具有預埋腔的SOI基板及其制備方法與流程

本發明涉及半導體制造，尤其涉及一種具有預埋腔的soi基板及其制備方法。

背景技術：

1、具有預埋腔的soi(cavity?soi，c-soi)是一種先進的soi技術，是在soi(silicon-on-insulator，絕緣體上硅)的基礎上進一步發展形成的基底。具有預埋腔的soi的特點是在支撐襯底晶圓中包含預先刻蝕形成的腔體。具有預埋腔的soi技術的應用可以顯著簡化mems器件的制造過程，例如簡化了壓力傳感器的制造工藝。通過在soi制造過程中集成預埋腔體，可以省去后續在襯底層刻蝕腔體的復雜步驟，并允許預制復雜腔體系統。然而，當前制備具有預埋腔的soi的過程中，最大的難點在于頂層硅的制備。由于支撐襯底有空腔，從而會導致部分頂層硅處于懸空狀態，頂層硅越薄越容易出現破碎失效。隨著技術研究的探索和深入、以及半導體行業的不斷發展，具有預埋腔的soi對頂層硅的需求越來越薄。然而，當前為了得到厚度較薄的頂層硅，通過使用成本更高的雙層soi制備得到具有預埋腔的soi，上述工藝不僅成本較高、工藝復雜，而且難以確保頂層硅厚度的均勻性。

2、因此，如何在降低頂層硅厚度的同時，降低具有預埋腔的soi基板制備工藝的難度，降低具有預埋腔的soi基板的制造成本，并提高頂層硅厚度的均勻性，從而改善具有預埋腔的soi基板的性能和制造良率，是當前亟待解決的技術問題。

技術實現思路

1、本發明提供一種具有預埋腔的soi基板及其制備方法，用于在降低頂層硅厚度的同時，降低具有預埋腔的soi基板制備工藝的難度，降低具有預埋腔的soi基板的制造成本，并提高頂層硅厚度的均勻性，從而改善具有預埋腔的soi基板的性能和制造良率。

2、根據一些實施例，本發明提供了一種具有預埋腔的soi基板的制備方法，包括如下步驟：

3、形成支撐襯底，所述支撐襯底包括底層硅、覆蓋于所述底層硅表面的埋氧化層以及貫穿所述埋氧化層并延伸至所述底層硅內部的空腔；

4、形成頂部結構，所述頂部結構包括頂層硅以及覆蓋于所述頂層硅表面的犧牲層；

5、沿所述埋氧化層朝向所述頂層硅的方向連接所述支撐襯底和所述頂部結構；

6、去除所述犧牲層，形成包括所述頂層硅和所述支撐襯底的所述具有預埋腔的soi基板。

7、在一些實施例中，形成支撐襯底的具體步驟包括：

8、形成所述底層硅以及沿第一方向覆蓋于所述底層硅的頂面的所述埋氧化層，所述第一方向與所述底層硅的頂面垂直相交；

9、刻蝕所述埋氧化層和部分的所述底層硅，形成多個沿第二方向間隔排布且沿所述第一方向貫穿所述埋氧化層并延伸至所述底層硅的內部的所述空腔，所述第二方向與所述底層硅的頂面平行。

