一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底及其制備方法
【專利摘要】本發明公開一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底，是一種硅-藍寶石-硅襯底，即頂層為硅主動層，中間層為藍寶石薄層，底層為硅襯底。制備方法步驟如下：第一步，采用襯底切割技術將拋光藍寶石薄層均勻切下；第二步，將切下的藍寶石薄層與硅襯底進行熱處理鍵結；第三步，完成頂層的硅主動層。本發明減少了藍寶石用量，提高了利用率，從而降低整體的生產成本，但仍保有SOS優異特性。采用硅當作襯底主體時更有以下優點：（1）與現有以硅襯底為主流的IC工藝及設備高度整合，有效增進生產效能；（2）作為高頻組件襯底散熱能力將影響組件設計與效能，由于硅的熱傳效率顯著優于藍寶石，硅作為襯底主體將有效改進組件散熱效能。
【專利說明】一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底及其制備方法。
【背景技術】
[0002] SOS (Silicon-on-sapphire，藍寶石上覆硅）襯底主要作為高頻組件RFIC的襯 底用途，相較于其他襯底材料，S0S制作的組件成品具有低能耗、組件效率高以及組件尺寸 小等綜合優勢，有其不可忽視的競爭優勢。
[0003] 如圖1所示是商用的S0S襯底100,在拋光藍寶石襯底110上制作硅外延層120， 再如圖2所示是另一種既存工藝的S0S襯底200,在拋光藍寶石襯底210上鍵結以特殊切割 技術切下的硅襯底薄層220形成S0S結構。
[0004] 目前市場上的S0S襯底供貨系以6英吋及8英吋的藍寶石襯底上制作硅外延層， 這樣尺寸的藍寶石襯底成本非常高，再加上硅外延層工藝需要非常細膩的控制，也使得整 體S0S成本及產率受限。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底及其制備方法，以減少藍寶 石用量，提高利用率，降低整體的生產成本，但仍保有S0S優異特性。
[0006] 為了達成上述目的，本發明的解決方案是： 一種藍寶石絕緣層上覆娃襯底，是一種新型Si-〇n-sapphire-〇n-Si (娃-藍寶石-娃） 襯底，即頂層為硅主動層，中間層為藍寶石薄層，底層為硅襯底。
[0007] 所述硅主動層的厚度為l〇〇nm，藍寶石薄層的厚度為150nm，硅襯底的厚度為1mm。
[0008] 所述硅主動層的厚度為1500nm，藍寶石薄層的厚度為1500nm，硅襯底的厚度為 lmm〇
[0009] 一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底的制備方法，步驟如下： 第一步，采用襯底切割技術將拋光藍寶石薄層均勻切下； 第二步，將切下的藍寶石薄層與硅襯底進行熱處理鍵結； 第三步，完成頂層的硅主動層。
[0010] 所述第一步，采用smart-cut智能剝離技術，經熱處理后切片分離。
[0011] 所述第三步，按現有商用工藝進行硅的外延，完成頂層的硅主動層。
[0012] 所述第三步，在拋光硅襯底切下硅薄層，再將這個硅薄層熱處理鍵結在藍寶石薄 層的頂層，完成頂層的硅主動層 所述第二步和第三步，熱處理鍵結程序在同一個設備中依序處理。
[0013] 采用上述方案后，本發明減少了藍寶石用量，提高了利用率，從而降低整體的生產 成本，但仍保有S0S優異特性。采用硅當作襯底主體時更有以下優點：（1)與現有以硅襯底 為主流的1C工藝及設備高度整合，有效增進生產效能；（2)作為高頻組件襯底散熱能力將 影響組件設計與效能，由于硅的熱傳效率顯著優于藍寶石，硅作為襯底主體將有效改進組 件散熱效能。
[0014] 以下結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是一種現有S0S襯底的結構示意圖； 圖2是另一種現有S0S襯底的結構不意圖； 圖3是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 如圖3所示，本發明揭示的一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底，是一種新型硅-藍寶 石-硅襯底，即頂層為硅主動層1 (硅薄層)，中間層為藍寶石薄層2 (藍寶石絕緣層)，底層 為硅襯底3 (襯底主要載體)。
