用于改善剥离薄层的质量的方法技术

本发明专利技术涉及一种形成包含从施主晶片（１０）剥离的层（２）的结构（３０）的方法，该施主晶片（１０）在去除之前包含由不同材料制成的第一层（１）和第二层（２）。本发明专利技术的方法在于：（ａ）注入原子种类用于在第二层（２）下面形成脆弱区（４），（ｂ）将施主晶片（１０）键合到接收晶片（２０），（ｃ）提供能量用于在脆弱区（４）中从施主晶片分离剥离层（１，２），以及（ｄ）选择性地蚀刻在第二层（２）前面的第一层（１）的剩余部分。所述方法还涉及在低于约８００℃的温度进行的键合增强阶段。以这样一种方式来控制在阶段（ａ）执行的注入的参数，使得在阶段（ｃ）之后立即出现的粗糙度最小化。

【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包含从施主晶片的半导体材料剥离的层的结构的方法，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在给定深度形成弱区(weaknesszone)；(b)将施主晶片键合(bonding)到主晶片；(c)提供能量以在弱区处分离(detach)从施主晶片剥离的层；(d)处理该剥离层。
技术介绍
这种类型的层剥离称为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。可用要注入的化学类型的剂量和适当的注入能量通过单一注入(例如氢)或通过共同注入(例如氢和氦)来执行步骤(a)。借助由介电材料如SiO2制成的键合层，通常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)。本领域的技术人员通常所使用的键合技术包括通过分子附着(adhesion)的初始键合。我们可以参考文献“Semiconductor WaferBonding Science and Technology”(QY Tong and U.Gsele，WileyInterscience Publication，Johnson Wiley and Sons，Inc.)以获得更多的信息。在步骤(c)中，至少部分地提供能量，通常是以热的形式。因此需要考虑热预算(热处理组合的温度/持续时间)以确定要分离的层被分离的时刻。以该方式，可形成绝缘体上半导体结构，如SOI结构(在分离层由硅制成的情况下)、SiGeOI(在分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(在分离层由锗制成的情况下)。可以频繁地观察到，在分离层分离了之后，特别是由于预先进行了注入和分离步骤的事实，分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通过分离层1覆盖的主晶片20组成)，在其半导体部分(即，分离层1)中，具有晶体质量的这种降低。可观察到，分离层1包含缺陷区1A，该缺陷区1A包含现有的晶体缺陷和表面粗糙度。缺陷区1A对于氢的原子注入通常具有约150nm的厚度。此外，注入步骤会在要分离的层1中导致晶体质量降低。因此，需要处理分离层1的步骤(d)以去除该缺陷区1A，并由此复原剥离层1的完好区1B的至少一部分。例如，可以使用消除表面粗糙度的机械抛光或化学-机械抛光(CMP)和/或缺陷区1A的牺牲氧化步骤。作为示例，在文献US2004/0053477中描述了这种四步骤方法，在该文献中从包含SiGe缓冲层的施主衬底分离应变硅层。步骤(a)由在缓冲层中进行注入组成，以及步骤(d)包括借助表面抛光SiGe、然后相对于应变Si选择性地蚀刻SiGe，而去除从缓冲层分离的部分。该选择性蚀刻尤其能够最后获得具有良好质量的表面精整的所需层，而没有损伤它的太高危险(如果仅使用抛光则会是这种情况)。然而，用在该步骤(d)中的化学蚀刻在某些情况下会导致键合界面(在步骤(b)中进行键合)的至少部分分离问题。甚至，步骤(d)的化学蚀刻尤其可导致在键合层边缘的分层(de-lamination)，就是说在所产生的结构片接触键合层的地方侵蚀键合层。例如，我们可以提及在包含掩埋在应变Si下面的SiO2的sSOI(绝缘体上应变硅)结构上HF处理的情况，或在sSi/SiGeOI结构(绝缘体上的SiGe上应变硅)上H2O2∶HF∶HAc处理(HAc是乙酸的缩写)的情况，其中掩埋的SiGe和SiO2有可能在应变Si层下面被蚀刻。可设想来克服上一问题的可选方案是相当大地稀释蚀刻溶液，以使得较易控制其作用。然而该解决方法并不令人满意，由于它不完全地解决分层问题且该方法略微慢下来的事实。而且，该化学蚀刻需要预先准备要蚀刻的表面，通常利用机械抛光方式执行。事实上，该蚀刻准备仍然是必需的，以校正随后会导致不够均匀的蚀刻且可能在剩余层中产生穿越(traversing)缺陷或洞的主粗糙度的部分。然而，从经济的观点来看，抛光和化学蚀刻的连续行为使得分离后精整步骤(d)(以及整个取样(sampling)方法)时间长、复杂且成本高。进一步提到，还提出了通过注入若干原子种类(通常通过进行氦的注入和氢的注入)来进行注入步骤(a)。在下文该类型的注入以术语共同注入来指称。进行共同注入实际上允许所使用的共同注入种类的总剂量比注入单种类时低。由此共同注入的总剂量通常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，其尤其允许减小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，如申请人在其2004年9月21日提交的n°IB2004003300的PCT申请(尚未公开)中所示、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有关存在缺陷和表面粗糙度的上述问题。本专利技术的第一目的是减少在剥离层的步骤(d)期间处理手段的持续时间、经济成本和数量，尤其是停止使用机械抛光手段。本专利技术的第二目的是当进行精整化学蚀刻时避免键合层边缘的分层。本专利技术的第三目的是产生一种结构，如绝缘体上半导体结构，包含剥离层，该剥离层包含比Si更弱的材料，如应变Si或SiGe。第四目的是由较好质量的取样层(sampled layer)制作这种结构。本专利技术的第五目的是减小处理剥离层时所浪费材料的数量。本专利技术的第六目的是提出一种可以容易结合到整个取样Smart-Cut型方法中的处理剥离层的简单方法。
