一种soi晶圆的制造方法及其soi晶圆的制作方法
专利名称：一种soi晶圆的制造方法及其soi晶圆的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件及制造领域，特别涉及一种SOI晶圆的制造方法及其SOI晶圆。
背景技术：
绝缘体上娃(Silicon-on-insulator, SOI)技术是一种在娃材料与娃集成电路巨大成功的基础上出现、有其独特优势、能突破硅材料与硅集成电路限制的新技术。随着信息技术的飞速发展，SOI技术在高速微电子器件、低压/低功耗器件、抗辐照电路、高温电子器件以及微机械等主流商用信息技术领域的优势逐渐凸现，被公认为“新一代硅”。SOI作为标准CMOS工艺的一种改进技术,通过在两层娃基板之间封入一个绝缘的氧化层，从而将晶体管元件相互隔离，通常SOI基板由以下三层构成顶层硅，通常为单晶顶层硅，用于形成器件；薄的绝缘二氧化硅的中间层；以及非常厚的硅衬底层，用于为其上面的两层提供机械支撑。虽然SOI晶圆具有更高性能和独特的优势，但其造价也很高，会大大增加制造成本。因此，有必要提出一种造价低且质量高的SOI晶圆及其制造方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种SOI晶圆的制造方法，所述方法包括提供衬底，所述衬底包括价格低并耐高温的材料；在所述衬底的上表面、下表面以及侧面上形成绝缘层，以使衬底被所述绝缘层包围；在所述衬底上表面的绝缘层上形成半导体层；进行退火晶化处理，以使顶层所述半导体层晶化为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层。此外，本发明还提供了根据上述方法形成的SOI晶圆，包括衬底，所述衬底包括价格低并耐高温的材料；形成于所述衬底的上表面、下表面以及侧面上的绝缘层，所述衬底被所述绝缘层包围；形成于所述衬底上表面的绝缘层上的顶层半导体层，其中所述顶层半导体层为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层。根据本发明的SOI晶圆制造方法，采用价格低且能耐高温的材料作为支撑衬底，例如次级硅，并在形成顶层的多晶半导体层后，通过晶化工艺，在顶层形成单晶或大尺寸晶粒的多晶半导体层，从而形成价格低且质量高的SOI晶圆。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I示出了根据本发明的实施例的SOI晶圆的制造方法的流程图；图2-图5示出了根据本发明的实施例的SOI晶圆的各个制造阶段的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。参考图1，图I示出了根据本发明实施例的SOI晶圆制造方法的流程图。步骤SOl，如图2所示，提供衬底200，所述衬底包括价格低并耐高温的材料。所述衬底可以选择价格低于多晶衬底价格的材料，所述衬底的耐热温度在600°C以上，在本发明实施例中，可以选择次级硅，例如太阳能工业中应用的硅片，其具有比微处理器工业中应用的硅片高的杂质浓度，具有价格低的特点，在其他实施例中，所述衬底还可以是玻璃、氧化铝或不锈钢等其他合适的低价材料。本发明对所述衬底的形状和大小不做限制，可以是圆形的，尺寸可以是100mm> 200mm> 300mm或更大尺寸，也可以是方形，尺寸可以是100mm*100mm、200mm*200mm、300mm*300mm 或更大。步骤S02，在所述衬底200的上表面200-1、下表面200-2以及侧面200-3上形成绝缘层210，以使衬底200被所述绝缘层210包围，参考图3。所述绝缘层210可以包括SiO2, Si3N4^Al2O3或其他绝缘材料，或他们的组合，可以是一层结构或多层堆叠结构，在本发明一个实施例中，所述绝缘层210为SiO2，可以采用PECVD(等离子体增强化学气相淀积)、LPCVD (低压化学气相淀积)或ALD (原子层淀积)的方法淀积绝缘材料形成绝缘层210，也可以采用干法或湿法氧化的方法氧化衬底200来形成绝缘层210，还可以通过先氧化而后淀积绝缘材料的方法来形成绝缘层210，以提高工艺效率，此处仅为示例，并不限于此。所述上表面200-1上的绝缘层210的厚度可以为大约9000-11000埃，所述下表面200-2栅的绝缘层的厚度可以小于上表面绝缘层的厚度，例如5000埃左右。在所述衬底200的下表面200-2以及侧面200-3上形成绝缘层210的目的是作为扩散阻挡层，以防止在后续的晶化处理时衬底200中的杂质向外扩散。步骤S03，在所述衬底上表面200-1的绝缘层210上形成半导体层220，参考图4。所述半导体层220可以是多晶的半导体材料，优选的实施例中，可以是多晶硅层，可以采用PECVD或LPCVD的方法在所述衬底上表面200-1的绝缘层210上形成该多晶硅层，所述多晶硅层的厚度可以为200-1500埃。优选地，在形成半导体层后，可以进行去H处理，以减少半导体层220及绝缘层210中的H含量。可以采用加热退火或紫外光照射等方法进行去H处理，半导体层及绝缘层中的H含量的减少，可以增大后续工艺的安全系数，因为过高的H含量，会导致半导体层小范围的爆炸而导致事故或低成品率。
