專利名稱：通過(guò)共同注入和熱退火獲得質(zhì)量改進(jìn)的薄層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造襯底上的結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體材料薄層，該方法包括以下階段在必須由其制作薄層的施主襯底的表面下進(jìn)行粒子注入，以便在施主襯底的厚度內(nèi)建立脆化區(qū)，在施主襯底進(jìn)行注入之后將施主襯底的所述表面與支撐襯底緊密接觸，在脆化區(qū)處分離施主襯底，以將施主襯底的一部分轉(zhuǎn)移到支撐襯底上并且在支撐襯底上形成薄層。
本發(fā)明還涉及通過(guò)使用上述方法獲得的結(jié)構(gòu)。
粒子的注入應(yīng)當(dāng)理解成指的是原子或離子類的任一轟擊，很可能將這些粒子引入到被注入的襯底的材料上，該被注入的襯底具有位于從襯底相對(duì)于轟擊表面的預(yù)定深度處的最大濃度的注入粒子。
上文提到的類型的方法已經(jīng)是已知的。
SMARTCUT類型的方法是這種類型方法的一個(gè)例子。這些方法對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
在Kluwer Academic Publishers出版的Jean-Pierre Colinge的文獻(xiàn)“Silicon-On-Insulator TechnologyMaterials to VLSI，2nd Edition”第50和51頁(yè)中將會(huì)發(fā)現(xiàn)有關(guān)SMARTCUT方法的更多的細(xì)節(jié)。
這種方法有利地制造了包括半導(dǎo)體材料薄層的結(jié)構(gòu)。
這些結(jié)構(gòu)可以是SOI類型(根據(jù)廣泛接受的英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)，對(duì)于Siliconsur lsolant，稱為絕緣體上硅)。
使用從這種方法得到的結(jié)構(gòu)應(yīng)用在微電子學(xué)、光學(xué)和/或光電子學(xué)領(lǐng)域中。
現(xiàn)在，在這些領(lǐng)域中所使用的結(jié)構(gòu)的表面狀況的說(shuō)明一般是很嚴(yán)格的。
薄層的粗糙度實(shí)際上是在某種程度上使得將在結(jié)構(gòu)上生成的組件處于良好質(zhì)量的參數(shù)。
粗糙度一般由簡(jiǎn)稱為RMS(根據(jù)Root Mean Square的英語(yǔ)首字母簡(jiǎn)略詞)的平均二次值表示，或由簡(jiǎn)稱為PSD(根據(jù)Power Spectral Density的英語(yǔ)首字母簡(jiǎn)略詞)的光譜能量密度表示。
借助實(shí)例，當(dāng)前發(fā)現(xiàn)必須不超過(guò)5埃RMS值的粗糙度規(guī)定。
可以借助原子力顯微鏡AFM(根據(jù)Atomic Force Microscope的英語(yǔ)首字母簡(jiǎn)略詞)進(jìn)行粗糙度測(cè)量。
利用這種類型的工具，在由AFM顯微鏡的點(diǎn)掃描的表面上測(cè)量粗糙度，范圍從1×1μm2到10×10μm2，很少超過(guò)(more rarely)50×50μm2或100×100μm2。
尤其是可以根據(jù)兩種特征來(lái)特征化粗糙度。
根據(jù)這些特征中之一，將粗糙度表示成高頻的并且對(duì)應(yīng)于小尺寸的掃描表面(1×1μm2的數(shù)量級(jí))。
根據(jù)這些特征中的另一個(gè)，將粗糙度表示成低頻的并且對(duì)應(yīng)于大尺寸的掃描表面(10×10μm2的數(shù)量級(jí)，或更大)。
因此以上提到的“高頻”和“低頻”對(duì)應(yīng)于與粗糙度測(cè)量有關(guān)的空間頻率。
因此借助陳述的實(shí)例在上文給出的5埃RMS的規(guī)定是低頻的粗糙度，對(duì)應(yīng)于10×10μm2的掃描表面。
尤其是希望在高頻的低粗糙度獲得良好的柵極氧化物。
當(dāng)目的是將另一個(gè)襯底結(jié)合到薄層的自由表面上時(shí)，在低頻的低粗糙度(或波動(dòng)性)是尤其重要的。
在不存在應(yīng)用到特定處理的薄層的表面時(shí)，由公知的轉(zhuǎn)移方法(例如SMARTCUT類型)獲得的薄層具有值一般大于如上文所提到規(guī)定的表面粗糙度。
因此一般在分離階段之后在結(jié)構(gòu)上使用精整步驟(finishing step)，以便提高薄轉(zhuǎn)移層的質(zhì)量。
更精確地，這些精整步驟的一個(gè)目的尤其是接合(gum out)所有的粗糙度，即，包括高頻粗糙度和低頻粗糙度。
這些精整步驟一般使用如化學(xué)機(jī)械拋光(或根據(jù)英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)Chemical-Mechnical Polishing的CMP)、窯爐退火、快速退火、氧化/脫氧序列的操作。
用于降低表面粗糙度的第一類型的公知方法包括化學(xué)機(jī)械拋光薄層的自由表面。
通過(guò)降低所有的波動(dòng)性，尤其是在最低頻率處的那些波動(dòng)性，該類型的方法有效地降低了薄層自由表面的粗糙度。