10、在一些實施例中，形成頂部結構的具體步驟包括：

11、形成犧牲層，所述犧牲層包括沿所述第一方向相對分布的頂面和底面，所述犧牲層為包括第一摻雜離子的單晶硅層；

12、形成所述頂層硅至所述犧牲層的頂面上，所述頂層硅為包括第二摻雜離子的單晶硅層，所述犧牲層中所述第一摻雜離子的濃度與所述頂層硅中所述第二摻雜離子的濃度不同。

13、在一些實施例中，所述第一摻雜離子的種類與所述第二摻雜離子的種類相同。

14、在一些實施例中，所述犧牲層中所述第一摻雜離子的濃度大于所述頂層硅中所述第二摻雜離子的濃度。

15、在一些實施例中，所述頂層硅的厚度小于10μm。

16、在一些實施例中，去除所述犧牲層，形成包括所述頂層硅和所述支撐襯底的所述具有預埋腔的soi基板的具體步驟包括：

17、采用研磨工藝去除部分的所述犧牲層；

18、采用化學腐蝕工藝去除剩余的所述犧牲層。

19、在一些實施例中，采用研磨工藝去除部分的所述犧牲層的具體步驟包括：

20、采用研磨工藝去除部分的所述犧牲層，減薄所述犧牲層的厚度至50μm～60μm。

21、在一些實施例中，采用化學腐蝕工藝去除剩余的所述犧牲層的具體步驟包括：

22、采用化學腐蝕工藝選擇性的去除剩余的全部所述犧牲層，暴露所述頂層硅的表面，所述化學腐蝕工藝所使用的化學腐蝕劑為包括氫氟酸、硝酸和乙酸的混合溶液。

23、根據另一些實施例，本發明還提供了一種具有預埋腔的soi基板，采用如上任一項所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法形成。

24、本發明提供的具有預埋腔的soi基板及其制備方法，通過形成包括頂層硅以及覆蓋于所述頂層硅表面的犧牲層的頂部結構，在將頂部結構與支撐襯底連接之后，去除所述犧牲層，形成包括所述頂層硅和所述支撐襯底的所述具有預埋腔的soi基板，即在與支撐襯底連接之前，已經形成了厚度較薄的所述頂層硅，從而避免了后續研磨懸于空腔上方的頂層硅時易導致頂層硅破碎失效的問題，改善了具有較薄的所述頂層硅的所述具有預埋腔的soi基板的制造良率。而且，本發明無需使用雙層soi晶圓來制備，制備成本較低，且制備工藝簡單，從而提高了半導體結構的制造效率。另外，本發明還通過研磨和化學腐蝕兩步工藝來去除所述犧牲層，且化學腐蝕過程中采用具有高腐蝕選擇比的氫氟酸、硝酸和乙酸的混合溶液，從而有助于降低去除所述犧牲層后暴露的所述頂層硅的表面的粗糙度，得到厚度均勻的所述頂層硅，從而進一步提高了制備得到的具有預埋腔的soi基板的質量。

技術特征：

1.一種具有預埋腔的soi基板的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法，其特征在于，形成支撐襯底的具體步驟包括：

3.根據權利要求2所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法，其特征在于，形成頂部結構的具體步驟包括：

4.根據權利要求3所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法，其特征在于，所述第一摻雜離子的種類與所述第二摻雜離子的種類相同。

5.根據權利要求4所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法，其特征在于，所述犧牲層中所述第一摻雜離子的濃度大于所述頂層硅中所述第二摻雜離子的濃度。

6.根據權利要求1所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法，其特征在于，所述頂層硅的厚度小于10μm。

7.根據權利要求6所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法，其特征在于，去除所述犧牲層，形成包括所述頂層硅和所述支撐襯底的所述具有預埋腔的soi基板的具體步驟包括：

8.根據權利要求7所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法，其特征在于，采用研磨工藝去除部分的所述犧牲層的具體步驟包括：

9.根據權利要求7所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法，其特征在于，采用化學腐蝕工藝去除剩余的所述犧牲層的具體步驟包括：

10.一種具有預埋腔的soi基板，其特征在于，采用如權利要求1-9中任一項所述的具有預埋腔的soi基板的制備方法形成。

技術總結
本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種具有預埋腔的SOI基板及其制備方法。所述具有預埋腔的SOI基板的制備方法包括如下步驟：形成支撐襯底，所述支撐襯底包括底層硅、覆蓋于所述底層硅表面的埋氧化層以及貫穿所述埋氧化層并延伸至所述底層硅內部的空腔；形成頂部結構，所述頂部結構包括頂層硅以及覆蓋于所述頂層硅表面的犧牲層；沿所述埋氧化層朝向所述頂層硅的方向連接所述支撐襯底和所述頂部結構；去除所述犧牲層，形成包括所述頂層硅和所述支撐襯底的所述具有預埋腔的SOI基板。本發明能夠在降低頂層硅厚度的同時，降低了具有預埋腔的SOI基板的制造工藝的難度和制造成本。

技術研發人員：劉松,李煒,劉燕,倪志嬌,魏星
受保護的技術使用者：上海新傲科技股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13