步骤S04，进行 退火晶化处理。可以采用快速热退火、激光退火或其组合以及其他合适的方法进行晶化处理，其中激光退火包括ELA激光退火、Green激光、SLS退火或其组合。可以根据需要，选择不同的退火工艺以及退火的工艺参数(温度、能量、时间以及激光束的角度等)，可以将顶层半导体层晶化为单晶的半导体层(例如单晶硅)，或晶化为具有大尺寸晶粒的多晶半导体层230 (例如大尺寸晶粒的多晶硅层)，参考图5，从而提高顶层半导体层的质量，多晶顶层半导体层晶粒的尺寸大小由退火工艺及工艺参数的选择决定。以上对本发明实施例的SOI晶圆的制造方法进行了详细的描述，此外，本发明还提供了根据上述方法形成的SOI晶圆，参考图5，所述晶圆包括衬底200，所述衬底200包括价格低并耐高温的材料，所述衬底的价格可以是低于多晶硅衬底的价格，所述衬底可以承受的高温为不低于600°C，所述衬底的例子可以包括次级硅、玻璃、氧化铝或不锈钢，从而降低晶圆的价格；形成于所述衬底200的上表面200-1、下表面200-2以及侧面200-3上的绝缘层210,所述衬底200被所述绝缘层210包围；形成于所述衬底200上表面200-1的绝缘层210上的顶层半导体层230，其中所述顶层半导体层230为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层，例如单晶娃或具有大晶粒的多晶娃。以上对本发明实施例的SOI晶圆的制造方法及其SOI晶圆进行了详细的描述，采用价格低且能耐高温的材料作为支撑衬底，例如次级硅，并在形成顶层的半导体层后，通过晶化工艺，在顶层形成了单晶或大尺寸晶粒的顶层半导体层，从而形成价格低且质量高的SOI晶圆。用此种SOI晶圆制造的晶体管具有速度快和漏电小等优点。虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
权利要求
1.一种SOI晶圆的制造方法，所述方法包括 提供衬底，所述衬底包括价格低并耐高温的材料； 在所述衬底的上表面、下表面以及侧面上形成绝缘层，以使所述衬底被所述绝缘层包围； 在所述衬底上表面的绝缘层上形成半导体层； 进行退火晶化处理，以使顶层所述半导体层晶化为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述高温为不低于600°C。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述衬底包括次级硅、玻璃、氧化铝或不锈钢。
4.根据权利要求I所述的方法，其中所述半导体层包括无序硅、多晶硅或其组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述半导体层的厚度为200-1500埃。
6.根据权利要求I所述的方法，在进行退火晶化处理前、形成半导体层后，还包括步骤进行去氢处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述去氢处理包括加热退火或紫外光照射。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述退火晶化处理中的退火工艺包括快速热退火、激光退火、flash退火或其组合。
9.根据权利要求8所述的方法，所述激光退火包括ELA激光退火、Green激光、SLS退火或其组合。
10.一种SOI晶圆，所述SOI晶圆包括 衬底,所述衬底包括价格低并耐高温的材料； 形成于所述衬底的上表面、下表面以及侧面上的绝缘层，所述衬底被所述绝缘层包围； 形成于所述衬底上表面的绝缘层上的顶层半导体层，其中所述顶层半导体层为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层。
11.根据权利要求10所述的SOI晶圆，其中所述高温为不低于600°C。
12.根据权利要求10所述的SOI晶圆，其中所述衬底包括次级硅、玻璃、氧化铝或不锈钢。
13.根据权利要求10所述的SOI晶圆，其中所述顶层半导体层包括单晶硅或具有大晶粒的多晶硅。
全文摘要
本发明提出了一种SOI晶圆的制造方法及其SOI晶圆，所述方法包括提供衬底，所述衬底包括价格低并耐高温的材料；在所述衬底的上表面、下表面以及侧面上形成绝缘层，以使衬底被所述绝缘层包围；在所述衬底上表面的绝缘层上形成半导体层；进行退火晶化处理，以使顶层半导体层晶化为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的、高质量的多晶半导体层。采用价格低且能耐高温的材料作为支撑衬底，并通过晶化工艺，在顶层形成单晶或大尺寸晶粒的顶层半导体层，从而形成价格低且质量高的SOI晶圆。
文档编号H01L21/324GK102623303SQ20111003039
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者朱慧珑, 钟汇才 申请人:朱慧珑, 钟汇才
