專利名稱：完全混合式soi型多層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SOI型多層結(jié)構(gòu)。SOI型多層結(jié)構(gòu)是一種包括支撐層、至少一個工作層和位于工作層與支撐層之間的電絕緣層的結(jié)構(gòu)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種包括至少兩個具有不同晶體取向的工作層的SOI型多層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種用于制造該結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
所述結(jié)構(gòu)的有利應(yīng)用是設(shè)計和制造高性能的CMOS電路。作為示例，這種高性能可在于提高NMOS和PMOS晶體管器件在給 定功耗下的速度。這實(shí)際上允許構(gòu)造非常復(fù)雜的電路，例如百萬門邏輯電路，其速度 方面的性能在不消耗太多功率的情況下非常高。這些類型的電路通常已知為LVLP電路(低電壓低功率)。已經(jīng)提出了幾種方案來制造所述電路。第一方案在于縮小晶體管器件的溝道尺寸。該方案已經(jīng)廣泛使用多年并且表明了其有效性。至今為止，晶體管器件的溝道長度一直按照著遵循摩爾定律的方式 變化。然而，所述長度變得越來越小，現(xiàn)在愈加難以與該定律保持同步。 事實(shí)上，現(xiàn)今該行業(yè)遇到了許多困難，在很大程度上是因?yàn)檎诮?近CMOS尺度的基本物理極限。而且，晶體管制造過程所需的設(shè)備必須排除精度的限制。因此，即使該方案仍然是引人注目的，但現(xiàn)今性能改進(jìn)的潛力受到
限制，并且已經(jīng)研究了替代方案。另一公知的方案使用應(yīng)變半導(dǎo)體基板。事實(shí)上，應(yīng)變硅技術(shù)提供了高電子遷移率，這相當(dāng)于將NMOS晶體管器件的性能提高了 20%至30%。然而，在該方案中必須特別注意電子對空穴遷移率的比值。事實(shí)上，在加工傳統(tǒng)的用于制造CMOS電路的無應(yīng)變塊狀基板時， 所述比值的數(shù)量級為三，這意味著空穴遷移率比電子遷移率低三倍，表 明NMOS晶體管器件通常比PMOS晶體管器件快三倍。電路設(shè)計師習(xí)慣于處理數(shù)量級為三的所述比值。他們通過在組合NMOS和PMOS晶體管時增加PMOS晶體管的寬 度對長度比而補(bǔ)償該遷移率的不平衡。因此，對于固定的長度值，PMOS晶體管器件的寬度增大，因而其 尺寸也增大。這種補(bǔ)償相應(yīng)產(chǎn)生對面積和整體電路性能的限制。例如，增加寬度對長度的比增大了器件的電容，這常常使電路的速 度對功耗的比劣化(事實(shí)上當(dāng)連接到PMOS器件的一個電節(jié)點(diǎn)對于電路 的傳遞函數(shù)具有關(guān)鍵影響時就是如此)。而且在應(yīng)變硅的情況下，電子遷移率的增大進(jìn)一步增大了上述比值。因此，盡管存在電子遷移率增強(qiáng)20%至30%的優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)變硅技術(shù) 與高電子對空穴遷移率的比值相關(guān)，并且受到上述限制。另一已知解決方案包括利用分別具有(1， 1， 0)禾n (1， 0， 0)晶 體取向的相應(yīng)工作層來實(shí)現(xiàn)PMOS和NMOS晶體管器件。 事實(shí)上公知的是，PMOS晶體管器件在(1， 1， 0)晶體中表現(xiàn)出更 好的性能，因?yàn)樗鼈兊妮d流子遷移率(空穴遷移率)增強(qiáng)。作為示例，在該晶體中，空穴遷移率相對于在(1， 0， 0)晶體中獲 得的空穴遷移率可增大2.5倍。因此，在相同的CMOS技術(shù)中將第一 (1， 0， 0)半導(dǎo)體工作層與 第二(l， 1， O)半導(dǎo)體工作層組合(例如在SOI結(jié)構(gòu)中)可以改進(jìn)NMOS 和PMOS晶體管器件的遷移率。
