本发明属于半导体，设计一种复合衬底的制备方法，尤其涉及一种提升sosic复合衬底键合质量的方法。
背景技术：
1、绝缘层硅soi(silicon on insulator)是一种在常规单晶硅硅片内埋置一层起绝缘作用的二氧化硅而形成的半导体硅材料。soi可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除体硅cmos电路中的寄生闩锁效应。采用soi制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此，可以说soi是一种深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流方法，这些优点使soi在绝大多数硅基集成电路中具有广泛的应用前景。
2、在传统的soi复合衬底材料中，支撑衬底采用的仍然是硅材料，但随着高功率和高频率器件对散热能力的需求，传统的硅衬底已经不能满足散热需求，将具有高热导率的碳化硅作为支撑衬底制备成的sosic可以有效解决传统soi复合衬底的散热问题。
3、sosic衬底在制备过程中，需要将硅单晶层转移到支撑衬底上面，现有技术需要对单晶硅衬底进行高剂量的氢或氦元素的离子注入，在一定深度形成了存在大量氢或氦聚集的弱化层，在注入过程中，由于单晶硅晶格的损伤以及氢或氦原子的占位，导致单晶硅在注入面的中心区域产生了沿表面法线方向的凸起，使键合时晶圆中心的键合强度高于边缘的键合强度，进而使裂片后的边缘转移不完整，呈现锯齿状。而且，溅射沉积的速率受到靶材-基板间距的影响，间距越大则沉积速率相对越慢，所以注入后的单晶硅在沉积绝缘层薄膜时，呈现中间厚边缘薄的问题，导致键合界面中间绝缘层的厚度不一致，进而影响器件的电性差异。
4、同时，又由于硅和碳化硅两种材料的热膨胀系数存在较大差异，相同温度下，碳化硅的热膨胀系数大于硅的热膨胀系数，碳化硅衬底的形变量高于硅衬底的形变量，进而造成复合衬底沿碳化硅侧中心凸起，最终导致形变过大而产生崩裂问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种提升sosic复合衬底键合质量的方法，该方法能够改善由离子注入产生的界面平整度差的问题，还能够在实现两片sosic复合衬底制备的同时，提高sosic复合衬底的质量，有效降低应力导致的翘曲碎片问题。
2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
3、本发明提供了一种提升sosic复合衬底键合质量的方法，所述方法包括如下步骤：
4、(1)硅衬底具有相对设置的第一表面与第二表面，分别对第一表面与第二表面进行离子注入，形成靠近第一表面的第一离子注入层以及靠近第二表面的第二离子注入层；
5、其中，对第一表面进行离子注入的次数为至少1次，且对第二表面进行离子注入的次数为至少1次；
6、(2)分别在硅衬底的第一表面与第二表面原位沉积找平层，提升硅衬底表面平整度；
7、(3)提供硅面分别独立地设置有绝缘层的第一碳化硅衬底与第二碳化硅衬底，使第一碳化硅衬底、第二碳化硅衬底的绝缘层侧分别与硅衬底的双面键合，得到第一键合体；
8、(4)第一键合体进行裂片处理，得到两片sosic键合片，分别依次进行退火处理与抛光处理，得到sosic复合衬底。
9、本发明通过双面离子注入，克服了单面离子注入造成的硅衬底应力形变问题，能够减少硅衬底发生的翘曲，也能够提高后续绝缘层的膜厚均匀性；而后通过找平层的沉积，填补了由离子注入导致的中间凸起，提升了硅衬底表面的平整度，从而保证硅衬底与碳化硅衬底进行键合时的键合质量；由于在硅衬底的相对两个表面均键合有碳化硅衬底，因此在进行裂片时，两个键合界面会产生大小相等、方向相反的两个热应力，从而达到相互抵消的效果，因此，本发明提供的方法还能够有效改善硅和碳化硅两种材料由于热膨胀系数差异导致的碎片问题。
10、本发明提供的方法中，原位沉积是指利用ar离子源直接对目标靶材进行轰击，被轰击下来的靶材会以原子或者分子形式沉积在硅衬底的第一表面与第二表面，形成找平层；这种原位沉积方法得到的绝缘层具有纯度高、致密度性好的优势，而且，通过分步溅射不同靶材，可以形成多层不同材料的找平层。
11、此外，原位沉积找平层时，通过控制靶材与衬底的距离(t/s)，能够改变沉积层的的厚度分布，例如，在一定距离范围内，随着靶材和衬底距离的增加，沉积层的厚度分布由中心低边缘高(参见图2)，向中心高边缘低进行改变，通过对离子注入后的硅衬底的翘曲度进行测量，对原位沉积找平层时靶材与衬底的距离进行设置，可以实现沉积中心低边缘高的找平层，中心低边缘高的找平层与沉积面的中心凸起边缘塌陷形成互补，从而提升硅衬底表面平整度。
12、优选地，沉积中心低边缘高的找平层时，控制t/s为50-70mm，例如可以是50mm、55mm、60mm、65mm或70mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
13、本发明提供的方法中，需要对硅衬底相对设置的第一表面与第二表面均进行离子注入，且对第一表面与第二表面进行离子注入的次数分别独立地为至少1次，例如可以是1次、2次、3次、4次或5次，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。而且，第一表面进行离子注入的次数与第二表面进行离子注入的次数能够相等或不等。
14、作为优选的技术方案，第一表面进行离子注入的总注入粒子数量为n计，第一表面进行离子注入的次数为n时，单次离子注入的注入粒子数量为n/n。
15、作为优选的技术方案，第二表面进行离子注入的总注入粒子数量为n计，第一表面进行离子注入的次数为n时，单次离子注入的注入粒子数量为n/n。
16、优选地，对第一表面进行单次离子注入后，对第二表面进行单次离子注入，再对第一表面进行单次离子注入，循环往复，直至完成对第一表面以及第二表面的离子注入。
17、优选地，步骤(1)所述离子注入使用的离子包括氢离子和/或氦离子。
18、优选地，步骤(1)所述离子注入的能量为20-160kev，例如可以是20kev、40kev、50kev、80kev、100kev、120kev、150kev或160kev，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
