專利名稱：用于改善剝離薄層的質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成包含從施主晶片的半導(dǎo)體材料剝離的層的結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下的連續(xù)步驟(a)注入原子種類以在施主晶片中在給定深度形成弱區(qū)(weaknesszone)；(b)將施主晶片鍵合(bonding)到主晶片；(c)提供能量以在弱區(qū)處分離(detach)從施主晶片剝離的層；(d)處理該剝離層。
背景技術(shù)：
這種類型的層剝離稱為Smart-Cut并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。尤其是，可在已經(jīng)公開了的許多文獻中找到詳細資料，例如在由“Kluwer Academic Publishers”出版的Jean-Pierre Colinge的著作“Silicon on Insulator technologymaterial tools VLSI，second edition”的第50和51頁的摘錄。
可用要注入的化學(xué)類型的劑量和適當?shù)淖⑷肽芰客ㄟ^單一注入(例如氫)或通過共同注入(例如氫和氦)來執(zhí)行步驟(a)。
借助由介電材料如SiO2制成的鍵合層，通常在已經(jīng)受注入的施主晶片的表面上進行鍵合(剝離層的)主晶片的步驟(b)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常所使用的鍵合技術(shù)包括通過分子附著(adhesion)的初始鍵合。我們可以參考文獻“Semiconductor WaferBonding Science and Technology”(QY Tong and U.Gsele，WileyInterscience Publication，Johnson Wiley and Sons，Inc.)以獲得更多的信息。
在步驟(c)中，至少部分地提供能量，通常是以熱的形式。因此需要考慮熱預(yù)算(熱處理組合的溫度/持續(xù)時間)以確定要分離的層被分離的時刻。
以該方式，可形成絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，如SOI結(jié)構(gòu)(在分離層由硅制成的情況下)、SiGeOI(在分離層由鍺硅制成的情況下)、sSOI(在剝離層由應(yīng)變硅制成的情況下)、SGOI(在剝離層包含應(yīng)變Si層位于其上的松弛SiGe層的情況下)或GeOI(在分離層由鍺制成的情況下)。
可以頻繁地觀察到，在分離層分離了之后，特別是由于預(yù)先進行了注入和分離步驟的事實，分離層會具有十分粗糙的表面以及其表面上較低質(zhì)量的晶體結(jié)構(gòu)。
參考圖1，示意性地示出了絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)30(由借助電隔離層5通過分離層1覆蓋的主晶片20組成)，在其半導(dǎo)體部分(即，分離層1)中，具有晶體質(zhì)量的這種降低。
可觀察到，分離層1包含缺陷區(qū)1A，該缺陷區(qū)1A包含現(xiàn)有的晶體缺陷和表面粗糙度。
缺陷區(qū)1A對于氫的原子注入通常具有約150nm的厚度。
此外，注入步驟會在要分離的層1中導(dǎo)致晶體質(zhì)量降低。
因此，需要處理分離層1的步驟(d)以去除該缺陷區(qū)1A，并由此復(fù)原剝離層1的完好區(qū)1B的至少一部分。
例如，可以使用消除表面粗糙度的機械拋光或化學(xué)-機械拋光(CMP)和/或缺陷區(qū)1A的犧牲氧化步驟。
作為示例，在文獻US2004/0053477中描述了這種四步驟方法，在該文獻中從包含SiGe緩沖層的施主襯底分離應(yīng)變硅層。步驟(a)由在緩沖層中進行注入組成，以及步驟(d)包括借助表面拋光SiGe、然后相對于應(yīng)變Si選擇性地蝕刻SiGe，而去除從緩沖層分離的部分。該選擇性蝕刻尤其能夠最后獲得具有良好質(zhì)量的表面精整的所需層，而沒有損傷它的太高危險(如果僅使用拋光則會是這種情況)。
然而，用在該步驟(d)中的化學(xué)蝕刻在某些情況下會導(dǎo)致鍵合界面(在步驟(b)中進行鍵合)的至少部分分離問題。甚至，步驟(d)的化學(xué)蝕刻尤其可導(dǎo)致在鍵合層邊緣的分層(de-lamination)，就是說在所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)片接觸鍵合層的地方侵蝕鍵合層。例如，我們可以提及在包含掩埋在應(yīng)變Si下面的SiO2的sSOI(絕緣體上應(yīng)變硅)結(jié)構(gòu)上HF處理的情況，或在sSi/SiGeOI結(jié)構(gòu)(絕緣體上的SiGe上應(yīng)變硅)上H2O2∶HF∶HAc處理(HAc是乙酸的縮寫)的情況，其中掩埋的SiGe和SiO2有可能在應(yīng)變Si層下面被蝕刻。
可設(shè)想來克服上一問題的可選方案是相當大地稀釋蝕刻溶液，以使得較易控制其作用。然而該解決方法并不令人滿意，由于它不完全地解決分層問題且該方法略微慢下來的事實。
而且，該化學(xué)蝕刻需要預(yù)先準備要蝕刻的表面，通常利用機械拋光方式執(zhí)行。事實上，該蝕刻準備仍然是必需的，以校正隨后會導(dǎo)致不夠均勻的蝕刻且可能在剩余層中產(chǎn)生穿越(traversing)缺陷或洞的主粗糙度的部分。
然而，從經(jīng)濟的觀點來看，拋光和化學(xué)蝕刻的連續(xù)行為使得分離后精整步驟(d)(以及整個取樣(sampling)方法)時間長、復(fù)雜且成本高。
進一步提到，還提出了通過注入若干原子種類(通常通過進行氦的注入和氫的注入)來進行注入步驟(a)。在下文該類型的注入以術(shù)語共同注入來指稱。
進行共同注入實際上允許所使用的共同注入種類的總劑量比注入單種類時低。由此共同注入的總劑量通常為單種類注入劑量的1/3。
由于總注入劑量的減少導(dǎo)致缺陷區(qū)厚度的減小，其尤其允許減小或簡化分離之后進行的精整處理。
然而，關(guān)于在Si層內(nèi)的共同注入，如申請人在其2004年9月21日提交的n°IB2004003300的PCT申請(尚未公開)中所示、且其教導(dǎo)在2005年3月1日在IP.com網(wǎng)站以參考IPCOM000083333D在線公開，幫助使粗糙度最小化的共同注入?yún)?shù)導(dǎo)致形成某些缺陷(如在鍵合界面處的氣泡(blisters)，或在剝離層厚度內(nèi)的晶體缺陷)，相反地，幫助使所述缺陷最小化的共同注入?yún)?shù)導(dǎo)致增大的粗糙度。換句話說，必須在粗糙度和這些缺陷的形成之間作一個折衷，并且求助共同注入因此并不能同樣滿意地解決有關(guān)存在缺陷和表面粗糙度的上述問題。
