專利名稱：通過高溫熱退火改善薄層品質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及復合結構體的制造。更準確而言，本發(fā)明提出了一種用于形成在半導體材料中包含取自供體基片的層的結構體的方法，所述方法包括下列連續(xù)步驟
(a) 注入原子物種以在所述供體基片中在給定深度形成脆化區(qū)；
(b) 組裝所述供體基片與受體基片；
(C)提供能量從而在所述脆化區(qū)剝離所述取自供體基片的層；(d)對移除的所述層進行修整處理以改善其表面狀況
背景技術：
以上提到的這些類型的方法對于本領域的技術人員來說都是已知的。SmartQitTM類型的方法是對應于本發(fā)明優(yōu)選實施方式的一個實例。這樣的方法使得能夠制造在半導體材料中包含薄層的結構體。為獲得關于上述技術的細節(jié)，本領域的技術人員例如可以參考J.-P. COLINGE, Hon-o"-7mw/ator fec/wo/ogv: wafer/a/s to KLS7，化co"c/ W"ow "， 第50頁 第51頁,Kluwer Academic Publishers, 1991 。
通過這類方法獲得的結構體能夠應用于微電子學、光學和/或光電子學的領域。
獲取的層在硅中時這些結構體是絕緣體上硅(SOI)類型，或者，獲取的層在應變硅中時這些結構體是應變SOI (sSOI)類型。還可以得到其他類型的復合結構體。
步驟(a)包括在供體基片中注入一種或更多種離子化的物種，其隨后將根據注入能量形成缺陷被或多或少地嵌埋的區(qū)域。這些缺陷能夠生長并導致步驟(c)中獲取的層被剝離。
步驟(c)中利用的能量至少部分通過剝離退火以熱的形式供給。因此，
4必須考慮熱量收支(也就是，在第一種方法中，溫度/熱處理持續(xù)時間對)
以確定剝離待移除的層的時刻。
除了熱量收支之外，溫度分布(爐頂與爐底之間)也是重要的。在步驟(C)中進行剝離之后，通?？梢杂^察移除層的粗糙度、缺陷和/
或表面的晶體質量的下降。
考慮到指定的應用，所使用的結構體的表面狀況的規(guī)格通常極為嚴
格薄層的粗糙度是在一定程度上決定將在結構體上制造的元件的品質
的參數。
為處理這些表面缺陷，可以實施修整處理，目的在于符合最終的粗糙度要求，即，基片的自由面必須滿足其隨后的用途。
這些修整步驟相當于該方法的額外步驟，其往往使得該方法更為復雜且更為昂貴。
減少諸如以上提到的那些表面缺陷的公知方法包括在"高溫"(在本說明書中通常對應于超過50(TC的溫度)進行剝離退火(步驟C)。
文獻US 2003/0216008和WO 2005/086228提供了該剝離退火的實例，特別是使晶片暴露于"高溫"以給定的持續(xù)時間從而引發(fā)剝離。
這些文獻證明了在"高溫"下部分進行剝離退火時粗糙度下降，從而其使得修整步驟得以簡化。
事實上，據認為延長"高溫"下的剝離退火的行為可"消除"某些由剝離產生的表面缺陷。
不過，在這樣的溫度下執(zhí)行剝離退火的行為也產生了不希望有的效果有時很難由制得的結構體剝離供體基片。
這通?？捎僧斀M裝體經歷"高溫"時供體基片和制得的結構體在剝離界面的再附著現(xiàn)象來解釋。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出減輕上述問題，特別是提出通過減少再附著的危險而使得能夠執(zhí)行"高溫"剝離退火。鑒于此，本發(fā)明提出一種用于形成在半導體材料中包含取自供體基片的層的結構體的方法，所述方法包括下列連續(xù)步驟(a)注入原子物種以在所述供體基片中在給定深度形成脆化區(qū)；(b)組裝所述供體基片與受體基片；(c)通過實現(xiàn)在高溫下進行的剝離退火提供能量從而在所述脆化區(qū)剝離所述取自供體基片的層；(d)對獲取的所述層進行修整處理以改善其表面狀況，其特征在于在剝離步驟(c)中，所述高溫剝離退火隨著使得達到高溫的上升，即上升斜坡而發(fā)展，所述高溫相當于最大剝離退火溫度，其特征還在于以防止在剝離后所獲得的結構體的表面上出現(xiàn)明顯缺陷性的方式限制暴露于所述高溫的持續(xù)時間。
該方法的各個方案優(yōu)選而非限制性地為下列方案
-暴露于所述高溫的持續(xù)時間(D)小于或等于作為所述高溫的線性
函數(L)的極限值，
