本发明专利技术涉及一种制造在衬底上包括半导体材料的薄层的结构的方法，包含以下步骤：在施主衬底的厚度中产生脆性区域；将施主衬底和支撑衬底进行结合；在脆性区域的水平面上分离施主衬底，以将施主衬底的一部分转移到支撑衬底上以在后者上构成薄层；在分离后对该结构进行热处理，以稳定薄层和支撑衬底之间的结合界面，这样操作可以避免薄层中出现滑移线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在衬底上制造包含半导体材料薄层的结构的方法，包括以下步骤在施主衬底的厚度中制备脆性区域； 将施主衬底和支撑衬底进行结合；在脆性区域的水平面上分离施主衬底，将施主衬底的一部分转移 到支撑衬底上以在该支撑衬底上构成薄层；对在支撑衬底上具有薄层的该结构体进行热处理，以稳定薄层和 支撑衬底之间的结合界面。本专利技术还涉及到由该工艺所得到的结构。
技术介绍
以上提及的这种方法为众所周知，比如Smart CutTM法，它对应于本专利技术的一种优选实施方式。关于Smart Cut 法的其他细节见文献Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI, 2nd Edition, Jean-Pierre Colinge著， Kluwer Academic Publishers, 第50-51页。这些方法可以方便地在支撑衬底上制造包含半导体材料的薄层 的结构，尤其是对于绝缘层插在薄层和支撑衬底间的绝缘体上硅 (SeOI; Semiconductor on Insulator)型的结构。由这些方法得到的结构用于微电子应用、光学和/或光电子领域， 薄层典型地用作有源层以形成器件。薄层和支撑衬底之间的结合界面的稳定性是必需的，以使分离后 得到的结构呈现出与本专利技术的应用领域的需求和规范相一致的机械特 性和电气特性。特别是该方法确保了薄层和支撑衬底间的强粘合性。如果没有这 种粘合性的话，在形成电子部件的后续步骤中存在的风险有可能导致 薄层在结合界面的水平面上发生剥离。在这一方面表明，在没有至少对结合界面进行强化处理的情况下，直接在分离后将根据Smart CutTM法形成的结构浸没入HF池中， 会导致薄层在结构边缘部分的径向分离超过几微米，甚至薄层整体分 离。另外，结合接合的水平面处的结合质量很有可能改变薄层中载流 子的行为。为了确保得到满意的和可重现的电气性能，很有必要使结 合界面稳定。可以通过制造结构的裂面并用Wright型溶液蚀刻结合界面(对 于SKVSi界面大概需要10秒钟)来描述薄层/支撑衬底结合界面稳定 性是否恰当。如果结合界面不稳定或者稳定性很差，那么蚀刻会在界 面的水平面处揭示出很多缺陷，甚至造成界面的完全腐蚀。相反地， 如果结合界面非常稳定，就不会出现缺陷。更确切地说，本专利技术认为一旦正确地稳定了结合界面，通过扫描 电子显微镜(SEM)观察Wright蚀刻后的结合界面，比如观察3个 区域，每个区域宽度为3jun，平均每个区域中的缺陷数量小于等于l。3个区域(每个宽度为3nm)都没有出现缺陷的结合界面被认为 是完全稳定的。每个区域(每个宽度为3nm)出现1个缺陷的结合界面认为是弱 稳定的。尽管如此，这种弱稳定性还是满足本专利技术相关应用领域的。最后，每个区域(每个宽度为3nm)出现多于l个缺陷的结合界 面被^人为是不稳、定的。附图la表示完全稳定的且没有任何缺陷的BOX (埋入氧化物) 氧化物/珪Si界面。另一方面，附图lb表示不够稳定的BOX/砝Si界 面，表示了在Box氧化物层和Si衬底间的缺陷区域Zd，这个缺陷区 域Zd表现出Wright蚀刻出现的缺陷(根据SEM观察其数量远多于 1个缺陷/区域)。部分解决方法被提出来解决结合界面稳定性问题。这些方法推荐 在施主衬底和支撑衬底间产生强结合，典型地通过在结合阶段和分离阶段之间热注入(heat injection),或者甚至在结合阶段之前对被 结合界面的一个和/或另一个进行预处理。这些方法可以通过增加施主衬底(以及薄层)和支撑衬底间的结 合能来强化结合。结合强化是一个微观现象并且结合能可以用机械方 法测量，比如用Maszara刀片(blade)技术。这项技术的描述可参见Silicon-On-Insulator by Wafer Bonding: A Review，，，by W.P. Maszara, in J. Electrochem. Soc. ， Vol. 138; No. 1， January 1991。但这些解决方法不能使得结合界面稳定；稳定性是一个微观现 象，它反映了在安装在整个界面上的两个村底之间的原子键(共价键) 的均匀建立。如前所述，这些共价键只要没成键，哪怕是局部的，就会通过Wright溶液蚀刻以化学方式表现出来。换句话说，稳定的结合界面需要表现出高结合能，但是反之却不 成立。为了使薄层和支撑村底之间的结合界面产生真正的稳定性，当前 典型的做法是对分离并将薄层从施主衬底移到支撑衬底后得到的结构 进行热处理。更确切地说，这种热处理是将分离后得到的结构在至少iooo'c的 温度下进行数小时的炉内退火。这种长持续时间的热处理在接下来的说明中被称为稳定性退火。