專利名稱：半導(dǎo)體層中的缺陷消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體層中的缺陷消除方法。
背景技術(shù)：
Smart Cut 方法廣泛應(yīng)用在用于制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法中，用于將層從被稱作施主的襯底轉(zhuǎn)移到被稱作受主的襯底。
一般而言，該方法包括用于將離子物種注入到施主襯底的步驟。施主襯底中的注入量變曲線是高斯(Gaussian)型，在對(duì)應(yīng)于具有最大注入物種的位于特定深度的平面中具有峰值，這形成施主襯底中的脆化區(qū)域。將被轉(zhuǎn)移層限制在施主襯底的表面和脆化區(qū)域之間，其中，穿過施主襯底的表面來執(zhí)行注入。隨后，Smart Cut 方法包括用于將施主襯底與受主襯底組合的步驟，使得被轉(zhuǎn)移層與受主襯底接觸。然后，應(yīng)用機(jī)械力、熱力或其他力，使得施主襯底沿著脆化區(qū)域破裂?？稍倮玫氖┲饕r底的剩余物和最終的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被分開，其中，最終的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括受主襯底和被轉(zhuǎn)移層。然而，轉(zhuǎn)移之后，與為形成脆化區(qū)域而在施主襯底中執(zhí)行的注入和破裂有關(guān)的缺陷存在于被轉(zhuǎn)移層中。這些缺陷一般包括被轉(zhuǎn)移層的晶格中的缺陷，和被注入物種的殘?jiān)鹊?。這些缺陷能改變形成在被轉(zhuǎn)移層之中或之上的電子器件的操作。為了消除這些缺陷，將已知的解決辦法應(yīng)用到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)而形成高溫?zé)崽幚?。在這方面，可以參考文件US6，403，450，其描述了用于消除破裂后缺陷的方法，包括被轉(zhuǎn)移層的表面的氧化，以及隨后在大約1100°c溫度的熱處理。然而，存在不能應(yīng)用在這樣高的溫度的熱處理的情況。顯然，包括這種情況受主襯底是已被預(yù)先處理從而具有電子器件、布線、金屬化區(qū)域等的襯底，其中，襯底可因高溫(換句話說，高于大約500°C )熱處理的應(yīng)用而改變。也包括這種情況被轉(zhuǎn)移層本身不能暴露于高溫，比如,該層包括PN結(jié)，如果PN結(jié)暴露于超過800°C的溫度，就會(huì)被損壞(由于形成結(jié)的層中的摻雜物擴(kuò)散)。文件US2005/0280155公開了一種方法實(shí)例，該方法實(shí)例中，包括PN結(jié)的半導(dǎo)體層被轉(zhuǎn)移到包括電子器件和具有金屬化部分的布線區(qū)域的受主襯底上，其中，可以通過SmartCut 方法執(zhí)行半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移。因此，這種受主襯底一定不能暴露于高溫。然而，應(yīng)用較低溫度的熱處理，換句話說，低于大約500°C，或者應(yīng)用調(diào)節(jié)加工步驟而不執(zhí)行任何熱處理(拋光等)以便避免損壞受主襯底，可能不足以消除被轉(zhuǎn)移層中的所有缺陷。不充分或不完全消除缺陷會(huì)危及稍后形成在被轉(zhuǎn)移層之中或之上的器件的操作。
具體地，因?yàn)樽⑷腼@然具有如下影響使某些類型的摻雜物處于非激活狀態(tài)，所以其包含的PN結(jié)有不再可操作 的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明的目標(biāo)是克服這些問題，更具體地，提供一種用于消除由于對(duì)被轉(zhuǎn)移層進(jìn)行注入而引起的缺陷的方法，其沒有損壞受主襯底的風(fēng)險(xiǎn)，不管是存在于所述受主襯底中的器件還是存在于所述受主襯底中的功能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種消除與被轉(zhuǎn)移到受主襯底上的半導(dǎo)體層中的原子物種注入相關(guān)的缺陷的方法，其中，半導(dǎo)體層通過熱傳導(dǎo)率低于被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層的熱傳導(dǎo)率的層而與受主襯底絕熱，所述方法的特征在于，包括執(zhí)行將選擇的電磁輻射應(yīng)用到半導(dǎo)體層，以便將半導(dǎo)體層加熱到低于所述層的熔化溫度的溫度，而不導(dǎo)致受主襯底的溫度增加超過500。。。以具體有利的方式，選擇所述選擇的電磁輻射的波長，以便僅被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層吸收所述輻射。