生产硅绝缘体材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于生产硅绝缘体（ＳＯＩ）材料的方法。该方法涉及使用等离子注入步骤在衬底中注入氧以在相对浅的深度形成注入区域。然后，将衬底在高温退火以将注入区域转化为可以在薄的硅籽晶层之下的绝缘层。最好在薄的籽晶层上外延生长硅层，来形成可以形成器件的区域。该ＳＯＩ材料适合于在广泛的各种ＳＯＩ应用中用作衬底。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及半导体处理，更具体地涉及生产硅绝缘体(SOI)材料的方法。
技术介绍
硅绝缘体(Silicon on Insulator，SOI)材料具有形成在绝缘体材料上的硅层。SOI材料能在微电子应用中被用作半导体衬底。例如，半导体器件可以被形成在硅层中。在其他优点当中，SOI衬底可以有效地将形成在同一衬底上的器件和电路彼此隔离。此外，SOI衬底也代表了新的可能的器件设计。晶片键合是一种用于生产SOI材料的传统技术，例如，在美国专利No.5,710,057中描述了该方法。晶片键合技术一般涉及将第一硅晶片键合到在其表面上包括有绝缘层的第二硅晶片上，来形成SOI结构。但是，晶片键合技术也许麻烦而且耗时。也可以使用氧注入技术来生产SOI材料。这样的技术一般涉及一个离子注入步骤，其中，氧离子在所选择的注入能量，被加速到达硅衬底。离子被注入到所需要的深度，并在加热时，与硅衬底反应形成内埋氧化硅层(SiO2)。因此，埋入在硅层之下的氧化硅层形成了SOI结构。但是，为了注入足够浓度的氧原子来形成内埋氧化硅层，离子注入技术需要使用相对大的剂量。剂量和注入时间与束流的乘积成比例。因为离子注入技术不能利用大束流，通常需要长的注入时间来获得合适的剂量以形成足够浓度的氧注入区域。长的注入时间导致了使用离子注入技术的SOI工艺相对低的处理量(即，单位时间内所处理的晶片数目)。为了满足当前商业半导体工艺的需求，具有高的晶片处理量的工艺是人们所希望的。这里所描述的用于生产SOI材料的传统技术，也许受限于它们满足商业半导体工艺对处理量的需求的能力。因此，需要一种方法来高处理量地生产高质量SOI材料。专利技术概述本专利技术提供了一种用于生产SOI材料的方法。该方法涉及使用等离子注入步骤在衬底中注入氧以在相对浅的深度形成注入区域。然后，将衬底在高温下退火以将注入区域转化为可以在薄的硅籽晶层之下的绝缘层。最好在薄的籽晶层上外延生长硅层，来形成可以形成器件的区域。该SOI材料适合于在广泛的各种SOI应用中用作衬底。在一个方面，本专利技术提供了一种生产SOI材料的方法。该方法包括使用等离子注入在衬底中注入氧来形成注入区域，对衬底进行退火来形成包括所注入的氧的绝缘层，以及在绝缘层之上生长硅层来生产SOI材料。在另一个方面，本专利技术提供了一种生产SOI材料的方法。该方法包括使用等离子注入在衬底中注入氧来形成注入区域，将衬底进行退火来引起所注入的氧和衬底之间的反应以形成绝缘层，以及在绝缘层之上外延生长硅层来生产SOI材料。在其他优点中，本专利技术提供了一种高处理量地生产SOI材料的方法。该高处理量通过利用相对短的等离子注入和外延生长步骤代替相对长离子注入步骤获得。因为在相对浅的深度形成氧注入区域，以及随后的为硅器件层提供足够厚度的外延生长步骤，等离子注入可以被利用来形成氧注入区域。因为等离子注入不会被束流极限所约束，等离子注入步骤可以使用短的注入时间来形成具有足够氧浓度的注入区域。此外，因为可以外延生长硅器件层，本专利技术提供了具有低缺陷密度和污染物水平的SOI材料。当结合附图考虑时，本专利技术其他的优点、方面和特征将在下面的本专利技术详细的描述中变得清楚。附图说明图1根据本专利技术的一个实施例所生产的SOI晶片的截面图。图2A是根据本专利技术的一个实施例的用作起始材料的衬底的界面图。图2B是根据本专利技术的一个实施例的等离子注入步骤之后的衬底的截面图。图2C是根据本专利技术的一个实施例的退火步骤之后的衬底的截面图。图2D是根据本专利技术的一个实施例的蚀刻步骤之后的衬底的截面图。图2E是根据本专利技术的一个实施例的外延生长步骤之后的衬底的截面图。图3A是根据本专利技术的一个实施例的在退火步骤之前的所注入的氧的深度分布图。图3B是根据本专利技术的一个实施例的在退火步骤之后的所注入的氧的深度分布图。专利技术详述本专利技术提供了一种用于生产硅绝缘体(SOI)材料的方法。该方法涉及使用等离子注入步骤以及随后的退火步骤，在硅衬底中相对浅的深度形成内埋绝缘层。然后，在硅衬底上例如外延地生长硅层来形成SOI材料。这样的材料可以被用作半导体晶片，其可以被进一步处理以在外延硅层中形成半导体器件。参考图1，所示为根据本专利技术的一个实施例的SOI晶片10。晶片10包括衬底12，形成在衬底上的绝缘层14，形成在绝缘层14上的硅层16。如在下面所进一步描述的那样，硅层16包括例如外延层的高质量单晶材料区域，其适合于用作半导体器件的衬底。