键合层消失的间接键合制造技术

本发明专利技术提供一种制备包含支撑衬底（２０）上的半导体材料薄层（２”）的结构的方法，所述薄层（２”）是由包含半导体材料上层（２）的施予衬底（１０）而获得，所述方法的特征在于其包括：在所述上层（２）上形成键合层（３），所述键合层（３）的材料接受上层（２）材料的元素的扩散；清洗所述键合层（３）以控制其键合粘附；将施予衬底（１０），从先前形成在上层（２）上并清洗过的键合层（３）的一侧，键合到支撑衬底（２０）；以及将所述元素从上层扩散到键合层中，以使键合层及所述上层中所述元素的浓度均匀化，以便构成具有所述键合层及所述上层的所述结构的薄层（２”）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的应用领域是制备绝缘体上半导体(SeOI)结构的方法，所述绝缘体上半导体结构用作用于电子学、光学和光电子学的衬底。本专利技术的一种非限制性应用涉及通过将半导体材料层间接键合到支撑衬底表面上的热氧化物层而制备SeOI结构。
技术介绍
如下面的更详细说明，名词“间接键合”是指键合采用了插入在要键合到一起的两层材料之间的键合层。当难以将某些半导体材料直接键合到层(例如氧化物层)上时，使用键合层具有特别的优势。尤其是当为了制备绝缘体上硅锗(SGOI)结构而要将硅锗SiGe层直接键合到支撑衬底表面上的氧化物层时，可观察到这一困难。应注意，当SiGe层中的锗浓度较高时，这一困难更加显著。为了将SiGe层直接键合到支撑衬底上，已提出几种方法用于在键合之前处理要键合的表面。特别地，通常在键合之前对要键合到一起的表面进行清洗，以控制有可能防止表面粘附的不同因素(诸如粗糙度、微粒污染)。作为例子，可能提及称为“疏水键合”的方法，在所述方法中，在键合之前准备(例如通过将它们浸入在HF化学清洗浴中)要键合的表面，以使它们疏水。然而，所述准备趋于造成表面的严重微粒污染，特别会导致在键合期间产生缺陷。亲水键合方法也被提出，其中，在要键合的SiGe层表面与亲水硅表面或氧化硅SiO2表面相接触之前，先处理要键合的SiGe层表面以使它亲水。用于使层亲水的最好已知处理之一在于将该层浸入在化学SC1型的溶液(NH4OH/H2O2/H2O)中。然而，所述溶液蚀刻SiGe层并趋于增大其粗糙度，致使键合质量不令人满意。应注意，蚀刻速率作为SiGe层中锗浓度的函数而呈指数变化。由于所述原因，尽管在具有低锗浓度(例如20％)的SiGe层中可控的蚀刻是可能的(并由此可设想键合)，但是在具有高锗浓度(例如50％)的SiGe层中可控的蚀刻是较困难的。最后，虽然可以用相对令人满意的方式来进行具有低锗浓度(例如20％)的SiGe层的键合，但是却不能以令人满意的方式来进行具有高锗浓度(例如50％)的SiGe层的亲水键合。更准确地，用于将SiGe层直接键合到Si或SiO2支撑衬底的表面处理方法具有缺点，而使得例如在本专利技术的应用领域中在力的规格方面，键合质量通常是不可接受的。此外，当要转移的SiGe层中的锗浓度较高时，高质量键合甚至更难以实现。应注意，上述有关键合SiGe层的直接键合的缺点在直接键合以其它材料制备的层的背景下也可能会遇到。因此，通过称作键合层的层(例如氧化物层或硅层)覆盖不能直接键合到支撑衬底表面(例如Ge层)的层，看起来尤为有利，其中所述键合层可直接键合到支撑衬底表面(特别是因为可以对这一键合层进行表面处理以便清洗它，从而可实现令人满意的键合质量)。因此，当键合层与支撑衬底的表面相接触时，利用了清洗过的键合层的良好键合性能并且可实现良好质量的键合。所以，与上述直接键合方法相比，间接键合是经由键合层的键合。为了进行间接键合，可利用下列各项的良好键合性能，例如●在支撑衬底表面上的氧化物SiO2层上的硅层；●在下列各项上的氧化物层-在支撑衬底表面上的氧化物SiO2层；或-硅支撑衬底。回到将SiGe层间接键合到支撑衬底的例子，其中所述支撑衬底的表面例如可由Si或SiO2形成，在第一技术中，可设想可在SiGe层上通过氧化所述SiGe层而直接生成氧化物层。