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述電磁輻射是脈沖激光輻射，選擇所述脈沖的能量密度和持續(xù)時(shí)間，以便將半導(dǎo)體層加熱到低于所述層的熔化溫度以用于消除缺陷，而不導(dǎo)致受主襯底的溫度增加超過500°C。根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施例，被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層由硅制成，并且輻射的波長短于360nm。這種情況下，脈沖的能量和持續(xù)時(shí)間優(yōu)選地選擇為將所述被轉(zhuǎn)移層升高到處于800和1300°C之間的范圍內(nèi)的溫度。而且，受主襯底可以有利地包括至 少一個(gè)電子器件和/或至少一個(gè)功能性區(qū)域和/或至少一個(gè)金屬化區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體有利實(shí)施例，被轉(zhuǎn)移層是包括電功能部分的硅層。因此，根據(jù)本發(fā)明的消除方法使得所述被轉(zhuǎn)移層的可能已被注入損壞 的電功能再激活。優(yōu)選地，熱傳導(dǎo)率低于被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層的熱傳導(dǎo)率的層的厚度處于10和IOOOOnm之間的范圍內(nèi)。本發(fā)明也涉及一種制造包括受主襯底和半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其中所述方法包括-將原子物種注入施主襯底，以便創(chuàng)建限制被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層的脆化區(qū)域；-在施主襯底和/或受主襯底上形成熱傳導(dǎo)率低于半導(dǎo)體層的熱傳導(dǎo)率的層；-將施主襯底鍵合到受主襯底上，其中，熱傳導(dǎo)率低于半導(dǎo)體層的熱傳導(dǎo)率的所述層使受主襯底與半導(dǎo)體層絕熱；-施主襯底沿著脆化區(qū)域破裂，以便將半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到受主襯底上；-為消除與對(duì)所述層進(jìn)行注入相關(guān)的缺陷，將如上文所述的缺陷消除方法應(yīng)用到被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層。有利地，破裂和缺陷消除步驟之間，執(zhí)行對(duì)被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層的表面進(jìn)行拋光。根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施例，通過熱傳導(dǎo)率大于或等于半導(dǎo)體層的熱傳導(dǎo)率的鍵合層，將施主襯底鍵合到受主襯底上。例如，所述鍵合層包括硅層和/或金屬層，以便在受主襯底和被轉(zhuǎn)移薄膜之間提供導(dǎo)電界面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，熱傳導(dǎo)率低于半導(dǎo)體層的熱傳導(dǎo)率的層是非連續(xù)的。本發(fā)明的另一個(gè)主題涉及一種包括襯底和半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，襯底包括至少一個(gè)電子器件和/或功能性區(qū)域和/或金屬化區(qū)域，并且襯底通過熱傳導(dǎo)率低于半導(dǎo)體層的熱傳導(dǎo)率的層與半導(dǎo)體層絕熱，所述結(jié)構(gòu)的特征在于半導(dǎo)體層包括P型施主濃度高于IO17CnT3的部分。有利地，這種結(jié)構(gòu)由根據(jù)本發(fā)明的缺陷消除方法獲得，該方法可以再激活包含在半導(dǎo)體層中的P型摻雜物。


本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)，從隨后的具體描述中將是顯而易 見的，或者將被參考附圖提出，附圖中-圖IA到圖ID示意性地示出用于通過SmartCut 方法將半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到功能性受主襯底上的各步驟；-圖2顯示作為輻射波長的函數(shù)的硅吸收系數(shù)曲線；-圖3示出通過SmartCut 方法獲得的絕緣體上半導(dǎo)體型的結(jié)構(gòu)；-圖4A和圖4B分別顯示隨連續(xù)脈沖的進(jìn)展，采用JPSA激光器和采用Excico激光器的圖3中的結(jié)構(gòu)中的溫度量變曲線；-圖5A和圖5B分別顯示針對(duì)采用JPSA激光器和采用Excico激光器的圖3中的結(jié)構(gòu)，被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層(曲線a)和受主襯底(曲線b)的表面處的溫度隨時(shí)間的變化；-圖6示出作為被轉(zhuǎn)移層的厚度和鍵合層的厚度的函數(shù)的激光功率密度的制圖；-圖7顯示針對(duì)被激光或其他處理過的不同結(jié)構(gòu)，作為激光能量密度的函數(shù)的Raman峰寬度的變化；-圖8示出通過該方法的不同步驟，被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層的摻雜物濃度的變化。