專利名稱：用于半導(dǎo)體材料晶片的快速退火處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于微電子、光學(xué)和光電子應(yīng)用中的材料制成的晶片的表面處理。
更具體地說，本發(fā)明涉及的晶片由半導(dǎo)體材料制作。
由此在該文本中描述的具體實(shí)施例涉及絕緣襯底上硅(SOI)型晶片。
本發(fā)明更確切地涉及用于選自于半導(dǎo)體材料的晶片的表面處理工藝，通過轉(zhuǎn)移技術(shù)獲得該晶片，以及該工藝包括依次包含下述步驟的快速退火階段·溫度上升的第一個(gè)斜坡，是為了開始加熱，·第一次穩(wěn)定停止，是為了穩(wěn)定溫度，·溫度上升的第二個(gè)斜坡。
本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體材料的晶片具體來說是通過轉(zhuǎn)移技術(shù)獲得的，意味著其一層(對(duì)應(yīng)于所有的或部分晶片)晶片已經(jīng)從源襯底轉(zhuǎn)移到支架。
具體來說，“快速退火”是將晶片放到很高溫度(大約1100℃或更高)極短的時(shí)間(幾十秒)的退火。
這種退火通常稱為快速熱退火(RTA)。
它還使得晶片的表面變得平整。
在

圖1中概括地描述在現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)施的RTA，其示出了根據(jù)時(shí)間t的溫度T的演變。
該圖示出RTA包括溫度的斜坡上升，以使得晶片在很短的時(shí)間經(jīng)受從室溫RT到高的目標(biāo)退火溫度T2的RTA。
借助實(shí)例，RT可以在大約20℃到500℃的范圍，以及T2可以在大約1200℃。
該圖示出RTA實(shí)際上包括兩個(gè)直線斜坡·從大約750℃的溫度T1取晶片的第一個(gè)斜坡，然后在該溫度停止10秒鐘。該第一個(gè)斜坡和隨后的停止允許
開始加熱， 經(jīng)受RTA的晶片的跟蹤溫度開始啟動(dòng)(通過判斷晶片溫度的高溫計(jì)保證該跟蹤，但是該晶片只是從依賴于晶片材料的某溫度對(duì)高溫計(jì)變得“可讀”，在硅晶片的情況中該溫度為大約400℃)， 該溫度得到穩(wěn)定(這更尤其是停止的作用)。
·具有每秒大約50℃的斜率的第二個(gè)斜坡，跟隨著約30秒的停止。第二個(gè)斜坡構(gòu)成RTA的重要的有源相(active phase)。
已經(jīng)注意到，使用這種常規(guī)RTA，在晶片中存在故障，尤其是在由硅制成的晶片的情況中(例如SOI)。
這些被稱為滑移線的故障是由承受RTA期間的晶片的重要熱約束引起的。
這些熱約束尤其是由于溫度上升的很陡斜坡引起的，以及由于在很高溫度的最終停止引起的。
因此，根據(jù)施加給晶片的熱預(yù)算，將在經(jīng)受了常規(guī)RTA的晶片上觀察到較少的或者更多的滑移線。
這些滑移線可能會(huì)出現(xiàn)在晶片的整個(gè)表面上，尤其在退火爐內(nèi)支撐晶片的元件上。顯然，這種滑移線造成了麻煩。
本發(fā)明的目的是減少這種麻煩。
為了達(dá)到這種目的，本發(fā)明提出了一種用于選自于半導(dǎo)體材料的晶片的表面處理工藝，已經(jīng)通過轉(zhuǎn)移技術(shù)獲得該晶片，以及該工藝包括依次包含下述步驟的快速退火階段·溫度上升的第一個(gè)斜坡是為了開始加熱，·第一次穩(wěn)定停止是為了穩(wěn)定溫度，·溫度上升的第二個(gè)斜坡，其特征在于，在第二個(gè)斜坡期間，溫度上升的平均斜率具有在稱為低的第一溫度范圍之內(nèi)的第一值，以及然后在稱為高的溫度范圍之內(nèi)增加。
下面是根據(jù)本發(fā)明的工藝的一些優(yōu)選的非限制性的方面·晶片是由硅制成的晶片，·晶片是SOI晶片，·第一次停止發(fā)生在大約750℃的溫度，
·低溫的范圍從約800℃到約1100℃，·在高溫的范圍內(nèi)，溫度以連續(xù)的方式增加，·在低溫的范圍內(nèi)，溫度在中間停止地增加，·快速退火階段在大約1150℃到1250℃的溫度以停止結(jié)束，·第二個(gè)斜坡以每秒25到50℃的斜率結(jié)束。
