从低缺陷密度的单晶硅上制备硅-绝缘体结构制造技术

本发明专利技术涉及一种硅－绝缘体（ＳＯＩ）结构，它有一层低缺陷密度器件层，还可以有一具有较好吸附杂质能力的基底硅片。该器件层包含一中央轴，一圆周边缘，一个从中央轴延至圆周边缘的半径，以及一个第一轴对称区，其中基本没有堆积本征点缺陷。另外本发明专利技术还针对这样一种ＳＯＩ结构，其有一片切氏单晶硅基底硅片，该基底硅片在经受几乎任意电子学器件制作过程都要采用的热处理周期时，能够形成一个理想的氧淀析物非均匀深度分布。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
从低缺陷密度的单晶硅上制备硅-绝缘体结构本专利技术针对有一层低缺陷密度器件层的硅-绝缘体(SOI)结构。更具体地讲，本专利技术针对一种SOI结构，其中器件层是从基本没有堆积本征点缺陷的一单晶硅片获得的。本专利技术还针对一种SOI结构，该结构有一单晶硅基底硅片(handle wafer)，在经历几乎任意电子学器件制作过程都要采用的热处理周期时，能够形成氧淀析物一个理想的非均匀的深度分布。SOI结构通常包含一基底硅片，一器件层和在基底硅片和器件层之间的一层绝缘层(通常是一氧化层)。器件层的厚度通常在0.5到20微米之间。这样的硅片可以用本领域中各种已知技术来制作。例如，可以用硅片减薄技术，通常称之为背腐蚀SOI(也即BESOI)，其中一片硅片与基底硅片结合在一起并缓慢地腐蚀到在基底硅片上只保留薄薄的一层硅。(参阅，例如U.S.Patent NO。5,189,500)。也可以只用一片硅片，其中用分子氧离子(O2+)或原子氧离子(O+)注入硅片表面以下以形成一氧化层。这个方法通常称之为SIMOX(也即，用氧注入来隔离；参照，例如U.S.Patent No.5,436,175和PlasmaImmersion Ion Implantation For Semiconductor Processing，MaterialsChemistry and Physics  46(1996)132-139)。在制备SOI结构中，因为这个方法比起更通常采用的硅片减薄方法，减小了硅片消耗的数量，因而认为是更有利的。SOI结构可以从依据切氏(Czochralski)方法生长的单晶硅棒上切割出的硅片来制备。近年来，已经认识到，生长过程中当硅棒在凝固后冷却时，在单晶硅中会形成许多缺陷。这些缺陷部分是由于存在过多的(即超过熔解极限的)称为空位或自间隙的本征点缺陷而引起。从熔液中生长出的硅单晶通常含有过多的这种或那种本征点缺陷，或者是晶格空位，或者是自间隙。已经有人提出硅中这些点缺陷的类型和-->初始浓度是在硅凝固时刻决定的，如果在系统中这些浓度达到临界过饱和的水平而点缺陷的移动性又足够高，那么，大概会发生一个反应，或一个堆积事件。硅中堆积本征点缺陷能严重的妨碍在生产复杂和高集成的电路，例如要用SOI结构的电路时材料的生产潜力。空位型缺陷是下述这些可以观察到的缺陷来源：如D-缺陷，流型缺陷(Flow Pattern Defects)(FPDs)，栅氧化完整性缺陷(Gate OxideIntegrity Defects)(GOD，晶源颗粒缺陷(Crystal Originated ParticleDefects)(COP)，晶源光点缺陷(Crystal originated Light PointDefects)(LPDs)，以及某些类型用红外光散射技术，如扫描红外显微镜及激光扫描断层技术来观察到的体缺陷。在过剩空位区域还存在另一种缺陷，它起了环状氧致堆垛层错(OISF)的核的作用。有人推测这种特殊的缺陷是存在多余空位所促成的高温成核氧聚结。除了前面所述的空位型缺陷外，人们认为堆积空位缺陷，或原子间的空隙(voids)，可以是造成“HF缺陷”(也即金属淀析缺陷)的原因。HF缺陷像这些其他空位型缺陷一样，被认为是现代SOI技术的一个重要的问题。与自间隙有关的缺陷所知较少。通常认为是低密度的间隙型位错线或位错网络。