本發(fā)明的第一目的是減少在剝離層的步驟(d)期間處理手段的持續(xù)時間、經(jīng)濟成本和數(shù)量，尤其是停止使用機械拋光手段。
本發(fā)明的第二目的是當進行精整化學(xué)蝕刻時避免鍵合層邊緣的分層。
本發(fā)明的第三目的是產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)，如絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含剝離層，該剝離層包含比Si更弱的材料，如應(yīng)變Si或SiGe。
第四目的是由較好質(zhì)量的取樣層(sampled layer)制作這種結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第五目的是減小處理剝離層時所浪費材料的數(shù)量。
本發(fā)明的第六目的是提出一種可以容易結(jié)合到整個取樣Smart-Cut型方法中的處理剝離層的簡單方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖通過根據(jù)第一方面提出一種形成包含從施主晶片剝離的層的結(jié)構(gòu)的方法來克服這些問題，該施主晶片在剝離之前包含由選自半導(dǎo)體材料的第一材料制成的第一層、以及由選自半導(dǎo)體材料的第二材料制成的在該第一層上的第二層，該方法包括以下步驟(a)注入原子種類以在第二層下面形成弱區(qū)；(b)將該施主晶片鍵合到主晶片；(c)提供能量以在弱區(qū)處從施主晶片分開(disunite)剝離層；(d)相對于第二層選擇性地蝕刻第一層的剩余部分；其中調(diào)節(jié)在步驟(a)中執(zhí)行的注入的參數(shù)，以最小化在執(zhí)行步驟(c)之后立即出現(xiàn)的表面粗糙度，以及其中該方法還包括在低于約800℃(1,472)的溫度進行的、能夠增強鍵合的步驟。
本發(fā)明的其它可能特征是-能夠增強鍵合的步驟在步驟(b)之前執(zhí)行，并且包括等離子體激活(plasma activation)；-能夠增強鍵合的步驟在步驟(b)之后執(zhí)行，并且包括等離子體熱處理；-能夠增強鍵合的另一步驟在步驟(b)之后執(zhí)行，并且包括等離子體熱處理；-該熱處理在約350℃(660)和約800℃(1,472)之間的溫度進行約30分鐘和約四小時之間；-該熱處理在約550℃(1,022)和約800℃(1,472)之間的溫度進行約30分鐘和約四小時之間；-該熱處理在步驟(c)之后進行并且在同一爐中從步驟(c)連續(xù)(in continuity)；-該熱處理包括從步驟(c)的分離溫度到選擇用于熱處理的溫度的單溫度改變；-步驟(c)在約500℃(1,022)執(zhí)行，可以持續(xù)約30分鐘至約2小時的持續(xù)時間；-執(zhí)行能夠增強鍵合的步驟，以便在步驟(d)之前，獲得大于或等于約0.8J/m2的能量；-在步驟(c)之后立即出現(xiàn)的所述表面粗糙度在10×10μm表面上測量小于約40RMS；-在步驟(a)期間注入的原子種類包括不同的原子元素，由此步驟(a)是共同注入；-步驟(a)的共同注入是氦和氫的共同注入；-施主晶片包含SiGe層，根據(jù)適于在所述SiGe層中形成弱區(qū)、并且氦濃度峰在施主襯底的厚度內(nèi)位于比氫散布區(qū)(spreading zone)更深且還比弱區(qū)更深的注入?yún)?shù)來進行步驟(a)的共同注入；-該熱處理在基本包括在575℃和625℃之間的溫度進行；-選擇氦和氫的劑量分別為約0.9.1016/cm2和約1.0.1016/cm2；-在步驟(c)之后，該方法不包括機械拋光手段；-該方法還包括，在步驟(d)之后，在第二層上晶體生長第二材料以使第二層更厚；-第一層由Si1-xGex制成，其中0＜x≤1，并且第二層由彈性應(yīng)變Si制成；-施主晶片包含由固體Si制成的支撐襯底、由SiGe制成的緩沖結(jié)構(gòu)、含Si1-xGex(x≠0)的第一層以及由應(yīng)變Si制成的第二層；-第一層由彈性應(yīng)變SiGe制成，第二層由Si1-xGex0＜x≤1制成，該施主晶片還包括在第一層下面由Si1-xGex制成的第三層；-還在第一層下面進行步驟(a)的注入，并且在步驟(c)和步驟(d)之間該方法還包括相對于第一層選擇性蝕刻第三層的剩余部分；-施主晶片包含由固體Si制成的支撐襯底、由SiGe制成的緩沖結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)交替地包含Si1-xGex(x≠0)的第一層和由應(yīng)變Si制成的第二層，以便能夠從同一施主晶片剝離多次；
-該方法進一步包括，在步驟(a)之前，在約450℃(842)和約650℃(1,202)之間的沉積溫度形成應(yīng)變層，并且在低于或等于沉積溫度的溫度進行在該沉積和步驟(c)所獲得的分離之間使用的處理；-該方法進一步包括，在步驟(b)之前，在施主晶片上和/或主晶片上形成鍵合層的步驟，該鍵合層包含電絕緣材料，例如SiO2、Si3N4或SixOyNz。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提出了所述形成結(jié)構(gòu)的方法的應(yīng)用，用于形成絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明提出了在執(zhí)行該方法的所有步驟(a)、(b)和(c)之后、并且在去除剝離層與施主晶片剩余部分的接觸之后所獲得的絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有在10×10μm表面上測量小于約40RMS的表面粗糙度，以及大于或等于約0.8J/m2的鍵合能。


在閱讀了借助非限制性實例并參考附圖給出的對本發(fā)明優(yōu)選方法的應(yīng)用的以下詳細描述之后，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將變得顯而易見，其中圖1示出了在應(yīng)用根據(jù)當前技術(shù)的Smart-Cut方法之后獲得的絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖2示出了在應(yīng)用本發(fā)明的方法之后獲得的絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的申請人由TEM獲得的截面圖。