參考除了圖1之外的附圖所給出的，閱讀本發(fā)明的下述描述，本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中參考現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)對(duì)圖1進(jìn)行了評(píng)論·圖2a和2b是示出了分別以連續(xù)的方式和根據(jù)本發(fā)明的在兩個(gè)RTA階段中溫度演變的曲線，·圖3是示出影響在某溫度范圍內(nèi)的RTA過程中通過的時(shí)間間隔長度的滑移線數(shù)量的曲線。
現(xiàn)在參考圖2a和2b，它們示出了對(duì)于兩個(gè)分別的RTA階段的兩個(gè)溫度上升期間溫度的演變，是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)(圖2a)的常識(shí)和根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的。
參考SOI晶片的RTA退火描述該附圖，由沿著脆化區(qū)分離的轉(zhuǎn)移工藝發(fā)出(SMARTCUT型工藝)。
然而，本發(fā)明還可應(yīng)用到通過任何類型的轉(zhuǎn)移工藝(例如ELTRAN或者其它的)獲得的晶片，且它們不必具有SOI型結(jié)構(gòu)。
由此，本發(fā)明應(yīng)用在硅上的晶片，或者由其它半導(dǎo)體材料制成的晶片。
如已經(jīng)所述的，在相應(yīng)于圖2a和2b中的兩個(gè)RTA階段溫度上升，其中一個(gè)(圖2b)根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。
這兩個(gè)溫度上升大體以具有第一個(gè)斜坡R1使得溫度到大約750℃值的相同方式啟動(dòng)。
第一恒定溫度停止(在大約750℃的值)跟隨在這個(gè)第一個(gè)斜坡之后。
在這兩個(gè)退火階段之間的差異在與第二個(gè)溫度上升的斜坡，其跟隨在第一次停止之后。
實(shí)際上，根據(jù)已經(jīng)知道的，已經(jīng)注意到圖2a斜坡基本上是直線的。由此第二個(gè)斜坡具有每秒鐘大約50℃的恒定斜率。
以及該常規(guī)退火以1到30秒的停止結(jié)束，其中在該過程中溫度保持在大約1200到1230℃的恒定值。
至于圖2b的第二個(gè)斜坡R2，它不是直線的。
相反，第二個(gè)斜坡通常具有凹的形狀，那意味著它通常在將該斜坡的開始點(diǎn)P1(大約750℃)連接到該斜坡的終點(diǎn)P2(其通常為大約1150-1250℃)的直線(表示為點(diǎn)劃線)下面延伸。
更準(zhǔn)確地，在第二個(gè)斜坡的過程中，溫度上升的平均斜率具有在稱為低的第一溫度范圍之內(nèi)的第一值，以及然后在稱為高的溫度范圍之內(nèi)增加。
換句話說，在這個(gè)第二個(gè)斜坡的溫度上升的過程中，在開始用于所給出的溫度上升(第一范圍)耗費(fèi)掉的時(shí)間相應(yīng)地比在斜坡的后部分過程中(第二范圍)更多。
而且，優(yōu)選的是在本發(fā)明的情況中，第二個(gè)斜坡R2和溫度上升的持續(xù)時(shí)間Δt2聯(lián)系在一起，對(duì)于相同的溫度差，該持續(xù)時(shí)間大于第二常規(guī)斜坡的溫度上升的持續(xù)時(shí)間。
具體來說，在圖2b中該持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)于點(diǎn)P1(根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)斜坡R2的起點(diǎn))和P2(根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)斜坡R2的終點(diǎn))之間的時(shí)間差。