然而，化學(xué)機(jī)械拋光會(huì)在薄層中產(chǎn)生缺陷(例如通過(guò)冷加工)。
另外，它會(huì)危及薄層的自由表面的均一性(尤其是根據(jù)甚低頻率的均一性)。
在以重要的方式拋光薄層表面的情況下進(jìn)一步增大了這些缺點(diǎn)。
作為這種CMP拋光的備選方案，已提議在氫化環(huán)境環(huán)境下通過(guò)退火來(lái)處理該結(jié)構(gòu)的表面。
文獻(xiàn)EP 954 014提議了實(shí)現(xiàn)根據(jù)SMARTCUT類型方法轉(zhuǎn)移的薄層粗糙度將被降低的精整方法，所述的精整方法包括，在分離步驟之后，在含氫的還原性環(huán)境下的熱退火。
在含氫的還原性環(huán)境下的熱退火能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)表面重建接合(gumming out)高頻粗糙度。
但這種處理不允許全部除去最低頻的粗糙度(5至10微米)。
在FR 2 797 713中進(jìn)一步提議了結(jié)合兩種不同類型的表面處理，這兩種類型的處理中的每一個(gè)都作用于不同的粗糙度頻率范圍。
由此進(jìn)行了在還原性環(huán)境下的快速熱退火的步驟和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，所述的步驟以它們?cè)诓煌l率范圍的影響為特征。
在這種處理的情況下，在還原性環(huán)境下的退火有利于平滑高頻的粗糙度(小于3埃的空間周期)，但對(duì)于降低更低頻的波動(dòng)性不太有效。
化學(xué)機(jī)械拋光對(duì)于降低低頻波動(dòng)性來(lái)講本身是有效的。
但已經(jīng)看到，化學(xué)機(jī)械拋光固有地與某些缺點(diǎn)有關(guān)。
因此看起來(lái)用于提高上述類型結(jié)構(gòu)的薄層質(zhì)量公知的方法與局限性或缺陷有關(guān)。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于有效地消除這些局限性和缺點(diǎn)。
更具體地，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的低頻和高頻粗糙度的有效處理，而不依靠CMP類型的拋光。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的在于提高薄表面層的質(zhì)量，提高質(zhì)量理解為·降低表面粗糙度和提高薄層的均一性，以及·減少存在于薄層中的缺陷密度。
為了完成這些目的，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提議了用于制造在襯底上的包括半導(dǎo)體材料薄層的結(jié)構(gòu)的方法，包括以下階段·在必須由其制作薄層的施主襯底的表面下進(jìn)行粒子注入，以便在施主襯底的厚度中建立脆化區(qū)；·在進(jìn)行注入之后，將施主襯底的表面與支撐襯底緊密接觸；·在脆化區(qū)處分離施主襯底，用于將施主襯底的一部分轉(zhuǎn)移到支撐襯底上并且在支撐襯底上形成薄層；其特征在于·注入步驟執(zhí)行至少兩種不同原子種類的共同注入，以便使在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)的水平面處將低頻粗糙度減到最??；·以及該方法進(jìn)一步包括包含至少一種快速熱退火操作的精整步驟，以便使在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)水平面處的高頻粗糙度減到最小。
雖然是非限制性的，但是根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的的優(yōu)選方面如下·在所述注入階段期間共同注入氫和氦粒子；·順序地注入所述的氫和氦粒子；·在氫之前注入氦；·注入的氦的劑量基本上在0.7×1016.cm-2和1.2×1016.cm-2之間，且注入的氫的劑量基本上在0.7×1016.cm-2和2×1016.cm-2之間；·在900℃和1300℃之間的溫度下進(jìn)行快速熱退火(RTA)1至60秒；·在包括氫和氬混合的環(huán)境下、或在純氬的環(huán)境下或在純氫的環(huán)境下進(jìn)行RTA退火；·在分離之后所述的精整階段還可以包括獲得的結(jié)構(gòu)的至少一種穩(wěn)定氧化StabOx的操作；
·所述的StabOx操作連續(xù)地執(zhí)行氧化操作、退火操作和脫氧操作；·在1100℃左右的溫度下進(jìn)行所述的退火操作兩個(gè)小時(shí)；·在精整步驟期間，在StabOx操作之前可以進(jìn)行RTA退火操作；·所述的精整步驟可以包括多個(gè)RTA/StabOx序列；·在精整步驟期間，在RTA退火操作之前同樣可以進(jìn)行StabOx操作；·所述的精整步驟可以包括多個(gè)StabOx/RTA序列；·可以由簡(jiǎn)單的氧化操作代替StabOx操作，所述簡(jiǎn)單的氧化操作包括在分離后緊接著脫氧操作之后所獲得的結(jié)構(gòu)的氧化操作。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明還涉及通過(guò)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法所生成的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將自下面詳細(xì)的說(shuō)明且參考附圖、借助非限制實(shí)例給出而顯而易見(jiàn)，其中·

