，在本實施例中，采用熱氧化方法形成所述第一氧化層103及第二氧化層203，所述第一氧化層103及第二氧化層203的厚度為50nm。
[0051]如圖5?圖6所示進行步驟2-2)，鍵合所述第一氧化層103及第二氧化層203，于所述第一多晶硅及第二多晶硅之間形成S1-O-Si鍵合，鍵合的溫度范圍為800?1200°C。在本實施例中，鍵合的溫度為1000°C。
[0052]如圖1及圖7所示，最后進行步驟3) S13，減薄所述第一硅片101及第二硅片201，減薄后的第一硅片101及第二硅片201的厚度范圍為700?800um。
[0053]在本實施例中，采用研磨方法減薄所述第一硅片101及第二硅片201，減薄后，采用機械化學(xué)拋光法CMP對所述第一硅片101及第二硅片201的表面進行拋光，獲得性能良好的硅片表面，以完成所述硅襯底的制備。
[0054]實施例2
[0055]如圖8所不，本實施例提供一種娃襯底，包括第一娃片301、結(jié)合于所述第一娃片301表面的多晶硅層302、以及結(jié)合于所述多晶硅層302表面的第二硅片304。
[0056]作為不例，所述第一娃片301及第二娃片304中的體微缺陷濃度為不大于lE6ea/cm3。當(dāng)然，所述第一硅片101及第二硅片201中的體微缺陷濃度也可以大于lE6ea/cm3，可以依據(jù)需求進行選擇，如lE7ea/cm3、lE8ea/cm3等，但是，在選擇的過程中，本發(fā)明可以選擇比實際需求的BMD濃度更低的硅片。
[0057]作為示例，所述第一硅片301及第二硅片304的厚度范圍為700?800um，所述多晶硅層302的厚度范圍為1400?1800nm。在本實施例中，所述第一硅片301及第二硅片304的厚度為775um，所述多晶硅層302的厚度為1600nm。
[0058]作為示例，所述多晶硅層中包含有氧化層303，以于上下兩層多晶硅中形成S1-O-Si鍵合鍵合。
[0059]如上所述，本發(fā)明提供一種硅襯底及其制造方法，所述制造方法包括步驟:1)提供第一硅片101及第二硅片201，分別于所述第一硅片101的表面及第二硅片201的表面形成第一多晶硅層102及第二多晶硅層202 ;2)鍵合所述第一多晶硅層102及第二多晶硅層202。本發(fā)明采用多晶硅的吸雜作用代替BMD的吸雜作用，采用本發(fā)明的制造方法可以制作出低BMD的硅襯底。本發(fā)明的硅襯底具有較高的穩(wěn)定性，BMD不需要隨半導(dǎo)體工藝熱制程的變化而變化，也不需要在硅片的拉晶過程中用故意增加BMD的濃度。本發(fā)明步驟和結(jié)構(gòu)簡單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0060]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種娃襯底的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括步驟: 1)提供第一硅片及第二硅片，分別于所述第一硅片的表面及第二硅片的表面形成第一多晶娃層及第二多晶娃層； 2)鍵合所述第一多晶硅層及第二多晶硅層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底的制造方法，其特征在于:步驟I)中，所述第一硅片及第二硅片中的體微缺陷濃度為不大于lE6ea/cm3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底的制造方法，其特征在于:步驟I)中，采用化學(xué)氣相沉積法分別于所述第一硅片的表面及第二硅片的表面形成第一多晶硅層及第二多晶硅層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅襯底的制造方法，其特征在于:所述化學(xué)氣相沉積法采用的前驅(qū)物為SiH4，反應(yīng)溫度范圍為500?700°C，反應(yīng)氣壓范圍為0.5?0.2Torr。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底的制造方法，其特征在于:所述第一多晶硅層及第二多晶硅層的厚度范圍分別為700?900nmo6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底的制造方法，其特征在于:步驟2)包括: 2-1)分別于所述第一多晶硅層及第二多晶硅層表面形成第一氧化層及第二氧化層； 2-2)鍵合所述第一氧化層及第二氧化層，于所述第一多晶硅及第二多晶硅之間形成S1-O-Si鍵合，鍵合的溫度范圍為800?1200°C。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底的制造方法，其特征在于:還包括步驟3)，減薄所述第一硅片及第二硅片，減薄后的第一硅片及第二硅片的厚度范圍為700?800um。8.—種娃襯底，其特征在于:包括第一娃片、結(jié)合于所述第一娃片表面的多晶娃層、以及結(jié)合于所述多晶硅層表面的第二硅片。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅襯底，其特征在于:所述第一硅片及第二硅片中的體微缺陷濃度為不大于lE6ea/cm3。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅襯底，其特征在于:所述第一硅片及第二硅片的厚度范圍為700?800um，所述多晶硅層的厚度范圍為1400?1800nm。
【文檔編號】H01L21/02GK105845548SQ201510024145
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月16日
【發(fā)明人】譚玉榮
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司