為了比較的目的，如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施，已經(jīng)在該圖中表示了第二常規(guī)斜坡R02。該第二常規(guī)斜坡R02在同一點(diǎn)P1開始，但是在點(diǎn)P02結(jié)束，其不同于P2且恰好先于它。
因此，顯然的是，和第二常規(guī)斜坡比較，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)斜坡R2不僅不是直線的并具有在兩個(gè)連續(xù)的范圍增加的平均斜率，而且還對(duì)應(yīng)于整體更緩慢的溫度上升。
更準(zhǔn)確地，在圖2a表示的例子中，第二個(gè)斜坡具有漸進(jìn)的和連續(xù)的斜率，該斜率具有連續(xù)的下述值10-15-25-50℃每秒。
由此圖2b中的第二個(gè)斜坡以每秒大約50℃的最大斜率結(jié)束，其對(duì)應(yīng)于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)RTA階段的第二個(gè)斜坡。
該斜坡的主要特征是允許晶片通過在該第二個(gè)斜坡的低溫度的范圍中的時(shí)間增加，該第二斜坡從大約750℃開始到大約1150-1250℃結(jié)束。
在這里所討論的范圍在所描述的例子可以確定為對(duì)應(yīng)于大約800℃和大約1100℃的溫度。
注意，根據(jù)本發(fā)明，增加了晶片經(jīng)受第二個(gè)斜坡溫度的低范圍的RTA經(jīng)過的時(shí)間。
該增加是“絕對(duì)的”，和常規(guī)RTA比較，在某種意義上增加了實(shí)際消耗在稱為低范圍的時(shí)間。
該增加通常可相關(guān)第二個(gè)斜坡來考慮應(yīng)該注意，根據(jù)本發(fā)明，在第二個(gè)斜坡過程中，和在現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)施的相比，增加了在所謂的低范圍中經(jīng)過的時(shí)間與在所謂的高范圍中(其對(duì)應(yīng)于大于“低”范圍的溫度的第二個(gè)斜坡的溫度)經(jīng)過的時(shí)間的比率。
換句話說，根據(jù)本發(fā)明，和第二個(gè)斜坡的總的持續(xù)時(shí)間相比，在第二個(gè)斜坡的該“低”溫度范圍中比在按照現(xiàn)有技術(shù)中具有直線斜坡的退火階段消耗額更多的時(shí)間。
實(shí)際上，在第二個(gè)斜坡過程中，在稱為低的溫度的第一范圍內(nèi)溫度上升的平均斜率具有第一值，然后上升到稱為高的溫度范圍內(nèi)。
具體來說，根據(jù)晶片的材料特別地定義“低”溫和“高”溫的范圍。
而且，可以從考慮有關(guān)在上述的低溫和高溫范圍中經(jīng)過的時(shí)間比例的條件的時(shí)刻用另一“第二個(gè)斜坡”來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
例如，可以限定停止在這個(gè)低溫范圍的中間恒定溫度(例如，停止在所述例子中800℃和1100℃的溫度)。
一般來說，可以給出滿足這個(gè)要考慮條件的任何形式的第二個(gè)斜坡。
這種方式的處理使得在退火之后晶片上得到的滑移線的數(shù)量基本上減少。
申請(qǐng)人明顯地注意到，在爐中的晶片的支架上產(chǎn)生的滑移線被顯著地減少了(不管這些支架具有分隔點(diǎn)支架的形式，還是具有和晶片同心的連續(xù)圓環(huán))。
通過在RTA的結(jié)束時(shí)觀察到的滑移線由在對(duì)應(yīng)于“低”溫值的晶片的部分RTA過程中產(chǎn)生的故障引起的事實(shí)解釋該結(jié)果。
在圖3中示出了該結(jié)果，其代表在四個(gè)分別的晶片上進(jìn)行四種條件的RTA，在退火之后的晶片上產(chǎn)生的滑移線的數(shù)量。
四個(gè)退火階段對(duì)應(yīng)于分散在橫坐標(biāo)的系列點(diǎn)，每個(gè)不同的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)一次退火。