然而，在SiGe层的氧化期间，存在于所述层中的锗被推到远离所形成的氧化物层的区域中。因此，观察到锗在SiGe/氧化物界面处被偏析(segregated)。最后，相对于氧化物而形成了一个区域，其中锗的总浓度增大。因此，锗浓度在SiGe层中不再到处都是均匀的。尽管可将锗偏析现象最小化，尤其是通过在低温下进行氧化，但是所形成的氧化物是热不稳定的。因此，当形成良好质量的SGOI结构时不能使用所述第一技术。代替求助于将SiGe层氧化以获得键合层，另一种已知的间接键合方法在于将氧化物层直接沉积到SiGe层上。然后必须在键合到硅支撑衬底之前将所沉积的氧化物层抛光。然而，沉积在SiGe层上的氧化物层于是构成了所获得的SGOI结构的掩埋氧化物层，而这导致缺点。所述氧化物层的密度及其电性能对于生成满足半导体工业中力的规格的氧化物/半导体界面可能会被证实是不足够的(尤其与热氧化物的密度及性能相比)。另外，使用沉积的氧化物通常会导致SGOI结构中掩埋氧化物层的较差的厚度均匀性。还有，所述均匀性的缺乏可能会被证实与SeOI结构在半导体业中的预定用途不兼容。此外，沉积所述氧化物层可能会造成导致电缺陷的污染。另一种间接键合层的技术在于在SiGe层的表面上外延生长应变硅层。然后完全氧化所述硅层以用其替代氧化硅SiO2层，接着与氧化的硅支撑衬底进行氧化物/氧化物键合。外延生长在SiGe层上的硅层的全部氧化有效地在要键合的结构表面上形成氧化物层。然而，在外延生长的硅层和SiGe层之间的界面处精确地终止外延生长硅层的氧化前沿是极难实现的。因此，所述氧化前沿通常终止在Si/SiGe界面之后(这被称为“过氧化”)。在这种情况下，SiGe被氧化，然后形成复合氧化物SiyGetO2(y和t分别表示所述复合氧化物中的硅浓度及锗浓度)。于是，氧化物/SiGe界面能构成电荷载流子的电陷阱。最后，其质量并不令人满意。最后，尽管这种技术允许良好的氧化物/氧化物键合，但是难以控制氧化前沿的影响(尤其在过氧化情况下较差质量的氧化物/SiGe界面)不是所期望的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是制备SeOI结构，以克服上述限制。更具体地，在一个特定方面，本专利技术旨在使得能够经由键合层将半导体材料层间接键合到支撑衬底，其中键合到支撑衬底被适当地实现的，不用求助于键合层的完全氧化，由此克服了终止氧化前沿的问题。为此目的，本专利技术提供了一种制备包含支撑衬底上的半导体材料薄层的结构的方法，所述薄层从包含半导体材料上层的施予衬底获得，所述方法的特征在于其包括以下步骤●在所述上层上形成键合层，所述键合层的材料接受上层材料的元素的扩散；●清洗所述键合层以控制其键合粘附；●将施予衬底，从先前形成在上层上并清洗过的键合层的一侧，键合到支撑衬底；●将所述元素从上层扩散到键合层中，以使键合层及所述上层中的所述元素的浓度均匀化，以便构成具有所述键合层及所述上层的所述结构的薄层。本专利技术第一方面的方法的优选但非限制性方面如下●在扩散步骤期间，键合层通过混合进上层以形成结构的薄层而消失；●在键合之后且在扩散之前，所述方法可包括减薄步骤，所述减薄步骤旨在去除施予衬底的一部分以仅保留其上层的一部分，从而获得包含支撑衬底、键合层以及由上层剩余部分所形成的薄层的中间结构；●减薄可通过在弱区处从施予衬底分离而进行，所述弱区在键合之前形成在所述上层厚度中；●弱区可通过将元素种类注入到上层中而形成；●在注入之前可在键合层上沉积保护层，所述保护层在键合之前被去除；●减薄步骤可包括至少一个蚀刻步骤；●扩散步骤可通过对减薄之后所获得的中间结构施加热处理而进行；●扩散步骤可在用于稳定在减薄之后所获得的结构的键合界面的热处理期间进行；●热处理可在1000℃和1100℃之间进行大约两小时；●当上层是SiGe时，扩散步骤在于将Ge元素从所述上层扩散到键合层中；●沉积键合层的步骤可包括在所述SiGe上层上沉积应变硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备包含支撑衬底（２０）上的半导体材料薄层（２”）的结构的方法，所述薄层是由包含半导体材料的上层（２）的施予衬底（１０）而获得，所述方法的特征在于其包括以下步骤：－在所述上层（２）上形成键合层（３），所述键合层（３）的材料接受上 