應(yīng)該注意的是，該結(jié)構(gòu)圖中，為了方便其表示，不必遵從不同層之間的厚度比。
具體實(shí)施例方式圖IA到圖ID示出通過將所述層10從施主襯底I轉(zhuǎn)移來制造包括在受主襯底2上的半導(dǎo)體層10的結(jié)構(gòu)的連續(xù)步驟。參考圖1A，通過將物種注入(由箭頭示意性表示)到包括被轉(zhuǎn)移層11的施主襯底I而形成脆化區(qū)域11。施主襯底I可以是塊狀襯底，或者是復(fù)合襯底，換句話說由一堆不同材料的層組成。被轉(zhuǎn)移層11是半導(dǎo)體材料的單晶層，例如，硅，鍺，SiGe，III-V族二元、三元、四元或更高階合金。被轉(zhuǎn)移層11也可以由這種層的堆疊組成。例如，被轉(zhuǎn)移層可以是包括PN結(jié)的硅層。一般地，注入的物種是輕原子，比如，優(yōu)選地，氫或氦?？梢宰⑷雴我晃锓N(例如，僅氫)，然而，可選地，一起同時(shí)地或連續(xù)地注入兩個(gè)物種(例如，氫十氦)，可能是優(yōu)選的。注入到施主襯底的物種根據(jù)注入量變曲線而分布，一般，注入量變曲線具有高斯形；脆化區(qū)域11位于注入峰值處。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉取決于施主襯底I的材料和注入物種的用于形成給定深度(對(duì)應(yīng)于被轉(zhuǎn)移層10的厚度)的脆化區(qū)域11的注入劑量和能量。在第二步驟(圖IB )中，被脆化的施主襯底I被鍵合到受主襯底2。在此處呈現(xiàn)的圖中，將受主襯底2顯示為具有功能性區(qū)域20，其中，功能性區(qū)域可以包括金屬化區(qū)域、布線或?qū)щ婃溌贰榱诉@個(gè)原因，為了避免損壞這些功能，受主襯底2 —定不能經(jīng)受高溫?？蛇x地，根據(jù)最終的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，襯底2可以是由一種或多種材料或半導(dǎo)體或其他制成的塊狀或復(fù)合襯底。絕熱層3，換句話說是熱傳導(dǎo)率低于轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層10的熱傳導(dǎo)率的層，被插在所述被轉(zhuǎn)移層10和受主襯底2之間。所述層3使得受主襯底與被轉(zhuǎn)移層熱隔離，從而，當(dāng)被轉(zhuǎn)移層被加熱達(dá)到低于其熔化溫度的高溫時(shí)，受主襯底中的溫度增加保持低于500°C。而且，因?yàn)榧訜岜幌拗朴谙鄬?duì)薄的被轉(zhuǎn)移層，所述層3使得加熱被轉(zhuǎn)移層10需要的能量最小化。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，所述絕熱層3有利地具有處于10和IOOOOnm之間范圍內(nèi)的厚度，優(yōu)選地，50和IOOOnm之間。有利地，所述層3由氧化物組成，例如，Si02。然而，可以使用熱傳導(dǎo)率低于半導(dǎo)體層10的材料的熱傳導(dǎo)率的任何其他材料，比 如，SiO2, A1203> SiN, HfO2, TiO2 等。層3可以是均勻的(由單一材料或?qū)拥亩询B形成)或非均勻的，換句話說，由互補(bǔ)圖案形成，其中，每個(gè)圖案由絕熱材料形成。所述層3可以是連續(xù)的，換句話說在受主襯底或被轉(zhuǎn)移層的整個(gè)表面上展開。可選地(未示出)，所述層可以是不連續(xù)的，換句話說由在受主襯底或被轉(zhuǎn)移層的表面的某些區(qū)域上展開的絕熱材料形成，具體地，面對(duì)必需保持在低于500°C溫度的受主襯底的區(qū)域。根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施例，所述層3也組成形成在施主襯底I和受主襯底2之間的鍵
