半导体衬底及其制造和循环利用的方法技术

按照本发明专利技术的第一方面，涉及一种用于制造衬底的方法，该衬底包括半导体材料的薄层和支撑衬底，通过将具有第一密度的空位团的施主衬底的一部分转移到支撑衬底上而形成所述的薄层，其特征在于：该方法包括：在将施主衬底的所述部分转移到支撑衬底之后，补救存在于被转移到支撑衬底上的施主衬底的该部分中的空位团的步骤，使其从第一密度降低到第二密度；在所述补救步骤之前，采用一个或几个步骤使得不增加在施主衬底的所述部分中具有第一密度的空位团的尺寸。本发明专利技术还涉及通过此方法获得的ＳｅＯＩ衬底，以及用于循环利用衬底的方法，该衬底具有空位团并且已经被用作施主衬底，从其上获得薄层并转移到支撑衬底上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过将薄层的半导体材料从施主衬底转移到支撑衬底以制造衬底的方法。本专利技术的一个应用领域是制造绝缘体上半导体(SeOI)结构(例如绝缘体上硅(SOI)结构)的方法，这些SeOI结构用作电子元件、光学元件和光电子元件的衬底。
技术介绍
因此SeOI结构包括插在半导体材料制成的薄层与支撑衬底之间的绝缘层。SMARTCUT型方法是这种类型方法的一个示例。这些方法对应于本专利技术的优选实施例。在“Kluwer Academic Publishers”出版的Jean-Pierre Colinge的“Silicon-On-Insulator TechnologyMaterials to VLSI，第二版”文献的50和51页中给出了关于SMARTCUT方法的详细说明。使用SMARTCUT方法制造SeOI结构以及特别是其中的薄层特别薄的(通常小于400nm)SeOI结构需要使用结晶起因的微粒没有任何空位团(公知为结晶起因的微粒(crystal originated particle)或COPs)形式的缺陷的初始施主衬底。这些存在于施主衬底体积中的空位团可以产生尺寸大于最终SeOI结构的薄层厚度的缺陷。这些所述的贯穿缺陷据说是致命缺陷；形成在这些缺陷上的部件将不能工作。因此，这些贯穿缺陷的存在是控制将在最终结构上形成的部件质量的参数。因此，必须使存在的这些贯穿缺陷最小化。明显地，应当理解，如果薄层的厚度很薄，则贯穿缺陷的问题特别重要。一种用于限制SeOI结构中贯穿缺陷的并且在过去被频繁使用的解决方案是使用具有非常高的晶体质量、具有低COP密度的初始衬底。通常通过切割由CZ(长晶)方法获得的晶棒(ingot)来形成初始衬底。控制拉晶速度(pulling speed)和晶棒冷却速率提供了降低空位团型缺陷数量的手段。因此，通常通过切割由CZ(柴氏提拉(Czochralskipulling)方法获得的晶棒来形成几乎没有COP的初始衬底，CZ(Czochralski pulling)方法使用特定的拉晶条件和特别缓慢的拉晶(拉晶也被称作“极慢拉晶”，以获得由于缺陷数量非常少而被本领域所技术人员称作几乎完美的晶体)。通过切割由较简单和/或较快速拉晶方法获得的晶棒所形成的衬底具有相对较多的空位团，因此被认为与目标应用领域(例如，光学元件、电子元件或光电子元件)所施加的限制不相容。例如，通过切割在小于0.5mm/min速率下由“极慢拉晶”型拉晶获得的几乎完美的晶体所形成的衬底，通常具有在0.045至0.075COPs/cm2之间的COP(大于0.1μm)密度(相当于在晶片周围允许5mm的限制区的、具有300mm直径、660cm2的表面积的晶片中具有30到50个大于0.1μm的COP。相比较地，使用速率比“极慢拉晶”型拉晶快1.2至1.5倍的标准拉晶所获得的衬底将具有在1.5至4.5COPs/cm2之间的COP(大于0.1μm)密度(相当于在300mm直径的晶片中具有1000到3000个大于0.1μm的COP)。应当注意，拉晶期间的晶棒冷却速率是影响其晶体质量的另一个因素。