技术领域：
本发明涉及半导体器件及制造领域，特别涉及一种SOI晶圆的制造方法及其SOI晶圆。
背景技术：
绝缘体上娃(Silicon-on-insulator, SOI)技术是一种在娃材料与娃集成电路巨大成功的基础上出现、有其独特优势、能突破硅材料与硅集成电路限制的新技术。随着信息技术的飞速发展，SOI技术在高速微电子器件、低压/低功耗器件、抗辐照电路、高温电子器件以及微机械等主流商用信息技术领域的优势逐渐凸现，被公认为“新一代硅”。SOI作为标准CMOS工艺的一种改进技术,通过在两层娃基板之间封入一个绝缘的氧化层，从而将晶体管元件相互隔离，通常SOI基板由以下三层构成顶层硅，通常为单晶顶层硅，用于形成器件；薄的绝缘二氧化硅的中间层；以及非常厚的硅衬底层，用于为其上面的两层提供机械支撑。虽然SOI晶圆具有更高性能和独特的优势，但其造价也很高，会大大增加制造成本。因此，有必要提出一种造价低且质量高的SOI晶圆及其制造方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种SOI晶圆的制造方法，所述方法包括提供衬底，所述衬底包括价格低并耐高温的材料；在所述衬底的上表面、下表面以及侧面上形成绝缘层，以使衬底被所述绝缘层包围；在所述衬底上表面的绝缘层上形成半导体层；进行退火晶化处理，以使顶层所述半导体层晶化为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层。此外，本发明还提供了根据上述方法形成的SOI晶圆，包括衬底，所述衬底包括价格低并耐高温的材料；形成于所述衬底的上表面、下表面以及侧面上的绝缘层，所述衬底被所述绝缘层包围；形成于所述衬底上表面的绝缘层上的顶层半导体层，其中所述顶层半导体层为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层。根据本发明的SOI晶圆制造方法，采用价格低且能耐高温的材料作为支撑衬底，例如次级硅，并在形成顶层的多晶半导体层后，通过晶化工艺，在顶层形成单晶或大尺寸晶粒的多晶半导体层，从而形成价格低且质量高的SOI晶圆。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I示出了根据本发明的实施例的SOI晶圆的制造方法的流程图；图2-图5示出了根据本发明的实施例的SOI晶圆的各个制造阶段的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。参考图1，图I示出了根据本发明实施例的SOI晶圆制造方法的流程图。步骤SOl，如图2所示，提供衬底200，所述衬底包括价格低并耐高温的材料。所述衬底可以选择价格低于多晶衬底价格的材料，所述衬底的耐热温度在600°C以上，在本发明实施例中，可以选择次级硅，例如太阳能工业中应用的硅片，其具有比微处理器工业中应用的硅片高的杂质浓度，具有价格低的特点，在其他实施例中，所述衬底还可以是玻璃、氧化铝或不锈钢等其他合适的低价材料。本发明对所述衬底的形状和大小不做限制，可以是圆形的，尺寸可以是100mm> 200mm> 300mm或更大尺寸，也可以是方形，尺寸可以是100mm*100mm、200mm*200mm、300mm*300mm 或更大。步骤S02，在所述衬底200的上表面200-1、下表面200-2以及侧面200-3上形成绝缘层210，以使衬底200被所述绝缘层210包围，参考图3。所述绝缘层210可以包括SiO2, Si3N4^Al2O3或其他绝缘材料，或他们的组合，可以是一层结构或多层堆叠结构，在本发明一个实施例中，所述绝缘层210为SiO2，可以采用PECVD(等离子体增强化学气相淀积)、LPCVD (低压化学气相淀积)或ALD (原子层淀积)的方法淀积绝缘材料形成绝缘层210，也可以采用干法或湿法氧化的方法氧化衬底200来形成绝缘层210，还可以通过先氧化而后淀积绝缘材料的方法来形成绝缘层210，以提高工艺效率，此处仅为示例，并不限于此。所述上表面200-1上的绝缘层210的厚度可以为大约9000-11000埃，所述下表面200-2栅的绝缘层的厚度可以小于上表面绝缘层的厚度，例如5000埃左右。在所述衬底200的下表面200-2以及侧面200-3上形成绝缘层210的目的是作为扩散阻挡层，以防止在后续的晶化处理时衬底200中的杂质向外扩散。步骤S03，在所述衬底上表面200-1的绝缘层210上形成半导体层220，参考图4。所述半导体层220可以是多晶的半导体材料，优选的实施例中，可以是多晶硅层，可以采用PECVD或LPCVD的方法在所述衬底上表面200-1的绝缘层210上形成该多晶硅层，所述多晶硅层的厚度可以为200-1500埃。优选地，在形成半导体层后，可以进行去H处理，以减少半导体层220及绝缘层210中的H含量。可以采用加热退火或紫外光照射等方法进行去H处理，半导体层及绝缘层中的H含量的减少，可以增大后续工艺的安全系数，因为过高的H含量，会导致半导体层小范围的爆炸而导致事故或低成品率。