口 /Z^ O具體地，所述鍵合層可以使得兩個(gè)襯底之間的鍵和能量增加。因此，例如，如果施主襯底和受主襯底由硅制成，鍵合層可以是SiO2層。所述層可以在鍵合到襯底之一上之前形成，或者由形成在兩個(gè)襯底中的每個(gè)上的兩個(gè)氧化物層的組合組成?？蛇x地(未示出)，與絕熱層分開的鍵合層可以形成在施主襯底和/或受主層上。例如，鍵合層可以包括硅層。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，鍵合層可以包括金屬層，特別是當(dāng)期望在被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層和受主襯底之間形成導(dǎo)電鏈路時(shí)。而且，鍵合層可以是連續(xù)的(換句話說覆蓋襯底(施主和受主)的整個(gè)表面)或非連續(xù)的，換句話說，僅覆蓋所述襯底的一部分表面，所述鍵合層被根據(jù)給定圖案布置。當(dāng)鍵合層不絕熱時(shí)，換句話說，它的熱傳導(dǎo)率大于或等于被轉(zhuǎn)移層10的熱傳導(dǎo)率(對(duì)于金屬層或硅層，一般是這種情況)，絕熱層3在鍵合之前形成在鍵合層之上或之下。當(dāng)鍵合層的熔化溫度低于被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層的熔化溫度時(shí)(對(duì)于金屬層，是這種情況)，優(yōu)選的是，將絕熱層放置在被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層和鍵合層之間，以這種方式避免加熱被轉(zhuǎn)移層期間鍵合層溫度的顯著增加?？蛇x地(未示出)，沒有鍵合層的情況下，執(zhí)行將施主襯底鍵合到受主襯底上，其中，絕熱層(連續(xù)或非連續(xù))位于界面。優(yōu)選地，通過分子黏附實(shí)現(xiàn)鍵合。絕熱層和相關(guān)的鍵合層可以由任何合適的方法形成，例如，由沉積技術(shù)，比如，化學(xué)氣相沉積或CVD，物理氣相沉積或PVD，或者原子層沉積或ALD。 可選地，不管鍵合步驟是否涉及使用鍵合層，可在其之前進(jìn)行意在增加鍵和能量的施主襯底和/或受主襯底表面上的處理或加工步驟。顯然，這種加工或處理步驟可以包括清潔操作、化學(xué)蝕刻、拋光、等離子體激活等。鍵合之后可以是意在加強(qiáng)鍵合的熱處理。鑒于受主襯底2不能承受高溫，可以中等溫度進(jìn)行熱處理，例如，少于或等于500。。。隨后，使得施主襯底I沿著脆化區(qū)域11破裂，從施主襯底的剩余物分開之后，獲得圖IC中示出的結(jié)構(gòu)，其包括施主襯底2、潛在的鍵合層3和被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層10。因?yàn)?，破裂之后，被轉(zhuǎn)移層10的表面12呈現(xiàn)一定的粗糙程度，所以，為了減少其粗糙程度，有利的是對(duì)其拋光，例如，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)加工。參考圖1D，應(yīng)用熱處理，該熱處理被局部化到被轉(zhuǎn)移層10，換句話說，其不導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的其余部分被顯著加熱。所述熱處理的目標(biāo)是消除與注入相關(guān)的被轉(zhuǎn)移層10中的缺陷，而不導(dǎo)致所述被轉(zhuǎn)移層10熔化。例如，當(dāng)被轉(zhuǎn)移層是包括一個(gè)或多個(gè)p-n結(jié)的硅層時(shí)，注入的效果是使用于形成所述結(jié)的摻雜物電無效。顯然，公知的是對(duì)于硅層注入氫導(dǎo)致η型摻雜。這種摻雜可以降低該層的電性能，具體地，如果該層的原始摻雜屬于P型，或者如果該層包括具有P型摻雜的部分，在結(jié)中是這種情況。由于根據(jù)本發(fā)明的處理，消除與注入和破裂相關(guān)的缺陷使得摻雜物再激活。與導(dǎo)致加熱整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的熱處理形成對(duì)比，本發(fā)明提供對(duì)被轉(zhuǎn)移層的局部化熱處理，其避免加熱受主襯底，或起碼以足夠適度的方式將受主襯底加熱以便不改變受主襯底包括的器件或功能(如果相關(guān)的鍵合層對(duì)溫度敏感，這也應(yīng)用到鍵合層)。
出于該目的，本發(fā)明的解決辦法是通過脈沖將電磁輻射應(yīng)用到被轉(zhuǎn)移層。該輻射的參數(shù)在下文中詳細(xì)介紹。
輻射的參數(shù) 波長
選擇輻射的波長，以便輻射完全或大體上完全被被轉(zhuǎn)移層10吸收。這使得輻射引起的加熱局部化到被轉(zhuǎn)移層10，并且受主襯底2的溫度保持在一個(gè)溫度以下，其中超過該溫度，受主襯底包括的器件或功能將會(huì)改變。如前所述，當(dāng)鍵合層的熔化溫度低于被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層的熔化溫度時(shí)(對(duì)于金屬層，是這種情況)，優(yōu)選的是將絕熱層放置在被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層和鍵合層之間，以這種方式將鍵合層的溫度升高到大體上低于所述層熔化溫度的溫度。而且，被轉(zhuǎn)移層吸收的輻射必須使被轉(zhuǎn)移層的溫度為保持在所述層的熔化溫度以下的溫度。當(dāng)然，該處理期間，該解決辦法盡量避免使被轉(zhuǎn)移層熔化，以便不承受由熔化-重結(jié)晶機(jī)制帶來的在所述層中產(chǎn)生晶體缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。這種缺陷很可能使被轉(zhuǎn)移層的電性能惡化。
