形成绝缘体上硅结构的方法技术

本申请的各个实施例涉及一种形成具有杂质竞争层的绝缘体上硅(SOI)器件的方法以及SOI结构，以在退火工艺期间吸收潜在的污染物金属颗粒。在一些实施例中，在伪衬底上形成杂质竞争层。在支撑衬底上方形成绝缘层。将伪晶圆的前侧接合到绝缘层。执行退火工艺，其中杂质竞争层从伪衬底的上部吸收金属。然后，去除包括杂质竞争层的伪衬底的主要部分，在绝缘层上留下伪衬底的器件层。本发明专利技术的实施例还涉及形成绝缘体上硅结构的方法。

Method of forming silicon structure on insulator

【技术实现步骤摘要】
形成绝缘体上硅结构的方法
本专利技术的实施例涉及形成绝缘体上硅结构的方法。
技术介绍
绝缘体上硅(SOI)技术使用层状硅-绝缘体-衬底代替半导体制造中的传统硅衬底。基于SOI的器件在电绝缘体之上制造，并且益处包括较低的寄生器件、减小的短沟道效应、降低的温度依赖性、微电子器件中的较低的泄漏电流等。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种形成绝缘体上硅结构的方法，所述方法包括：制备用于伪晶圆的伪衬底；在所述伪衬底上形成杂质竞争层；在所述支撑衬底上方形成绝缘层；将所述伪晶圆的前侧接合到所述绝缘层；执行退火工艺，其中，所述杂质竞争层从所述伪衬底的上部吸收金属；以及去除包括所述杂质竞争层的所述伪衬底的主要部分，并且在所述绝缘层上留下所述伪衬底的剩余部分作为器件层。本专利技术的另一实施例提供了一种形成绝缘体上硅结构的方法，所述方法包括：制备用于伪晶圆的伪衬底；在所述伪晶圆的背侧上形成杂质竞争层；在支撑衬底上方形成绝缘层；将所述伪晶圆的前侧接合到所述绝缘层；执行退火工艺，其中，所述杂质竞争层从所述伪衬底的上部吸收金属；以及去除所述杂质竞争层和所述伪衬底的主要部分，在所述绝缘层上留下所述伪衬底的器件层。本专利技术的又一实施例提供了一种形成绝缘体上硅结构的方法，所述方法包括：制备用于伪晶圆的伪衬底；在所述伪衬底上形成杂质竞争层；在所述杂质竞争层上形成器件层；在支撑衬底上方形成绝缘层；将所述伪晶圆的前侧接合到所述绝缘层；执行退火工艺，其中，所述伪衬底从所述器件层吸收金属；以及执行减薄工艺以去除所述伪衬底，并且在所述绝缘层上留下所述器件层。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。图1是示出根据一些实施例的具有杂质竞争层的SOI结构的截面图。图2是示出根据一些可选实施例的具有杂质竞争层的SOI结构的截面图。图3是示出根据一些可选实施例的具有杂质竞争层的SOI结构的截面图。图4至图10、图11至图12、图13至图18和图19至图24分别示出了根据一些实施例的在各个制造阶段的具有杂质竞争层的SOI结构的一系列截面图。图25示出了根据一些实施例的用于制造SOI结构的方法的流程图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现本专利技术的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本专利技术。当然这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。如本文使用的，在第二部件上形成第一部件是指形成与第二部件直接接触的第一部件。此外，本专利技术可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。此外，为了便于描述，这里可以使用“第一”、“第二”、“第三”等来区分图或一系列图的不同元件。“第一”、“第二”、“第三”等不旨在描述相应的元件。因此，结合第一图描述的“第一介电层”可以不必对应于结合另一图描述的“第一介电层”。作为示例，SOI结构的制备可以包括以下步骤。首先，提供主晶圆(在本专利技术中也可以称为载体晶圆)。载体晶圆可以包括设置在支撑衬底上的掩埋氧化物层。此外，制备伪晶圆。伪晶圆包括设置在伪衬底上的硅层。然后，将主晶圆和伪晶圆接合在一起。然后使接合的晶圆经受分裂工艺以去除伪衬底和硅层的一部分，留下在掩埋氧化物层上形成的顶部硅层。分裂工艺可以以多种方式执行，诸如抛光或智能切割。顶部硅层中的高残余金属是SOI结构的共同关注点。例如，对于通过智能切割工艺制造的SOI结构，由于氢注入，注入区将聚集潜在的金属污染物。晶圆接合工艺是将金属污染物聚集到掩埋氧化物层和顶部硅层之间的接合界面中，然后在顶部硅层中产生高残余金属的另一个原因。