分解絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的外周環(huán)中的氧化物層的方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本發(fā)明是中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00980155187.X，發(fā)明名稱為"分解絕緣體上半導(dǎo)體 型結(jié)構(gòu)的外周環(huán)中的氧化物層的方法"，申請(qǐng)日為2009年12月30日的進(jìn)入中國(guó)的PCT專 利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種處理連續(xù)包括載體襯底（carriersubstrate)、氧化物層和半導(dǎo) 體材料薄層的絕緣體上半導(dǎo)體型（SOI)結(jié)構(gòu)的方法，更特別地，涉及一種可以避免半導(dǎo)體 層在分解氧化物的熱處理過(guò)程中分層的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在絕緣體上半導(dǎo)體型（SOI)結(jié)構(gòu)的區(qū)域中，已知可以應(yīng)用熱處理來(lái)使至少一部分 氧從埋入氧化物層通過(guò)薄半導(dǎo)體層擴(kuò)散，以便減小或消除該氧化物層的厚度。
[0004] 可以對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)用這種分解步驟，或者也可以局部地應(yīng)用這種分解步驟，即在 與所需圖案相對(duì)應(yīng)的SOI結(jié)構(gòu)的確定區(qū)域中完全或部分地分解氧化物層，同時(shí)保留其他區(qū) 域中的原始氧化物層。這被稱為氧化物層的"局部分解"。
[0005] 這種分解熱處理或者諸如表面平滑步驟或外延步驟的任何其他類型的熱處理的 應(yīng)用可能引起文件W0 2007/048928中所提到脫濕（de-wetting)現(xiàn)象。本發(fā)明的發(fā)明人觀 察到，引發(fā)這種現(xiàn)象的位置特別地是在結(jié)構(gòu)的外周，更一般地是在結(jié)構(gòu)中露出埋入氧化物 的每一點(diǎn)處，即結(jié)構(gòu)中與外界相接觸的每一點(diǎn)處，或者是在薄層過(guò)薄（幾十納米或更?。┮?至于在結(jié)構(gòu)達(dá)到高溫時(shí)在形態(tài)上變得不穩(wěn)定、從而露出埋入氧化物的每一點(diǎn)處。
[0006] 薄層的厚度越?。ɡ缧∮?00nm)，這種脫濕現(xiàn)象越嚴(yán)重。
[0007] 如果埋入氧化物暴露在處理氣氛中并與例如由Si制成的薄層相接觸，則這種脫 濕現(xiàn)象還伴隨有按照如下反應(yīng)腐蝕該氧化物的現(xiàn)象：
[0008] Si02+Si-> (氣體）2Si0
[0009] 在Si/Si02/處理氣氛的"三點(diǎn)"接觸處，埋入氧化物（Si02)與薄層的硅反應(yīng)，形 成被攜帶到處理氣氛中的揮發(fā)性SiO復(fù)合物。
[0010] 回顧一下，在通過(guò)鍵合獲得的絕緣體上半導(dǎo)體型（S0I)襯底中，由于接觸面上存 在外周倒角，在組裝襯底的邊緣不存在鍵合。因此在轉(zhuǎn)移例如由硅制成的薄層之后，最終襯 底具有未發(fā)生轉(zhuǎn)移且露出埋入氧化物的外周環(huán)。
[0011] 當(dāng)這種襯底暴露在諸如分解熱處理之類的熱處理當(dāng)中時(shí)，在薄層熱處理過(guò)程中可 能會(huì)發(fā)生脫濕和腐蝕現(xiàn)象，在襯底外周高達(dá)lcm的距離上導(dǎo)致大范圍的缺陷區(qū)域。
[0012] 這種缺陷也可能發(fā)生在埋入氧化物直接暴露或者位于厚度較小的薄層下方的起 始襯底的任意其他點(diǎn)。缺陷可能是薄層中的洞穿缺陷（throughdefect)(也被稱為"HF缺 陷"），因此將埋入氧化物暴露到處理氣氛中。該缺陷可能涉及到薄層的厚度比該層的平均 厚度小很多的襯底區(qū)域，如果在處理過(guò)程中應(yīng)該減小薄層的厚度，則可能使埋入氧化物暴 露到處理氣氛中。
[0013] 這些現(xiàn)象使得襯底不適合用于這些襯底通常的應(yīng)用領(lǐng)域，例如不適合于在出現(xiàn)這 種缺陷的區(qū)域中制造電子元件（例如"存儲(chǔ)器"和"邏輯"元件）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 因此，本發(fā)明的目的之一是提出一種具有簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和低成本的方法，以獲得至少 在其整個(gè)或部分外周上不包括任何脫濕或腐蝕現(xiàn)象的絕緣體上半導(dǎo)體型（SOI)結(jié)構(gòu)，從而 克服這種缺點(diǎn)。
[0015] 為此目的，根據(jù)本發(fā)明，提出一種處理連續(xù)包括載體襯底、氧化物層和半導(dǎo)體材料 的薄層的絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)具有露出所述氧化物層的外周環(huán)，所述 方法包括在中性或受控還原氣氛中應(yīng)用主要熱處理，值得注意的是，所述方法在所述主要 熱處理之前包括至少一個(gè)覆蓋至少所述氧化物層的暴露外周部分的步驟，所述主要熱處理 是在受控的時(shí)間和溫度條件下進(jìn)行的，以便促進(jìn)所述氧化物層的至少一部分氧通過(guò)薄半導(dǎo) 體層擴(kuò)散，導(dǎo)致所述氧化物層的厚度的受控降低。
[0016] 表述"至少所述氧化物層的暴露外周部分"意為埋入氧化物的暴露部分附近的區(qū) 域也被覆蓋，在該區(qū)域中薄層具有非常小的厚度。該厚度在熱處理過(guò)程中將會(huì)被降低，這意 味著在處理過(guò)程中，下方氧化物層可能會(huì)暴露或者在形態(tài)上變得不穩(wěn)定。因此，使用1100°c 的退火時(shí)，有利地必須在氧化物上提供至少l〇nm的層，使用1200°C的退火時(shí)，必須有利地 在外周附近的氧化物上提供至少50nm的層。