在W.von Ammon和E.Domberger的“Si MELT GROWTHGROWN-IN DEFECTS AND SIMULATION OF THEIR FORMATION”的1.6章中在INSPEC出版社出版(1998年1月)的Robert Hull的“Properties of Crystalline Silicon”文献的39至51页给出了关于此主题的信息，信息说明了高的冷却速率(拉晶被称为“快速冷却”)会增加缺陷密度。因此，通过切割由“快速冷却”型拉晶获得的晶棒所形成的衬底也和本专利技术应用领域中所施加的限制不相容。高质量衬底(通过CZ“极慢拉晶”型拉晶获得的几乎没有COP的几乎完美的晶体)的生产效率明显低于使用简单和/或快速拉晶方法的衬底的生产效率。因此，通过“极慢拉晶”型拉晶所生产的几乎完美的衬底特别昂贵；其成本通常比通过标准CZ拉晶获得的衬底的成本高30％。应当注意，还提出过使用先前热处理的标准衬底作为制造SOI结构方法中的初始衬底，以降低COP的数量。例如，在Solid StateTechnology journal在第2003年3月期发行的J.L.Vasat和T.Torack的文章“A NOVEL METHOD FOR ACHIEVING VERY LOW COPS IN CZWAFERS”中给出了关于此主题的其它信息。但是，使用这种先前热处理也不令人满意。这种处理改变了初始衬底的表面特性(特别是增加了其表面粗糙度)，使得在将初始衬底键结到支撑衬底的过程中出现问题(特别是键结质量下降)。此外，此先前热处理能够产生“滑线”型缺陷或氧化沉淀物将损害通常用在SMARTCUT型方法中的初始衬底的循环使用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是降低通过将半导体材料的薄层从施主衬底转移到支撑衬底而制造的衬底的成本价格，特别是SeOI衬底的成本价格。更具体地，本专利技术的目的是，能够在SMARTCUT型转移方法中使用通过切割由比“极慢拉晶”型拉晶更具有成本效率的CZ拉晶以得到几近完美晶体而获得的晶棒所形成的初始衬底，同时使薄层晶体质量与预想的应用相符合，而不会遇到任何使用上述先前热处理技术所导致的键结或循环利用类型的问题。为了实现此目的，按照第一方面，本专利技术提出一种用于制造绝缘体上半导体衬底的方法，该衬底包括插在半导体材料的薄层与支撑衬底之间的绝缘层，通过将具有第一密度的空位团的施主衬底的一部分转移到支撑衬底上形成所述薄层，该方法特征在于包括·在将所述部分从施主衬底转移到支撑衬底之前，采用形成绝缘层的步骤以使得不增加在施主衬底的该部分中具有第一密度的空位团的尺寸，·在转移之后，补救(curing step)存在于被转移到支撑衬底上的施主衬底的该部分中的空位团的步骤，使其从第一密度降低到第二密度。下面给出此方法的一些优选但非限制性的方面的列表 —通过支撑衬底的热氧化来执行绝缘层的形成步骤；—通过在施主衬底和/或支撑衬底上沉积氧化物层来执行绝缘层的形成步骤；—在转移之后立即执行补救步骤；—在转移之后通过对获得的结构进行热退火来执行补救步骤；—在非氧化环境下进行热退火；—在含有纯氢、纯氩或氢/氩混合物的环境下进行热退火；—热退火是快速热退火(RTP)；—在炉中进行热退火；—热退火是在含有氢和盐酸的环境下执行的平滑退火；—施主衬底是通过切割由拉晶获得的所述半导体材料的晶棒所形成的衬底，拉晶产生的空位团的平均尺寸小于通过切割由缓慢拉晶获得的晶棒所形成的几乎完美的衬底中存在的空位团的尺寸；—通过切割由CZ拉晶获得的晶棒所形成施主衬底，使得产生的大于0.14μm的空位团的密度小于0.01/cm2；—方法包括用于制备施主衬底的预先步骤，预先步骤包括以下的操作—通过拉晶制造所述半导体材料的晶棒，拉晶产生的空位团的平均尺寸小于通过切割由缓慢拉晶获得的晶棒所形成的几乎完美的衬底中存在的空位团的尺寸；—在此晶棒中切割施主衬底；—通过切割由CZ拉晶所获得的晶棒形成施主衬底，使得产生的小于0.2μm的空位团的密度大于1.5/cm2；—通过切割由CZ拉晶所获得的晶棒形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造绝缘体上半导体衬底的方法，该衬底包括插在半导体材料的薄层与支撑衬底之间的绝缘层，通过将具有第一密度的空位团的施主衬底的一部分转移到支撑衬底上形成了所述薄层，其特征在于：该方法包括：.