圖2示出作為波長λ的函數(shù)的硅吸收系數(shù)α的曲線。從曲線中可以推出，為了避免輻射傳輸?shù)绞苤饕r底，激光的波長必需短于360nm。這是因?yàn)椋^360nm，吸收系數(shù)減少，這意味著輻射穿過被轉(zhuǎn)移層而到達(dá)下面的層并將它們加熱。脈沖的持續(xù)時(shí)間選擇脈沖的持續(xù)時(shí)間，以便，一方面，足夠長以提供足以消除由于到被轉(zhuǎn)移層10的注入引起的缺陷的能量，另一方面，足夠短以便使受主襯底2的溫度不產(chǎn)生顯著增加。另外，選擇兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔，使其比熱量在硅中擴(kuò)散需要的時(shí)間長。例如，如果受主襯底包括金屬化區(qū)域，溫度的增加必須不超過金屬的熔化溫度。一般地，對(duì)于厚度屬于微米量級(jí)的被轉(zhuǎn)移層10，脈沖持續(xù)時(shí)間的大小的量級(jí)大約是十納秒。通過實(shí)例，目前出售的激光器提供的脈沖持續(xù)時(shí)間處于10和200ns之間的范圍內(nèi)。功率理論上，激光器釋放的功率必須足以使被轉(zhuǎn)移層在每個(gè)脈沖期間得以加熱。在實(shí)踐中，可以聚集激光束，以便每單位表面面積釋放的能量達(dá)到需要的水平。該聚集技術(shù)的局限僅在于焦點(diǎn)的大小，如果它很小，會(huì)對(duì)該方法的效率具有負(fù)面影響。絕熱層3 (無論連續(xù)還是非連續(xù))的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是它使激光提供的能量僅局限到被轉(zhuǎn)移層10，其中，被轉(zhuǎn)移層10的厚度相對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體厚度是小的。這使得可以使用具有中等功率的激光器，其中，在任何方面中等功率的激光器是容易得到的目前市場(chǎng)上存在的工業(yè)設(shè)備。本發(fā)明的灃入實(shí)例通過實(shí)例，圖3中示出的絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)由Smart Cut 方法制造，該結(jié)構(gòu)依次包括厚度是幾百微米的由塊狀硅制成的受主襯底2’，厚度為145nm的二氧化硅絕熱鍵合層3’(被稱作Β0Χ，術(shù)語“隱埋氧化物”的縮寫)，以及厚度為O. 8μπι的單晶硅被轉(zhuǎn)移層
10。用于制造該結(jié)構(gòu)SOI的條件是能量為122keV、劑量為8X1016at/cm2的氫注入。破裂之后，硅被轉(zhuǎn)移層10被與注入和破裂相關(guān)的缺陷損壞。
這些缺陷中的大部分通過應(yīng)用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)消除，但是，剩余的缺陷降低硅的結(jié)晶度，并且剩余的缺陷對(duì)隨后形成在被轉(zhuǎn)移層之中或之上的電子器件的性能有害。激光的輻射施加到兩個(gè)相同的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。第一處理步驟是采用JPSA公司出售的激光器的輻射，波長是193nm，脈沖持續(xù)時(shí)間是20ns FffHM (半高寬)。第二處理是采用Excico公司出售的激光器的福射,波長是308nm,脈沖持續(xù)時(shí)間是 160nm FWHM。為了將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面部分(換句話說，局部化到被轉(zhuǎn)移層10)加熱到低于硅熔化溫度的溫度，激光每單位表面面積的能量分別局限到第一激光為O. 16J/cm2，第二激光為 O. 7J/cm2。