就此而言，已經(jīng)提出了一種具有基于分別由(i， o， o)禾n (1， 1，0)硅制造的兩個工作層的表面圖案的SOI結(jié)構(gòu)[l， 2]。在本文中將提到"混合式"結(jié)構(gòu)，其指的是具有至少兩個由晶體取 向不同的相應(yīng)半導(dǎo)體材料制造的工作層的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)。圖la至ld表示制造已經(jīng)提出的這種混合式結(jié)構(gòu)的示例。 方法開始于包括放置在絕緣體層11頂部上的半導(dǎo)體工作層10的中 間結(jié)構(gòu)S1，該絕緣體層覆蓋支撐半導(dǎo)體層20。 層10和20通常由硅制成。 因此該中間結(jié)構(gòu)為SOI型。工作層10和支撐層20具有不同的晶體取向。例如，工作層10可具 有(1， 0， 0)晶體取向，支撐層20可具有(1， 1， 0)晶體取向。圖lb進(jìn)一步表示移除層10和11的一部分，從而通過自由空間13 直接通向?qū)?0的對應(yīng)部分。如圖lc和ld所示，在層20上方這樣生成的自由空間13可首先局 部填充垂直絕緣體12，然后例如通過支撐層20上的外延再生長而用與層 20的材料相同的材料填充剩下的自由空間。在支撐層上方這樣生成的材料層在結(jié)構(gòu)中形成附加工作層21。該附 加工作層通過垂直絕緣體12與工作層10隔開。這樣，利用兩個具有不同的晶體取向的不同工作層10和21生成了 混合式多層結(jié)構(gòu)S。在該混合式結(jié)構(gòu)中，NMOS晶體管器件可直接在工作層10中實(shí)現(xiàn)。對應(yīng)地，PMOS晶體管器件可直接在工作層21中構(gòu)造。然而，這種混合式基板至少有一個主要限制如果將在工作層10中 構(gòu)造的NMOS器件應(yīng)該是SOI型(因?yàn)榻^緣層位于層10與支撐層20之 間)，則在層21上制成的PMOS器件就不是SOI型。事實(shí)上，層21與支撐層20直接接觸，因此層21不與支撐層20隔 開。因此將在該工作層中構(gòu)造的PMOS晶體管器件應(yīng)該是"體型"晶體 管。因此，該結(jié)構(gòu)僅能夠提供具有晶體取向(1， 0， 0)的SOI NMOS晶體管器件和晶體取向?yàn)?1， 1， 0)的體型PMOS晶體管器件。 發(fā)明內(nèi)容為了克服上述限制而構(gòu)思了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的從而在于提供一種完整的SOI混合式結(jié)構(gòu)，艮口，能夠提供(1， 0， 0) NMOSSOI晶體管和(1， 1， 0) PMOSSOI晶體管 的完整SOI混合式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一目的在于將SOI基板的全部性能與混合式晶體取向結(jié) 構(gòu)的用途結(jié)合。更概括地說，本發(fā)明的目的在于獲得一種具有至少兩個與兩種不同 晶體取向?qū)?yīng)的工作層的多層結(jié)構(gòu)，所述工作層與所述結(jié)構(gòu)的支撐層電 隔離。為了達(dá)到該效果，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出了一種SOI型多層結(jié) 構(gòu)，該SOI型多層結(jié)構(gòu)包括支撐層、至少兩個具有不同晶體取向的工作 層、在所述支撐層的至少一部分上延伸的絕緣層，該SOI型多層結(jié)構(gòu)的特征在于，所述絕緣層在所述支撐層的整個表面上延伸，從而在所述支 撐層與所述工作層之間延伸。根據(jù)本發(fā)明的所述SOI型多層結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方面如下-所述至少兩個工作層被疊加；-所述SOI型多層結(jié)構(gòu)只包括兩個工作層；-所述工作層由硅制成；-一個工作層由(1， 0， 0)晶體制成，另一個工作層由(1， 1， 0) 晶體制成；-由(1， 0， 0)晶體制成的所述工作層適于制造NMOS型晶體管， 由(1， 1， 0)晶體制成的所述工作層適于制造PMOS型晶體管；-所述SOI型多層結(jié)構(gòu)包括多個不同的疊置區(qū)域，每個疊置區(qū)域的層 組成是以下類型中的一種 第一組成類型支撐層一絕緣層一露出頂面的第一工作層， 第二組成類型支撐層一絕緣層一第一工作層一露出頂面的第 二工作層，從而在每個所述疊置區(qū)域內(nèi)，所述第一和第二工作層中的一個露出頂面；-所述第一組成類型中的所述第一工作層的厚度與所述第二組成類 型中的所述第一工作層和所述第二工作層的厚度和相等，從而所述結(jié)構(gòu) 的頂面是平的；.