用于对半导体结构执行外延平滑工艺的系统和方法技术方案

提供了用于处理半导体结构的系统和方法。所述方法一般地包括确定用于半导体结构的器件层的期望去除图形轮廓，基于所述期望去除图形轮廓确定用在外延平滑工艺中的工艺参数组，以及通过对所述器件层的外表面执行外延平滑工艺而选择性地从所述器件层去除材料。工艺而选择性地从所述器件层去除材料。工艺而选择性地从所述器件层去除材料。

【技术实现步骤摘要】
用于对半导体结构执行外延平滑工艺的系统和方法
[0001]本申请是申请号为201580076594.7、申请日为2015年12月18日、专利技术名称为“用于对半导体结构执行外延平滑工艺的系统和方法”的申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2014年12月19日提交的编号为62/094,466的美国临时专利申请的优先权，该申请的公开内容通过引用被整体并入于此。


[0004]本公开的领域一般涉及用于处理半导体结构的系统和方法，更具体地，涉及用于对绝缘体上硅结构执行外延平滑工艺的系统和方法。

技术介绍

[0005]半导体晶片一般由单晶锭制备出，该单晶锭(例如，硅锭)然后被切分成单独的晶片。在一些应用中，可以使用多层结构(有时一般被称为多层结构或简称为晶片)。多层结构的常用形式为绝缘体上半导体结构，该绝缘体上半导体结构的最常用的形式之一为绝缘体上硅(SOI)晶片。SOI晶片通常包括硅的薄层，其位于电介质层(即，绝缘层)顶上，该电介质层继而被设置在衬底(即，处理晶片)上。通常，该衬底或处理晶片为硅。
[0006]制作SOI晶片的示例工艺包括在施主晶片的抛光前表面上沉积氧化物层。将颗粒(例如，氢原子或氢原子和氦原子的组合物)以特定的深度注入到施主晶片的前表面的下方。所注入的颗粒在施主晶片中的被注入的特定深度处形成裂开(cleave)平面。清洗施主晶片的表面以去除在注入工艺中沉积在晶片上的有机化合物。
[0007]然后，通过亲水接合工艺将施主晶片的前表面接合到处理晶片，以形成接合晶片。在一些工艺中，施主晶片和处理晶片通过将晶片的表面暴露于包含例如氧或氮的等离子体而接合在一起。在通常被称为表面活化的工艺中，暴露于等离子体修饰了表面的结构。然后，将晶片压在一起并且在其间形成接合。之后，沿着裂开平面从接合晶片分离(即，裂开)施主晶片，以形成SOI晶片。
[0008]产生的SOI晶片包括设置在氧化物层和处理晶片顶上的硅的薄层(裂开后保留的施主晶片的部分)。硅的薄层的裂开表面具有粗糙表面，其不适于最终用途应用。对表面的损伤可能是颗粒注入和硅的晶体结构中合成位错的结果。因此，需要额外的处理以平滑裂开表面。
[0009]用于使硅的表面层(即，裂开表面)平滑和变薄的已知方法包括退火、化学机械抛光、高温气相蚀刻的组合(即，外延平滑或“epi平滑”)以及在裂开表面上的牺牲氧化物层的形成。对于每个SOI晶片，这些平滑工艺通常使用相同的工艺参数进行。也就是，当前平滑工艺的处理条件通常不在同一批次内的SOI晶片之间进行调整。
[0010]对于大多数应用，当前用于SOI晶片的制造工艺已提供顶部硅层中令人满意的厚度均匀性。然而，对于某些应用，当前平滑工艺提供小于最优厚度均匀性的厚度均匀性，例如极薄SOI(ETSOI)应用或要求完全耗尽晶体管栅极的应用，因为对于这类应用，厚度均匀
性要求有时更严格。例如，对于部分耗尽SOI(PDSOI)应用，工业规范允许30埃以上的顶层厚度均匀性，而对于完全耗尽SOI(FDSOI)应用，工业规范要求顶层厚度均匀性，而对于完全耗尽SOI(FDSOI)应用，工业规范要求以下的顶层厚度均匀性。因此，对于使包括具有提高的厚度均匀性的硅层的SOI晶片的生产成为可能的SOI晶片处理系统和方法存在需要。
[0011]该
技术介绍
部分旨在为读者介绍可能涉及到下面描述和/或要求保护的本公开的各方面的现有技术的各方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息，以利于更好地理解本公开的各方面。因此，应理解，这些陈述应被清楚地阅读，而不作为对现有技术的承认。