可以開展仿真，其中仿真由求解多層中的瞬態(tài)傳導(dǎo)熱方程式組成，并考慮脈沖激光的瞬態(tài)性能。這些仿真的結(jié)果呈現(xiàn)在圖4A和圖4B中，其顯示不同時(shí)間時(shí)，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的層10、3’、2’中的每個(gè)中的溫度量變曲線。橫坐標(biāo)軸顯不結(jié)構(gòu)中的深度,原點(diǎn)對(duì)應(yīng)于被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層10的自由表面12。圖4A顯示第一處理情況下，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的溫度量變曲線，曲線Cl到c5顯示直到激光脈沖結(jié)束為止，每5ns的溫度增加。圖4B顯示第二處理情況下，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的溫度量變曲線，曲線Cl到c20顯示直到激光脈沖結(jié)束為止，每IOns的溫度增加。在這兩種情況中，可以觀察出，即便是處于這些相對(duì)低功率水平時(shí)，加熱局限到被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層10，并且?guī)讉€(gè)脈沖中，可以達(dá)到接近于但是低于硅熔化溫度的溫度，適于消除與注入相關(guān)的缺陷。另一方面，即使如果隨著時(shí)間，發(fā)生對(duì)受主襯底2’的加熱，該加熱不超過200°C。這些同樣的仿真使得可以觀察一個(gè)脈沖期間，圖3中示出的結(jié)構(gòu)中的不同層的表面溫度的時(shí)間變化。圖5A和圖5B分別顯示在第一處理情況和第二處理情況下，被轉(zhuǎn)移層10的表面處的溫度變化(曲線(a))和絕熱層3’和受主襯底2’之間的界面處的溫度變化(曲線(b))。在這兩種情況中，證實(shí)受主襯底2’的表面溫度絕不超過500°C。在第一種情況下，該溫度甚至不超過200°C。對(duì)于被轉(zhuǎn)移層和鍵合層的給定厚度對(duì)，可以在仿真中調(diào)整獲得低于層10的熔化溫度的空氣和被轉(zhuǎn)移層10之間的界面處的溫度需要的功率密度。通過掃描被轉(zhuǎn)移層和鍵合層的厚度范圍，獲得圖6中示出的制圖。圖6顯不在第一處理情況下(JPSA激光器),作為被轉(zhuǎn)移層10的厚度eSQI (橫坐標(biāo)上)和絕熱層3’的厚度e臓(縱坐標(biāo)上)的函數(shù)的激光功率密度的制圖。定義處理參數(shù)，使得空氣和被轉(zhuǎn)移層10之間的界面被加熱到非常接近與所述層的材料的熔化溫度但低于該溫度的溫度，然而，絕熱層3’和受主襯底2’之間的界面保持在低于400 °C的溫度。制圖的較低陰影部分是一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域中，處理導(dǎo)致絕熱層3’和受主襯底2’之間的界面的大于400°C的溫度增加。
該圖突出SiO2層3’使受主襯底2’關(guān)于被轉(zhuǎn)移層絕熱的功效。該圖也顯示，在被轉(zhuǎn)移層10和絕熱層3’的某些厚度配置(被轉(zhuǎn)移層5nm到200nm，絕熱層大于50nm)中，相對(duì)適度的功率密度(大約O. 4. 10nW/cm2)允許層10的表面達(dá)到相對(duì)高的溫度，而受主襯底中的溫度不超過400°C。在該制圖的較上部分，可以看出不同區(qū)域，不同區(qū)域?qū)?yīng)于需要的功率密度的不同值，其中，需要的功率密度處于O. 4. 10nW/cm2和1.8. 10nW/cm2之間的范圍內(nèi)，并且例如通過不同顏色代表。一般而言，絕熱層3、3’的厚度越大，激光必須提供的用于將被轉(zhuǎn)移層的表面加熱到需要溫度的能量越低。如果絕熱層太薄，將不可能將被轉(zhuǎn)移層的表面提高到低于硅熔化溫度的高溫，同時(shí)將所述層與受主襯底的界面保持在低于500°C的溫度?！ぷ詈?，當(dāng)被轉(zhuǎn)移層非常薄時(shí)(納米級(jí)別)，光程小，達(dá)到低于硅的熔化溫度、消除缺陷的溫度需要較高功率光束?？梢酝ㄟ^不同技術(shù)觀察激光處理對(duì)缺陷的消除。具體地，Raman光譜使得可以通過半高處峰值的寬度(FWHM)描述被轉(zhuǎn)移層的結(jié)晶度。圖7示出作為激光的能量密度F的函數(shù)的被轉(zhuǎn)移層10的硅結(jié)晶度的改善，縱坐標(biāo)軸是Raman UV光譜半高處峰值的寬度W (cm—1)。曲線a對(duì)應(yīng)于應(yīng)用到圖3中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一激光處理，其中，已經(jīng)通過被轉(zhuǎn)移層將H+離子注入。曲線b對(duì)應(yīng)于應(yīng)用到圖3中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二激光處理，其中，已經(jīng)通過被轉(zhuǎn)移層將H+離子注入。曲線c對(duì)應(yīng)于應(yīng)用到圖3中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二激光處理，其中，已經(jīng)執(zhí)行通過被轉(zhuǎn)移層將He/H+ —起注入。