-疊置區(qū)域的所述工作層與布置在周圍的所述疊置區(qū)域的所述工作層電隔離；-該電隔離通過淺溝槽隔離而實(shí)現(xiàn)； -至少一個工作層是單晶體；-至少一個工作層是應(yīng)變半導(dǎo)體； -該工作層發(fā)生拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變；-附加的電絕緣體層位于兩個工作層之間，從而所述工作層彼此電隔離；-所述絕緣層由氧化物制成；根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種制造根據(jù)本發(fā)明的SOI型多層結(jié) 構(gòu)的方法，所述方法利用層轉(zhuǎn)移技術(shù)，其特征在于所述方法包括以下步 驟 形成包括所述支撐層、第一工作層和所述絕緣層的中間結(jié)構(gòu)， 在所述中間結(jié)構(gòu)的頂部上形成晶體取向與所述第一工作層的晶體取向不同的第二工作層。 該制造方法的優(yōu)選方面如下 -所述方法還包括以下步驟 通過以下步驟形成中間結(jié)構(gòu) 。使所述支撐層上方的層絕緣，。在第 一 源極基板中注入核素以形成脆化區(qū)(embritl lement zone),該脆化區(qū)在所述第一源極基板內(nèi)限定與所述結(jié)構(gòu)的第 一工作層對應(yīng)的層，。將所述第一源極基板結(jié)合到所述絕緣層， 200580049268.3 。在形成于所述第一源極基板中的所述脆化區(qū)處將所述第一源 極基板分裂，從而使所述第一源極基板的保持結(jié)合到所述絕緣 層的部分成為所述中間結(jié)構(gòu)的所述第一工作層， 通過以下步驟在所述中間結(jié)構(gòu)的頂部上形成第二工作層。在第二源極基板中注入核素以形成脆化區(qū)，該脆化區(qū)在所述第 二源極基板內(nèi)限定與所述結(jié)構(gòu)的第二工作層對應(yīng)的層，。將所述第二源極基板結(jié)合到所述第一工作層，。在形成于所述第二源極基板中的所述脆化區(qū)處將所述第二源 極基板分裂，從而使所述第二源極基板的保持結(jié)合到所述第一 工作層的部分成為所述SOI型多層結(jié)構(gòu)的第二工作層。 -所述方法還包括在所述中間結(jié)構(gòu)的頂部上形成第二工作層之前對 所述中間結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行處理的步驟；-所述方法還包括選擇性地移除所述第二工作層的期望部分，從而使 所述SOI型多層結(jié)構(gòu)包括兩種類型的層疊置-第一疊置類型支撐層一絕緣層一第一工作層， 第二疊置類型支撐層一絕緣層一第一工作層一第二工作層。-所述方法還包括選擇性地形成期望的溝槽，該溝槽使所述絕緣層暴 露于外部環(huán)境；-所述方法還包括用電絕緣體填充所述溝槽；-所述結(jié)構(gòu)的所述工作層是半導(dǎo)體層；-所述工作層是單晶體層；-所述工作層中的一個由(1， 0， 0)晶體制成，所述工作層中的另 一個由(1， 1， 0)晶體制成；-所述工作層中的至少一個發(fā)生應(yīng)變； -所述工作層發(fā)生拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變；-在結(jié)合所述兩個工作層之前，所述方法包括在所述兩個工作層之間 形成附加的絕緣層；-所述絕緣層由氧化物制成。


在閱讀以下僅以非限定性實(shí)施例的方式給出并參考附圖的對本發(fā)明 的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述時，將更加清楚本發(fā)明的其它方面、目的和 優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1 (以上己描述)表示包括兩個具有不同晶體取向的工作層的SOI 型多層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)制造過程的不同步驟；圖2示意性地表示在制造根據(jù)本發(fā)明的SOI型多層結(jié)構(gòu)的過程中從 中間結(jié)構(gòu)開始的主要步驟；圖3表示用于形成中間結(jié)構(gòu)的步驟的實(shí)施例；圖4以更加詳細(xì)的方式表示在制造根據(jù)本發(fā)明的SOI型多層結(jié)構(gòu)的 過程中從中間結(jié)構(gòu)開始的步驟；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的包括具有相應(yīng)不同類型的層疊置的區(qū)域的 SOI型多層結(jié)構(gòu)；圖6表示根據(jù)本發(fā)明的包括可被絕緣體填充的溝槽的SOI型多層結(jié)A 圖7表示根據(jù)本發(fā)明的其中兩個工作層被絕緣體分開的SOI型多層 結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下面參照圖2，從中間結(jié)構(gòu)100開始獲得根據(jù)本發(fā)明的SOI型多層 結(jié)構(gòu)105。中間結(jié)構(gòu)100包括支撐絕緣層102的支撐層101。 該絕緣層102在所述支撐層101與工作層103之間延伸。 因此該中間結(jié)構(gòu)包括支撐層、絕緣層和工作層。 然而，可在該結(jié)構(gòu)中形成其它層，主要思想是中間結(jié)構(gòu)至少包括上 述三個層。為此，注意在本發(fā)明中，SOI型結(jié)構(gòu)的工作層理解為位于該結(jié)構(gòu)的 絕緣層上方的層，并且其中可形成電流溝道。
