智能剥离分开后的热处理制造技术

本发明专利技术涉及一种形成包括层（１）的结构（３０）的方法，该层（１）由选自半导体材料的材料制成且从施主晶片（１０）剥离。本发明专利技术的方法包括：（ａ）注入原子种类用于在施主晶片（１０）中接近剥离层（１）厚度的深度处形成脆弱区（４），（ｂ）将该施主晶片键合到接收晶片（２），（ｃ）提供热能用于在脆弱区（４）中从施主晶片（１０）分开剥离层（１），以及（ｄ）处理该剥离层（１）。所述方法的特征在于：阶段（ｅ）包括当所述剥离层仍与施主晶片（１０）的剩余部分接触时所进行的剥离层（１）的恢复操作，且所述恢复操作通过在比剥离层（１）与施主晶片剩余部分（１０′）的重附着温度低的温度的热处理进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种形成含有从施主晶片剥离的半导体材料层的结构的方法，该方法包括以下的连续步骤(a)注入原子种类以在施主晶片中给定深度处形成弱区(weaknesszone)；(b)将施主晶片键合(bonding)到主晶片；(c)提供能量以在弱区处从施主晶片分离(detach)该层；(d)处理该分离层。
技术介绍
这种类型的层剥离还被称为Smart-Cut并且对于本领域技术人员是公知的。尤其是，可在已经公开了的许多文献中找到详细资料，例如在由“Kluwer Academic Publishers”出版的Jean-Pierre Colinge的著作“Silicon on Insulator technologymaterial tools VLSI，second edition”的第50和51页的摘录。借助由诸如SiO2的介电材料制成的键合层，一般在已经受注入的施主晶片的表面上进行键合(剥离层的)主晶片的步骤(b)。以该方式，可形成绝缘体上半导体结构，如SOI结构(在剥离层由硅制成的情况下)、SiGeOI(在剥离层由锗硅制成的情况下)、sSOI(在剥离层由应变硅制成的情况下)、SGOI(在剥离层包含应变Si层位于其上的松弛SiGe层的情况下)或GeOI(在剥离层由锗制成的情况下)。一般，在步骤(c)期间，至少部分地以热的形式提供能量。然后必须考虑热预算(热处理的温度/持续时间的组合)以确定要去除的层被分离的时刻。可以观察到，在剥离层分离了之后，特别是由于预先已进行了注入和分离步骤的事实，剥离层会具有十分粗糙的表面以及其表面上较低质量的晶体结构。参考图1，示意性地示出了绝缘体上半导体结构30(由借助电隔离层5通过剥离层1覆盖的主晶片20组成)，在其半导体部分(即，剥离层1)中具有晶体质量的这种降低。可观察到，剥离层1包含缺陷区1A，该缺陷区1A包括现有的晶体缺陷和表面粗糙度。缺陷区1A一般具有150nm左右的厚度。此外，注入步骤会导致要剥离的层1的晶体质量降低。尤其是由于存在于剥离层内的缺陷，所以分离之后必须完全去除缺陷区。因此通常剥离更显要厚度的层，以在分离之后进行的精整(finishing)操作期间完全消除这些缺陷。例如，形成包括500埃厚剥离层的结构必需转移2000至2500埃及去除1500至2000埃，例如通过抛光、选择性蚀刻或牺牲氧化。因此，通常进行处理剥离层1的步骤(d)以去除该缺陷区1A，并由此复原该剥离层1的完好区1B的至少一部分。通常，首先使用缺陷区1A的氧化，随后利用氢氟酸HF借助化学蚀刻去除(由此产生了称为牺牲氧化的处理)，然后例如通过机械抛光或化学-机械抛光来精整。因此，所去除的层1的这种处理步骤(d)从经济角度看成本高并且复杂。此外，使用这些处理方式需要系统地去除施主晶片的反面(negative)以便可接近所去除的层1的表面，并且因此需要从炉(其中已进行了步骤(c)的热处理)中移动晶片，其耗时、需额外处理晶片且需要使用适合的设备。文献FR 2,842,349试图通过在由SiGe制成的要去除的层中、以及在未来的缺陷区1A和下面的未来完好区1B之间包括由Si制成的终止层来解决这些问题，以借助(缺陷区1A和终止层的)选择性双蚀刻改善在步骤(d)期间使用的精整操作，所述选择性双蚀刻基本上减小了取决于它们的最大值(峰和谷)和取决于在由SiGe制成的完好区1B表面上它们的平方值(以埃RMS计)所测量的粗糙度。然而，选择性蚀刻从来都不是完美的，且当第一化学蚀刻的边缘到达缺陷区1A和终止层之间的界面处时，粗糙度仍保留，因此该化学蚀刻对终止层的表面处理得不均匀。而且，终止层通常不很厚，第一选择性蚀刻能够穿过它，并且开始显著地侵蚀下面的完好区1B。在该同一文献中，还提出在选择性蚀刻之前进行抛光，以消除这些潜在问题中的一些。然而抛光和选择性蚀刻的组合使这些操作更复杂且更长，经济成本未必有利。在文献FR 2,842,350中，去除的层1由应变Si制成的完好区1B和SiGe缺陷区1A组成，然后相对于完好区1B选择性地去除该缺陷区。我们发现当蚀刻的边缘到达完好区1B时这里存在与先前问题类似的问题，完好区1B在表面上蚀刻得不均匀。进一步提到，还提出通过注入若干原子种类(通常通过注入氦和注入氢)来进行注入的步骤(a)。这种类型的注入在下文以术语共同注入来指称。进行共同注入实际上允许使用比注入单种类时低的共同注入种类的总剂量。由此共同注入的总剂量一般为单种类注入剂量的1/3。由于总注入剂量的减少导致缺陷区厚度的减小，其尤其允许减少或简化分离之后进行的精整处理。然而，关于在Si层内的共同注入，如申请人在2004年9月21日提交的n°IB2004003300的PCT申请(尚未公开)中所示出，且其教导在2005年3月1日在IP.com网站以参考IPCOM000083333D在线公开，帮助使粗糙度最小化的共同注入参数导致形成某些缺陷(如在键合界面处的气泡(blisters)，或在剥离层厚度内的晶体缺陷)，相反地，帮助使所述缺陷最小化的共同注入参数导致增大的粗糙度。换句话说，必须在粗糙度和这些缺陷的形成之间作一个折衷，并且求助共同注入因此并不能同样满意地解决涉及存在缺陷和表面粗糙度的上述问题。