在該圖表下面是數(shù)據(jù)線。
對(duì)于每次退火，“時(shí)間”數(shù)據(jù)的第一條線表示在第二個(gè)斜坡的“低”溫的范圍中經(jīng)過的時(shí)間，四個(gè)退火階段具有類似于圖2b的相同的第一個(gè)斜坡R1。
“平均”數(shù)據(jù)的第二線條對(duì)應(yīng)于在退火之后的多個(gè)晶片上觀察到的滑移線的數(shù)量。
“計(jì)數(shù)”數(shù)據(jù)的第三條線表示滑移線已經(jīng)被計(jì)數(shù)在其上的晶片的數(shù)量(在兩個(gè)的情況下該數(shù)量被限制為一)。
可以注意到隨著“時(shí)間”的增加，滑移線的數(shù)量降低。
這里是實(shí)際獲得的結(jié)果
具體來說，在圖3的例子中，“低溫”的范圍延伸到800℃和1100℃之間。
由此，對(duì)于減少滑移線的數(shù)量，采用RTA的第二改進(jìn)的斜坡是有益的，該斜坡對(duì)應(yīng)于高的比值(在低溫范圍經(jīng)過的時(shí)間/在高溫經(jīng)過的時(shí)間)。
權(quán)利要求
1.用于選自于半導(dǎo)體材料的晶片的表面處理工藝，通過轉(zhuǎn)移技術(shù)獲得該晶片，以及該工藝包括依次包含下述步驟的快速退火階段·溫度上升的第一個(gè)斜坡，是為了開始加熱，·第一次穩(wěn)定停止，是為了穩(wěn)定溫度，·溫度上升的第二個(gè)斜坡，其特征在于，在第二個(gè)斜坡期間，在稱為低的第一溫度范圍之內(nèi)溫度上升的平均斜率具有第一值，然后在稱為高的溫度范圍之內(nèi)增加。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于晶片是由硅制造的晶片。
3.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于晶片是絕緣體上硅晶片。
4.如權(quán)利要求2或3所述的工藝，其特征在于第一次停止發(fā)生在大約750℃的溫度。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于低溫范圍從大約800℃延伸到大約1100℃。
6.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于在低溫范圍之內(nèi)，溫度以連續(xù)的方式增加。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于在低溫范圍之內(nèi)，溫度以中間停止增加。
8.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于快速退火階段以在大約1150℃到1250℃的停止結(jié)束。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于第二個(gè)斜坡以每秒大約25到50℃的斜率結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于選自于半導(dǎo)體材料的晶片的表面處理工藝，通過轉(zhuǎn)移技術(shù)獲得該晶片，以及該工藝包括依次包含下述步驟的快速退火階段a)溫度上升的第一個(gè)斜坡，是為了開始加熱，b)第一次穩(wěn)定停止，是為了穩(wěn)定溫度，c)溫度上升的第二個(gè)斜坡，其特征在于在第二個(gè)斜坡期間，在稱為低的第一溫度范圍之內(nèi)溫度上升的平均斜率具有第一值，然后在稱為高的溫度范圍之內(nèi)增加。
文檔編號(hào)H01L21/324GK1685497SQ03823519
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月1日
發(fā)明者E·內(nèi)雷, C·馬勒維爾, L·埃斯卡勞特 申請(qǐng)人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司