用于改进所剥离薄层质量的热处理制造技术

本发明专利技术涉及一种形成结构（３０）的方法，该结构包含从施主晶片（１０）剥离的层（１，２），在剥离之前该施主晶片包含由含锗的半导体材料制成的第一层（１）。本发明专利技术的方法包括（ａ）在所述第一含锗层（１）的厚度中形成弱区（４），（ｂ）将施主晶片（１０）键合到主晶片（２０）和（ｃ）提供能量，以便于弱化弱区（４）中的施主晶片（１０）。本发明专利技术的特征在于，步骤（ａ）是通过使施主晶片经受至少两种不同原子种类的共同注入而实现的，以及步骤（ｃ）是通过在３００℃到４００℃的温度进行３０分钟到四个小时的热处理而实现的。

【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结构的方法，该结构包含从施主晶片剥离(taken off)的层，该施主晶片在剥离之前包含由含锗的半导体材料制成的第一层，该方法包括下述的连续步骤(a)在所述含锗的第一层的厚度中形成弱区(weakness zone)；(b)将施主晶片键合(bonding)到主晶片；(c)提供能量，以便于在弱区的水平面(level)上弱化施主晶片，该提供的能量可导致在弱区的水平面上从施主晶片分离剥离层，并由此剥离包含第一层的剩余部分的层；(d)处理剥离层。
技术介绍
这种类型的层剥离称为Smart-Cut，对于本领域技术人员是已知的。尤其是，可以在很多已经公布的文献中找到详细资料，例如由“Kluwer Academic Publishers”出版的、Jean-Pierre Colinge的作品“Silicon on Insulator Technologymaterial tools VLSI，第二版”第50和51页的摘录。可以通过单原子种类(例如氢)的单一注入或者通过至少两种不同原子种类(例如氢和氦)的共同注入以注入种类的适当注入剂量和能量来实现步骤(a)。将施主晶片键合到主晶片的步骤(b)通常发生在已经经历注入的施主晶片的表面上，借助于由例如SiO2的介电材料制成的键合层。本领域技术人员通常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)，以热的形式提供能量以便在弱区的水平面上弱化施主晶片。该能量提供易于导致在弱区的水平面上从施主晶片分离剥离层。然而，以热和/或机械形式的补充能量供给可能是必要的，以有效地实现剥离层的分离，并因此使得它的分离及转移到主晶片上成为可能。以这种方式，可以形成绝缘体上半导体结构SeOI，例如SOI结构(在分离层由硅制成的情况中)、SiGeOI(在分离层由硅锗制成的情况中)、GeOI(在分离层由锗制成的情况中)、SGOI(在分离层包含其上存在应变硅层的SiGe层的情况中)，或者sSOI(在剥离层由应变硅制成的情况中)。经常可以观察到，在分离层分离之后，后者可具有相当粗糙的表面，以及在它的表面上具有较低质量的晶体结构，特别是由于注入和分离步骤已经预先发生的这一事实。参考图1，示意性地示出绝缘体上半导体结构30(由借助于电隔离层5被分离层1覆盖的主晶片20构成)，在它的半导体部分(也就是，分离层1)中，其具有这样的晶体质量的降低。可以观察到，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。对于氢的原子注入，缺陷区1A通常具有大约150nm的厚度。而且，注入步骤可能已经导致分离层1的晶体质量的降低。因此，分离层1的处理步骤(d)是必要的，以去除掉该缺陷区1A，并因此恢复剥离层1的至少一部分完好区1B。例如，可以使用机械抛光或者化学机械抛光(CMP)以消除表面粗糙度，和/或缺陷区1A的牺牲氧化步骤。对于牺牲氧化，通常的理解是含有将缺陷区氧化以及通过化学蚀刻(例如通过使用氢氟酸HF)去除由此形成的氧化物层的操作的步骤。作为说明，在文献US2004/0053477中描述了这样的四步骤方法，其中应变硅层从含SiGe缓冲层的施主晶片分离。步骤(a)包括在缓冲层中进行注入，以及步骤(d)包括借助于表面抛光SiGe然后相对于应变Si选择性地蚀刻SiGe而去除掉从缓冲层分离的部分。选择性蚀刻尤其允许最终获得具有良好质量的表面精整(finish)的所需层，而没有损坏它的太高风险(其可以是只使用抛光的情况)。然而，在步骤(d)中使用的化学蚀刻可在某些情况下导致键合界面(在步骤(b)中实现键合)的至少部分分离问题。实际上，步骤(d)的化学蚀刻尤其可导致在键合层边缘的分层，也就是说，在后者被所产生的结构片接触之处侵蚀后者。例如，我们可以提及在含有埋在应变Si下面的SiO2的sSOI(绝缘体上应变硅)上HF处理的情况，或者在SGOI结构(绝缘体上的硅锗上应变硅)上H2O2:HF:HAc处理(HAc是醋酸的缩写)的情况，其中有可能在应变Si层下面蚀刻埋入的SiGe和SiO2层。可以设想来克服最后问题的替换方案是显著地稀释蚀刻溶液，使得更容易控制它的行为。然而，由于它没有完全解决分层问题且该方法稍微变慢这一事实，该方案不是令人满意的。而且，这一化学蚀刻需要预先准备要蚀刻的表面，通常使用机械抛光手段(means)进行。实际上，该蚀刻准备对于校正部分的主要粗糙度仍是必要的，所述主要粗糙度可随后导致不足够均匀的以及可能在剩余层中产生横向缺陷或者孔的蚀刻，而且还导致最终产品的自由面是粗糙的。而且，在剥离层的整个厚度中(并不仅是在缺陷区的厚度中)存在缺陷也可能导致不均匀的蚀刻。