技术实现思路

[0012]在一方面中，提供了一种用于处理绝缘体上硅(SOI)结构的方法。所述SOI结构包括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的电介质层。所述硅层具有限定所述SOI结构的外表面的裂开表面。所述方法包括确定关于所述绝缘体上硅结构的所述硅层的期望去除图形(map)轮廓(profile)，基于所述期望去除图形轮廓确定用在外延平滑工艺中的工艺参数组，以及通过对所述裂开表面执行使用所述确定的工艺参数组的外延平滑工艺而根据所述去除图形轮廓选择性地从所述硅层去除材料。
[0013]在另一方面中，提供了一种用于处理绝缘体上硅(SOI)结构的系统。所述SOI结构包括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的电介质层。所述硅层具有限定所述结构的外表面的裂开表面。所述系统包括被配置为测量所述硅层的厚度轮廓的晶片测量装置、晶片处理装置以及被以通信的方式连接到所述厚度测量装置的计算装置。所述计算装置被配置为基于所述硅层的所述厚度轮廓确定关于所述SOI结构的所述硅层的期望去除图形轮廓，以及基于所述期望去除图形轮廓确定用在外延平滑工艺中的工艺参数组。所述晶片处理装置被配置为通过对所述裂开表面执行使用所述确定的工艺参数组的外延平滑工艺而根据所述去除图形轮廓选择性地从所述硅层去除材料。
[0014]关于上述方面提到的特征存在各种细化。另外，进一步的特征也可并入到上述方面中。这些细化和附加特征可以单独地存在或以任意组合存在。例如，下面关于所示例的任何实施例而讨论的各种特征也可单独地或以任意组合的形式被并入到上述任何方面。
附图说明
[0015]图1是以绝缘体上硅(SOI)结构的形式示出的示例性半导体结构的横截面图；
[0016]图2是包括晶片处理装置和计算装置的晶片处理系统的示意图；
[0017]图3是以化学气相沉积(CVD)反应器的形式示出的适用于图2的晶片处理系统的示例性晶片处理装置的横截面；
[0018]图4是适用于图1的晶片处理系统的示例性计算处理装置的框图；
[0019]图5-8是示出用于SOI结构的硅层的特性去除图形轮廓的图；
[0020]图9是用于处理图1的SOI结构的示例性方法的流程图；
[0021]图10是用于处理图1的SOI结构的另一示例性方法的流程图；
[0022]图11是用于处理图1的SOI结构的另一示例性方法的流程图；以及
[0023]图12是用于处理图1的SOI结构的另一示例性方法的流程图。
[0024]贯穿附图的几个视图，对应的参考标号指示对应的部件。
具体实施方式
[0025]参考图1，适用于本公开的实施例的半导体层结构一般由1指示。结构1包括半导体层2、电介质层3(也称为绝缘层)以及衬底4。结构的半导体层2通常为其上或其中形成有微电子器件的部分。用在本公开中的一个典型的半导体层2(也称为器件层)为硅。在示例性实施例中，结构1为具有硅半导体层2的绝缘体上硅(SOI)结构，由此半导体结构1在此可互换地被称为SOI结构，尽管本公开的方面适用于除了SOI结构之外的半导体结构。此外，尽管贯穿本公开将半导体层2描述作为硅层，但是半导体层2可以包括其他半导体层或包括，例如但不限于，硅、锗、砷化镓、氮化铝、硅锗、氮化镓及其组合的多个层。
[0026]衬底4(也称为处理晶片)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于处理半导体结构的系统，所述半导体结构包括限定所述半导体结构的外表面的半导体器件层，所述系统包括：被配置为测量所述器件层的厚度轮廓的晶片测量装置；晶片处理装置；被以通信的方式连接到所述厚度测量装置的计算装置，所述计算装置被配置为：基于所述器件层的所述厚度轮廓确定所述半导体结构的所述器件层的期望去除图形轮廓；以及基于所述期望去除图形轮廓确定用在气态蚀刻剂外延平滑工艺中的工艺参数组；以及被以通信的方式连接到所述计算装置的去除图形轮廓库，所述去除图形轮廓库包括多个预定去除图形轮廓和多个预定工艺参数组，每个预定去除图形轮廓与所述预定工艺参数组中的一者相关联；其中，所述计算装置通过基于所述期望去除图形轮廓从多个预定工艺参数组中选择所述工艺参数组来确定所述工艺参数组；以及其中，所述晶片处理装置被配置为通过使用所述确定的工艺参数组对所述外表面执行气态蚀刻剂外延平滑工艺而根据所述去除图形轮廓选择性地从所述器件层去除材料。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述晶片处理装置包括被以流体连通的方式连接到气态蚀刻剂源的气体喷射端口，其中，所述确定的工艺参数组包括气态蚀刻剂流速，所述晶片处理装置被配置为根据所述确定的工艺参数组控制所述气态蚀刻剂的流速以选择性地从所述器件层去除材料。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述晶片处理装置被以流体的方式连接到氢气源，其中，所述确定的工艺参数组进一步包括氢气流速，所述晶片处理装置进一步被配置为根据所述确定的工艺参数组控制所述氢气的流速以选择性地从所述器件层去除材料。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述气态蚀刻剂为氯化氢。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述晶片处理装...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：