键合晶圆的制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种键合晶圆的制备方法。

背景技术：

1、绝缘层上硅(soi,silicon on insulator)技术目前已成为多数电子材料领域的主流产品之一，随着新能源汽车的高速发展，车规级的soi晶圆车载芯片的集成度逐渐提高，因此市场上对于高均匀性soi晶圆的需求愈来愈高，如何进一步提高soi晶圆的均匀性成为当下发展的一个重要趋势。

2、在soi晶圆的制备技术中，两个晶圆被绝缘埋氧层隔离，可以有效地减少寄生电容，提高器件的速度，并降低功耗。其中公知的一种方法是将两个氧化后的晶圆直接亲水键合，然后通过研磨抛光来减薄顶层晶圆至所需厚度。另一种是将氢、氦等惰性气体的离子注入一晶圆内部形成离子注入层，与另一晶圆键合后，通过热处理在离子注入层处进行剥离，形成soi晶圆。

3、soi晶圆在后续的加固减薄及平坦化工艺中，当机械应力和热应力超出了晶格的承受能力(屈服强度)，会导致晶格变形，因变形的差异，宏观上体现为位错、层错、滑移线等。当晶体发生滑移位错后，位错会沿着晶体的晶向扩展，直到遇到其他位错或晶界。如果位错数量越多，晶体结构就越不稳定，器件性能也就越容易受到影响。位错可以导致介电弛豫、载流子复合和热噪声等多种电学和热学问题，因此在soi晶圆的制备中需要避免位错的产生。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种键合晶圆的制备方法，提高支撑晶圆的机械强度，抑制位错的产生，从而提高键合晶圆的质量。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种键合晶圆的制备方法，包括：

3、提供支撑晶圆，在制备所述支撑晶圆时执行氮掺杂工艺，所述支撑晶圆的氧含量为5.5×1017atoms/cm3～1×1018atoms/cm3；

4、在惰性气体中对所述支撑晶圆执行热处理工艺；

5、提供器件晶圆，将所述支撑晶圆和所述器件晶圆键合形成键合晶圆。

6、可选的，制备所述支撑晶圆的步骤包括：

7、提供籽晶，对所述籽晶执行直拉工艺生长形成晶锭，在执行所述直拉工艺的进程中执行所述氮掺杂工艺，且生长时控制晶体生长参数以使所述晶锭的氧含量为5.5×1017atoms/cm3～1×1018atoms/cm3；

8、对所述晶锭至少依次执行切片工艺、研磨工艺、抛光工艺和清洗工艺以制备获得所述支撑晶圆。

9、可选的，在执行所述直拉工艺的进程中掺入氮化硅材料实现所述氮掺杂工艺。

10、可选的，所述氮掺杂工艺的掺氮浓度为1012atoms/cm3～1015atoms/cm3。

11、可选的，所述晶体生长参数包括生长形成所述晶锭时的转速、压力、磁场和气体流量。

12、可选的，所述热处理工艺的工艺时间为30min～600min，所述热处理工艺的工艺温度为500℃～900℃。

13、可选的，所述器件晶圆和所述支撑晶圆的厚度为500μm～800μm。

14、可选的，在将所述支撑晶圆和所述器件晶圆键合之前，还包括对所述支撑晶圆和所述器件晶圆执行热氧化工艺，以在所述支撑晶圆和所述器件晶圆的表面分别形成第一氧化层和第二氧化层；键合后所述支撑晶圆和所述器件晶圆的键合面之间的第一氧化层和第二氧化层作为绝缘埋氧层。

15、可选的，所述第二氧化层的厚度小于0.3μm，所述绝缘埋氧层的厚度为0.1μm～3μm。

16、可选的，在形成所述键合晶圆后，还包括对所述键合晶圆至少依次执行热处理加固工艺、边缘倒角工艺、研磨工艺及抛光工艺。

17、在本发明提供的键合晶圆的制备方法中，提供支撑晶圆，在制备支撑晶圆时执行氮掺杂工艺，支撑晶圆的氧含量为5.5×1017atoms/cm3～1×1018atoms/cm3；在惰性气体中对支撑晶圆执行热处理工艺；提供器件晶圆，将支撑晶圆和器件晶圆键合形成键合晶圆。本发明中通过在制备支撑晶圆时执行氮掺杂工艺，控制支撑晶圆的氧含量为5.5×1017atoms/cm3～1×1018atoms/cm3，以及在惰性气体中对支撑晶圆执行热处理工艺，能够提高氧沉淀密度，用于位错钉扎，提高支撑晶圆的机械强度，抑制位错的产生，从而提高键合晶圆的质量。

技术特征：

1.一种键合晶圆的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的键合晶圆的制备方法，其特征在于，制备所述支撑晶圆的步骤包括：

3.如权利要求1或2所述的键合晶圆的制备方法，其特征在于，在执行所述直拉工艺的进程中掺入氮化硅材料实现所述氮掺杂工艺。

4.如权利要求3所述的键合晶圆的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂工艺的掺氮浓度为1012atoms/cm3～1015atoms/cm3。

5.如权利要求2所述的键合晶圆的制备方法，其特征在于，所述晶体生长参数包括生长形成所述晶锭时的转速、压力、磁场和气体流量。

6.如权利要求1所述的键合晶圆的制备方法，其特征在于，所述热处理工艺的工艺时间为30min～600min，所述热处理工艺的工艺温度为500℃～900℃。

7.如权利要求1所述的键合晶圆的制备方法，其特征在于，所述器件晶圆和所述支撑晶圆的厚度为500μm～800μm。

8.如权利要求1所述的键合晶圆的制备方法，其特征在于，在将所述支撑晶圆和所述器件晶圆键合之前，还包括对所述支撑晶圆和所述器件晶圆执行热氧化工艺，以在所述支撑晶圆和所述器件晶圆的表面分别形成第一氧化层和第二氧化层；键合后所述支撑晶圆和所述器件晶圆的键合面之间的第一氧化层和第二氧化层作为绝缘埋氧层。

9.如权利要求8所述的键合晶圆的制备方法，其特征在于，所述第二氧化层的厚度小于0.3μm，所述绝缘埋氧层的厚度为0.1μm～3μm。

10.如权利要求1所述的键合晶圆的制备方法，其特征在于，在形成所述键合晶圆后，还包括对所述键合晶圆至少依次执行热处理加固工艺、边缘倒角工艺、研磨工艺及抛光工艺。

技术总结本发明提供了一种键合晶圆的制备方法，包括：提供支撑晶圆，在制备支撑晶圆时执行氮掺杂工艺，支撑晶圆的氧含量为5.5×10<supgt;17</supgt;atoms/cm<supgt;3</supgt;～1×10<supgt;18</supgt;atoms/cm<supgt;3</supgt;；在惰性气体中对支撑晶圆执行热处理工艺；提供器件晶圆，将支撑晶圆和器件晶圆键合形成键合晶圆。本发明能够提高支撑晶圆的机械强度，抑制位错的产生，从而提高键合晶圆的质量。技术研发人员：汪子文,李名浩,魏星,李炜受保护的技术使用者：上海新傲芯翼科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25