-所述線性函數的形式為D = -3/5 HT + 450，其中HT和D分別是以
攝氏度表示的所述高溫和以分鐘表示的暴露于所述高溫的持續(xù)時間，-暴露于所述高溫的持續(xù)時間(D)等于所述極限值(L)，-暴露于所述高溫的持續(xù)時間以所述上升后緊接著為溫度降低的下
降，即下降斜坡的方式而為空值，
-在所述上升中溫度每分鐘增加l(TC，
-在所述下降中溫度每分鐘降低10°C，
-在所述上升期間所述高溫達到的最大值大于50(TC，
-在所述上升期間所述高溫達到的最大值大于600。C，
-在所述上升期間達到的最大溫度為700°C 750°C，
-注入步驟(a)是聯(lián)合注入步驟，優(yōu)選注入的物種是氫和氦，典型的
是首先注入氫，
另外，本發(fā)明涉及進行了本發(fā)明的方法的步驟(a)、 (b)和(c)之后得到的絕緣體上硅類型的結構體，所述結構體的剝離后測定的粗糙度對于10x10 nm2的表面為10埃RMS。


本發(fā)明的其他特征和有利之處將通過下列描述而進一步顯現(xiàn)出來，這些描述純粹是說明性的而非限制性的，并且必須 考附圖理解，圖中圖1表示根據本發(fā)明的剝離退火過程中完成的熱量收支，
圖2表示如現(xiàn)有技術中所公知的剝離退火過程中完成的熱量收支，
圖3表示相對于剝離退火過程中達到的最大溫度，剝離后的SOI結構體的平均粗糙度(以DWN霧度表示)，暴露于最大溫度的持續(xù)時間分別等于0分鐘、10分鐘和30分鐘，
圖4a、 4b和4c表示通過執(zhí)行已知類型的剝離退火得到的SOI結構體的剝離后觀察到的缺陷圖，其中暴露于"高溫"的持續(xù)時間等于30分鐘，"高溫"等于500。C (4a)、 600°C (4b)和675°C (4c)，
圖5表示通過執(zhí)行本發(fā)明的剝離退火得到的SOI結構體的剝離后觀察到的缺陷圖，顯示的溫度"峰"等于675i:，
圖6是描述在己經歷剝離退火的結構體中按照剝離容易性得到的結果的表格，其中"高溫"值和暴露的持續(xù)時間是變量，
圖7表示相對于剝離退火過程中達到的最大溫度，剝離后的SOI結構體的平均粗糙度(以DWN霧度表示)，這些結構體各自通過不同類型的注入得到氫+氦，氦+氫，僅有氫，
圖8表示相對于剝離退火過程中達到的最大溫度，在10x10 (^12表面上測定的平均局部粗糙度RMS，這些結構體各自通過不同類型的注入得到氫+氦，氦+氫或僅有氫，
圖9是將通過在不同注入條件和幾個"高溫"值執(zhí)行本發(fā)明的剝離退火而剝離的"可行性"組合在一起的表格。
具體實施例方式
正如已經提及的，本發(fā)明涉及根據在本文的發(fā)明內容中提及的概述性步驟(a) (c)或(d)制造在半導體材料中包含取自供體基片的層的結構體。
通過在已經由注入物種而脆化的供體基片處進行剝離得到半導體材料中的層。
特別是，本發(fā)明可改善通過執(zhí)行Smart CutTM類型方法而得到的結構體的品質，尤其是通過在可能進行的修整步驟之前減小剝離退火后得到的結構體的粗糙度和缺陷性來進行所述改善。
本發(fā)明還能夠使這些修整步驟最簡化，由此使得所述方法的持續(xù)時 間縮短。
在本發(fā)明的方法的情況中，為獲得SOI型結構體，對在供體基片中 進行注入(步驟(a))的不同條件和剝離退火(步驟(c))的不同條件進行 評估。
因而，根據三種變體(記為H、 H+He和He+H)執(zhí)行注入步驟(a)。
H:僅注入氫(將在本文中討論的條件對應于濃度等于1.0xl016cm—2、 注入能等于32keV);
He+H:順次聯(lián)合注入氦和氫(將在本文中討論的條件對應于對于兩 種物種的每一種濃度等于1.0xl016cm'2、氫的注入能等于32keV、氦的注 入能等于52keV);
H+He:順次聯(lián)合注入氫和氦(將在本文中討論的條件對應于對于兩 種物種的每一種濃度等于1.0xl016cm'2、氫的注入能等于32keV、氦的注 入能等于52 keV)。
在有利的變體中，本發(fā)明因而將進行聯(lián)合注入步驟。通常，指定步 驟(a)為注入步驟，注入一種或更多種物種。
特別指明的是，聯(lián)合注入減少了注入物種的劑量。
注入步驟之后，通過使供體基片與受體基片接觸來執(zhí)行組裝步驟(b)。
然后，這些組裝后的基片隨著給定溫度的變化而經歷剝離退火。