換言之，工作層可用作用于載流子輸送的層。作為非限定性實(shí)施例，在NMOS SOI晶體管中，工作層是這樣的層， 在該層中電子從所述晶體管的源極傳到漏極，從而產(chǎn)生受控的漏極至源 極的電流。因此，工作層可能包括一個以上的層。 此外，形成工作層的所述層的材料可以是任何類型。 作為非限定性實(shí)施例，這些層均由在以下給出的非限定性列表中獨(dú) 立選擇的材料制成 諸如Ge、 SiGe、 Si的半導(dǎo)體-諸如GaAs、 GaN、 InSb、 InP等的化合物半導(dǎo)體。另外，這些層在需要時均可以有應(yīng)變(拉伸和/或壓縮)。這些層還均可包括晶體取向基本相同的單晶體材料。為了獲得根據(jù)本發(fā)明的SOI型結(jié)構(gòu)，在所述中間結(jié)構(gòu)100的頂部上 形成晶體取向與工作層103的晶體取向不同的第二工作層104 (圖2B)。因此在這樣生成的混合式結(jié)構(gòu)105中，第二工作層104與第一工作 層103接觸并在其上方延伸。根據(jù)本發(fā)明，第一和第二工作層的相應(yīng)的晶體取向選擇為使這些相 應(yīng)層中將包含的載流子的遷移率最優(yōu)化。作為非限定性實(shí)施例，第一工作層103可由(1， 0， O)硅晶體制成， 第二工作層104可由(1， 1， 0)硅晶體制成。這種布置可以獲得SOI型多層結(jié)構(gòu)，其中第一工作層非常適于制造 NMOS型晶體管，而第二工作層非常適于制造PMOS型晶體管。作為另一非限定性實(shí)施例，由(1， 0， 0)硅晶體制成的第一工作層 103可發(fā)生拉伸應(yīng)變，而由(1， 1， 0)硅晶體制成的第二工作層104可 發(fā)生壓縮應(yīng)變。可以按照本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的幾種方式實(shí)施在中間結(jié)構(gòu)的頂部上 形成第二工作層的方法。作為實(shí)施例，可利用諸如CVD (化學(xué)汽相淀積)或MBE (分子束 外延)技術(shù)的公知技術(shù)進(jìn)行外延生長。然而，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法，通常利用層轉(zhuǎn)移技術(shù)制造SOI型多層結(jié)構(gòu)，該層轉(zhuǎn)移技術(shù)在來自Jean Pierre Colinge的題為《Silicon On Insulator Technology: Materials to VLSI, 2nd edition (Kluwer學(xué)術(shù)出版社) 的文獻(xiàn)中進(jìn)行了具體描述。就此而言，圖3中示出了這種用于制造中間結(jié)構(gòu)100的制造方法的 詳細(xì)實(shí)施例，而圖4描述了該方法在用于制造混合式SOI型多層結(jié)構(gòu)105 時的詳細(xì)步驟，應(yīng)理解圖4所示的方法是從所述中間結(jié)構(gòu)100幵始的。從圖3A可以看出，為了制造中間結(jié)構(gòu)，人們從支撐層101開始，該 支撐層可以用諸如硅、藍(lán)寶石、鉆石等材料制成，并且在整個表面上支 撐絕緣體102 (圖3A)。優(yōu)選的是，絕緣體102可以是二氧化硅，也稱為硅石或Si02，因?yàn)?其可以表現(xiàn)出與支撐層101良好的粘附性。絕緣體層還可以包括具有不同獨(dú)特組成的多個層。這里要注意，'二氧化硅可已經(jīng)通過熱氧化或其它已知技術(shù)而淀積在 支撐層101的所述表面上。在圖3B中，考慮具有例如(1， 0， 0)晶體取向的源極基板107。為了在所述源極基板的預(yù)定深度處形成脆化區(qū)106，在該源極基板 中注入原子核素(atom species)。從該圖可以看出，這種注入在所述源極基板107內(nèi)限定將與要獲得 的SOI型結(jié)構(gòu)的第一工作層103對應(yīng)的層。之后，使源極基板107與由層101支撐的所述二氧化硅102緊密接 觸，并且這些層都通過分子附著力有利地結(jié)合。