圖3a至3e示意性地示出了用于形成包含利用Smart-Cut剝離的層的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法的不同步驟。
圖4示出了在根據(jù)圖3a至3e中所示方法的分離步驟期間和處理剝離層期間，可根據(jù)本發(fā)明使用的熱處理溫度的第一時間進展。
圖5示出了在根據(jù)圖3a至3e中所示方法的分離步驟期間和處理剝離層期間，可根據(jù)本發(fā)明使用的熱處理溫度的第二時間進展。
圖6a和6b示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一變型。
圖7a和7b示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二變型。
圖8a、8b和8c代表已經(jīng)受He/H共同注入的Si施主晶片的由TEM獲得的截面圖。
圖9、10和11特別給出了在分別包括含Si和SiGe的剝離層的結(jié)構(gòu)上的表面粗糙度測量。
圖12特別給出了包括分別含Si和SiGe的剝離層的結(jié)構(gòu)的缺陷量化結(jié)果。
具體實施例方式
基于在IV族材料或合金中、尤其是在Si和SiGe中使用Smart-Cut剝離的層，以下描述了根據(jù)本發(fā)明方法的實施例的實例以及根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用。
參考圖3a至3e，示出了根據(jù)本發(fā)明從施主晶片10剝離Si1-xGex(其中x∈
)的第一層1和由彈性應(yīng)變Si制成的第二層2，以使它們轉(zhuǎn)移到主晶片20的第一方法。
參考圖3a，示出了施主晶片10，其包括由Si1-xGex制成的第一層1和由彈性應(yīng)變Si制成的第二層2。
通常，包含Si1-xGex的施主晶片10包括固體Si襯底5，在該襯底5上例如通過晶體生長形成了由不同層組成的SiGe緩沖結(jié)構(gòu)(未示出)。尤其是，該緩沖結(jié)構(gòu)可在厚度中具有其Ge組分的逐漸變化，在固體Si襯底平面處從0％開始到在與由Si1-xGex制成的第一層1(其也優(yōu)選由晶體生長形成)的界面平面處約100x％。
在Si1-xGex的第一層1上形成由應(yīng)變Si制成的第二層2。在第一種情況下，原位進行第二層2的生長，直接接著第一層1的形成。在第二種情況下，在下面的適應(yīng)層(adaptation layer)2表面的小準備步驟之后，例如通過CMP拋光，進行第二層2的生長。
有利地，利用公知的技術(shù)如化學(xué)汽相沉積(CVD)和分子束外延(MBE)技術(shù)通過外延形成由Si制成的第二層2。
然后第一層1強迫(obliged)包含在第二層2中的硅，增大其標稱的網(wǎng)格參數(shù)以使其或多或少與其生長襯底相同并由此呈現(xiàn)內(nèi)部彈性應(yīng)變張力。必需形成十分薄的第二層2如果該層太厚，比臨界平衡厚度厚，將會導(dǎo)致膜厚度中朝著硅的標稱晶格參數(shù)的應(yīng)變松弛和/或產(chǎn)生缺陷。我們可以參考Friedrich Schaffler的標題為“High mobility Si and Gestructures”的文獻(“Semiconductor Science Technology”，12(1997)1515-1549)以獲得對于該主題的更多細節(jié)。
然而，在足夠低的溫度沉積應(yīng)變材料的特定情況下，能夠形成具有較大厚度的這種第二應(yīng)變層2(臨界平衡厚度的確與沉積溫度有關(guān)當在低溫下沉積時其更顯要)。
參考圖3b，然后在施主晶片10中在第二層2下面形成弱區(qū)4。尤其是，該注入可在由Si1-xGex制成的第一層1中進行(未示于圖3b中)。
弱區(qū)4通過注入原子種類形成，其中選擇原子種類的劑量、本性和能量以便確定注入的深度和脆弱的程度。
尤其是，調(diào)節(jié)確定原子類型注入的參數(shù)以便最小化在分離之后在弱區(qū)4平面處出現(xiàn)的表面粗糙度。事實上，分離后表面粗糙度的程度部分地由限定所使用的注入的參數(shù)造成，如我們隨后將看到的。
因此，優(yōu)選地根據(jù)本發(fā)明，原子種類的注入可是原子種類的共同注入(即主要是至少兩種原子元素的注入)，例如共同注入氫、氦或氬或另一稀有氣體或另一適合氣體。
在共同注入的情況下，申請人事實上觀察到，弱區(qū)4通常比單一注入的情況薄(參見下面的研究)。
選擇注入的能量以便具有鄰近第一層1深度的注入深度。
因此，對于約0.9.1016/cm2及50與90 kev之間能量的氦以及1.0.1016/cm2及20與60kev之間能量的氫的共同注入，我們可以獲得約300至600納米的注入深度。
在此發(fā)現(xiàn)共同注入的一個優(yōu)點，其允許使用比注入單種類時所使用的劑量低的共同注入種類的總劑量來剝離薄層。因此共同注入的總劑量通常為單種類注入劑量的1/3。
依靠共同注入首先允許獲得比用單一氫或氦注入所獲得的粗糙度低的分離后表面粗糙度。該表面粗糙度由此在10×10μm2表面面積上測量通常小于約40RMS。
參考圖3c，執(zhí)行主晶片20與已經(jīng)受共同注入的施主晶片10一側(cè)的鍵合步驟。
主晶片20可由固體Si或其它材料制成。
在注入步驟之前，可在要鍵合的各表面中的一個和/或另一個上形成鍵合層，例如包含SiO2、Si3N4、SixOyNz的層。在該鍵合層必須形成在施主晶片上的情況下，用于形成該鍵合層的技術(shù)可以是沉積，以避免在第二層2中的應(yīng)變的任何退化或因此在第一層1中的任何擴散。
在使主晶片20與施主晶片10接觸之前，可利用公知的表面清洗和拋光技術(shù)例如SC1和SC2溶液、臭氧溶液等，來準備要鍵合的表面。
通過分子附著，通過能夠考慮到要鍵合的兩個表面中每一個的親水性(hydrophily)，可首先進行鍵合自身。
還能夠恰在鍵合之前使用兩個鍵合表面中的一個或兩個的等離子體激活。
等離子體激活尤其能夠例如在氧化物表面上、在要處理的表面上產(chǎn)生懸處理鍵(handling bonds)，因此增大了要形成的鍵合力并減小了在鍵合界面6處的缺陷數(shù)目以及它們對鍵合質(zhì)量的影響。