如圖1所示，剝離退火通常以等于20(TC的溫度范圍持續(xù)大約1個 小時開始，這有助于增強結合界面。
隨后根據溫度升至(可以以每分鐘l(TC的速度)大于或等于500°C 的"高溫"的上升來升高溫度。
一旦達到高溫，就立即降溫(可以以每分鐘l(TC的速度)直至溫度 達到大約20(TC;因此，暴露于"高溫"受到限制。
圖2描述了己知類型的剝離退火，其中"高溫"在一定時程內(例 如，持續(xù)時間可為大約30分鐘)穩(wěn)定。
為表征剝離退火后的SOI結構體的品質，對所述結構體進行幾項測
8試"粗糙度測試"、"缺陷性測試"。
這兩種類型的測試指示結構體的兩種不同品質。
粗糙度是剝離后轉移層的表面粗糙度。公知的"高溫"剝離退火設 法降低該粗糙度。
關于缺陷性，在本文意義上的所有情況中，其相當于具有的尺寸比 典型的粗糙度量值大得多的缺陷。這些缺陷相當于轉移層的局部斷裂。 缺陷性因而表示層在轉移之前的可能的再附著。在本文中，術語"缺陷" 相當于該缺陷性，因而，特別是，其不涵蓋粗糙度。
DWN霧度測定描述了在得到的結構體的整個表面上測定的平均粗 糙度。通過SP1掃描待分析的表面來測定所述霧度。其原理基于對響應
于波長等于488nm的激光束的由晶片漫反射的發(fā)光強度的檢測。漫反射 的發(fā)光強度由兩個不同尺寸的通道回收"窄"通道(即DNN霧度)或 "大"通道(即DWN霧度)。
圖3表示相對于剝離退火過程中達到的最大溫度，剝離后的SOI結 構體的DWN霧度，暴露于最大溫度的持續(xù)時間等于0分鐘(即，本發(fā) 明的剝離退火)、10分鐘和30分鐘。
圖4a、 4b和4c表示對于最大剝離退火溫度分別等于50(TC、 60(TC 和675"C的SOI結構體在剝離后通過SP1觀察到的缺陷圖。在該"高溫" 下的暴露為30分鐘(公知類型的剝離退火)。
在圖3、 4a、 4b和4c中，注入條件是先前提到的那些條件。
正如先前已知且提及的，圖3清楚地表明提高剝離退火溫度的行為 改善了粗糙度。事實上，如圖3所示，當最大剝離退火溫度升高時平均 粗糙度改善(下降)，與暴露的持續(xù)時間無關。
另外，圖3表明縮短在高溫下的暴露持續(xù)時間的行為使得剝離退火 能夠在更高的溫度以良好的狀況進行。
更準確而言，在其品質如圖3所示的結構體中已經觀察到，實際上 很難，甚至不可能在高于70CTC (在該剝離溫度、30分鐘時程的情況下) 和高于75(TC (IO分鐘時程的情況下)的剝離溫度準確剝離待轉移的層。
這相當于在圖4a、 4b和4c中所示的結果。事實上，應當注意在這些圖中，提高"高溫"的行為導致得到的結
構體的轉移層的邊緣的斷裂增多；難以剝離基片。
另外，在這些高溫下注意到因硅-硅鍵所致的再附著現(xiàn)象。
圖4c中，在晶片的邊緣因而能見到大量的斷裂。
正如圖5中所示，進行本發(fā)明的剝離退火時該斷裂現(xiàn)象減少，與圖 4c相比(其對應于相同的"高溫"值)，圖5中邊緣處的缺陷明顯減少。
圖6的表格以全面的方式描述了縮短暴露于"高溫"的持續(xù)時間呈 現(xiàn)出的有利之處。
事實上，據上可以看出，增加高溫的行為改善了剝離后的粗糙度， 但這有可能導致基片的再附著。
圖6的表描述了關于在各種條件("高溫"值、暴露于該"高溫"的 持續(xù)時間)剝離退火后得到的缺陷性的結果。
該表中，小方格為白色時表示剝離準確進行，而當存在顏色漸變(白 色+灰色或黑色+灰色)時表示越來越困難但不是不可能分離基片，相 反，當其為黑色時表示基片高度受損乃至斷裂，導致過度再附著。
例如，對于在超過75(TC的"高溫"暴露持續(xù)時間為30分鐘的情況， 不可能剝離基片，而在同一 "高溫"下暴露持續(xù)時間較短時則可能進行 剝離。
圖6的表確定出界定限制性條件(剝離退火過程中最高溫度的值， 指定為HT;暴露于該最高溫度的持續(xù)時間，指定為D)的極限值L，使 得能夠得到以缺陷性計具有良好品質的結構體。該極限值L劃分了兩個 區(qū)域D1和D2。
區(qū)域D1對應于可接受的條件。區(qū)域D2對應于導致缺陷性過于明顯 的條件。
根據本發(fā)明，剝離退火在區(qū)域D1中進行；也就是，維持"最高溫度" 值和低于極限值的暴露持續(xù)時間。
觀察到極限值L對應于這樣的條件其中持續(xù)時間D基本上為最高 溫度HT的線性函數。
更準確而言，極限值L可以表征為對應于下述方程式D = -3/5 HT + 450