举个例子，就Si02/Si结合而言(Si02层典型地形成于施主衬底 的表面，用来在薄层和Si支撑衬底之间起到绝缘层的作用)，稳定性 退火包括将分离后得到的结构体在1100的温度下暴露2小时，另外，可以参看文献US6，403，450，其中记栽了稳定性退火的例子。尽管如此，实施如此长持续时间的稳定性退火来稳定结合界面的方法，其效果并不能完全令人满意。首先，薄层可能无法承受数小时的炉内稳定性退火。举个例子， 这种应用于硅薄层约束的退火很可能在薄层的厚度中产生位错型缺陷 从而导致约束的松弛。另外，稳定性退火是一个长时间(数小时)的操作，结果造成大 量热量消耗(温度/持续时间对)问题。因此，稳定性退火使得制造在 支撑衬底上具有薄层的结构的工艺变得复杂，并且增加了这种结构的 生产成本。再者，稳定性退火很可能因其实现所需的装置导致这种在支撑村底上具有薄层的结构的质量降低。事实上，当温度超过1000。C的时候，由于约束区的出现很可能产生滑移线，，型缺陷，约束区一般位于结构 体和装置(被称为舟)之间的接触点末端的水平面上，该装置用于 支撑炉内的结构体。此外，有证据表明这种薄层质量下降现象(比如因产生滑移线) 会在稳定性退火和其他热处理方法结合起来使用时被加重(比如与快速热退火结合起来用的时候，见文献US 2005/0042840 )。这种组合事 实上会产生最终联合起来降低薄层的质量的持续的热源约束。因此需要有一种技术来替代在温度至少IOOO'C的炉内实施数小 时的分离后稳定性退火，更确切地说，需要一种技术，它允许使薄层 和其上被转移了所述薄层的支撑衬底间的结合界面稳定化而不存在上 面提到的这些缺点。
技术实现思路
本专利技术旨在迎合这种需要并提出了一种方法来制造一种在衬底 上具有半导体材料的薄层的结构，包括以下步骤 在施主衬底的厚度中产生脆性区域； 将施主衬底和支撐衬底进行结合；在脆性区域的水平面上分离施主衬底，以将施主衬底的一部分转移到支撑衬底上以在支撑衬底上形成薄层；在分离后对该结构体进行热处理，以稳定薄层和支撑衬底之间的结合界面；其特征在于用于稳定结合界面的热处理步骤通过执行一次或多 次快速热退火操作的方式进行。本方法一些特点如下，但不只限于此在分离后，本方法还包括减薄薄层的步骤；减薄步骤在第一次快速热退火操作之后执行；减薄步骤包括在温度小于等于IOOO'C下执行的热处理操作；减薄步骤的热操作是对分离后得到的结构进行的氧化，其操作温 度为800'C 100本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造在衬底上具有半导体材料的薄层的结构的方法，包括以下步骤： 在施主衬底的厚度中产生脆性区域； 将所述施主衬底与支撑衬底进行结合； 在所述脆性区域的水平面上分离所述施主衬底，以将所述施主衬底的一部分转移到所述支撑衬底上并在该支撑衬底上形成薄层； 对在所述支撑衬底上包含所述薄层的结构进行热处理，以稳定所述薄层和所述支撑衬底之间的结合界面。 其特征在于，通过实施一次或多次快速热退火操作来执行稳定所述结合界面的所述热处理步骤。
【技术特征摘要】
FR 2006-7-13 06064401.一种制造在衬底上具有半导体材料的薄层的结构的方法，包括以下步骤在施主衬底的厚度中产生脆性区域；将所述施主衬底与支撑衬底进行结合；在所述脆性区域的水平面上分离所述施主衬底，以将所述施主衬底的一部分转移到所述支撑衬底上并在该支撑衬底上形成薄层；对在所述支撑衬底上包含所述薄层的结构进行热处理，以稳定所述薄层和所述支撑衬底之间的结合界面。其特征在于，通过实施一次或多次快速热退火操作来执行稳定所述结合界面的所述热处理步骤。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在分离后减 薄所述薄层的步骤。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述减薄步骤在第 一次快速热退火操作后实施。4. 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述减薄步骤 包括在温度小于或等于1000。C下执行的热处理操作。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述减薄步骤的所 述热操作是对分离后得到的所述结构在温度为800。C 1000r之间、优 选为950'C下执行的氧化过程。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，在对分离后获得的 所述结构进行氧化后，接着进行脱氧操作以去除所述氧化操作中形成 的氧化层。7. 如权利要求2到6任一项所述的方法，其特征在于，用于稳 定结合界面的所述热处理步骤是通过实施至少两次快速热退火操作执 行的，以及在所述两次快速热退火操作之间执行减薄步骤。8. 如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克内瑞特，塞巴斯蒂安克瑞迪雷斯，
申请(专利权)人：SOI泰克绝缘体硅技术公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]
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