圖1示出了在各種結(jié)構(gòu)的中心進(jìn)行的PSD型粗糙度測(cè)量，且示例了相對(duì)于由RTA類型的簡(jiǎn)單熱處理獲得的低頻粗糙度，可以通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行的低頻粗糙度的降低；·圖2示出了RMS粗糙度測(cè)量，并且示例了可以通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行的低頻粗糙度的降低，并且上述情形沒(méi)有借助CMP步驟；·圖3a和3b是與圖1中的類似的相似表示，并且示例了由本發(fā)明獲得的分別在結(jié)構(gòu)的中心和在同一結(jié)構(gòu)的邊緣處的粗糙度降低。
如已經(jīng)解釋的，本發(fā)明涉及在支撐襯底上的包括半導(dǎo)體材料薄層結(jié)構(gòu)的制造，該薄層通過(guò)在注入粒子以前脆化的施主襯底的水平面處分離而獲得。
通常，該結(jié)構(gòu)可以是在暴露到外部環(huán)境表面(自由表面)上的包括半導(dǎo)體材料薄層的任一類型的結(jié)構(gòu)。
以非限制方式，半導(dǎo)體材料的薄層可以是硅Si、碳化硅SiC、鍺Ge、硅-鍺SiGe、砷化鎵AsGa等。
襯底支撐體可以由硅Si、石英等制成。
氧化物層還可以插入在支撐襯底和薄層之間中，因此形成的結(jié)構(gòu)是絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(根據(jù)英語(yǔ)Semi-Conductor-On Insulator的首字母簡(jiǎn)略詞的SeOI結(jié)構(gòu))，例如尤其是SOI結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明可以有助于提高通過(guò)使用SMARTCUT類型的轉(zhuǎn)移方法所獲得的結(jié)構(gòu)的薄層的質(zhì)量。
在這種轉(zhuǎn)移方法的范圍內(nèi)，可以有利地實(shí)施本發(fā)明，以降低自在脆化區(qū)的水平面分離而生成的半導(dǎo)體材料兩個(gè)表面中的一個(gè)或另一個(gè)或這兩個(gè)表面的粗糙度。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的范圍之內(nèi)·通過(guò)在施主襯底的表面下共同注入至少兩種不同的粒子來(lái)進(jìn)行為生成脆化區(qū)的粒子的注入步驟，·而且，在脆化區(qū)處分離之后，執(zhí)行通過(guò)快速熱退火的精整步驟。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為了形成脆化區(qū)，在施主襯底的表面下共同注入氫和氦粒子。
優(yōu)選地，即使不是專有地，通過(guò)順序地注入氦然后注入氫進(jìn)行共同注入。
通過(guò)用共同注入進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)氦和氫的共同注入導(dǎo)致相對(duì)于單獨(dú)注入氫之后轉(zhuǎn)移薄層的轉(zhuǎn)移降低了粗糙度。
更精確地，申請(qǐng)人觀察到在粗糙度方面最顯著提高處的頻率對(duì)應(yīng)于最低空間頻率粗糙度的頻率，即，一般被CMP很好地處理了的頻率。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)，然后使進(jìn)行了共同注入的施主襯底的表面與支撐襯底緊密接觸。
然后在脆化區(qū)的水平面處分離施主襯底，以用于將施主襯底的一部分轉(zhuǎn)移到支撐襯底上并且在支撐襯底上形成薄層。
緊密接觸和分離的這些階段對(duì)于專家來(lái)講是公知的，并且常規(guī)地用于在以上提到的轉(zhuǎn)移方法中。
因此可以通過(guò)熱力電源、可選擇地通過(guò)在脆化區(qū)的水平面處機(jī)械動(dòng)作來(lái)進(jìn)行分離。
根據(jù)本發(fā)明的方法還包括精整步驟，其目的尤其是使在分離之后使所獲得的結(jié)構(gòu)的水平面處的高頻粗糙度減到最小。
這種精整步驟包括至少一個(gè)快速熱退火階段。
將快速熱退火理解成指的是在受控環(huán)境下快速退火，(即，進(jìn)行幾秒或幾十秒以上的時(shí)間)。
一般將這種退火指定為術(shù)語(yǔ)RTA退火(對(duì)應(yīng)于英語(yǔ)Rapid ThermalAnnealing的首字母簡(jiǎn)略詞)。
為了進(jìn)行該結(jié)構(gòu)的RTA退火，在高溫處退火該結(jié)構(gòu)1至60秒，該高溫例如可以是900℃至1300℃的數(shù)量級(jí)。
在受控環(huán)境下進(jìn)行RTA退火。該環(huán)境可以是包括氫和氬混合的環(huán)境、或純氬的環(huán)境或甚至是純氫的環(huán)境。