該結(jié)合技術(shù)及變型例如在Q. Y. Tong、 U. G6sele和Wiley的題為 "Semiconductor Wafer Bonding" (Science and Technology, Interscience Technology)的文獻(xiàn)中進(jìn)行了描述。在需要時，結(jié)合伴隨有對待結(jié)合的各個表面中的至少一個表面進(jìn)行 適當(dāng)?shù)念A(yù)先處理。作為非限定性實(shí)施例，為了可以加強(qiáng)結(jié)合，可以進(jìn)行這樣的處理。一旦如圖3C所示進(jìn)行了結(jié)合，就通過分裂而移除源極基板107的與 工作層103不對應(yīng)的層部分107'。為達(dá)到該效果，特別為源極基板供應(yīng)能量，從而由于機(jī)械約束，所述層部分107'在由削弱了的脆化區(qū)限定的深度處與所述源極基板107分 離。通常，可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的熱處理或其它處理進(jìn)行所述能 量的供應(yīng)?？傊?，圖3D表示由(1， 0， 0)晶體取向的工作層103、 二氧化硅 102和支撐層101從上到下順序構(gòu)成的最終中間結(jié)構(gòu)100。下面參照圖4，示出了一種用于在所述中間結(jié)構(gòu)100的頂部上形成 第二工作層104的方法，該第二工作層104具有與中間結(jié)構(gòu)的工作層103 的(1， 0， 0)晶體取向不同的晶體取向。根據(jù)上述實(shí)施例，所述第二工作層104可具有(1， 1， 0)晶體取向。該方法的預(yù)備步驟包括在(1， 1， 0)源極基板109中注入原子核素 (圖4B)。這樣，在源極基板109的預(yù)定深度處再次生成可以與前述不同的脆 化區(qū)108，該脆化區(qū)108在所述第二源極基板109內(nèi)限定與所述第二工作 層104對應(yīng)的層。然后，使第二源極基板的與第二工作層104的表面對應(yīng)的表面與第 一工作層103的在中間結(jié)構(gòu)100的頂部上延伸的表面緊密接觸，并例如 通過熱處理進(jìn)行結(jié)合(圖4C)。最后，如圖4D所示，通過在脆化區(qū)108處分裂第二源極基板109 而移除所述源極基板109的不與第二工作層104對應(yīng)的層部分109'，從 而獲得本發(fā)明的混合式SOI型多層結(jié)構(gòu)105。當(dāng)然，上述方法的其它步驟可包含在本發(fā)明的方法中。具體地說，可結(jié)合在第二工作層104的表面已經(jīng)結(jié)合到中間結(jié)構(gòu)100 之后對該表面進(jìn)行處理的步驟以及/或者在所述中間結(jié)構(gòu)100的頂部上形 成第二工作層104之前對所述中間結(jié)構(gòu)100的表面進(jìn)行處理的步驟。事實(shí)上，在分裂步驟之后，這樣形成的工作層的表面可能具有小的 粗糙度，可例如通過諸如退火處理的熱處理對其進(jìn)行處理。
還可以在已經(jīng)生成所述混合式SOI型多層結(jié)構(gòu)105之后完成其它步-舉例來說，其它步驟包括移除所述第二工作層104的期望部分。圖5表示了這種移除，但是這種移除是在所考慮的層104的整個深 度上進(jìn)行的。因此，從頂部觀察，混合式SOI結(jié)構(gòu)105的表面示出了可見層是第 一工作層的區(qū)域以及可見層是第二工作層的區(qū)域。這使得可以在例如制造兩種不同類型的晶體管的情況下接近兩個工 作層。然而在圖5中，這種混合式SOI結(jié)構(gòu)以截面示出。虛線I清楚地將兩個疊置區(qū)域200和201區(qū)分開來。疊置區(qū)域與包括支撐層101、絕緣層102和第一工作層或者包括支撐 層、絕緣層、第一工作層和第二工作層104的基礎(chǔ)層圖案對應(yīng)。通常，可通過選擇性的化學(xué)蝕刻如圖5所示從第二工作層移除期望 的部分，但是技術(shù)人員可以選擇在具體情況下最為合適的本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi) 任何其它已知的技術(shù)。另外，還可以理解，在需要時，可以使疊置區(qū)域中的工作層的整體 厚度(例如疊置區(qū)域201中的工作層103的厚度)與另一疊置區(qū)域中的 工作層的整體厚度(在以上示例中，為疊置區(qū)域201中的第一工作層103 和第二工作層104的厚度和)相等，從而使結(jié)構(gòu)105的頂面是平的。圖6表示為了將疊置區(qū)域202的工作層與周圍的其它疊置區(qū)域的工 作層電隔離而可以實(shí)施的另一附加步驟。為了達(dá)到該效果，穿過必須要隔離的疊置區(qū)域的工作層的整個深度 形成溝槽IOO (圖6A)?？梢岳斫獾氖牵摐喜圻€形成為以沿著所述疊置區(qū)域202的工作層 的深度包圍所述工作層。然后用電絕緣體填充溝槽110 (圖6B)，該電絕緣體優(yōu)選與用于使工 作層與支撐層101電隔離的絕緣體102相同，例如為Si02層。因此，所述溝槽可以呈淺溝槽隔離(STI)的形式。
