用于处理绝缘体上硅结构的方法技术

公开了一种处理绝缘体上硅结构的解理表面的方法。所述绝缘体上硅结构包括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层。所述硅层具有解理表面，所述解理表面限定所述结构的外表面。所公开的方法包括：蚀刻工艺，其减低用于处理所述绝缘体上硅结构以去除当使供体晶片的一部分沿解理面从所述绝缘体上硅结构分离时形成的表面损伤和缺陷所需的时间和成本。所述方法包括：对所述结构退火；蚀刻所述解理表面；以及对所述解理表面进行非接触式平滑处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
通常由单晶锭(例如，硅锭)制备半导体晶片，修整(trim)并研磨该单晶锭以具有用于在随后的工序中晶片的合适取向的平面或切口(notch)。然后，该锭被切割为单独的晶片。虽然本文中将参考由硅构建的半导体晶片，但同样也可以使用诸如(锗或砷化镓) 的其他材料。一种类型的晶片为绝缘体上硅(SOI)晶片。SOI晶片包括在绝缘层(即，氧化物层)的顶上的硅薄层，而绝缘层沉积在硅衬底上。绝缘体上硅晶片为绝缘体上硅结构的类型。制造SOI晶片的实例方法包括在供体晶片(donor wafer)的经抛光的前表面上形成氧化物层。在供体晶片的前表面之下的预定深度处注入粒子(例如，氢原子或者氢和氦原子的组合)。注入的粒子在供体晶片中在其被注入的预定深度处形成解理面(cleave plane)。供体晶片的表面被清洁以去除在注入工艺期间沉积在晶片上的有机化合物。然后通过亲水接合工艺将供体晶片的前表面接合(bond)到处理晶片(handle wafer)以形成接合的晶片。通过将供体晶片和处理晶片的表面暴露到包含例如氧或氮的等离子体而将供体晶片和处理晶片接合到一起。在通常称为表面活化的处理中，通过暴露到等离子体而使表面的结构改性。然后将供体晶片和处理晶片按压到一起，并在其间形成接合。该接合相对是弱的，在进行进一步处理之前必须被强化。在一些处理中，通过在约300°C和500°C之间的温度下加热或退火接合的晶片对， 强化供体晶片与处理晶片(即，接合的晶片)之间的亲水接合。高温导致在供体晶片和处理晶片的邻接表面之间形成共价键，由此巩固供体晶片与处理晶片之间的接合。在加热和退火接合的晶片的同时，在供体晶片中的早先注入的粒子使解理面弱化。然后使供体晶片的一部分从接合的晶片沿解理面分离(即，解理)以形成SOI晶片。接合的晶片首先被置于固定设备中，在该固定设备中，垂直于接合的晶片的相对侧施加机械力以将供体晶片的一部分拉离接合的晶片。根据一些方法，利用吸盘施加机械力。通过在解理面处在接合的晶片的边缘施加机械楔以引发沿解理面的开裂的传播来引发供体晶片的一部分的分离。然后，通过吸盘施加的机械力从接合的晶片拉下供体晶片的一部分，由此形成SOI晶片。根据其他的方法，替代地，使接合的对经受高温一段时长，以从接合的晶片分离供体晶片的一部分。暴露到高温造成沿解理面的开裂的开始和延伸，由此分离供体晶片的一部分。所产生的SOI晶片包括设置在氧化物层的顶上的薄硅层(在解理后保留的供体晶片的部分)和处理晶片。硅薄层的解理表面(cleaved surface)具有不适于最终用途应用的粗糙表面。对表面的损伤可能是粒子注入和在硅晶体结构中的产生的位错的结果。因此， 需要附加的处理来平滑化解理表面。为了平滑化和减薄硅的表面层(即，解理表面)，先前的方法利用退火、化学机械抛光、高温气体蚀刻(即，外延光滑化(印i_平滑化))的组合或者在解理表面上形成牺牲氧化物层。目前的前外延平滑化退火(PESA)工艺使SOI经受高温(1000°C到1200°C )数4小时。高温通过允许硅的晶体结构重新取向其中存在的位错而修复(heal) SOI晶片的解理表面。虽然PESA工艺通常显著减小了在解理表面上存在的损伤，但需要附加的处理来将解理表面的厚度减小到希望的水平并将表面平滑到希望的表面质量。因此，对SOI晶片的解理表面的处理是费时的且昂贵的工艺。因此，仍然需要这样的晶片表面处理方法，该方法解决了当前处理操作的缺点并适合用于利用接合的晶片的晶片处理操作。
技术实现思路