鍵合界面6的這種增強因此還具有使該界面更能抵抗隨后蝕刻(當精整剝離層表面時所使用)的化學(xué)侵蝕的優(yōu)點，并避免如在前論述的邊緣處的分層問題，對于約0.8J/m2以下的鍵合能其通常出現(xiàn)。
尤其是，使用等離子體激活以便最后在鍵合之后和剝離之后，鍵合能大于或等于約0.8J/m2。
所述等離子體例如可由惰性氣體如Ar或N2獲得，或者由氧化性氣體例如O2獲得。
通常在環(huán)境溫度、低于約100℃進行等離子體激活。因此，使用該技術(shù)還具有不引起Ge從第一SiGe層1擴散到第二應(yīng)變Si層的任何顯著問題的優(yōu)點(一般而言，對于高得多的溫度、通常約800℃或更高，Ge的擴散在相鄰層的厚度中開始變得顯著)。
等離子體處理的持續(xù)時間很短，通常少于一分鐘。
所使用的設(shè)備例如是RIE或ICP-TIE型或其它的標準等離子體蝕刻設(shè)備。
在鍵合之前使用這種處理之后，可后來在鍵合時使用低于800℃或低于限制溫度(我們可以認為從該限制溫度Ge在相鄰層中的擴散變成損傷性的)的退火熱處理，以進一步增強鍵合，從而進一步避免進行分離后選擇性蝕刻時的任何分層，這與先前沒有等離子體激活的熱處理相反，其對于等效的結(jié)果要求溫度高于約900℃是有效的并且在該情況下尤其由于Ge擴散的問題其不能使用。
因此，在等離子體激活在鍵合之前的情況下，在200℃的退火熱處理之后，我們通?？梢赃_到至少1J/m2的鍵合能。
參考圖3d，示出了分離步驟。這通過提供熱能和/或機械能來進行，足以斷開在弱區(qū)4處的弱連接，由此將施主晶片10分離成包含第一層的剩余物1″的第一部分10′與包含第一層的另一部分1′和第二層2的第二部分30。該熱能于是足以在弱區(qū)4平面處引起對封入在那里導(dǎo)致弱連接裂開的氣體類型的熱影響。
在約300℃和約600℃之間的溫度持續(xù)不同長度的時間可獲得分開，其依賴于溫度是低(較長)還是高(較長)。
例如，對于由Si1-xGex制成的要剝離的層，我們可以在約500℃的溫度熱處理15到30分鐘達2小時的持續(xù)時間。
在僅僅通過熱處理進行分開的情況下，這可允許分開發(fā)生而不必結(jié)束與施主晶片的剩余部分10′的接觸。
在上一情況下，任選地，我們可以在分離之后直接實施新的熱處理方法，而不從爐(其中實施分離熱處理方法)中移動晶片，且沒有產(chǎn)生浪費時間且需要使用適當設(shè)備的任何另外處理。而且，施主晶片的剩余部分10′保護第一和第二剝離層1′和2′不受任何可能的污染物、氧化劑或其它這種劑的影響，其再次提供了在不同氣氛下使用熱處理的可能性。
還可在已物理分離晶片(以及從分離爐移開)之后進行熱處理。
以該方式，根據(jù)該方法的變型，我們可以直接在分離之后使用熱處理以增強鍵合界面6。
該熱處理可在可能于鍵合之前使用的等離子體激活(參見上述)之外還使用或代替其使用。
在除了等離子體激活外還使用該熱處理的情況下，因此能夠確保這兩個處理的組合效應(yīng)獲得所希望的目標，尤其是鍵合能足以使鍵合界面6抵抗后來蝕刻的化學(xué)侵蝕，并由此避免在邊緣上的分層問題，如前所述。我們可以由此組合這兩個熱處理來增強鍵合界面6以獲得大于或等于約0.8J/m2的鍵合能。
在任一情況下，在溫度T2進行用于增強鍵合界面6的熱處理，選擇溫度T2低于Ge顯著地擴散到第二層2厚度中的溫度。
選擇該熱處理以充分地增強鍵合來防止在剝離之后使用的選擇性蝕刻期間在邊緣處分層的任何危險。尤其是，可使用該熱處理來獲得鍵合能高于或等于約0.8J/m2的結(jié)果。
在低于或等于約800℃的溫度T2進行增強鍵合界面6的熱處理。
在施主晶片的剩余部分10′和結(jié)構(gòu)30在分開之后仍接觸的情況下，在低于重附著溫度的溫度進行增強鍵合界面6的該熱處理，從該重附著溫度第一層的兩個部分1′和1″重附著(或再次結(jié)合在一起)，在本發(fā)明的范圍內(nèi)以及基于申請人對SiGe的經(jīng)驗，在此認為重附著溫度在約800℃以上。
任選地，溫度T2比分開時晶片10和20經(jīng)受到的溫度T1高。
在氧化或稍微氧化的惰性氣氛(如Ar或N2氣氛)中進行增強鍵合的該熱處理。
例如，溫度T2可在350℃和800℃之間，持續(xù)30分鐘和4小時之間。
溫度T2可更尤其在550℃和800℃之間，持續(xù)約30分鐘和4小時之間。
參考圖4和5，提供了根據(jù)本發(fā)明在鍵合界面6的結(jié)合階段和增強期間的可能溫度進展的實例。
因此，參考圖4，到達約500℃的第一平臺并保持約30分鐘，以在結(jié)束時產(chǎn)生分離(在箭頭1000處)，然后升高溫度至約600℃以根據(jù)本發(fā)明進行熱處理來增強鍵合界面6(在溫度平臺2000處)。鍵合界面6的增強熱處理可持續(xù)2小時或更長。
參考圖5，分離不在溫度平臺期間出現(xiàn)，而在約500℃的溫度升高期間出現(xiàn)(在圖中箭頭1000處)，然后在約600℃到達鍵合界面6增強溫度平臺2000。
令人驚訝地，由此申請人觀察到，通過使用鍵合界面6增強的這種步驟，尤其是當之后是共同注入步驟時，剝離層于是具有-在注入期間(參考圖3b)和分開期間(參考圖3d)所損傷的部分中提高的晶體質(zhì)量；-平滑表面，尤其是對于高頻粗糙度(HF粗糙度)；-鍵合能大于約0.8J/m2(沒有等離子體激活)。
在將施主晶片的剩余部分10′從其與剝離層1′和2的接觸去除之后，獲得了結(jié)構(gòu)30，其包含主晶片20、第二層2和第一層的剩余部分1′。該結(jié)構(gòu)30具有提高的晶體質(zhì)量和減小的粗糙度，而不需要中間拋光操作。
在預(yù)先于第二層2和主晶片20之間形成電絕緣層的情況下，于是獲得了SiGe/sSOI或Ge/sSOI結(jié)構(gòu)。
然后使用精整步驟來去除表面處的輕微粗糙度和較少剩余晶體缺陷，例如使用化學(xué)蝕刻。
不一定需要包括在化學(xué)蝕刻之前所使用的機械拋光手段以減小表面粗糙度(并因此使得蝕刻的不同點更均勻)。事實上，如我們將在以下看到的，所使用的共同注入確保比通過單一注入所獲得的更平滑的取樣表面。
此外，鍵合增強熱處理使得該粗糙度基本減小，如上所述，并且增大了鍵合能。
可去除Si1-xGex層1′，以獲得最終的sSOI結(jié)構(gòu)。然后可通過外延使得該結(jié)構(gòu)的應(yīng)變硅更厚。
為了選擇性地去除Si1-xGex層1′，可通過例如利用HF∶H2O2∶CH3COOH、SC1(NH4OH/H2O2/H2O)或HNA(HF/HNO3/H2O)來使用選擇性蝕刻。
可用CH3COOH/H2O2/HF獲得SiGe和sSi之間的約40∶1的選擇性。