可以觀察出，當(dāng)激光的能量密度增加時(shí)，晶體質(zhì)量增加(也就是說峰值的寬度減少)。因此，對(duì)于高能量密度，在被轉(zhuǎn)移層中，可以獲得一種晶體質(zhì)量，該晶體質(zhì)量類似于塊狀硅(以點(diǎn)硅為代表的參考材料)，并類似于SOI中的硅層的晶體質(zhì)量，其中，SOI已經(jīng)受過處于高于1000°c的溫度的熱處理。圖8示出在被轉(zhuǎn)移層是包括PN結(jié)的硅層的情況下，摻雜物的激活恢復(fù)。該圖表中，縱坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)于被轉(zhuǎn)移層中的摻雜水平η (以cm_3表不)。正方形對(duì)應(yīng)于P摻雜，三角形對(duì)應(yīng)于N摻雜。橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于連續(xù)的注入、破裂和通過激光輻射消除缺陷的步驟。注入(步驟I)之前，N摻雜的密度大約是5. 1017cm_3，而，P摻雜的密度大約是
O /λ 19 一_3
8.10 cm ο不管是注入H+離子(步驟2)還是一起注入He/H+離子(步驟2’)，注入都具有使摻雜物失活的影響，其導(dǎo)致?lián)诫s水平η顯著減少。破裂(對(duì)應(yīng)于被注入H+領(lǐng)先的破裂的步驟3或?qū)?yīng)于被一起注入He/H+領(lǐng)先的破裂的步驟3’)和拋光(對(duì)應(yīng)于拋光已經(jīng)受過注入H+的被轉(zhuǎn)移層的步驟4或?qū)?yīng)于拋光已經(jīng)受過一起注入H+/He的被轉(zhuǎn)移層的步驟4’ )之后，也可以觀察到失活。激光處理具有恢復(fù)摻雜物的效果。因此，步驟5包括將激光處理應(yīng)用到已經(jīng)受過注入H+的被轉(zhuǎn)移層，其中激光的能量密度為O. 65J/cm2。步驟5’涉及應(yīng)用到已經(jīng)受過一起注入H+/He的被轉(zhuǎn)移層的同樣的激光處理。因此，本發(fā)明使得可以獲得一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層包括P型施主濃度大于IO17CnT3的部分，當(dāng)不能將受主襯底暴露于高于500°C的溫度時(shí)，采用現(xiàn)有技術(shù)的方法不能獲得該結(jié)構(gòu)。
最后，不言而喻，剛剛提出的實(shí)例僅是具體說明，并且絕不限制關(guān)于本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是關(guān)于被處理的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能和材料。具體地，本發(fā)明有利地適用于通過Smart Cut 方法制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，受主襯底一定不能暴露于太高的溫度。然而，本發(fā)明也適用于受主襯底沒有這種限制的結(jié)構(gòu)，例如，“傳統(tǒng)”SOI結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，受主襯底例如是塊狀硅襯底。
權(quán)利要求
1.一種消除與將原子物種注入到被轉(zhuǎn)移到受主襯底(2)上的半導(dǎo)體層(10)中相關(guān)的缺陷的方法，其中，所述半導(dǎo)體層(10)通過熱傳導(dǎo)率低于被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層(10)的熱傳導(dǎo)率的層(3，3’)而與所述受主襯底(2)絕熱，其特征在于，所述方法包括將選擇的電磁輻射應(yīng)用到所述半導(dǎo)體層(10)，以便將所述半導(dǎo)體層(10)加熱到低于所述層(10)的熔化溫度的溫度，而不導(dǎo)致所述受主襯底(2)的溫度增加超過500°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，選擇所述選擇的電磁輻射的波長，以便僅被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層(10)吸收所述輻射。