基本上通過(guò)表面改造和平滑，RTA退火階段尤其降低了薄層的表面粗糙度。
而且，如早先提到的，RTA退火尤其有利于降低在高頻的粗糙度。
另外，存在于薄層中和尤其在注入和分離期間產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷至少一部分被該RTA退火消除了。
因此根據(jù)本發(fā)明獲得具有良好質(zhì)量的薄層結(jié)構(gòu)的方法沒(méi)有使用CMP，雖然CMP能降低高頻粗糙度以及低頻粗糙度。
實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法由此產(chǎn)生了包括薄層的結(jié)構(gòu)，薄層的質(zhì)量是足夠的并且適宜將該薄層使用在微-或光電子應(yīng)用中。
根據(jù)變形的實(shí)施例，所述的精整階段還可以包括至少一種穩(wěn)定的氧化步驟(以下同樣稱為StabOx)。
StabOx步驟典型地用于分離階段之后的轉(zhuǎn)移方法中，尤其是用于·調(diào)整薄層的厚度并且降低缺陷的密度；·加固薄層和支撐襯底之間的界面。
因此，StabOx步驟與下面的操作連續(xù)性相似·熱處理連續(xù)地包括 結(jié)構(gòu)的氧化。
√例如可以在氣態(tài)的氧中通過(guò)將所述的結(jié)構(gòu)加熱到900℃左右來(lái)進(jìn)行對(duì)于專家通常公知的這種氧化。
√在該氧化之后，然后在薄層上形成氧化物層。 在氬環(huán)境中，在1100℃左右退火該結(jié)構(gòu)兩個(gè)小時(shí)。同時(shí)地該退火允許√加固支撐襯底和進(jìn)行了注入的施主襯底表面之間的界面，以及
√消除在注入和分離階段期間產(chǎn)生的某些缺陷。
·脫氧操作，其在熱處理之后進(jìn)行以便收回在氧化期間形成的氧化物層。
例如，可以通過(guò)將該結(jié)構(gòu)浸入到10％或20％的氫氟酸溶液中幾分鐘，來(lái)進(jìn)行就其本身公知的這種脫氧。
將注意到，在氧化期間形成的氧化物層有助于在退火期間保護(hù)下面的薄層。
還將注意到，在這種StabOx操作期間因此在薄層自由表面附近消耗了薄層的一部分。
通過(guò)實(shí)施StabOx步驟，在精整步驟期間，除了RTA步驟外，根據(jù)本發(fā)明的方法尤其允許·將更多地降低薄層中的缺陷濃度，以及·使該結(jié)構(gòu)達(dá)到完美產(chǎn)品的計(jì)劃厚度。
實(shí)際上，如已經(jīng)提到的，RTA退火有助于改造薄層的表面，且有助于糾正薄層厚度方面的某些缺陷。
如果在某些情況下該消除可以僅僅是部分的，那么進(jìn)行輔助的StabOx步驟能夠?qū)崿F(xiàn)在位于薄層自由表面附近和待移除的薄層厚度中包含大部分缺陷的材料被消除。
這仍對(duì)應(yīng)于該結(jié)構(gòu)質(zhì)量方面的提高。
當(dāng)對(duì)于在薄層自由表面的方向上存在增加的缺陷濃度梯度以及在該表面附近存在大濃度的缺陷時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法的這種變形因此尤其是有利的，在本發(fā)明中精整步驟包括RTA步驟和至少一個(gè)StabOx步驟。
將注意到可以有利地控制被一個(gè)或多個(gè)StabOx/脫氧序列消耗的總厚度，以消除所有的缺陷以及使該結(jié)構(gòu)達(dá)到所希望的厚度。
根據(jù)本發(fā)明特別有利的實(shí)施例，在精整步驟期間和在RTA步驟之前進(jìn)行StabOx步驟。
當(dāng)在分離之后直接進(jìn)行StabOx步驟時(shí)，而在平滑RTA步驟之前實(shí)施StabOx步驟，該RTA/StabOx序列產(chǎn)生了較好的氧化均一性，。
實(shí)際上，當(dāng)在StabOx步驟之前進(jìn)行RTA步驟時(shí)，表面粗糙度是較小的，且薄層的表面更均一。
以該方式使氧化速度接近當(dāng)氧化拋光了的結(jié)構(gòu)時(shí)獲得的速度，而且與在該結(jié)構(gòu)中任意一點(diǎn)處的氧化速度相同。
另外，在消耗薄層的厚度之前(在StabOx/脫氧序列期間)消除存在于該薄層中的結(jié)晶缺陷(由于RTA引起的)是有用的。
當(dāng)薄層特別精細(xì)時(shí)，以及當(dāng)它的厚度消耗例如很可能是以前沒(méi)有補(bǔ)救(cured)且由RTA退火再打開(kāi)的穿孔時(shí)，這越發(fā)更引起關(guān)注。
根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，精整步驟包括至少一個(gè)RTA操作，并且可以由下面的序列中之一組成·RTA/StabOx(如剛剛討論過(guò)的)；·重復(fù)幾個(gè)RTA/StabOx序列(下文論述的實(shí)施例實(shí)例連續(xù)地包括這些RTA/StabOx序列中的兩個(gè))；·StabOx/RTA；·StabOx/RTA/StabOx/RTA。
當(dāng)精整階段包括至少一個(gè)另外的RTA處理時(shí)(如可以是當(dāng)重復(fù)RTA/StabOx或StabOx/RTA序列幾次時(shí)的情況)，另外的RTA處理允許繼續(xù)拋光薄層的自由表面。