层（２）材料的元素的扩散；－清洗所述键合层（３）以控制其键合粘附；－将施予衬底（１０），从先前形成在上层（２）上并清洗过的键合层（３）的一侧，键合到支撑衬底（２０）；以及－将所述元素从上层扩散到键合层中以使键合层及所 述上层中所述元素的浓度均匀化，以便构成具有所述键合层及所述上层的所述结构的薄层（２”）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2003-9-30 03/114181.一种制备包含支撑衬底(20)上的半导体材料薄层(2”)的结构的方法，所述薄层是由包含半导体材料的上层(2)的施予衬底(10)而获得，所述方法的特征在于其包括以下步骤-在所述上层(2)上形成键合层(3)，所述键合层(3)的材料接受上层(2)材料的元素的扩散；-清洗所述键合层(3)以控制其键合粘附；-将施予衬底(10)，从先前形成在上层(2)上并清洗过的键合层(3)的一侧，键合到支撑衬底(20)；以及-将所述元素从上层扩散到键合层中以使键合层及所述上层中所述元素的浓度均匀化，以便构成具有所述键合层及所述上层的所述结构的薄层(2”)。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述元素从上层扩散进键合层中的步骤期间，所述键合层(3)通过混合进所述上层以形成所述结构的薄层(2”)而消失。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在键合之后且在扩散之前其进一步包括减薄步骤，所述减薄步骤旨在去除施予衬底(10)的一部分以仅保留上层的一部分，从而获得包含支撑衬底(20)、键合层(3)以及由上层剩余部分所形成且与键合层保持为整体的薄层(2’)的中间结构。4.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，减薄是通过在弱区处从施予衬底(10)分离而进行的，所述弱区在键合之前在所述上层(2)的厚度中形成。5.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，弱区是通过将种类注入到上层(2)中而形成的。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在注入之前其包括旨在于所述键合层上沉积保护层的步骤，所述保护层在键合步骤之前被去除。7.如权利要求3至6任一项所述的方法，其特征在于，减薄步骤包括至少一个蚀刻步骤。8.如权利要求3至7任一项所述的方法，其特征在于，扩散步骤是通过对减薄之后所获得的中间结构施加热处理而进行的。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，扩散步骤是在热处理期间进行的，所述热处理用于使减薄之后所获得结构的键合界面稳定。10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述热处理在1000℃和1100℃之间进行大约两小时。11.如前述权利要求任一项所述的方法，其中所述上层(322)由硅锗形成，其特征在于，扩散步骤在于将硅元素从所述上层(322)扩散到键合层(33)中。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，形成键合层的步骤包括在所述硅锗上层(322)上沉积应变硅膜。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，键合层是通过在所述硅锗上层(322)上外延生长应变单...

【专利技术属性】
技术研发人员：N达瓦尔，B吉斯兰，C奥内特，O雷萨克，I凯勒富克，
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[]