制造包含薄半导体层的结构的方法、所获得的中间结构以及该方法的应用技术

一种制造包括从晶片（１０）获得的半导体材料的薄层的结构的方法，晶片（１０）包括：晶格参数匹配层（２），该晶格参数匹配层（２）包括具有第一晶格参数的半导体材料的上层；半导体材料的膜（３），其具有基本上不同于第一晶格参数的标称晶格参数并被匹配层（２）应变；具有基本上与第一晶格参数相同的标称晶格参数的松弛层（４），该方法包括松弛层（４）和应变膜（３）向接收衬底（５）的转移。还提供根据本发明专利技术的工艺之一制造的结构。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从晶片向接收衬底转移薄层，目的是为了形成如绝缘体上半导体结构等结构，所谓的SeOI(绝缘体上半导体)结构。这种转移的第一个目的是通常用于产生电子结构，电子结构的有源层，就是说包括或将包括电极部件的层特别薄并且在整个厚度上是特别均匀的。转移的第二个目的是通过将有源层从包括缓冲层的晶片上转移到接收衬底上而也能产生这些结构。转移的第三个目的是可以提供再利用一部分晶片、尤其是至少一部分缓冲层以用于其它转移的的可能性。术语“缓冲层”应该理解为置于具有不同晶格参数的两个结晶结构之间的层，其中在其表面之一的区域中具有基本上与第一种结构相同的晶格参数，而在其另一个表面的区域中具有基本上与第二种结构相同的晶格参数。因此，晶片例如可以包括单晶硅(还称为Si)晶片，在其上通过缓冲层产生硅锗(还称为SiGe)松弛层，尽管在这两种材料之间存在晶格参数的差异。借助“松弛层”指的是通过X射线衍射或罗曼光谱测量具有高达50％的晶体松弛率的一层半导体材料。具有100％松弛率的层具有与该层材料的标称晶格参数基本上相同的晶格参数，就是说在其体形式(bulk form)中平衡的材料晶格参数。相反，术语“应变层”指的是其晶体结构在晶体生长如外延期间发生拉伸或压缩应变的半导体材料的任何层，其需要至少一个与这种材料的标称晶格参数基本上不同的晶格参数。这样，缓冲层就使得可以在Si衬底上生长SiGe层而不需要由衬底应变这个SiGe层。假设体SiGe通常在市场是不可获得的，则在晶片中使用缓冲层以为了在表面上具有松弛SiGe层，由此使得可以产生能执行与体SiGe衬底相同的功能的结构。插在Si晶片和松弛SiGe层之间的缓冲层一般由SiGe构成，其中锗的含量比例沿整个晶片厚度上朝向松弛层逐渐增加。因此，可以-从晶片向松弛层逐渐增加锗含量；-限制与晶格参数的差异相关的缺陷，从而隐藏缺陷；-相对于在松弛SiGe层的表面上外延生长的不同材料膜，提供足够厚的松弛SiGe层稳定性，以便应变不同材料膜从而改变其晶格参数，而不影响松弛SiGe层的晶格参数。由于所有这些原因，缓冲层必须足够厚，通常具有大于一微米的值。将在这种缓冲层上外延生长的松弛材料的层从晶片向接收衬底转移的工艺是熟知的。这种工艺例如在由L.J.Huang等人提出的IBM文献(“SiGe-On-Insulator prepared by wafer bonding and layer transfer forhigh-performance field-effect transistors”，Applied PhysicsLetters，26/02/2001，Vol.78，No.9)以及在文献WO02/33746中有人提出了，在这些文献中，SGOI(绝缘体上硅锗)结构由依次包括单晶硅支撑衬底、SiGe缓冲层和松弛SiGe层的晶片制造。在由L.J.Huang等人发表的文献中采用的一种工艺在于进行本申请人的Smart-Cut工艺，这是本领域技术人员熟知的，其文字说明在涉及晶片减小技术的大量著作中可以发现，该技术为的是除去松弛SiGe层，从而通过键合到氧化接收衬底上而将松弛SiGe层转移，由此产生SGOI结构。尽管这种工艺提供了很多优点，但是可能在转移层的表面上形成几个粗糙的区域，则然后必须进行表面处理步骤。这种处理步骤一般是通过CMP(化学机械抛光或化学机械平面化)进行的，这可能产生表面缺陷(如应变硬化区)，这可能不完善地校正厚度，因此保持不均匀的层厚度，并且可能使SiGe层的转移缓慢，并且提高了其成本。在文献WO02/33746中提到的工艺除了CMP抛光步骤之外还包括初级研磨、抛光和刻蚀步骤，以便除去部分晶片，由此使从晶片除去的整个工艺速度缓慢，甚至进一步增加了其成本，同时不能保证良好均匀的层厚度。因此在这种情况下不能充分地实现上述转移的第一个目的。