還可以在比初始的RTA處理低的溫度(例如1000至1100℃)下進(jìn)行所述另外的RTA處理。
因此通過(guò)在較低的溫度下進(jìn)行RTA處理，能夠降低上文所提到序列重復(fù)的熱供應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，進(jìn)行所謂的簡(jiǎn)單氧化操作以取代如以上提到的StabOx步驟。
該簡(jiǎn)單的氧化操作連續(xù)地包括氧化階段和脫氧階段。
由于沒(méi)有使用第二個(gè)StabOx操作(接近兩個(gè)小時(shí)以上的熱退火)，于是還可以降低熱供應(yīng)。
降低熱供應(yīng)是有利的，原因在于通過(guò)減小在該結(jié)構(gòu)的結(jié)晶排列中產(chǎn)生位錯(cuò)類型或滑移線的缺陷的可能性，它允許應(yīng)用到受限結(jié)構(gòu)上的約束。
因此氧化階段緊接著是脫氧階段可以代替在上文提到的所有以鏈形式的StabOx步驟。
現(xiàn)在借助非限制的實(shí)例，在下文將詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例。
該實(shí)施例涉及制造在支撐襯底上的包括薄層的S1、S2、S3結(jié)構(gòu)。
這些各個(gè)結(jié)構(gòu)的薄層的厚度在50和2000埃之間，這些結(jié)構(gòu)的總厚度在700μm左右。
在注入粒子步驟期間，通過(guò)進(jìn)行氦然后氫的共同注入來(lái)制造這些S1、S2、S3結(jié)構(gòu)，各自的劑量為對(duì)于S1結(jié)構(gòu)，氦為0.7×1016.cm-2，氫為0.9×1016.cm-2；對(duì)于S2結(jié)構(gòu)，氦為0.8×1016.cm-2，氫為0.9×1016.cm-2；對(duì)于S3結(jié)構(gòu)，氦為0.9×1016.cm-2，氫為0.9×1016.cm-2。
通過(guò)比較，經(jīng)由單獨(dú)注入劑量為5.5×1016.cm-2的氫制造了S4結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)比在共同注入期間注入的總劑量幾乎大三倍的劑量。
這里公開(kāi)了共同注入技術(shù)的共同優(yōu)點(diǎn)，相比單一類型粒子的注入注入的劑量減小了接近3倍。
通過(guò)減小注入時(shí)間和最終減少與制造支撐襯底上的包括薄層的結(jié)構(gòu)有關(guān)的成本，尤其是借助SMARTCUT類型的轉(zhuǎn)移方法，該減小得以落實(shí)。
例如在Applied Physics Letters第72卷(1998)第1086-1088頁(yè)AdityaAgarwal、T.E.Haynes、V.C.Venezia、O.W.Holland和D.J.Eaglesham的文獻(xiàn)“Efficient production of silicon-on-insulator films byco-implantation of He+with H+”中公開(kāi)了該公知的優(yōu)點(diǎn)，其中確立了氫和氦的共同注入有助于降低必須注入的劑量。
要注意的是在該文獻(xiàn)中還說(shuō)明了與由僅注入氫獲得的表面SOI層的粗糙度相比的由氫和氦的共同注入獲得的表面SOI層呈現(xiàn)的粗糙度。
以上剛剛論述的文獻(xiàn)由于共同的注入(和更加不必說(shuō)似乎沒(méi)有提議采用這種效應(yīng))，而因此不會(huì)引起產(chǎn)生表面粗糙度的任何提高。
現(xiàn)在參考本發(fā)明的描述，在共同注入步驟之后，如已經(jīng)提到的，進(jìn)行親密接觸放置和分離的典型步驟，然后進(jìn)行包括至少一個(gè)RTA的精整步驟，以便獲得最終的S1、S2、S3、S4結(jié)構(gòu)。
借助AFM顯微鏡進(jìn)行了這些結(jié)構(gòu)中每一個(gè)的PSD粗糙度測(cè)量。
圖1示出了S1、S2、S3、S4結(jié)構(gòu)中每一個(gè)的粗糙度的不同光譜成分的能量。
在圖1中的圖表中示出的橫坐標(biāo)軸因此是空間周期(spatial period)(用μm計(jì))，其描述了從高頻(該軸的左側(cè))到低頻(該軸的右側(cè))觀察到的粗糙度頻率。
在該結(jié)構(gòu)的邊緣處已更精確地進(jìn)行了這些測(cè)量，即，在該區(qū)域的水平面處，在分離步驟期間引起了分離，該區(qū)域因此具有一般相對(duì)嚴(yán)重的粗糙度。
圖1示出了在40*40μm2掃描表面上的這種測(cè)量的結(jié)果(40*40μm2的該表面因此對(duì)應(yīng)于根據(jù)可以觀察的粗糙度的最大頻率)。
圖1因此示出了在S1、S2、S3、S4結(jié)構(gòu)精整步驟的RTA處理之后，在S1、S2、S3、S4結(jié)構(gòu)之間的粗糙度差。
第一曲線C4示例了通過(guò)單獨(dú)注入氫典型制備的S4結(jié)構(gòu)的粗糙度。
三條其它曲線C1、C2、C3示例了通過(guò)結(jié)合共同注入和RTA退火的根據(jù)本發(fā)明的方法分別制造的結(jié)構(gòu)S1、S2和S3的粗糙度。
這三條曲線C1、C2、C3對(duì)應(yīng)于共同注入粒子的不同劑量。