[0017] 根據(jù)該方法的有利的非限制性特征：
[0018] -所述主要熱處理為平滑熱處理；
[0019] -在所述主要熱處理之前直接應(yīng)用另外的熱處理，即所謂的蠕變處理，以在所述氧 化物層的暴露外周部分上導(dǎo)致半導(dǎo)體層的蠕變；
[0020] -所述蠕變熱處理是通過(guò)在大約1200°C的最終溫度下非常快速地應(yīng)用熱處理來(lái) 進(jìn)行的；
[0021 ]-所述蠕變熱處理在所述最終溫度下執(zhí)行小于3分鐘的時(shí)間；
[0022] -所述蠕變熱處理是以大于20°C/秒、優(yōu)選地大約50°C/秒的溫升進(jìn)行的；
[0023] -所述氧化物層具有大約10nm的厚度，而所述薄層的厚度比所述氧化物層的厚度 至少大十倍；
[0024] -所述蠕變熱處理是在氫和/或氬氣氛中進(jìn)行的；
[0025] -在所述主要熱處理之前和/或在所述蠕變熱處理之后，在埋入氧化物的暴露外 周部分上形成掩模（mask);
[0026] _所述掩模是在所述半導(dǎo)體層上局部形成的，以允許所述熱處理步驟中的局部分 解；
[0027] _所述半導(dǎo)體材料層是由硅制成的；
[0028] -所述氧化物層是由二氧化硅制成的。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 接下來(lái)參考附圖描述作為根據(jù)本發(fā)明的方法的非限制性示例給出的實(shí)施例的幾 個(gè)變形，從而更好地顯現(xiàn)本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征，其中：
[0030] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的氧化物分解處理之前的絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)，
[0031] 圖2是圖1所顯示的絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的環(huán)的細(xì)節(jié)圖，
[0032] 圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的處理方法中的一個(gè)步驟，
[0033] 圖4和圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的處理方法的實(shí)施例的變形的步驟，
[0034] 圖6至圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的處理方法的實(shí)施例的另一變形的步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 參考圖1，對(duì)絕緣體上半導(dǎo)體（SOI)型結(jié)構(gòu)應(yīng)用下文詳細(xì)描述的分解處理，所述絕 緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)從其底部到其表面連續(xù)包括載體襯底1、氧化物層2和半導(dǎo)體層3。
[0036] 載體襯底實(shí)質(zhì)上充當(dāng)用于SOI結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)構(gòu)件。
[0037] 為此目的，載體襯底典型地具有大約幾百微米的厚度。
[0038] 載體襯底1可以是體襯底（bulksubstrate)或者是復(fù)合襯底，S卩由至少兩層不同 材料的堆疊組成的襯底。
[0039] 載體襯底1例如可以包括下列材料之一 ：Si、Ge、SiGe、GaN、藍(lán)寶石。
[0040] 半導(dǎo)體層包括至少一種半導(dǎo)體材料，例如Si、Ge或SiGe。
[0041] 可選地，半導(dǎo)體層3可以是復(fù)合的，即由半導(dǎo)體材料層的堆疊組成。
[0042] 半導(dǎo)體層3的材料可以是單晶的、多晶的或者無(wú)定形的。其可以是多孔的，也可以 不是多孔的，可以是摻雜的，也可以不是摻雜的。
[0043] 在一種特別有利的方式中，半導(dǎo)體層3適合于容納電子元件。
[0044] 薄半導(dǎo)體層3的厚度小于50:Q0A，優(yōu)選地小于2500A，以使氧能夠充分快速地 擴(kuò)散。半導(dǎo)體層3越厚，氧的擴(kuò)散速度越慢。
[0045] 氧通過(guò)厚度大于5000A的半導(dǎo)體層3的擴(kuò)散是非常緩慢的，因此在工業(yè)層面上 來(lái)講，幾乎是不利的。
[0046] 氧化物層2在結(jié)構(gòu)中埋入在載體襯底1和半導(dǎo)體層3之間；因此在行業(yè)中通常用 BuriedOxideLayer(埋入氧化物層）的縮寫B(tài)OX來(lái)表示。
[0047] 使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的包括鍵合在內(nèi)的任意的成層（layering)技術(shù)來(lái)制造 SOI結(jié)構(gòu)。
[0048] 在這些技術(shù)當(dāng)中，特別要提到的是Smart-Cut方法（注冊(cè)商標(biāo)），其主要包括下列 步驟：
[0049] i)在載體襯底1上或者在包含半導(dǎo)體層3的施主襯底上形成氧化物層2，
[0050] ii)在施主襯底中形成弱化區(qū)域，該弱化區(qū)域限定了將要被轉(zhuǎn)移的薄半導(dǎo)體層3，
[0051] iii)將施主襯底鍵合到載體襯底上，使氧化物層2位于鍵合界面處，
[0052] iv)沿弱化區(qū)域分割施主襯底以將薄半導(dǎo)體層3轉(zhuǎn)移到載體襯底1上。
[0053] 這種