这种缺陷与栅氧完整性(Gate Oxide integrity)失效无关，而后者是硅片的一个重要的性能标准，但是普遍认为这种缺陷是通常和漏电流问题相关的其他类型器件失效的原因。如果包含堆积本征点缺陷的硅片被用来制作器件层的话，那么这些缺陷就会产生SOI衬底的性能问题。在SOI结构的基底硅片部分的金属性沾染也可以产生性能问题。在清洗和处理SOI结构时在基底硅片中引起的金属性沾染，在SOI过程使用的热处理中，可以在硅片基底中迁移，直至到达在基底硅片和器件层中间的氧化层。虽然一般讲，这些杂质不会通过氧化层到达器件层，氧化层是这些杂质淀析的优选位置，这种淀析起了损坏氧化层并干扰SOI器件性能的作用。因而始终存在着对于这样一种SOI衬底的需要，它含有一个器件层，在器件层中基本没有堆积本征点缺陷。另外始终存在着对于这样-->一种SOI衬底的需要，它含有一个能够防止金属杂质在氧化层/硅界面上，或在界面附近淀析的基底硅片。因而，本专利技术的目标之一是提供一种硅-绝缘体结构，此结构有一器件层，它包含一较大径向宽度的轴对称区域，在这区域内基本没有由于晶格空位或硅自间隙堆积而引起的缺陷；提供这样一种结构，它有一个提高了吸附杂质能力的基底硅片；提供这样一种结构，其中基底硅片包含一片硅片，它能够在几乎所有电子学器件制造过程的热处理周期中，形成一理想的非均匀氧淀析物分布；以及提供这样一种结构，它更不容易在器件制作过程中形成金属淀析物缺陷。因而，简而言之，本专利技术针对一种硅-绝缘体结构，它包含(1)一基底硅片(2)一单晶硅器件层，它有一中央轴，一圆周边缘，一由中央轴延向圆周边缘的半径，一个第一轴对称区，其中基本没有堆积本征点缺陷以及(3)在基底硅片和器件层之间的一层绝缘层。本专利技术还针对一种硅一绝缘体结构，它包含(1)一基底硅片，这基底硅片包含一片切氏单晶硅片，它有二个相互平行的主表面，其中之一是硅片的前表面，另一个是硅片的后表面，在前后表面之间一个中央平面，一个连接前后表面的圆周边缘，一个表面层，它包含在前表面到距离D1之间硅片的第一个区域，D1的值如从前表面沿指向中央平面方向来量度，至少约10微米，以及一个体层，这体层包含中央平面到第一个区域之间硅片的第二个区域，这硅片的特征在于，它有一个晶格空位的非均匀分布，体层中的空位浓度大于表面层的空位浓度，而空位的峰值密度位于或接近中央平面并从峰值密度位置沿着指向基底硅片前表面的方向逐渐减小，(2)一单晶硅器件层，和(3)在基底硅片和器件层之间的一层绝缘层。本专利技术还针对一种硅-绝缘体结构，这种结构包含(i)一片基底硅片，这基底硅片包含一片切氏单晶硅片，它有二个相互平行的主表面，其中之一是硅片的前表面，另一个是硅片的后表面，在前后表面之间一个中央平面，一个连接前后表面的圆周边缘，一个裸露区，它包含-->在前表面到距离D1之间的硅片的一个区域，D1的值，如从前表面沿指向中央平面方向来量度，至少约10微米，另外在裸露区中包含有间隙氧，这硅片的特征在于，在裸露区中，在距离等于二分之一D1处的间隙氧浓度至少为在裸露区中间隙氧浓度最大值的75％(ii)一单晶硅器件层，和(iii)在基底硅片和器件层之间的一层绝缘层。本专利技术的其他目标和特性将某种程度地明确，部分地将在下面指出。图1是理想淀析硅片过程的示意图。图2是一硅片(样品4-7)截面的照片，该硅片按例1所述来处理。图3是一硅片(样品4-8)截面的照片，该硅片经受例1所述的一系列步骤。图4是一硅片(样品3-14)截面的照片，该硅片经受例1所述的一系列步骤。图5是经受例1中给出的一系列步骤以后，硅片中铂浓度的对数与从硅的表面算起的深度的关系图。图6是一硅片(样品3-4)截面的照片，该硅经受例2中给出的一系列步骤。图7是一硅片(样品3-5)截面的照片，该硅经受例2中给出的一系列步骤。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘体上硅的结构，该结构包含： 一个基底硅片 一单晶硅器件层，它有一中央轴，一圆周边缘，一个从中央轴延至圆周边缘的半径，以及一个第一轴对称区，其中基本没有堆积本征点缺陷；以及， 在基底硅片和器件层之间的一个绝缘层。