但是抛光和化学蚀刻的连续行为使得后分离(post-detachment)抛光步骤(d)(以及整个制样(sampling)方法)时间长、复杂且从经济的观点来看昂贵。当然，可以理解的是，当进行选择性蚀刻时碰到的问题对于当在牺牲氧化过程中进行蚀刻操作时碰到的那些问题是相对类似的，尤其是当关系到由于表面粗糙度和存在缺陷而导致的蚀刻不均匀。本专利技术的第一目的是，减少剥离层的步骤(d)中的持续时间、经济成本和处理手段次数，尤其是停止使用机械抛光手段。本专利技术的第二目的是，通过剥离含锗的半导体材料中的层，例如尤其是SiGe层，而产生结构，例如绝缘体上半导体结构SeOI。第三目的是，从较好质量的剥离层产生这样的结构。本专利技术的第四目的是，当处理剥离层时减少浪费的材料数量。本专利技术的第五目的是，提出一种处理剥离层的简单方法，其可以容易地并入到整个制样Smart-Cut型方法中。
技术实现思路
本专利技术通过以下而试图克服这些问题，根据第一方面，提出一种形成结构的方法，该结构包含从施主晶片剥离的层，该施主晶片在剥离之前包含由含锗的半导体材料制成的第一层，该方法包括下述步骤(a)在含锗的所述第一层的厚度中形成弱区，将施主晶片键合到主晶片；(b)将施主晶片键合到主晶片；(c)提供能量，以便于在弱区的水平面上弱化施主晶片；其中，通过使施主晶片经受至少两种不同原子种类的共同注入实现步骤(a)，以及通过在300℃和400℃之间的温度进行持续时间可从30分钟持续到四个小时的热处理而实现步骤(c)。根据本专利技术的第一方面的方法的其它可能特征如下所述-在基本上两个小时中在包含在325℃和375℃之间的温度实现步骤(c)的热处理；-步骤(c)的能量供给可导致在弱区的水平面上分离施主晶片并由此导致剥离包含一部分第一层的层；-步骤(c)之后，该方法还包括提供适于在弱区的水平面上分离施主晶片的补充能量的步骤；-补充能量的供给是热和/或机械形式；-在步骤(b)之前，该方法还包括通过等离子体激活(plasmaactivation)进行的步骤以便于加强键合；-步骤(a)的共同注入是氦和氢的共同注入；-选择氦和氢的剂量，使得氦的剂量代表总剂量的30％到70％，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成结构（３０）的方法，该结构包含从施主晶片（１０）剥离的层（１′，２），在剥离之前该施主晶片包含由含锗的半导体材料制成的第一层（１），该方法包括下述步骤：（ａ）在所述含锗的第一层（１）的厚度中形成弱区（４），将施主晶片键合到主 晶片；（ｂ）将施主晶片键合到主晶片；（ｃ）提供能量，以便于在弱区（４）的水平面上弱化施主晶片（１０）；其中通过使施主晶片经受至少两种不同原子种类的共同注入而实现步骤（ａ），以及通过在３００℃和４００℃之间的温度进行持 续时间可从３０分钟持续到四个小时的热处理而实现步骤（ｃ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2004-3-5 0402340;FR 2004-9-21 04099801.一种形成结构(30)的方法，该结构包含从施主晶片(10)剥离的层(1′，2)，在剥离之前该施主晶片包含由含锗的半导体材料制成的第一层(1)，该方法包括下述步骤(a)在所述含锗的第一层(1)的厚度中形成弱区(4)，将施主晶片键合到主晶片；(b)将施主晶片键合到主晶片；(c)提供能量，以便于在弱区(4)的水平面上弱化施主晶片(10)；其中通过使施主晶片经受至少两种不同原子种类的共同注入而实现步骤(a)，以及通过在300℃和400℃之间的温度进行持续时间可从30分钟持续到四个小时的热处理而实现步骤(c)。2.根据前一权利要求的方法，其中在基本上两个小时中在包含在325℃和375℃之间的温度实现步骤(c)的热处理。3.根据前述权利要求的任一项的方法，其中步骤(c)的能量提供可导致在弱区(4)的水平面上分离施主晶片(10)，并由此导致剥离含一部分第一层(1′)的层(1′，2)。4.根据前一权利要求的方法，其中在步骤(c)之后，该方法还包括提供适于在弱区(4)的水平面上分离施主晶片(10)的补充能量的步骤。5.根据前一权利要求的方法，其中补充能量的提供是以热和/或机械形式。6.根据前述权利要求的任一项的方法，其中在步骤(b)之前，该方法还包括通过等离子体激活实现的步骤以便于加强键合。7.根据前述权利要求的任一项的方法，其中步骤(a)的共同注入是氦和氢的共同注入。8.根据前述两项权利要求的任一项的方法，其中选择氦和氢的剂量，使得氦的剂量代表总剂量的30％到70％，并优选总剂量的40％到60％。9.根据前述权利要求的任一项的方法，其中在弱区的水平面上分离施主晶片之后，低/高频粗糙度低于大约15RMS/30RMS，这是通过500微米表面测量法/2*2μm2AFM测量的。10.根据前述权利要求的任一项的方法，还包括适用于处理剥离层的步骤(d)。11.根据前一权利要求的方法，其中步骤(d)包括剥离层的蚀刻操作。12.根据前一权利要求的方法，其中在剥离层的牺牲氧化过程中进行蚀刻操作。13.根据权利要求11的方法，其中施主晶片(10)在剥离之前包含材料不同于所述第一层(1)材料的第二层(2)，并且蚀刻操作是相对于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：N达瓦尔，T赤津，NP阮，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]