可選擇用于CH3COOH/H2O2/HF的濃度的實例是H2O2/HF的比率包括在1/1(非常濃)和20/1之間。
蝕刻的長度直接與蝕刻的速度相關(guān)。用CH3COOH/H2O2/HF蝕刻800A通常約要5分鐘。
因此，共同注入和可能使用的鍵合增強熱處理相當大地減小了表面粗糙度以及剝離層1′和2中的厚度非均勻性，能夠使用與當前的技術(shù)或多或少相同的選擇性蝕刻，但還消除了它們可以存在的缺點，如需要預(yù)先使用機械拋光手段。
而且鍵合增強(通過等離子體激活和/或分離后熱處理進行)足以消除先前提到的在邊緣處的分層問題。
參考圖2，在其中已產(chǎn)生了弱區(qū)的Si0.8Ge0.2單層轉(zhuǎn)移之后且在600℃的分開后熱處理之后，申請人獲得的20％Ge的SiGeOI結(jié)構(gòu)30(TEM照相)顯示出Si0.8Ge0.2的剝離層1(即，所述第一層1和第二層2一起的等價物，先前參考圖3a至3e論述)覆蓋SiO2層5并且相比圖1的絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含很少的晶體缺陷和很小的粗糙度。
尤其是，可以注意到參考圖1的剝離層1的缺陷區(qū)1A的厚度和參考圖2的修正剝離層1的缺陷區(qū)1A的厚度之間的不均衡。
相似地，對于圖1和圖2剝離層1的相同厚度，完好區(qū)1B在根據(jù)本發(fā)明獲得的SiGeOI中比在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣體上半導(dǎo)體中按比例多得多。
而且，在下面的表中給出了由申請人在具有20％Ge的這種SiGeOI結(jié)構(gòu)上進行的表面粗糙度測量結(jié)果。這些測量是恰在單一注入或共同注入后的在500℃約30分鐘的分離、以及在500℃或600℃的鍵合增強熱處理之后進行的。
通過AFM在10×10μm的表面區(qū)域上測量了粗糙度，并且以RMS或峰到谷(PV)給出了值。
應(yīng)當注意，申請人進行了足夠數(shù)量的測量以驗證結(jié)果。

在該表中，可以注意到，表面粗糙度在共同注入的情況下比在單一注入的情況下小。
因此，申請人強調(diào)了在SiGe中進行、用以形成弱區(qū)4的注入的本性，其表現(xiàn)在氦-氫共同注入使得SiGe層1的粗糙度相比單一氫注入基本減小。
在該表中，還可以注意到，在所有的情況(單種類的注入或若干種類的共同注入)中，在600℃的恢復(fù)操作相比在分開溫度(約500℃)的恢復(fù)操作減小了平均(RMS)和最大(PV)粗糙度的幾乎三分之一，粗糙度小于40 RMS，對于共同注入的情況甚至小于35 RMS，并且在275 PV以下。
由此申請人確認，當剝離層1已經(jīng)歷分離后鍵合增強熱處理時存在顯著小的粗糙度。
參考圖3e，最后獲得了sSOI結(jié)構(gòu)30。
在鍵合界面6下面掩埋一個或多個鍵合層的情況下，然后可使用熱處理來進一步增強該鍵合，尤其是通過產(chǎn)生共價連接。
在此可在800℃以上的溫度進行該鍵合增強熱處理，假如在結(jié)構(gòu)30中不再有SiGe或Ge，并且因此不再有Ge擴散的問題(已完全去除了第一層的剩余物1′)。
可能地，可使用晶體生長的隨后步驟(例如MBE或CVD外延)以加厚應(yīng)變Si的第二層。
下文給出了申請人在sSI結(jié)構(gòu)(在包含20％Ge的SiGe上沉積了應(yīng)變Si層)上進行的其它粗糙度測量。這些結(jié)果尤其涉及某些分離參數(shù)、特別是幾個共同注入?yún)?shù)。
在此之下想起當根據(jù)Smart-Cut類型的剝離工藝形成包含從施主晶片剝離的Si層的結(jié)構(gòu)時遇到的不同問題。在以上已經(jīng)提到的申請人的PCT申請中已論述了這些問題(以及解決它們的方案)，并且其教導(dǎo)已在2005年3月1日在參考IPCOM000083333D下公開。
求助于共同注入實際上可導(dǎo)致在鍵合界面形成氣泡和在剝離層厚度內(nèi)形成缺陷。
存在于要鍵合的晶片中的一個和/或另一個上的顆粒或有機物質(zhì)可防止鍵合在鍵合界面的某些區(qū)域以令人滿意的方式進行。所注入的種類于是可擴散到弱鍵合的鍵合界面區(qū)域，在鍵合界面的平面處形成氣泡。
此外，局部地，鍵合能可能不足以分離施主晶片。于是剝離層的某些區(qū)域可能沒有轉(zhuǎn)移到主晶片上(以術(shù)語“非轉(zhuǎn)移區(qū)”或ZNT共同指稱這些區(qū)域)。
另外，在剝離層厚度內(nèi)、在缺陷區(qū)外可觀察到納米腔型(呈現(xiàn)出幾個納米的直徑)的晶體缺陷，這取決于所選擇的共同注入條件。這些缺陷可能是由注入期間位移的硅或鍺原子的聚集所產(chǎn)生。尤其是，當在與氫相同深度處顯著地注入氦時，在剝離層的厚度內(nèi)觀察到了這些納米腔型缺陷(位于缺陷區(qū)之外，但與存在于缺陷區(qū)中的缺陷一樣不是希望的)。這些缺陷的出現(xiàn)使得需要在分離之后去除比必需更顯要的材料厚度，由此使得需要剝離較厚的層。
參考由TEM獲得的圖8a、8b和8c的視圖，示出了在熱分離處理之后，對于層的剝離在Si施主晶片中共同注入氦和氫。
圖8a是由TEM照相獲得的已經(jīng)受(參見箭頭)氦和氫的共同注入的Si施主晶片的圖。在圖8a中可看得出(參見黑點)這些種類在施主晶片厚度中的分布。
在鍵合到主晶片之后，熱處理導(dǎo)致在弱區(qū)的平面處分開(參見圖8b)。圖8c代表(與圖2相比相反視野)在分離并且轉(zhuǎn)移到主晶片之后的剝離層。在圖8c中，可以注意到缺陷區(qū)靠近表面，以及在剝離層的厚度中存在缺陷(黑點)。
所注入的每一種類在施主晶片的厚度中根據(jù)具有散布區(qū)的重新分配剖面(repartition profile)而分布，在該散布區(qū)內(nèi)種類主要是集中的并且呈現(xiàn)出最大的濃度峰。更準確地，該分配具有呈現(xiàn)標準偏差(限定種類主要分布于其中的所述散布區(qū)，例如在其內(nèi)發(fā)現(xiàn)70％的注入種類)和顯著地取決于注入能量的最大濃度峰的準高斯分布。
氦原子在Si基質(zhì)內(nèi)比氫原子擴散更容易。因此如果注入氦接近鍵合界面，則在缺陷區(qū)之外形成氣泡或晶體缺陷的風(fēng)險增大。解決該問題的一種方法在于注入氦比氫更深，以使得含氫的區(qū)域可阻擋氦的擴散。它更準確的是控制共同注入?yún)?shù)的問題，以使得氦峰位于比氫散布區(qū)更深。