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射是脈沖激光輻射，選擇所述脈沖的能量密度和持續(xù)時(shí)間，以便將所述半導(dǎo)體層(10)加熱到低于所述層(10)的熔化溫度的溫度，而不導(dǎo)致所述受主襯底(2)的溫度增加超過500°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層(10)由硅制成，并且所述輻射的波長短于360nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，脈沖的能量和持續(xù)時(shí)間選擇為將所述被轉(zhuǎn)移層(10)升高到處于800°C和13000C之間的范圍內(nèi)的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述受主襯底(2)包括至少一個(gè)電子器件和/或一個(gè)功能性區(qū)域和/或一個(gè)金屬化區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，被轉(zhuǎn)移層(10)是包括電功能部分的娃層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,熱傳導(dǎo)率低于被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層(10)的熱傳導(dǎo)率的所述層(3，3’)的厚度處于IOnm和IOOOOnm之間的范圍內(nèi)。
9.一種制造包括受主襯底(2)和半導(dǎo)體層(10)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括 將原子物種注入施主襯底(1)，以便創(chuàng)建限制所述被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層(10)的脆化區(qū)域(11)； 在所述施主襯底(I)和/或所述受主襯底(2 )上形成熱傳導(dǎo)率低于所述半導(dǎo)體層(10 )的熱傳導(dǎo)率的層(3，3’)； 將所述施主襯底(I)鍵合到所述受主襯底(2)上，其中，熱傳導(dǎo)率低于所述半導(dǎo)體層(10)的熱傳導(dǎo)率的所述層(3，3’)使所述受主襯底(2)與所述半導(dǎo)體層(10)絕熱； 所述施主襯底(I)沿著所述脆化區(qū)域(11)破裂，以便將所述半導(dǎo)體層(10)轉(zhuǎn)移到所述受主襯底(2)上； 為消除與對(duì)所述層(10)進(jìn)行注入相關(guān)的缺陷，將根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的方法應(yīng)用到被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在破裂和缺陷消除步驟之間，執(zhí)行對(duì)被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層(10)的表面(12)進(jìn)行拋光。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，通過熱傳導(dǎo)率大于或等于所述半導(dǎo)體層(10)的熱傳導(dǎo)率的鍵合層，將所述施主襯底(I)鍵合到所述受主襯底(2)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述鍵合層包括硅層和/或金屬層。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，熱傳導(dǎo)率低于所述半導(dǎo)體層(10)的熱傳導(dǎo)率的所述層(3，3’ )是非連續(xù)的。
14.一種包括襯底(2)和半導(dǎo)體層(10)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，所述襯底(2)包括至少一個(gè)電子器件和/或至少一個(gè)功 能性區(qū)域和/或至少一個(gè)金屬化區(qū)域，并且所述襯底(2)通過熱傳導(dǎo)率低于所述半導(dǎo)體層(10)的熱傳導(dǎo)率的層(3，3’ )與所述半導(dǎo)體層(10)絕熱，所述結(jié)構(gòu)的特征在于所述半導(dǎo)體層(10)包括P型施主濃度高于IO17CnT3的部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體層中的缺陷消除方法，一種消除與將原子物種注入到被轉(zhuǎn)移到受主襯底(2)上的半導(dǎo)體層(10)中相關(guān)的缺陷的方法，其中，半導(dǎo)體層(10)通過熱傳導(dǎo)率低于被轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層(10)的熱傳導(dǎo)率的層(3，3’)而與受主襯底(2)絕熱，所述方法的特征在于，包括將選擇的電磁輻射應(yīng)用到半導(dǎo)體層(10)，以便將半導(dǎo)體層(10)加熱到低于所述層(10)的熔化溫度的溫度，而不導(dǎo)致受主襯底(2)的溫度增加超過500℃。
文檔編號(hào)H01L21/324GK102903630SQ20121025490
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者I·拉杜, C·古德爾, C·維特左烏 申請(qǐng)人:Soitec公司