圖1通過(guò)包括粗糙度的頻率分析表現(xiàn)了斷面的特征，且展示了由根據(jù)本發(fā)明的共同注入與RTA的結(jié)合所得到的優(yōu)點(diǎn)。
圖1有效地證實(shí)了根據(jù)本發(fā)明制造的S1、S2和S3結(jié)構(gòu)的低頻粗糙度實(shí)質(zhì)上比常規(guī)制造的S4結(jié)構(gòu)的低。
尤其是觀察到了基本上在3和15μm之間的空間周期的粗糙度的凈降低。
因此共同注入能夠?qū)崿F(xiàn)低頻粗糙度的限制，而在單獨(dú)注入氫的情況下，高頻粗糙度是等效的，或略小些。
因此根據(jù)共同注入/接觸/分離/RTA步驟的本發(fā)明的連續(xù)性使得比單獨(dú)注入氫/接觸/分離/RTA步驟的公知連續(xù)性的情況整體弱的粗糙度。
還能夠改變共同注入粒子的注入劑量(尤其是在這里介紹的實(shí)例中的氦的劑量)，同時(shí)保持比常規(guī)提及的低的低頻粗糙度。
根據(jù)這里詳述的本發(fā)明方法的實(shí)施例，精整步驟除RTA步驟之外，包括連續(xù)的StabOx、RTA和StabOx步驟(或精整階段包括兩個(gè)RTA/StabOx序列的重復(fù))。
如已經(jīng)示出了，這種精整階段允許·消耗薄層的厚度，并且降低在分離之后的表面下面殘留的注入缺陷；·經(jīng)由在StabOx階段期間進(jìn)行的退火來(lái)強(qiáng)化薄層/支撐襯底粘接界面；·使該結(jié)構(gòu)達(dá)到用于完美的產(chǎn)品所希望的厚度；·繼續(xù)借助另外的RTA處理來(lái)平滑該表面。
圖2將由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例獲得的類型S3結(jié)構(gòu)的RMS表面粗糙度與由常規(guī)方法獲得的類型S4結(jié)構(gòu)的表面的RMS表面粗糙度進(jìn)行比較。
在該結(jié)構(gòu)的中心以及它們的邊緣處(即，引起分離的區(qū)域)利用AFM顯微鏡掃描10*10μm2和40*40μm2的表面進(jìn)行了粗糙度測(cè)量。
在圖2(縱坐標(biāo)軸以RMS埃計(jì))中，在第一平面的條(bar)示出了對(duì)于S3類型結(jié)構(gòu)測(cè)量的粗糙度，而第二平面中的條代表對(duì)于S4類型結(jié)構(gòu)測(cè)量的粗糙度。
在圖2中，尤其是對(duì)于低的空間頻率，觀察到了對(duì)于S3結(jié)構(gòu)的粗糙度的凈降低。
圖3a和3b是與圖1相似的表示，且示例了根據(jù)本發(fā)明分別在結(jié)構(gòu)的中心和該結(jié)構(gòu)的邊緣處獲得的粗糙度的降低。
圖3a和3b允許在所述結(jié)構(gòu)的中心(圖3a)以及在它們的邊緣處(圖3b)將由實(shí)施本發(fā)明獲得的S3類型結(jié)構(gòu)的PSD粗糙度與通過(guò)典型的方法獲得的S4類型結(jié)構(gòu)的PSD粗糙度進(jìn)行比較。
掃描的表面具有40*40μm2的尺寸。
在圖3a和3b的每一個(gè)中可以觀察到，尤其是在低的空間頻率處(尤其是當(dāng)空間周期在3和15μm之間時(shí))，結(jié)構(gòu)S3的粗糙度比結(jié)構(gòu)S4的小。
還注意到了S3結(jié)構(gòu)的粗糙度均一性比S4結(jié)構(gòu)的粗糙度均一性好(有效地減少了在S3結(jié)構(gòu)的邊緣和中心之間的均一性的差異)。
注意到根據(jù)本發(fā)明的方法構(gòu)成使顯著粗糙度得以避免的新穎方式(尤其是在低頻處)。
在其中本發(fā)明不同于其是“有療效”的公知處理，其用于致力于給定粗糙度。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種用于制造在襯底上的包括半導(dǎo)體材料薄層的結(jié)構(gòu)的方法，包括如下階段·在必須由其制作薄層的施主襯底的表面下進(jìn)行粒子注入，以便在施主襯底的厚度中建立脆化區(qū)，·在進(jìn)行注入之后，將施主襯底的表面與支撐襯底緊密接觸，·在脆化區(qū)處分離施主襯底，以將施主襯底的一部分轉(zhuǎn)移到支撐襯底上并且在支撐襯底上形成薄層，其特征在于·注入階段進(jìn)行至少兩種不同原子種類的共同注入，以便使在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)水平面處的低頻粗糙度降低到最??；·以及該方法進(jìn)一步包括包含在純氬的、純氫的或包括氬和氫的混合的環(huán)境中進(jìn)行的至少一種快速熱退火操作的精整步驟，以便使在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)水平面處的高頻粗糙度降低到最小。
2.如前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于在所述的注入步驟期間共同注入氫和氦粒子。
3.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于順序地注入所述的氫和氦粒子。
4.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于在氫之前注入氦。