由于對該極限值的證實，可以通過選擇持續(xù)時間D和對應于極限值 L的點的溫度HT使得在高溫下的暴露最優(yōu)化。
在本發(fā)明的實施方式的變體中，暴露于在剝離退火過程中所達到的 最大"高溫"是瞬間的，并且溫度一旦達到該最大值就立即下降。這特 別對應于圖1的實例。
圖7和8描述了以不同的剝離退火的最大溫度值和不同注入變體對 SOI結構體進行剝離退火結束時得到的粗糙度。
在這些圖中，明確指出
-最大剝離退火溫度等于50(TC時，采用的退火為公知類型，在 500。C持續(xù)30分鐘(見圖2)，
-最大剝離退火溫度大于50(TC時，根據本發(fā)明的變體，退火表現(xiàn)出 大于50(TC的溫度"峰"又立即下降(見圖1)。
圖7中，DWN霧度表示為最大剝離退火溫度(500°C 800°C)的函 數，對三種類型的注入變體得到的SOI結構體進行了測定。
發(fā)現(xiàn)DWN霧度的大體發(fā)展趨勢是隨最大溫度升高而降低。對應于 改善的表面狀況的該降低對于最大溫度大于60(TC的情況特別顯著。
此外還發(fā)現(xiàn)，最重要的收獲是觀察到的H+He變體的情況。事實上， 對于低于65(TC的溫度，DWN霧度極高，而從65(TC起，DWN霧度減小 并且迅速追上了 He+H變體的DWN霧度。
在SP1中進行的并在圖7中描述的觀察結果與由原子力顯微鏡 (AFM)獲取的粗糙度測定結果相關聯(lián)。這使得能夠由通過使用顯微鏡 掃描2x2 )Lm^至40x40 ^012表面的表面待測部分而確定的缺陷的大小的 均方根(RMS)來表征粗糙度，該RMS粗糙度由埃(A)表示。
由此圖8中表示了相對于剝離退火熱量收支的最大溫度，在SOI結 構體的10x10 iur^表面上測得的RMS粗糙度。
RMS粗糙度隨剝離退火溫度而下降。還發(fā)現(xiàn)兩種聯(lián)合注入的變體顯 示出的粗糙度小于H變體的粗糙度。
另外，對于三種變體，已經觀察到特別有利的是使剝離退火的溫度
ii超過600°C 。
從75(TC起，兩種聯(lián)合注入的變體使得能夠獲得具有相同粗糙度的 表面。
在所有的情況中，通過將暴露于高溫的持續(xù)時間最短化(特別是為 了消除，或在任何情況中為了減少由剝離引起的表面缺陷)來使剝離退 火達到"高溫"。
對于測試的三種注入變體，圖9的表描述(基于與圖6的表相同的 原理)了根據本發(fā)明的剝離退火后剝離基片的可行性，在變體中，剝離 過程中一旦達到最大溫度就立即使溫度下降。
該表指出就缺陷性方面而言，H+He注入產生了最佳結果。這表明這 種類型的注入是最有利的，盡管單獨考慮粗糙度時可將其視為等同于 He+H注入。
由于這些結果，可以評估關于本發(fā)明剝離退火的溫度峰值選擇的極 限溫度，事實上對于三種注入變體，均不可能在超過80(TC時剝離晶片。 本發(fā)明還允許下列方面
-由于暴露于高溫所致存在剝離后改善的表面狀況的好處，
-由于限制了暴露于"高溫"的持續(xù)時間而延遲了因再附著導致的
不利之處的出現(xiàn)。
因此，本說明中所示的結果表明，在溫度超過500°C，更特別超過
60(TC并小于或等于75(TC時，本發(fā)明的熱量收支能夠改善得到的結構體
的表面狀況。
還應注意，通過在步驟(a)的過程中利用聯(lián)合注入的變體得到了這些 特別有利的結果。此外，H+He聯(lián)合注入就缺陷性方面而言產生了特別有 利的結果。
另外，時程的消除使得Smart CutTM類型的方法的持續(xù)時間縮短，因 為剝離退火的持續(xù)時間縮短。
根據本發(fā)明的剝離退火后得到的SOI型結構體表現(xiàn)出的粗糙度小于 根據公知類型的剝離退火(具有高溫時程)得到的粗糙度。對于僅注入 氫和最大剝離退火溫度為500°C，該粗糙度通常為70A RMS 100A RMS o
所描述的實例集中于SOI結構體；當然，本領域的技術人員可容易 地將本發(fā)明變換至其他類型的可經由Smart CutTM類型方法得到的結構體。
特別是，對于在馳豫的SiGe中進行注入和斷裂的sSOI結構體，也 己經得到了與本說明書中描述的結果相當的結果。更概括而言，本發(fā)明 適用于任何根據本文中提到的步驟(a) (c)或(d)通過層轉移獲得的結構體。
權利要求