這一附加步驟的特別的優(yōu)點(diǎn)在于，在疊置區(qū)域中制造的晶體管與在 其它疊置區(qū)域中制造的諸如其它晶體管的元件電隔離，更尤其是與相鄰 疊置區(qū)域中制造的元件電隔離。還要注意，在這樣制造的疊置區(qū)域中，在第二工作層104正上方延 伸的第一工作層103可用于偏壓所述第二工作層104。為此，可設(shè)置至少一通路使第一工作層特別地與產(chǎn)生偏電壓或偏電 流的電源接觸。'按照這種方式，可在需要時以非常方便的方式改變第二工作層104 的閾值電壓。特別的是，這種解決方案還有助于節(jié)省布置面積。 圖7中還示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方式?？梢钥吹?，混合式SOI型結(jié)構(gòu)包括附加的絕緣層111，該絕緣層插 設(shè)在分別具有不同的晶體取向的第一工作層103與第二工作層104之間。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，疊置區(qū)域的工作層彼此電隔離，可由第二工 作層104制造的諸如晶體管的元件不再受到存在于第一工作層103中的 電擾動的影響。為此，本發(fā)明提出的制造混合式SOI型結(jié)構(gòu)的方法可通過形成所述 第二絕緣層111的附加步驟完成。作為非限定性實(shí)施例，該絕緣層111可通過在將第二工作層轉(zhuǎn)移到 該結(jié)構(gòu)之前在第一工作層的頂面上進(jìn)行氧化物淀積而獲得。作為另一實(shí)施例，所述絕緣層111可首先淀積在圖3B所示的第二源 極基板107上。然后，為了在所述第二源極基板107內(nèi)生成削弱區(qū)，即脆化區(qū)，穿 過該臨時結(jié)構(gòu)注入原子核素。使絕緣層111的自由表面與第一工作層103的頂面緊密接觸，并利 用上述技術(shù)之一使它們結(jié)合。當(dāng)然，本發(fā)明的范圍不限于以上作為示例描述的各個實(shí)施方式。具體地說，本發(fā)明的SOI型多層結(jié)構(gòu)的工作層可具有(1， 1， 1)晶 體取向以制造例如PMOS晶體管。
權(quán)利要求
1. 一種SOI型多層結(jié)構(gòu)(105)，該SOI型多層結(jié)構(gòu)包括支撐層(101 )、 至少兩個具有不同晶體取向的工作層(103， 104)、在所述支撐層(101) 的至少一部分上延伸的絕緣層(102)，該SOI型多層結(jié)構(gòu)的特征在于， 所述絕緣層(102)在所述支撐層(101)的整個表面上延伸，從而在所 述支撐層(101)與所述工作層(103， 104)之間延伸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述至少 兩個工作層(103， 104)是疊加的。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu) 只包括兩個工作層(103， 104)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述工作層(103， 104)由硅制成。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在于， 一個工作層(103)由(1， 0， 0)晶體制成，另一個工作層(104)由(1, 1， 0)晶體制成。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，由(1， 0， 0)晶體制成的所述工作層(103)適于制造NMOS型晶體管，由(1， 1， 0)晶體制成的所述工作層(104)適于制造PMOS型晶體管。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在于， 該SOI型多層結(jié)構(gòu)包括多個不同的疊置區(qū)域(200， 201)，每個疊置區(qū)域 的層組成是以下類型中的一種 第一組成類型支撐層一絕緣層一露出頂面的第一工作層， 第二組成類型支撐層一絕緣層一第一工作層一露出頂面的第二工作層，從而在每個所述疊置區(qū)域內(nèi)，所述第一工作層和第二工作層中的一 個露出頂面。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征還在于，所述 第一組成類型中的所述第一工作層(103)的厚度與所述第二組成類型中的所述第一工作層(103)和所述第二工作層(104)的厚度和相等，從 而所述結(jié)構(gòu)的頂面是平的。