[0017] 其中，頂層的硅主動層1 (單晶硅層）是作為后續制作半導體組件的主動層，厚度 可依需求控制，從小于l〇〇nm到數千nm技術上均可支持，不同的厚度可適用于不同的半導 體組件制作，比如CMOS。中間的藍寶石薄層2是介電層，也叫做絕緣層，智切/鍵結技術 可支持的厚度一樣是從小于l〇〇nm到數千nm以上，從1500nm左右的厚度起就能發揮很優 異的S0I性能。硅襯底3是提供機械強度，厚度約在1mm土數百um。
[0018] 本發明運用于高頻組件時，娃主動層1的最佳厚度為100nm，藍寶石薄層2的最佳 厚度為150nm，娃襯底的最佳厚度為1mm。
[0019] 本發明運用于功率組件時，娃主動層1的最佳厚度為1500nm，藍寶石薄層2的最佳 厚度為1500nm，娃襯底的最佳厚度為1mm。
[0020] 本發明還揭示了一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底的制備方法，具體步驟如下。
[0021] 第一步，采用襯底切割技術將拋光藍寶石薄層2均勻切下。具體采用smart-cut 智能剝離技術（一項既存商用技術），選用適當的離子（如Η氫）進行高劑量離子植入，用 植入能量控制預計切下的厚度，經熱處理后切片分離。
[0022] 第二步，將切下的藍寶石薄層2與硅襯底3進行熱處理鍵結。
[0023] 第三步，完成藍寶石薄層2頂層的硅主動層1。具體可以按現有商用工藝進行硅的 外延，形成硅主動層1。或者，在拋光硅襯底3切下硅薄層，再將這個硅薄層熱處理鍵結在藍 寶石薄層2的頂層，形成硅主動層1，也可以將這次熱處理鍵結程序與第二步在同一個設備 中依序處理，以減少熱循環提升效率。
[0024] 本發明進一步可以具有表面前清洗、前披覆層、前加工等的輔助工藝來增強硅 與藍寶石鍵結。其中，前清洗是使用半導體習用的RCA標準清洗法（1965年由Kern和 Puotinen等人在N. J. Princeton的RCA實驗室首創的，并由此而得名，RCA是一種典型的、 至今仍為最普遍使用的濕式化學清洗法），去除表面顆粒或殘留物質。前被覆層是在藍寶 石表面用氣相法熱裂解SiH4蒸鍍數十納米硅層，參數適當控制下有助于藍寶石與單晶硅 的鍵結。前加工是表面化學機械研磨進行拋光。
[0025] 在不影響高頻組件性能的前提之下，本發明耗用的藍寶石量可以降低到百分之一 以下。
[0026] 上述實施例和圖式并非限定本發明的產品形態和式樣，任何所屬【技術領域】的普通 技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明的專利范疇。
【權利要求】
1. 一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底，其特征在于：是一種硅-藍寶石-硅襯底，即頂層為 硅主動層，中間層為藍寶石薄層，底層為硅襯底。
2. 如權利要求1所述的一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底，其特征在于：硅主動層的厚度 為lOOnm，藍寶石薄層的厚度為150nm，娃襯底的厚度為1mm。
3. 如權利要求1所述的一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底，其特征在于：硅主動層的厚度 為1500nm，藍寶石薄層的厚度為1500nm，硅襯底的厚度為1mm。
4. 如權利要求1所述的一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底，其特征在于：制備方法步驟如 下： 第一步，采用襯底切割技術將拋光藍寶石薄層均勻切下； 第二步，將切下的藍寶石薄層與硅襯底進行熱處理鍵結； 第三步，完成頂層的硅主動層。
5. 如權利要求4所述的一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底，其特征在于：第一步，采用智能 剝離技術，經熱處理后切片分離。
6. 如權利要求4所述的一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底，其特征在于：第三步，按現有商 用工藝進行硅的外延，完成頂層的硅主動層。
7. 如權利要求4所述的一種藍寶石絕緣層上覆硅襯底，其特征在于：第三步，在拋光硅 襯底切下硅薄層，再將這個硅薄層熱處理鍵結在藍寶石薄層的頂層，完成頂層的硅主動層。
8. 如權利要求7所述的一種藍寶石絕緣層上覆娃襯底，其特征在于：第二步和第三步， 熱處理鍵結程序在同一個設備中依序處理。
【文檔編號】H01L23/12GK104103601SQ201410322287
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】王曉靁, 劉伯彥, 鐘其龍 申請人:廈門潤晶光電有限公司