然而，已顯示出分離之后的粗糙度沒有沿同一趨勢，并且當注入氦比氫更深時易于增大。這意味著注入條件(即，注入劑量和能量)不允許獨立地控制粗糙度和在缺陷區(qū)外形成氣泡和晶體缺陷。由此需要在限制形成氣泡和缺陷的最好參數(shù)以及限制表面粗糙度的最好參數(shù)之間折衷。
申請人已在前面已經(jīng)提到的、且其教導(dǎo)在2005年3月1日公布的PCT申請中提出了能夠克服該問題的方案。一般而言，該方案在于準確地控制所注入施主晶片中氦峰和氫峰的相對位置(氦峰位于脆弱區(qū)的平面并且比氫散布區(qū)更深)，并且共同地控制每一種類的劑量(氦劑量占總量的約40％至60％)。通過根據(jù)這些參數(shù)的共同注入執(zhí)行注入步驟，可以在粗糙度和缺陷的形成之間找到滿意的折衷。
申請人對在含Ge層(通常SiGe層包含大于15％的Ge)的平面分離進行的實驗關(guān)于粗糙度和在缺陷區(qū)之外形成氣泡和晶體缺陷導(dǎo)致令人驚訝的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的工藝的可能實施例如下-根據(jù)適于移動氦和氫的濃度峰的注入?yún)?shù)在SiGe層中進行通常是氦和氫的共同注入，尤其是使得氦峰位于比氫散布區(qū)更深，而且使得氦峰位于比脆弱區(qū)更深；-以及在約600℃(+/-25℃)的溫度實施分開后恢復(fù)熱處理，保持30分鐘到四個小時，例如在約一個小時的期間。
通常，注入?yún)?shù)適合于將氦峰“放置”在比氫峰的深度深約1，2倍的深度處。作為實例，對于在本申請中提出的注入劑量和能量的條件，這意味著將氦峰放置在離氫峰大于500埃。
氦劑量在總劑量(氫+氦)的30％和70％之間，優(yōu)選在總劑量的40％和60％之間的范圍?？倓┝客ǔ閹讉€1016原子/cm2，但不是限制性的。
這種實施例能夠強烈地減小粗糙度(尤其是高頻的那些粗糙度)，并另外使得低粗糙度與氦注入深度無關(guān)。因此，在該實施例的構(gòu)架內(nèi)，可以注入氦比氫更深，其使得可以限制在剝離層中缺陷區(qū)之外形成氣泡和晶體缺陷，氦在轉(zhuǎn)移層中的擴散被氫散布區(qū)阻擋。
因此，該實施例能夠同時最小化分離后粗糙度、氣泡型缺陷的數(shù)量和在剝離層的厚度中發(fā)現(xiàn)的缺陷的數(shù)量。這導(dǎo)致可以剝離較小的總厚度，其能夠使分離后精整操作(拋光、選擇性蝕刻、犧牲氧化等)減少或至少簡化。
圖9至11代表在SOI結(jié)構(gòu)和SGOI結(jié)構(gòu)(20％的Ge)上的分離后粗糙度的測量。
這些測量是恰在僅單一注入氫(在這些圖中由Honly指示)或He/H共同注入(在這些圖中由Col指示)后的分開、以及在500℃或600℃恢復(fù)處理一個小時之后進行的。
更準確地，在分開和鍵合增強的操作時的溫度改變?nèi)缦略诩s一個小時的期間在350℃保持一階段，然后溫度根據(jù)5℃/mn的斜率升高，然后在約一小時的期間分別在500℃和600℃保持一階段(以增強鍵合)。
由此圖9和10代表利用AFM顯微鏡通過分別掃過2*2μm2的表面區(qū)域和10*10μm2的表面區(qū)域進行的高頻粗糙度測量。圖11代表利用Veeco設(shè)備有限公司的Dektak工具通過投影輪廓術(shù)(profilometry)進行的低頻粗糙度測量。
在這些圖9至11的每一個中，給出了在左側(cè)以平均值(RMS)表示和在右側(cè)以最大值(statement)表示的粗糙度測量結(jié)果。
在這些圖中，示出了在Si層和SiGe層中注入之后進行的測量結(jié)果(參見圖9，其中清楚地區(qū)分了分別相關(guān)于Si和SiGe的柱)。
關(guān)于Si，研究了經(jīng)受He/H共同注入的兩個晶片。共同注入?yún)?shù)如下H30kev-1.1016/cm2He52或60keV-1.01016/cm2關(guān)于SiGe，研究了五個晶片，即僅經(jīng)受H注入的晶片(H30keV，6.1016/cm2)和根據(jù)以下參數(shù)經(jīng)受He/H共同注入的四個其它晶片H30keV-1.1016/cm2He48、52、56或60keV-1.1016/cm2圖9確認了有關(guān)He/H共同注入相比單獨H注入(且其接著在500℃或600℃恢復(fù)處理)的高頻粗糙度方面很有趣的益處。
然而觀察到對于在600℃的高溫處理，粗糙度對于所有的可選方案強烈減小(通常大于一半)，包括單獨注入H。并且粗糙度的這些值當進行共同注入時甚至更小。
另外，觀察到，對于500℃處理(以與在Si中觀察相似的方式)，當氦峰位于比脆弱區(qū)更深時粗糙度易于增大。
另一方面，在600℃高溫處理的構(gòu)架內(nèi)，當注入氦使得氦峰位于比脆弱區(qū)更深時，粗糙度沒有明顯改變。這里觀察到?jīng)]有料到的行為，與在硅中以及在SiGe中用500℃處理所觀察到的相反。
在圖10和11中給出的結(jié)果證實了這些觀察。
在下面的范圍內(nèi)，即申請人在Si層平面處分離的構(gòu)架內(nèi)至今注意到的現(xiàn)象是當氦注入能量增大時粗糙度增大(氦峰移動到比脆弱區(qū)更深)，在600℃的恢復(fù)處理期間共同注入的行為是令人驚訝的。由此，分離后表面平滑的現(xiàn)象不僅涉及恢復(fù)處理的溫度，而且還涉及存在于施主晶片中的材料類型。在所進行的實驗中，差別是在SiGe的晶片中存在Ge，Si晶片明顯地沒有Ge。
參考圖12，申請人還針對存在于各轉(zhuǎn)移層中的缺陷(ZNT型，氣泡)的數(shù)量進行了測量。
宏觀觀察(用掠入光)使得能夠探測到ZNT型或氣泡的缺陷。這里認為這些缺陷(ZNT+氣泡)的總數(shù)代表與注入有關(guān)且在分離后所觀察到的特定缺陷。
在兩個可選方案He48keV和He52keV中注意到了顯著數(shù)量的缺陷，即氦分布剖面與氫剖面重疊或準重疊的可選方案(氦峰于是在氫散布區(qū)“內(nèi)部”)。
另一方面，在可選方案He56keV和He60keV中注意到了低數(shù)量的缺陷，即氦峰位于比氫散布區(qū)更深的可選方案。換句話說，當深注入氦時最小化了氣泡型的缺陷(并且，在600℃恢復(fù)操作的情況下，粗糙度沒有增大)。
根據(jù)本發(fā)明的第二變型，參考圖6a和6b，施主晶片10在剝離之前包含應(yīng)變Si的第一層1，然后是Si1-xGex的第二層2和位于第一層1下面的Si1-xGex的第三層3。然后在第二層2下面，例如在第三層3中，根據(jù)本發(fā)明形成弱區(qū)。然后可在分離之后遵照已經(jīng)看到的使用Si1-xGex的選擇性蝕刻，以便最后產(chǎn)生具有應(yīng)變Si的第一層1和Si1-xGex的第二層2的SGOI結(jié)構(gòu)30(絕緣體上應(yīng)變硅結(jié)構(gòu)，如圖6b所示)。