1.一種用于形成在半導體材料中包含取自供體基片的層的結構體的方法，所述方法包括下列步驟(a)注入原子物種以在所述供體基片中在給定深度形成脆化區(qū)；(b)組裝所述供體基片與受體基片；(c)通過實現(xiàn)在高溫下進行的剝離退火提供能量從而在所述脆化區(qū)剝離所述取自供體基片的層；(d)對獲取的所述層進行修整處理以改善所述層的表面狀況，其特征在于在剝離步驟(c)中，高溫剝離退火隨著使得達到高溫的上升而發(fā)展，所述高溫相當于最大剝離退火溫度，其特征還在于以防止在剝離后所獲得的所述結構體的表面上出現(xiàn)明顯缺陷性的方式限制暴露于所述高溫的持續(xù)時間。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于暴露于所述高溫的持續(xù)時間(D)小于或等于作為所述高溫的線性函數(L)的極限值。
3. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于所述線性函數的形式為 D = -3/5 HT + 450,其中HT和D分別是以攝氏度表示的所述高溫和以分鐘表示的暴露 于所述高溫的持續(xù)時間。
4. 如前兩項權利要求之一所述的方法，其特征在于暴露于所述高溫 的持續(xù)時間(D)等于所述極限值(L)。
5. 如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于暴露于所述高溫的 持續(xù)時間以所述上升后緊接著為溫度降低的下降的方式而為空值。
6. 如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于在所述上升中溫度 每分鐘增加10°C。
7. 如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于在所述下降中溫度 每分鐘降低10°C。
8. 如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于在所述上升期間達 到的最大高溫值大于50(TC。
9. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于在所述上升期間達到的 最大高溫值大于60(TC。
10. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于在所述上升期間達到 的最大高溫為700°C 750°C。
11. 如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于所述注入步驟(a) 是聯(lián)合注入步驟。
12. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于注入的物種是氫和氦。
13. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于首先注入氫。
14. 一種進行了權利要求1所述的方法的步驟(a)、 (b)和(c)之后得到 的絕緣體上硅類型的結構體，所述結構體的剝離后測定的粗糙度對于 10x10 pm2的表面為IO埃RMS。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于形成在半導體材料中包含取自供體基片的層的結構體的方法，所述方法包括下列連續(xù)步驟(a)注入原子物種以在所述供體基片中在給定深度形成脆化區(qū)；(b)組裝所述供體基片與受體基片；(c)通過實現(xiàn)在高溫下進行的剝離退火提供能量從而在所述脆化區(qū)剝離所述取自供體基片的層；(d)對獲取的所述層進行修整處理以改善所述層的表面狀況，其特征在于在剝離步驟(c)中，高溫剝離退火隨著使得達到高溫的上升而發(fā)展，所述高溫相當于最大剝離退火溫度，其特征還在于以防止在剝離后所獲得的所述結構體的表面上出現(xiàn)明顯缺陷性的方式限制暴露于所述高溫的持續(xù)時間。
文檔編號H01L21/762GK101641775SQ200880009682
公開日2010年2月3日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權日2007年3月29日
發(fā)明者古耶特·芳·阮, 康斯坦丁·布德爾, 沃爾特·施瓦岑貝格 申請人:硅絕緣體技術有限公司