在将所述部分从施主衬底转移到支撑衬底之 前的绝缘层的形成步骤，所述绝缘层的形成步骤使得不增加在施主衬底的所述部分中具有第一密度的空位团的尺寸，.在转移之后的补救步骤，所述补救步骤使得存在于被转移到支撑衬底上的施主衬底的所述部分中的空位团从第一密度降低到第二密度。

【技术特征摘要】
FR 2005-1-31 05009361.一种用于制造绝缘体上半导体衬底的方法，该衬底包括插在半导体材料的薄层与支撑衬底之间的绝缘层，通过将具有第一密度的空位团的施主衬底的一部分转移到支撑衬底上形成了所述薄层，其特征在于该方法包括·在将所述部分从施主衬底转移到支撑衬底之前的绝缘层的形成步骤，所述绝缘层的形成步骤使得不增加在施主衬底的所述部分中具有第一密度的空位团的尺寸，·在转移之后的补救步骤，所述补救步骤使得存在于被转移到支撑衬底上的施主衬底的所述部分中的空位团从第一密度降低到第二密度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过支撑衬底的热氧化来执行所述绝缘层的形成步骤。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过在施主衬底和/或支撑衬底上沉积氧化物层来执行所述绝缘层的形成步骤。4.如前述权利要求中任意一个权利要求所述的方法，其特征在于在转移之后立即执行所述补救步骤。5.如前述权利要求中任意一个权利要求所述的方法，其特征在于在转移之后通过对获得的结构进行热退火来执行补救步骤。6.如先前权利要求所述的方法，其特征在于在非氧化环境下进行热退火。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于热退火是快速热退火。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于在炉中进行热退火。9.如权利要求6至8中任意一个权利要求所述的方法，其特征在于在含有纯氢、纯氩或氢/氩混合物的环境下进行热退火。10.如权利要求6至8中任意一个权利要求所述的方法，其特征在于热退火是在含有氢和盐酸的环境下执行的平滑退火。11.如权利要求1至10中任意一个权利要求所述的方法，其特征在于施主衬底是通过切割由拉晶获得的所述半导体材料的晶棒所形成的衬底，拉晶产生的空位团的平均尺寸小于通过切割由缓慢拉晶获得的晶棒所形成的几乎完美的衬底中存在的空位团的尺寸。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于通过切割由CZ拉晶获得的晶棒形成施主衬底以便产生的大于0.14μm的空位团的密度小于0.01/cm2。13.如权利要求1至10中任意一个权利要求所述的方法，其特征在于方法包括用于制备施主衬底的预先步骤，预先步骤包括以下的操作-通过拉晶制造所述半导体材料的晶棒，拉晶产生的空位团的平均尺寸小于通过切割由缓慢拉晶获得的晶棒所形成的几乎完美的衬底中存在的空位团的尺寸；以及-在该晶棒中切割出施主衬底。14.如权利要求11至13中任意一个权利要求所述的方法，其特征在于通过切割由CZ拉晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：C马勒维尔，E尼雷特，
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]