任選地和可選地，可例如借助化學(xué)類型進行應(yīng)變Si的第二選擇性化學(xué)蝕刻，例如基于KOH(氫氧化鉀)、NH4OH(氫氧化銨)、TMAH(四甲基氫氧化銨)或EDP(乙二胺/鄰苯二酚(pyrocathecol)/吡嗪)。在該情況下，由應(yīng)變Si制成的第一層1僅起到保護第二Si1-xGex層2不受第一化學(xué)侵蝕的終止層的作用。然后獲得了SiGeOI結(jié)構(gòu)30(未示出)?？梢栽赟iGeOI上生長應(yīng)變Si層，該新的應(yīng)變層于是可具有比先前已被蝕刻的第一層1更好質(zhì)量的晶體結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第三變型，參考圖7a和7b，施主晶片10在剝離之前包含多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)交替地(alternatively)包含Si1-xGex(X≠0)的第一層1A、1B、1C、1D、1E和應(yīng)變Si的第二層2A、2B、2C、2D、2E。由此我們可以根據(jù)本發(fā)明從同一施主晶片10執(zhí)行多次剝離，每次剝離之后重復(fù)利用施主晶片10的剩余部分，以便準備它用于新的剝離。以該方式，例如將由同一施主晶片10形成第一sSOI結(jié)構(gòu)30A和第二sSOI結(jié)構(gòu)30B。在文獻US2004/0053477中教導(dǎo)了該類型的剝離。
根據(jù)本發(fā)明的一個特定實施例，施主晶片的每個應(yīng)變層(在圖3a至3e中標記為“2”，在圖6a和6b中為“1”，在圖7a和7b中為“2A”、“2B”、“2C”、“2D”或“2E”)是厚的，也就是說它具有相對顯著的厚度，而不具有其彈性應(yīng)變的松弛。這是由于通過低溫外延的形成而成為可能。例如，在Si0.8Ge02的生長支撐上在約450℃和650℃之間的溫度沉積的應(yīng)變Si層通?？梢赃_到約30nm和60nm之間的厚度。
如果以該方式形成這種厚的應(yīng)變層，則必須小心在以下處理中、尤其是在層的沉積和通過Smart-Cut執(zhí)行的層的分離之間進行的處理中別超過某極限溫度(其在沉積溫度附近)，以避免應(yīng)變的松弛。
由此，在厚應(yīng)變層的該情況下，將有利地使用鍵合之前的等離子體激活(如先前所論述)并且通常在低于約100℃的環(huán)境溫度下執(zhí)行。此外，至少一層介電材料鍵合層，如SiO2，有利地形成在要鍵合的兩個表面中的一個或兩個上，由介電材料制成的該層隨后幫助(即，在分離之后)保存彈性應(yīng)變。為了補充等離子體激活，在沒有設(shè)計鍵合層的情況下，在溫度T2的分離后熱處理有利地比厚應(yīng)變層的沉積溫度低。
當然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易將以上提出的本發(fā)明變換至除Si1-xGex或應(yīng)變Si之外的其它材料，假如他知道與這些材料有關(guān)的性能和物理特性(grandeur)。
例如，回顧先前描述的步驟，參考圖3a至3e，如果選擇第一層1由Ge制成和第二層2由AsGa制成的施主晶片10，如果在第一層1的Ge中注入(如上所述)，如果然后借助電絕緣表面將Ge的剩余部分1′和AsGa的第二層2轉(zhuǎn)移到主晶片20，以及如果通過利用公知的選擇性蝕刻技術(shù)選擇性地去除Ge的剩余部分1″，則本領(lǐng)域的技術(shù)人員可生成由絕緣體上AsGa制成的最終結(jié)構(gòu)30。
相似地，結(jié)構(gòu)絕緣體上GaN例如可以從包含由SiC或Si(111)制成的第一層1和由GaN制成的第二層2的施主晶片10制造。可在GaN層中提供由AlGaN和/或AlN制成的一個或若干終止層。在去除了由GaN制成的第二層2之后，可以使用包含位于終止層上方的GaN的去除的選擇性蝕刻。
因此，例如，利用包含CH2、H2和可能Ar的等離子體氣體的干蝕刻可以蝕刻GaN比AlN快。
我們?nèi)缓罂梢匀コK止層，以最后獲得具有較小表面粗糙度和非常均勻厚度的GaN層。
我們還可以以相同的方式使根據(jù)本發(fā)明的方法適于III-V或II-VI合金的其它剝離層。
我們還可以將所有的這些材料擴展至包含少量(約5％)碳或摻雜劑的那些材料。
權(quán)利要求
1.一種形成包含從施主晶片剝離的層的結(jié)構(gòu)的方法，該施主晶片在剝離之前包含選自半導(dǎo)體材料的第一材料的第一層、以及在第一層上選自半導(dǎo)體材料的第二材料的第二層，該方法包括下面的連續(xù)步驟(a)注入原子種類以在第二層下面形成弱區(qū)(4)；(b)將該施主晶片鍵合到主晶片；(c)提供能量以在弱區(qū)處分開施主晶片的剝離層；(d)相對于第二層選擇性地蝕刻第一層的剩余部分；其中在步驟(a)中調(diào)節(jié)注入?yún)?shù)，以最小化在執(zhí)行步驟(c)之后立即出現(xiàn)的表面粗糙度，以及其中該方法還包括在低于約800℃(1,472)的溫度進行的、能夠增強鍵合的步驟。
2.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中能夠增強鍵合的步驟在步驟(b)之前執(zhí)行并且包括等離子體激活。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中能夠增強鍵合的步驟在步驟(b)之后執(zhí)行并且包括熱處理。
4.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中該熱處理在包括在基本350℃和基本800℃之間的溫度進行，可持續(xù)30分鐘至約四小時的持續(xù)時間。
5.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中該熱處理在包括在基本550℃和基本800℃之間的溫度進行，可持續(xù)30分鐘至約四小時的持續(xù)時間。
6.根據(jù)前三項權(quán)利要求中任一項的方法，其中該熱處理在步驟(c)之后進行并且在同一爐中從步驟(c)連續(xù)。
7.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中該熱處理包括從步驟(c)的分開溫度到選擇用于該熱處理的溫度的單溫度改變。