残留的金属污染物可以包括铁(Fe)、钼(Mo)、钛(Ti)、铜(Cu)和镍(Ni)，并且可以在冷却工艺中偏析到晶圆表面并导致表面缺陷。鉴于以上所述，本专利技术的一些方面涉及SOI结构及其制造方法，以在SOI结构制造工艺期间减轻金属污染。SOI制造工艺包括将伪晶圆接合到载体晶圆，然后进行分裂工艺以在载体晶圆上形成顶部硅层。在伪晶圆上形成另外的杂质竞争层作为金属吸杂层，以减少SOI结构的金属污染。结果，SOI结构和由其形成的半导体器件消除或至少减少了金属污染。在最终的减薄工艺之后，可以去除杂质竞争层。在一些实施例中，杂质竞争层还可以用作用于伪晶圆的稍后的去除工艺的蚀刻停止层。作为示例，杂质竞争层可以包括具有吸杂源(诸如锗、硼和碳)的外延p型硅层。在一些实施例中，可以在接合工艺之前将杂质竞争层注入到伪晶圆内。杂质竞争层可以形成在伪晶圆的伪衬底上或内。伪晶圆的衬底可以包括高度掺杂硅衬底，诸如掺杂浓度大于1017cm-3的p型掺杂硅。杂质竞争层可包括碳、硼、磷、氦或它们的组合的注入。接下来，将伪晶圆接合到载体晶圆，然后进行接合退火工艺。在接合退火工艺期间，杂质竞争层从顶部硅层吸收金属。然后，分离载体晶圆和伪晶圆。在晶圆分离步骤中，去除杂质竞争层和伪晶圆的伪衬底。在一些可选实施例中，代替在衬底内形成杂质竞争层，杂质竞争层也可以形成在伪晶圆的与顶部硅层相对的背面上。可以通过背面喷砂工艺、对伪衬底的吸杂干抛光工艺、多晶硅膜、氧氮化硅膜、硅锗膜或氮化硅膜的沉积来形成杂质竞争层。接下来，将伪晶圆接合到载体晶圆，然后进行退火工艺。在接合退火工艺期间，杂质竞争层从顶部硅层吸收金属。然后，分离晶圆。在晶圆分离步骤中，去除杂质竞争层和伪晶圆的衬底。而且，代替使用智能切割工艺，载体晶圆和伪晶圆可以通过非智能工艺分离。杂质竞争层可以形成在伪晶圆的衬底内或背面上，并且随后与伪衬底一起从载体晶圆去除，在载体晶圆上留下具有减少的金属污染的顶部硅层。在一些可选实施例中，代替在伪衬底上形成另外的竞争层，伪晶圆的衬底可以是高度掺杂的并且用作厚杂质竞争体。在重掺杂的伪衬底(例如P++，掺杂浓度大于1017cm-3)上沉积较少掺杂的外延层(例如P掺杂外延层)。在接合退火工艺期间，杂质竞争体(P++衬底)聚集潜在的金属污染物。然后，可以去除P++伪衬底和P-Epi层的一部分。图1示出了根据一些实施例的示出具有杂质竞争层108的SOI结构的截面图100。SOI结构可以包括载体晶圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成绝缘体上硅结构的方法，所述方法包括：/n制备用于伪晶圆的伪衬底；/n在所述伪衬底上形成杂质竞争层；/n在所述支撑衬底上方形成绝缘层；/n将所述伪晶圆的前侧接合到所述绝缘层；/n执行退火工艺，其中，所述杂质竞争层从所述伪衬底的上部吸收金属；以及/n去除包括所述杂质竞争层的所述伪衬底的主要部分，并且在所述绝缘层上留下所述伪衬底的剩余部分作为器件层。/n

【技术特征摘要】
20181130 US 62/773,304;20190821 US 16/546,7981.一种形成绝缘体上硅结构的方法，所述方法包括：
制备用于伪晶圆的伪衬底；
在所述伪衬底上形成杂质竞争层；
在所述支撑衬底上方形成绝缘层；
将所述伪晶圆的前侧接合到所述绝缘层；
执行退火工艺，其中，所述杂质竞争层从所述伪衬底的上部吸收金属；以及
去除包括所述杂质竞争层的所述伪衬底的主要部分，并且在所述绝缘层上留下所述伪衬底的剩余部分作为器件层。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过碳注入工艺将所述杂质竞争层注入所述伪衬底中。


3.根据权利要求1所述的方法，在将所述伪晶圆结合到所述绝缘层之前，还包括：
在所述伪晶圆的前侧处执行氢注入工艺，以在所述器件层下方的所述伪衬底内的位置处形成富氢区。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，在形成所述杂质竞争层之后执行所述氢注入工艺。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过硼注入工艺将所述杂质竞争层注入所述伪衬底中。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑有宏，陈步芳，吴政达，江柏融，李汝谅，卢一斌，陈彦秀，杜友伦，叶玉隆，林诗杰，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71