5.如在權(quán)利要求2至4的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于注入的氦的劑量基本上在0.7×1016.cm-2和1.2×1016.cm-2之間，注入的氫的劑量基本上在0.7×1016.cm-2和2×1016.cm-2之間。
6.如在前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于在900℃和1300℃之間的溫度下進(jìn)行快速熱退火(RTA)1至60秒。
7.如在前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于所述的精整階段進(jìn)一步包括在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)的至少一種穩(wěn)定氧化StabOx操作。
8.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的StabOx操作連續(xù)地進(jìn)行氧化操作、退火操作和脫氧操作。
9.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于在1100℃左右的溫度下進(jìn)行所述的退火操作兩個(gè)小時(shí)。
10.如在權(quán)利要求7至9的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于在精整階段期間，在StabOx操作之前進(jìn)行RTA退火操作。
11.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的精整階段包括多個(gè)RTA/StabOx序列。
12.如在權(quán)利要求7至9的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于在精整階段期間，在RTA退火操作之前進(jìn)行StabOx操作。
13.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的精整階段包括多個(gè)StabOx/RTA序列。
14.如在權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于所述的精整階段還包括至少一個(gè)簡(jiǎn)單的氧化操作，所述的簡(jiǎn)單氧化操作包括在分離所獲得的結(jié)構(gòu)的氧化操作以及之后脫氧操作。
15.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于在精整階段期間，在所述的簡(jiǎn)單氧化之前進(jìn)行RTA操作。
16.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的精整階段包括多個(gè)RTA/簡(jiǎn)單的氧化序列。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，特征在于在精整階段期間，在RTA退火操作之前進(jìn)行所述的簡(jiǎn)單氧化。
18.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的精整階段包括多個(gè)簡(jiǎn)單的氧化/RTA序列。
19.一種通過(guò)如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法制造的結(jié)構(gòu)，特征在于尤其是通過(guò)掃描40×40μm2的表面測(cè)量的、基本上包括在4和5埃RMS之間的粗糙度，該薄層顯示出小的低頻粗糙度。
權(quán)利要求
1.一種用于制造在襯底上的包括半導(dǎo)體材料薄層的結(jié)構(gòu)的方法，包括如下階段·在必須由其制作薄層的施主襯底的表面下進(jìn)行粒子注入，以便在施主襯底的厚度中建立脆化區(qū)，·在進(jìn)行注入之后，將施主襯底的表面與支撐襯底緊密接觸，·在脆化區(qū)處分離施主襯底，以將施主襯底的一部分轉(zhuǎn)移到支撐襯底上并且在支撐襯底上形成薄層，其特征在于·注入階段進(jìn)行至少兩種不同原子種類的共同注入，以便使在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)水平面處的低頻粗糙度降低到最?。弧ひ约霸摲椒ㄟM(jìn)一步包括精整步驟，該精整步驟包含至少一種快速熱退火操作，以便使在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)水平面處的高頻粗糙度降低到最小。
2.如前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于在所述的注入步驟期間共同注入氫和氦粒子。
3.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于順序地注入所述的氫和氦粒子。
4.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于在氫之前注入氦。
5.如在權(quán)利要求2至4的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于注入的氦的劑量基本上在0.7×1016.cm-2和1.2×1016.cm-2之間，注入的氫的劑量基本上在0.7×1016.cm-2和2×1016.cm-2之間。