19、优选地，步骤(1)所述离子注入的深度为100-1500nm，例如可以是100nm、300nm、500nm、800nm、1000nm、1200nm或1500nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
20、优选地，步骤(1)所述第一离子注入层中，注入的离子数量为1e16-1e18atoms/cm2，例如可以是1e16atoms/cm2、5e16atoms/cm2、1e17atoms/cm2、5e17atoms/cm2、1e18atoms/cm2，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
21、优选地，步骤(1)所述第二离子注入层中，注入的粒子数量为1e16-1e18atoms/cm2，例如可以是1e16atoms/cm2、5e16atoms/cm2、1e17atoms/cm2、5e17atoms/cm2、1e18atoms/cm2，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
22、优选地，步骤(1)所述第一离子注入层与第二离子注入层中，注入的粒子数量相等。
23、优选地，所述第一表面与第二表面进行离子注入的总次数为至少3次，例如可以是3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次或10次，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
24、本发明中，第一表面与第二表面进行离子注入的总次数越多，则对硅衬底翘曲度的改善效果越好，但过多的次数会延长sosic复合衬底的制备时间，降低sosic复合衬底的制备效率。因此，作为本发明优选的技术方案，只要使第一表面与第二表面进行离子注入的总次数为3次即可；进一步优选地，使第一表面进行离子注入的次数>第二表面进行离子注入的次数。
25、本发明中不对找平层的厚度做具体限定，例如，离子注入后的翘曲度为8μm，则找平层的厚度为8μm；离子注入后的翘曲度为83μm，则找平层的厚度为83μm；即找平层的厚度与离子注入后的翘曲度相当。
26、优选地，所述绝缘层的厚度为1-50nm，例如可以是1nm、5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm或50nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
27、本发明提供的方法中，绝缘层的厚度随着靶材与衬底距离的改变，存在中心低边缘高，以及中心高边缘低的不同沉积情况，因此，本发明中绝缘层的厚度是指平均厚度。
28、本发明原位沉积找平层的目的时为了提升硅衬底的表面平整度，因此对找平层的材料没有特别限定；但为了提升与碳化硅衬底之间的键合效果，优选找平层的材质与绝缘层的材质相同、或直接采用与衬底材质相同的硅。
29、优选地，所述找平层的材质包括硅、氧化硅、氮化硅或氧化铝中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括硅与氧化硅的组合，氧化硅与氮化硅的组合，氮化硅与氧化铝的组合，硅、氧化硅与氮化硅的组合，氧化硅、氮化硅与氧化铝的组合，或硅、氧化硅、氮化硅与氧化铝的组合。
30、优选地，所述绝缘层的材质包括氧化硅、氮化硅或氧化铝中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氧化硅与氮化硅的组合，氮化硅与氧化铝的组合，氧化硅与氧化铝的组合，或氧化硅、氮化硅与氧化铝的组合。
31、优选地，步骤(2)所述原位沉积找平层的温度为20-30℃，例如可以是20℃、25℃或30℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
32、优选地，步骤(2)所示原位沉积找平层的绝对真空度≤10-5pa，例如可以是0.1×10-5pa、0.3×10-5pa、0.5×10-5pa、0.8×10-5pa或1×10-5pa，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
33、优选地，步骤(2)所述原位沉积找平层时，ar的流量为20-80sccm，例如可以是20sccm、40sccm、50sccm、60sccm或80sccm，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
34、本发明提供的方法中，键合是指，将第一碳化硅衬底的绝缘层与第一表面的找平层键合，第二碳化硅衬底的绝缘层与第二表面的找平层键合；或，将第一碳化硅衬底的绝缘层与第二表面的找平层键合，第二碳化硅衬底的绝缘层与第一表面的找平层键合。
35、优选地，步骤(3)所述键合的温度为20-40℃，例如可以是20℃、25℃、30℃、35℃或40℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
36、优选地，步骤(3)所述键合的绝对真空度≤10-5pa，例如可以是0.1×10-5pa、0.3×10-5pa、0.5×10-5pa、0.8×10-5pa或1×10-5pa，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
37、优选地，步骤(3)所述键合的压力为40-60kn，例如可以是40kn、45kn、50kn、55kn或60kn，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
38、在本发明提供的键合条件下，能够使键合强度达到1.5j/m2以上。
39、优选地，步骤(4)所述裂片处理的温度为750-850℃，例如可以是750℃、780℃、800℃、820℃或850℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