第一方面为一种处理绝缘体上硅结构的方法。所述绝缘体上硅结构具有处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层。所述硅层具有解理表面，所述解理表面限定所述结构的外表面。所述方法包括退火所述解理表面；蚀刻所述解理表面；以及对所述解理表面进行非接触式平滑处理。另一方面为一种。所述绝缘体上硅结构具有处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层。所述硅层具有解理表面，所述解理表面限定所述结构的外表面。所述方法包括通过去除所述硅层的至少一部分来蚀刻所述解理表面；以及对所述解理表面进行非接触式平滑处理。再一方面为一种处理绝缘体上硅结构的方法。所述绝缘体上硅结构具有处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层。所述硅层具有解理表面，所述解理表面限定所述结构的外表面。所述方法包括蚀刻所述结构的所述解理表面；以及退火所述结构。存在关于上述方面解释的特征的各种细化。进一步的特征同样可被并入到上述方面中。这些细化和附加的特征可以单独存在或以任何组合的形式存在。例如，下面关于任一示例性实施例讨论的各种特征可被单独地或以任何组合的形式并入到上述方面的任何一方面中。附图说明图IA为供体硅晶片的顶平面视图；图IB为图IB的供体硅晶片截面视图；图2为正经历离子注入的供体硅晶片的截面视图；图3为包括接合到处理硅晶片的供体硅晶片的接合的晶片的截面视图；图4为在去除了供体晶片的一部分之后的图3的接合的晶片的截面视图；图5为在处理接合的晶片的解理表面之后的图4的接合的晶片的截面视图；图6为示出了晶片旋转蚀刻机(wafer spin etcher)的示意图；图7为示出了处理SOI晶片的方法的流程图；图8为示出了处理SOI晶片的方法的流程图；以及图9为示出了处理SOI晶片的方法的流程图。具体实施方式首先参考图IA和1B，示出了供体晶片110和氧化物层120。图IA为供体晶片110 的顶平面视图，而图IB为供体晶片的截面视图。氧化物层120被接合到供体晶片110的前表面112。可通过使供体晶片110经受适于生长氧化物层的气氛而在前表面112的顶上生长氧化物层120。或者，氧化物层120可以通过任何公知的化学沉积工艺沉积在前表面112 上并用作绝缘体(即，电介质)。图2为正被注入粒子(例如，氢原子或者氢原子与氦原子的组合)的供体晶片110 的截面视图。用粒子注入供体晶片Iio至供体晶片110的前表面112之下的预定深度处。 在一些实施例中，粒子为通过离子注入工艺注入的氢或氦离子。然后，在供体晶片120的前表面112之下，在与前表面相距等于粒子注入的预定深度的距离处形成解理面114。解理面 114限定通过供体晶片110的这样的面，一旦随后加热供体晶片，供体晶片在该面处由于离子的注入而被显著弱化。图3为供体晶片110和处理晶片130的截面视图。根据任何适宜的方法，例如亲水接合，将供体晶片110与处理晶片130接合到一起。通过将供体晶片和处理晶片的表面暴露到包含例如氧或氮的等离子体，将供体晶片和处理晶片接合到一起。在通常称为表面活化的工艺中，通过暴露到该等离子体而使晶片的表面改性。然后，将晶片按压到一起并在其间形成接合。该接合是弱的，因此在进行进一步的处理之前必须被强化。供体晶片110和处理晶片130 —起形成了接合的晶片140。在一些工艺中，通过在约300°C和500°C之间的温度下加热或退火接合的晶片对来强化供体晶片与处理晶片之间的亲水接合(即，接合的晶片)。高温导致在供体晶片和处理晶片的邻接表面之间形成共价键，由此巩固供体晶片与处理晶片之间的接合。在加热和退火接合的晶片的同时，在供体晶片中的早先注入的粒子开始移动并弱化解理面。图4为图3中示出的接本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于处理绝缘体上硅结构的方法，所述绝缘体上硅结构包括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层，所述硅层具有解理表面，所述解理表面限定所述结构的外表面，所述方法包括以下步骤：对所述结构退火；蚀刻所述解理表面；以及对所述解理表面进行非接触式平滑工艺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·里斯，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US