6.如在前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于在900℃和1300℃之間的溫度下進(jìn)行快速熱退火(RTA)1至60秒。
7.如在前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于所述快速熱退火(RTA)在包含氬和氫的混合的環(huán)境中進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求6所要求的方法，特征在于所述快速熱退火(RTA)在純氬的環(huán)境中進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求6所要求的方法，特征在于所述快速熱退火(RTA)在純氫的環(huán)境中進(jìn)行。
10.如在前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于所述的精整階段進(jìn)一步包括在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)的至少一種穩(wěn)定氧化StabOx操作。
11.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的StabOx操作連續(xù)地進(jìn)行氧化操作、退火操作和脫氧操作。
12.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于在1100℃左右的溫度下進(jìn)行所述的退火操作兩個(gè)小時(shí)。
13.如在權(quán)利要求10至12的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于在精整階段期間，在StabOx操作之前進(jìn)行RTA退火操作。
14.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的精整階段包括多個(gè)RTA/StabOx序列。
15.如在權(quán)利要求10至12的任一項(xiàng)所述的方法，特征在于在精整階段期間，在RTA退火操作之前進(jìn)行StabOx操作。
16.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的精整階段包括多個(gè)StabOx/RTA序列。
17.如在權(quán)利要求1至9的任一項(xiàng)所要求的方法，特征在于所述的精整階段還包括至少一個(gè)簡(jiǎn)單的氧化操作，所述的簡(jiǎn)單氧化操作包括在分離所獲得的結(jié)構(gòu)的氧化操作以及之后脫氧操作。
18.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于在精整階段期間，在所述的簡(jiǎn)單氧化之前進(jìn)行RTA操作。
19.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的精整階段包括多個(gè)RTA/簡(jiǎn)單的氧化序列。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，特征在于在精整階段期間，在RTA退火操作之前進(jìn)行所述的簡(jiǎn)單氧化。
21.如在前述權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述的精整階段包括多個(gè)簡(jiǎn)單的氧化/RTA序列。
22.一種通過(guò)如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法制造的結(jié)構(gòu)，特征在于尤其是通過(guò)掃描40×40μm2的表面測(cè)量的、基本上包括在4和5埃RMS之間的粗糙度，該薄層顯示出小的低頻粗糙度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造在襯底上的包括半導(dǎo)體材料薄層的結(jié)構(gòu)的方法，包括如下階段·在必須由其制作薄層的施主襯底的表面下進(jìn)行粒子注入，以便在施主襯底的厚度中生成脆化區(qū)，·在進(jìn)行注入之后，將施主襯底的表面與支撐襯底緊密接觸，·在脆化區(qū)處分離施主襯底，以將施主襯底的一部分轉(zhuǎn)移到支撐襯底上并且在支撐襯底上形成薄層，其特征在于·注入階段進(jìn)行至少兩種不同原子種類的共同注入，以便使在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)水平面處的低頻粗糙度降低到最?。弧ひ约霸摲椒ㄟM(jìn)一步包括包含至少一種快速熱退火操作的精整步驟，以便使在分離之后獲得的結(jié)構(gòu)水平面處的高頻粗糙度降低到最小。
文檔編號(hào)H01L21/762GK1830077SQ200480021578
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者C·馬勒維爾, E·尼雷特, N·本·穆罕默德 申請(qǐng)人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司