【技术特征摘要】
US 1998-9-2 60/098,9021.一种绝缘体上硅的结构，该结构包含：一个基底硅片一单晶硅器件层，它有一中央轴，一圆周边缘，一个从中央轴延至圆周边缘的半径，以及一个第一轴对称区，其中基本没有堆积本征点缺陷；以及，在基底硅片和器件层之间的一个绝缘层。2.按照权利要求1的结构，其中在第一轴对称区域内，硅自间隙是主要的本征点缺陷，第一轴对称区从器件层的圆周边缘沿半径向内延伸，其从圆周边缘沿半径指向中心轴来测量的宽度，为该层半径长度的至少约30％。3.按照权利要求1的结构，其中在第一轴对称区域内，硅自间隙是主要的本征点缺陷，第一轴对称区从器件层的圆周边缘沿半径向内延伸，其从圆周边缘沿半径指向中心轴来测量的宽度，为该层半径长度的至少约40％。4.按照权利要求1的结构，其中在第一轴对称区域内，硅自间隙是主要的本征点缺陷，第一轴对称区从器件层的圆周边缘沿半径向内延伸，其从圆周边缘沿半径指向中心轴来测量的宽度，为该层半径长度的至少约80％。5.按照权利要求2，3或4的结构，其中第一轴对称区通常是环状的并且该结构还包含了第二个通常是圆柱状的区域，在其中，空位是主要的本征点缺陷，第二个区域位于第一个区域的沿半径向内。6.按照权利要求1的结构，其中在第一轴对称区域内，硅自间隙是主要的本征点缺陷，第一轴对称区从器件层的圆周边缘沿半径向内延伸，其从圆周边缘沿半径指向中心轴来测量的宽度，约等于该层的直径的长度。7.按照权利要求1的结构，其中在第一轴对称区内，空位是主要的本征点缺陷，第一轴对称区包含层的中央轴或沿层的半径方向量度至少有约15mm的宽度。8.按照权利要求7的结构，其中第一轴对称区域的宽度为层的半径长度的至少约25％。9.按照权利要求7的结构，其中第一轴对称区域的宽度为层的半径长度的至少约50％。10.按照权利要求7，8或9的结构，其中还包含了第二个总是环状的区域，在这个区域中，硅自间隙是主要的本征点缺陷，第二个区域位于第一个区域的沿半径向外，并且基本没有堆积本征点缺陷。11.按照权利要求7的结构，其中第一轴对称区的宽度约等于层的半径的长度。12.按照权利要求1的结构，其中基底硅片包含一片切氏单晶硅片，它有两个通常是平行的主平面，其中一个是前表面而另一个是硅片的后表面，一个在前后表面之间的中央平面，一个连接前后表面的圆周边缘，一个表面层，这个表面层包含了在前表面和距离D1之间的硅片的第一个区域，D1从前表面指向中央平面来测量，至少约10微米，以及一个体层，它包含了在中央平面和第一个区域之间的硅片的第二个区域，硅片中有不均匀的晶格空位分布，在体层中的空位浓度大于表面层的空位浓度，空位浓度分布的峰值密度位于中央平面上或在中央平面附近，空位浓度从峰值密度位置沿着指向基底硅片前表面的方向通常减小。13.按照权利要求1的结构，其中基底硅片包含一片切氏单晶硅片，它有两个通常是平行的主平面，其中一个是前表面而另一个是硅片的后表面，一个在前后表面之间的中央平面，一个连接前后表面的圆周边缘，以及一个裸露区，该裸露区包含硅片从前表面到距离D1的一个区域，D1沿着指向中央平面的方向来测量，至少约10微米，该裸露区含有间隙氧，硅片在裸露区位于约二分之一D1距离处的间隙氧浓度为裸露区中最大间隙氧浓度的至少约75％。14.按照权利要求1的结构，其中基底硅片包含一片切氏单晶硅片，它有两个通常是平行的主平面，其中一个是前表面而另一个是硅片的后表面，一个在前后表面之间的中央平面，一个连接前后表面的圆周边缘，一个前表面层，它由距离为D2以内硅片的第一个区域构成，D2从前表面算起不大于15微米，以及一个体层，该体层包含中央平面和前表面层之间的硅片的第二个区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特J福斯特，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]