步骤S04，进行 退火晶化处理。可以采用快速热退火、激光退火或其组合以及其他合适的方法进行晶化处理，其中激光退火包括ELA激光退火、Green激光、SLS退火或其组合。可以根据需要，选择不同的退火工艺以及退火的工艺参数(温度、能量、时间以及激光束的角度等)，可以将顶层半导体层晶化为单晶的半导体层(例如单晶硅)，或晶化为具有大尺寸晶粒的多晶半导体层230 (例如大尺寸晶粒的多晶硅层)，参考图5，从而提高顶层半导体层的质量，多晶顶层半导体层晶粒的尺寸大小由退火工艺及工艺参数的选择决定。以上对本发明实施例的SOI晶圆的制造方法进行了详细的描述，此外，本发明还提供了根据上述方法形成的SOI晶圆，参考图5，所述晶圆包括衬底200，所述衬底200包括价格低并耐高温的材料，所述衬底的价格可以是低于多晶硅衬底的价格，所述衬底可以承受的高温为不低于600°C，所述衬底的例子可以包括次级硅、玻璃、氧化铝或不锈钢，从而降低晶圆的价格；形成于所述衬底200的上表面200-1、下表面200-2以及侧面200-3上的绝缘层210,所述衬底200被所述绝缘层210包围；形成于所述衬底200上表面200-1的绝缘层210上的顶层半导体层230，其中所述顶层半导体层230为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层，例如单晶娃或具有大晶粒的多晶娃。以上对本发明实施例的SOI晶圆的制造方法及其SOI晶圆进行了详细的描述，采用价格低且能耐高温的材料作为支撑衬底，例如次级硅，并在形成顶层的半导体层后，通过晶化工艺，在顶层形成了单晶或大尺寸晶粒的顶层半导体层，从而形成价格低且质量高的SOI晶圆。用此种SOI晶圆制造的晶体管具有速度快和漏电小等优点。虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
权利要求
1.一种SOI晶圆的制造方法，所述方法包括 提供衬底，所述衬底包括价格低并耐高温的材料； 在所述衬底的上表面、下表面以及侧面上形成绝缘层，以使所述衬底被所述绝缘层包围； 在所述衬底上表面的绝缘层上形成半导体层； 进行退火晶化处理，以使顶层所述半导体层晶化为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述高温为不低于600°C。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述衬底包括次级硅、玻璃、氧化铝或不锈钢。
4.根据权利要求I所述的方法，其中所述半导体层包括无序硅、多晶硅或其组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述半导体层的厚度为200-1500埃。
6.根据权利要求I所述的方法，在进行退火晶化处理前、形成半导体层后，还包括步骤进行去氢处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述去氢处理包括加热退火或紫外光照射。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述退火晶化处理中的退火工艺包括快速热退火、激光退火、flash退火或其组合。
9.根据权利要求8所述的方法，所述激光退火包括ELA激光退火、Green激光、SLS退火或其组合。
10.一种SOI晶圆，所述SOI晶圆包括 衬底,所述衬底包括价格低并耐高温的材料； 形成于所述衬底的上表面、下表面以及侧面上的绝缘层，所述衬底被所述绝缘层包围； 形成于所述衬底上表面的绝缘层上的顶层半导体层，其中所述顶层半导体层为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的多晶半导体层。
11.根据权利要求10所述的SOI晶圆，其中所述高温为不低于600°C。
12.根据权利要求10所述的SOI晶圆，其中所述衬底包括次级硅、玻璃、氧化铝或不锈钢。
13.根据权利要求10所述的SOI晶圆，其中所述顶层半导体层包括单晶硅或具有大晶粒的多晶硅。
全文摘要
本发明提出了一种SOI晶圆的制造方法及其SOI晶圆，所述方法包括提供衬底，所述衬底包括价格低并耐高温的材料；在所述衬底的上表面、下表面以及侧面上形成绝缘层，以使衬底被所述绝缘层包围；在所述衬底上表面的绝缘层上形成半导体层；进行退火晶化处理，以使顶层半导体层晶化为单晶的半导体层或具有大尺寸晶粒的、高质量的多晶半导体层。采用价格低且能耐高温的材料作为支撑衬底，并通过晶化工艺，在顶层形成单晶或大尺寸晶粒的顶层半导体层，从而形成价格低且质量高的SOI晶圆。
文档编号H01L21/324GK102623303SQ20111003039
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者朱慧珑, 钟汇才 申请人:朱慧珑, 钟汇才
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