当形成器件时，晶片10可以包括诸如在硅层16中的掺杂区域17、硅层16上的附加层18(例如，氧化层，金属化层)等的传统特征。图2A-2E是根据本专利技术的一个说明性方法在不同处理步骤之后SOI晶片10的截面图。图2A示出了在说明性方法中用作起始材料的衬底12。衬底12可以是在半导体处理中使用的任何类型，例如硅衬底。衬底12示范性尺度包括在约200mm到约300mm之间的直径，在约600微米到约700微米之间的厚度。应该理解的是，具有其他尺度的衬底也是可以使用的。说明性方法包括使用等离子注入步骤将氧注入到衬底12中形成注入区域24的步骤，如图2B所示。在等离子注入期间，衬底12一般被支撑在真空条件下的处理室中。等离子注入涉及产生包括正离子的等离子体，加速离子到衬底12的前表面22。可以使用本领域中任何公知并合适的等离子注入工艺。这样的工艺可以产生等离子体，例如可以使用脉冲高压、电感耦合等离子体(Inductive Coupled Plasma，ICP)以及电子回旋共振(ElectronCyclitron Residence，ECR)方法。一般，氧等离子体可以包括O2+和O+离子。能够利用本领域中公知的技术来控制等离子体中O2+和O+离子的比率。这样的技术可能涉及调节一个或多个工艺参数，这包括电极几何形状、输入功率、气压和磁场强度。如下面将进一步描述的那样，在一些方法中，最好具有接近1.0或0的O2+/O+比率，从而等离子体包括占优势数量的O2+离子或O+离子。在一些情形中，该比率大于0.9或约大于0.95。在另一些情形中，该比率小于0.10或小于0.05。等离子注入步骤可以有利地在相对短的注入时间中进行，特别是与传统SOI工艺中的离子注入时间相比。因为等离子注入能通过利用大束流来提供合适的剂量，可获得短的注入时间。短的注入时间能导致晶片处理量的增加。一般，在离子注入期间，通过公知的冷却和/或加热技术来控制衬底12的温度以防止热损伤。温度一般被控制在约600℃到约700℃之间。在特定实施例中使用相对低的注入能量可能是有利的。利用相对低的注入能量的工艺可以减弱对冷却的需求，这能减少注入时间。在一些实施例中，用于O+原子的注入能量小于40kV，少于30kV或甚至更少。图2B示出了注入步骤以后的衬底12的截面图。通过使氧离子存在于衬底12的晶格结构中(例如间隙位置)，形成注入区域24。注入区域24的氧浓度变化是到前表面22距离的函数。浓度的深度分布图取决于注入步骤的处理条件。图3A是示出了氧离子浓度作为对衬底12深度的函数的典型深度分布图。该说明性的深度分布图包括单主峰26，这可能在某些实施例中是优选的。例如，单主峰可能有利于在所希望的深度形成具有明显边缘的绝缘层14。单峰代表了利用如上所述的占优势数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产硅绝缘体材料的方法，包括：使用等离子注入在衬底中注入氧来形成注入区域；对衬底进行退火来形成包括所注入的氧的绝缘层；和在所述绝缘层上生长硅层来生产硅绝缘体材料。

【技术特征摘要】
US 2001-1-23 09/767,7871.一种生产硅绝缘体材料的方法，包括使用等离子注入在衬底中注入氧来形成注入区域；对衬底进行退火来形成包括所注入的氧的绝缘层；和在所述绝缘层上生长硅层来生产硅绝缘体材料。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述硅层是外延生长的。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述衬底是硅。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘层包括氧化硅。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘层通过所注入的氧和衬底之间的反应形成。6.如权利要求1所述的方法，包括使用小于约40kV的注入能量注入氧。7.如权利要求1所述的方法，包括使用小于约30kV的注入能量注入氧。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述注入区域在约300埃到约800埃的深度之间具有氧浓度峰值。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘层被埋入在衬底之中、籽晶层下。10.如权利要求9所述的方法，其中，所述籽晶层具有小于约100埃的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：方紫薇，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备联合公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]