为了尽力减轻这一点，文献US5882987和US6323108公开了从晶片来制造SOI(绝缘体上硅)结构的全部工艺，该结构依次包括单晶硅支撑衬底、SiGe层和键合到氧化接收衬底上的外延生长硅层。采用Smart-Cut技术，并在将晶片键合到接收衬底上之后，在硅支撑衬底上分开部分晶片。由此除去了依次包括部分硅支撑衬底、SiGe层和外延生长硅层的结构。整个组件键合到氧化接收衬底上。然后在该结构上进行两个连续的选择刻蚀操作，首先是为了利用刻蚀液除去硅支撑衬底的其余部分，使得SiGe层形成停止层，然后是为了利用刻蚀液除去SiGe层，从而硅层形成停止层。在结束时获得的结构是具有表面硅层的SOI结构。这样，利用薄而且整个厚度都均匀、基本上与外延生长初始层相同的半导体层获得了SeOI结构，同时除了选择刻蚀操作以外还避免使用处理步骤。然而，插在硅晶片和外延生长硅层之间的SiGe层具有在0.01和0.2微米之间的典型厚度，如上所述，该厚度不足以具有担当硅晶片和潜在的松弛SiGe层之间的缓冲层的作用。因此晶片不包括缓冲层。因此在这种情况下不能实现上述转移的第二个目的。此外，给定插入的SiGe层的厚度的大小的数量级，则好像不会必然限制后者的结构(应变、松弛或中间)状态。现在，转移的另一个主要目的也涉及最终结构的制造，该最终结构包括处于基本上控制结构状态的一层或多层，如基本上松弛的SiGe层，这些在文献US6323108中所述结构的制造中好像不能保证。关于文献WO01/00169，提供了用于由依次包括硅衬底、SiGe缓冲层、松弛SiGe层和任选的应变硅或SiGe层的晶片制造最终结构的工艺，其中最终结构具有在任选的另一应变硅或SiGe层上的松弛SiGe层。用于制造这种结构的技术包括在将晶片键合到接收衬底上之后，通过选择地刻蚀硅衬底和SiGe缓冲层，除去不希望保留的晶片的材料。尽管得知这种技术可以实现在整个厚度上均匀的特别小的层厚，然而，必须通过化学刻蚀破坏硅衬底和SiGe缓冲层。因此这些工艺不允许再利用部分晶片、尤其是至少一部分缓冲层用于其它层转移的可能性。因此在这种情况下不能实现在文献的开始阶段提到的上述第三个目的。WO02/15244文献介绍了一种在转移前提供的源晶片，它包括松弛SiGe层/应变Si/SiGe层/缓冲SiGe层/Si衬底结构。然后，转移涉及在应变Si层水平上执行Smart-Cut工艺。由于这个层的厚度，在应变硅层中注入离子可能难以操作，并因此可能导致在应变硅层周围的SiGr层内部产生结构损伤。为了特别地实现这些目的，根据第一方案，本专利技术提供一种制造包括由晶片获得的薄层半导体材料的结构的方法，该晶片包括晶格参数匹配层，该晶格参数匹配层包括选自具有第一晶格参数的半导体材料的上层，其特征在于该方法包括如下步骤(a)在匹配层的上层上生长选自半导体材料的材料膜，其中该膜是具有基本上与第一晶格参数不同的标称晶格参数的材料，其中生长的膜具有足够小的厚度，从而保持位于下面的匹配层的上层的第一晶格参数并因此被应变；(b)在该膜上生长选自半导体材料的松弛层，所述松弛层具有基本上与第一晶格参数相同的标称晶格参数；(c)除去一部分晶片，包括如下操作-在匹配层中形成脆性区；和-为了在脆性区水平上分离包括松弛层的部分晶片而供给能量，由此形成要制造的结构。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造结构的方法，所述结构包括从晶片（１０）获得的半导体材料的薄层的，其中晶片（１０）包括晶格参数匹配层（２），该晶格参数匹配层（２）包括选自具有第一晶格参数的半导体材料的上层，其特征在于：该方法包括如下步骤：（ａ）在匹配层（２） 的上层上生长膜（３），所述膜（３）是选自半导体材料的材料，所述膜（３）是具有基本上与第一晶格参数不同的标称晶格参数的材料，所述生长的膜（３）具有足够小的厚度以便保持位于下面的匹配层（２）的上层的第一晶格参数并由此被应变；（ｂ）在膜（ ３）上生长松弛层（４），所述松弛层（４）的材料是选自具有基本上与第一晶格参数相同的标称晶格参数的半导体材料；（ｃ）除去晶片（１０）的一部分，包括下列操作：－在匹配层（２）中形成脆性区；和－为了在脆性区水平上分离包括所 述松弛层（４）的晶片（１）的部分而供给能量，由此形成要制造的所述结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B吉瑟伦，C奥涅特，B奥斯特诺德，
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]