8.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中步驟(c)在約500℃執(zhí)行，可持續(xù)30分鐘至約2小時的持續(xù)時間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中執(zhí)行能夠增強鍵合的步驟，以便在步驟(d)之前，獲得大于或等于約0.8J/m2的能量。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在步驟(c)之后立即出現(xiàn)的所述粗糙度在10×10μm2的表面面積上測量小于約40RMS。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在步驟(a)期間注入的原子種類包含兩種不同的原子元素，由此步驟(a)是共同注入。
12.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中步驟(a)的共同注入是氦和氫的共同注入。
13.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中施主晶片包含SiGe層，并且其中根據(jù)適于在所述SiGe層中形成脆弱區(qū)、并且氦濃度峰在施主晶片的厚度中位于比氫散布區(qū)更深且比脆弱區(qū)更深的注入?yún)?shù)進行步驟(a)的共同注入。
14.根據(jù)前一權(quán)利要結(jié)合權(quán)利要求3至7中任一項的方法，其中該熱處理在包括在575℃和625℃之間的溫度進行。
15.根據(jù)前兩項權(quán)利要求中任一項的方法，其中選擇氦和氫的劑量分別為約0.9.1016/cm2和約1.0.1016/cm2。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中，在步驟(c)之后，該方法不包括機械拋光手段。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中它進一步包括，在步驟(d)之后，在第二層上晶體生長第二材料以使第二層更厚。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中第一層(1)由Si1-xGex0＜x≤1制成，并且第二層(2)由彈性應(yīng)變Si制成。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項的方法，其中施主晶片(10)包含由體Si制成的支撐襯底、由SiGe制成的緩沖結(jié)構(gòu)、Si1-xGex0＜x≤1的第一層(1)和由彈性應(yīng)變Si制成的第二層(2)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項的方法，其中第一層(1)由彈性應(yīng)變SiGe制成，第二層(2)由Si1-xGex0＜x≤1制成，并且施主晶片(10)還包含在第一層(1)下面由Si1-xGex制成的第三層(3)。
21.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中步驟(a)的注入還在第一層下面進行，并且該方法在步驟(c)和步驟(d)之間進一步包括相對于第一層(1)選擇性蝕刻第三層(3)的剩余部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項的方法，其中施主晶片(10)包含由體Si制成的支撐襯底、由SiGe制成的緩沖結(jié)構(gòu)以及多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)交替地包含由Si1-xGex(x≠0)制成的第一層(1A、1B、1C、1D、1E)和由應(yīng)變Si制成的第二層(2A、2B、2C、2D、2E)，以便能夠從同一施主晶片剝離多次。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項的方法，進一步包括，在步驟(a)之前，在約450℃(842)和約650℃(1,202F)之間的沉積溫度形成應(yīng)變層，并且其中在低于或等于該沉積溫度的溫度進行該沉積和在步驟(c)獲得的該分離之間所使用的處理。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，進一步包括在步驟(b)之前在施主晶片上和/或主晶片上形成鍵合層的步驟，該鍵合層包含電絕緣材料，例如SiO2、Si3N4或SixOyNz。
25.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法形成絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
26.在執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1的方法的所有步驟(a)、(b)和(c)之后、并且在去除剝離層(1′，2)和施主晶片剩余部分(10′)之間的接觸之后所獲得的絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有在10×10μm2表面上測量小于約40RMS的表面粗糙度，并且鍵合能大于或等于約0.8J/m2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成包含從施主晶片(10)剝離的層(2)的結(jié)構(gòu)(30)的方法，該施主晶片(10)在去除之前包含由不同材料制成的第一層(1)和第二層(2)。本發(fā)明的方法在于(a)注入原子種類用于在第二層(2)下面形成脆弱區(qū)(4)，(b)將施主晶片(10)鍵合到接收晶片(20)，(c)提供能量用于在脆弱區(qū)(4)中從施主晶片分離剝離層(1，2)，以及(d)選擇性地蝕刻在第二層(2)前面的第一層(1)的剩余部分。所述方法還涉及在低于約800℃的溫度進行的鍵合增強階段。以這樣一種方式來控制在階段(a)執(zhí)行的注入的參數(shù)，使得在階段(c)之后立即出現(xiàn)的粗糙度最小化。
文檔編號H01L21/762GK1950937SQ200580014163
公開日2007年4月18日 申請日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者N·達瓦爾, T·赤津, N-P·源, O·雷薩克, K·布德爾 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司