技术实现思路
本专利技术试图通过根据第一方面提出一种形成结构的方法来解决这些问题，该结构包含来自施主晶片、材料选自半导体材料的剥离层，该方法包括以下步骤 (a)注入原子种类以在施主晶片中接近要去除层的厚度的深度处形成弱区；(b)将该施主晶片键合到主晶片；(c)提供能量以使该剥离层在弱区的平面处从施主晶片分开(disunite)；(d)处理该去除层；其中步骤(d)包括当该剥离层仍与施主晶片的剩余部分接触时所进行的剥离层的恢复操作，且其中借助在比剥离层与施主晶片剩余部分的重附着(re-adhesion)温度低的温度的热处理使用恢复操作。本专利技术的其它特征是-所述重附着温度近似为800℃；-在300℃和550℃之间的温度进行步骤(c)；-该恢复温度在350℃和800℃之间；-该恢复温度在550℃和800℃之间；-在惰性气氛例如Ar或N2气氛中进行该恢复操作；-在氧化气氛中进行恢复操作；-在同一炉中从步骤(c)连续地进行步骤(d)的恢复操作；-步骤(d)的恢复操作包括从步骤(c)的分开温度到所选择的恢复温度的单一温度改变；-在500℃左右进行步骤(c)约30分钟至约2小时之间；-步骤(a)包括氢或氦的单一(simple)注入；-步骤(a)包括氢和氦的共同注入；-在基本包括在575℃和625℃之间的温度通过热处理进行步骤(d)的恢复操作；-该施主晶片包含SiGe层，在适于在所述SiGe层中形成弱区的条件下通过共同注入进行步骤(a)，并且在施主衬底的厚度中，氦浓度峰位于比氢散布区(spreading zone)更深并且比弱区更深；-进行该恢复热处理30分钟至四个小时之间；-在步骤(d)的恢复操作之后进行允许在剥离层和施主晶片的剩余部分之间取消(withdrawn)接触的步骤，可能接着进行包括在步骤(d)中的精整步骤，包括以下操作中的至少一个CMP、化学蚀刻、牺牲氧化、热退火；-该剥离层由Si1-xGex制成，其中0＜x≤1；-该剥离层包含S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成结构的方法，该结构包含来自施主晶片的选自半导体材料的剥离层，该方法包括以下的连续步骤：（ａ）注入原子种类以在施主晶片中接近要剥离层的厚度的深度处形成弱区；（ｂ）将该施主晶片键合到主晶片；（ｃ）提供能量以在弱区 处从施主晶片分开剥离层；（ｄ）处理该剥离层；其中步骤（ｄ）包括当该剥离层仍与施主晶片剩余部分接触时所使用的剥离层恢复操作，且其中通过在比剥离层与施主晶片剩余部分的重附着温度低的温度的热处理施加该恢复操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2004-3-5 04023401.一种形成结构的方法，该结构包含来自施主晶片的选自半导体材料的剥离层，该方法包括以下的连续步骤(a)注入原子种类以在施主晶片中接近要剥离层的厚度的深度处形成弱区；(b)将该施主晶片键合到主晶片；(c)提供能量以在弱区处从施主晶片分开剥离层；(d)处理该剥离层；其中步骤(d)包括当该剥离层仍与施主晶片剩余部分接触时所使用的剥离层恢复操作，且其中通过在比剥离层与施主晶片剩余部分的重附着温度低的温度的热处理施加该恢复操作。2.根据权利要求1的方法，其中所述重附着温度在800℃左右。3.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在包括于300℃和550℃之间的温度进行步骤(c)。4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中该恢复温度在350℃和800℃之间。5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中该恢复温度在550℃和800℃之间。6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在惰性气氛例如Ar或N2气氛中进行该恢复操作。7.根据权利要求1至5中任一项的方法，其中在氧化气氛中进行该恢复操作。8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在同一炉中从步骤(c)连续地进行步骤(d)的恢复操作。9.根据前一权利要求的方法，其中步骤(d)的恢复操作包括从步骤(c)的分开温度到选择用于恢复的温度的单温度改变。10.根据前一权利要求的方法，其中在500℃左右进行步骤(c)，可持续从30分钟到2小时左右的持续时间。11.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤(a)包括氢或氦的单一注入。12.根据权利要求1至11中任一项的方法，其中步骤(a)包括氢和氦的共同注入。13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中通过基本包括在575℃和625℃之间的温度的热处理进行步骤(d)的恢复操作。14.根据权利要求12和权利要求13的方法，其中该施主晶片包含SiGe层，并且其中根据适...

【专利技术属性】
技术研发人员：T赤津，N达瓦尔，NP源，K布德尔，
申请(专利权)人：SOITEC绝缘体上硅技术公司，
类型：发明
国别省市：FR[]