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包含从施主晶片剥离的层的结构的方法来克服这些问题，该施主晶片在剥离之前包含由选自半导体材料的第一材料制成的第一层、以及由选自半导体材料的第二材料制成的在该第一层上的第二层，该方法包括以下步骤(a)注入原子种类以在第二层下面形成弱区；(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(disunite)剥离层；(d)相对于第二层选择性地蚀刻第一层的剩余部分；其中调节在步骤(a)中执行的注入的参数，以最小化在执行步骤(c)之后立即出现的表面粗糙度，以及其中该方法还包括在低于约800℃(1,472)的温度进行的、能够增强键合的步骤。本专利技术的其它可能特征是-能够增强键合的步骤在步骤(b)之前执行，并且包括等离子体激活(plasma activation)；-能够增强键合的步骤在步骤(b)之后执行，并且包括等离子体热处理；-能够增强键合的另一步骤在步骤(b)之后执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成包含从施主晶片剥离的层的结构的方法，该施主晶片在剥离之前包含选自半导体材料的第一材料的第一层、以及在第一层上选自半导体材料的第二材料的第二层，该方法包括下面的连续步骤：（ａ）注入原子种类以在第二层下面形成弱区（４）；（ｂ）将该施主晶片键合到主晶片；（ｃ）提供能量以在弱区处分开施主晶片的剥离层；（ｄ）相对于第二层选择性地蚀刻第一层的剩余部分；其中在步骤（ａ）中调节注入参数，以最小化在执行步骤（ｃ）之后立即出现的表面粗糙度，以及其中该方法还包括在低于约８００℃（１，４７２°Ｆ）的温度进行的、能够增强键合的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2004-3-5 0402340;FR 2004-9-21 04099801.一种形成包含从施主晶片剥离的层的结构的方法，该施主晶片在剥离之前包含选自半导体材料的第一材料的第一层、以及在第一层上选自半导体材料的第二材料的第二层，该方法包括下面的连续步骤(a)注入原子种类以在第二层下面形成弱区(4)；(b)将该施主晶片键合到主晶片；(c)提供能量以在弱区处分开施主晶片的剥离层；(d)相对于第二层选择性地蚀刻第一层的剩余部分；其中在步骤(a)中调节注入参数，以最小化在执行步骤(c)之后立即出现的表面粗糙度，以及其中该方法还包括在低于约800℃(1,472)的温度进行的、能够增强键合的步骤。2.根据前一权利要求的方法，其中能够增强键合的步骤在步骤(b)之前执行并且包括等离子体激活。3.根据前述权利要求中任一项的方法，其中能够增强键合的步骤在步骤(b)之后执行并且包括热处理。4.根据前一权利要求的方法，其中该热处理在包括在基本350℃和基本800℃之间的温度进行，可持续30分钟至约四小时的持续时间。5.根据前一权利要求的方法，其中该热处理在包括在基本550℃和基本800℃之间的温度进行，可持续30分钟至约四小时的持续时间。6.根据前三项权利要求中任一项的方法，其中该热处理在步骤(c)之后进行并且在同一炉中从步骤(c)连续。7.根据前一权利要求的方法，其中该热处理包括从步骤(c)的分开温度到选择用于该热处理的温度的单温度改变。8.根据前一权利要求的方法，其中步骤(c)在约500℃执行，可持续30分钟至约2小时的持续时间。9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中执行能够增强键合的步骤，以便在步骤(d)之前，获得大于或等于约0.8J/m2的能量。10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤(c)之后立即出现的所述粗糙度在10×10μm2的表面面积上测量小于约40RMS。11.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤(a)期间注入的原子种类包含两种不同的原子元素，由此步骤(a)是共同注入。12.根据前一权利要求的方法，其中步骤(a)的共同注入是氦和氢的共同注入。13.根据前一权利要求的方法，其中施主晶片包含SiGe层，并且其中根据适于在所述SiGe层中形成脆弱区、并且氦浓度峰在施主晶片的厚度中位于比氢散布区更深且比脆弱区更深的注入参数进行步骤(a)的共同注入。14.根据前一权利要结合权利要求3至7中任一项的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：N达瓦尔，T赤津，NP源，O雷萨克，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[法国]