40、优选地，步骤(4)所述裂片处理的时间为5min-2h，例如可以是5min、0.5h、1h、1.5h或2h，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
41、本发明步骤(4)所述裂片处理，不仅能够得到两片sosic，还能够得到可回收利用的硅衬底。
42、优选地，步骤(4)所述退火处理在保护气氛中进行。
43、所述保护气氛所用气体包括氮气和/或氩气。
44、优选地，步骤(4)所述退火处理的温度为1000-1200℃，时间为1-4h。
45、本发明提供的方法，通过退火处理，能够消除离子注入导致的晶体缺陷。
46、退火处理的温度为1000-1200℃，例如可以是1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
47、退火处理的时间为1-4h，例如可以是1h、1.5h、2h、3h或4h，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
48、优选地，步骤(4)所述抛光处理的去除量为例如可以是或但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
49、本发明不对抛光处理的具体方法进行限定，使用本领域常规抛光处理的方法，在去除量仅为的前提下，即可使表面粗糙度达到0.2nm以下。
50、优选地，通过在第一碳化硅衬底的硅面原位沉积绝缘层，得到硅面设置有绝缘层的第一碳化硅衬底。
51、优选地，所述第一碳化硅衬底硅面的粗糙度ra为0.3nm以下，例如可以是0.2nm、0.22nm、0.25nm、0.28nm或0.3nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其余为列举的数值同样适用。
52、优选地，所述第一碳化硅衬底硅面，尺寸0.3μm以上的颗粒数量≤20。
53、优选地，在第一碳化硅衬底的硅面原位沉积绝缘层时，t/s为110-130mm，例如可以是110mm、115mm、120mm、125mm或130mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
54、在此t/s条件下，能够得到相对平整的绝缘层。
55、优选地，所述第二碳化硅衬底硅面的粗糙度ra为0.3nm以下，例如可以是0.2nm、0.22nm、0.25nm、0.28nm或0.3nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其余为列举的数值同样适用。
56、优选地，所述第二碳化硅衬底硅面，尺寸0.3μm以上的颗粒数量≤20。
57、优选地，在第二碳化硅衬底的硅面原位沉积绝缘层时，t/s为110-130mm，例如可以是110mm、115mm、120mm、125mm或130mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其余未列举的数值同样适用。
58、在此t/s条件下，能够得到相对平整的绝缘层。
59、所述尺寸是指，颗粒表面任意两点之间的直线距离。
60、优选地，通过在第二碳化硅衬底的硅面原位沉积绝缘层，得到硅面设置有绝缘层的第二碳化硅衬底。
61、作为优选的技术方案，所述第一碳化硅衬底的绝缘层、第二碳化硅衬底的绝缘层、第一表面的绝缘层以及第二表面的绝缘层具有相同的材质。本发明使绝缘层具有相同的材质，有利于提高键合强度。
62、优选地，所述第一表面与第二表面的粗糙度ra分别独立地为0.3nm以下，且尺寸0.3μm以上的颗粒数量≤20。
63、所述尺寸是指，颗粒表面任意两点之间的直线距离。
64、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
65、本发明通过双面离子注入，克服了单面离子注入造成的硅衬底应力形变问题，能够降低硅衬底的翘曲度，也能够提高后续绝缘层的膜厚均匀性；而后通过原位沉积找平层，填补了由离子注入导致的中间凸起，提升了硅衬底表面的平整度，从而保证硅衬底与碳化硅衬底进行键合时的键合质量；由于在硅衬底的相对两个表面均键合有碳化硅衬底，因此在进行裂片时，两个键合界面会产生大小相等、方向相反的两个热应力，从而达到相互抵消的效果，因此，本发明提供的方法还能够有效改善硅和碳化硅两种材料由于热膨胀系数差异导致的碎片问题。
1.一种提升sosic复合衬底键合质量的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述离子注入使用的离子包括氢离子和/或氦离子；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述第一离子注入层中，注入的离子数量为1e16-1e18atoms/cm2；
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述绝缘层的厚度为1-50nm；
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述原位沉积找平层的温度为20-30℃；
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述原位沉积找平层时，所用靶材与硅衬底的距离为50-70mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述键合的温度为20-40℃；
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述裂片处理的温度为750-850℃；
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，通过在第一碳化硅衬底的硅面原位沉积绝缘层，得到硅面设置有绝缘层的第一碳化硅衬底；
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在第一碳化硅衬底的硅面原位沉积绝缘层时，所用靶材与第一碳化硅衬底的距离为110-130mm；