9. 根據(jù)前述兩項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征 在于，疊置區(qū)域(200)的所述工作層(103， 104)與布置在周圍的所述 疊置區(qū)域(201)的所述工作層電隔離。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 隔離是通過淺溝槽隔離而實(shí)現(xiàn)的。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在 于，至少一個工作層是單晶體。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在 于，至少一個工作層是應(yīng)變半導(dǎo)體。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 工作層發(fā)生拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在 于，附加的電絕緣體層(111)位于兩個工作層(103， 104)之間，從而 所述工作層彼此電隔離。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述絕緣層(102， 1U)由氧化物制成。
16. —種制造根據(jù)一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的SOI型多層結(jié)構(gòu)(105) 的方法，所述方法利用層轉(zhuǎn)移技術(shù)，其特征在于所述方法包括以下步驟-形成包括所述支撐層(101 )、第一工作層(103)和所述絕緣層(102) 的中間結(jié)構(gòu)(100)，，在所述中間結(jié)構(gòu)(100)的頂部上形成晶體取向與所述第一工作層 (103)的晶體取向不同的第二工作層(104)。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法還包括以 下步驟 通過以下步驟形成中間結(jié)構(gòu)(100): 一使所述支撐層(101)上方的層絕緣，一在第一源極基板(107)中注入核素以形成脆化區(qū)(106)，該 脆化區(qū)在所述第一源極基板內(nèi)限定與所述結(jié)構(gòu)的第一工作層(103) 對應(yīng)的層，一將所述第一源極基板(107)結(jié)合到所述絕緣層(102)， 一在形成于所述第一源極基板中的所述脆化區(qū)(106)處將所述 第一源極基板(107)分裂，從而使所述第一源極基板的保持 結(jié)合到所述絕緣層(102)的部分成為所述中間結(jié)構(gòu)的所述第 一工作層(103)， -通過以下步驟在所述中間結(jié)構(gòu)(100)的頂部上形成第二工作層(104):一在第二源極基板(109)中注入核素以形成脆化區(qū)(108)，該 脆化區(qū)在所述第二源極基板內(nèi)限定與所述結(jié)構(gòu)的第二工作層(104) 對應(yīng)的層，一將所述第二源極基板(109)結(jié)合到所述第一工作層(103)， 一在形成于所述第二源極基板中的所述脆化區(qū)(108)處將所述 第二源極基板(109)分裂，從而使所述第二源極基板的保持 結(jié)合到所述第一工作層(103)的部分成為所述SOI型多層結(jié) 構(gòu)的第二工作層(104)。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法包括在所 述中間結(jié)構(gòu)(100)的頂部上形成第二工作層(104)之前對所述中間結(jié) 構(gòu)的表面進(jìn)行處理的步驟。
19. 根據(jù)前述兩項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該 方法還包括選擇性地移除所述第二工作層(104)的期望部分，從而使所 述SOI型多層結(jié)構(gòu)(105)包括兩種層疊置(200): 第一疊置類型支撐層一絕緣層一第一工作層， 第二疊置類型支撐層一絕緣層一-第一工作層一第二工作層。
20. 根據(jù)前述三項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該 方法還包括選擇性地形成期望的溝槽(110)，該溝槽使所述絕緣層(102) 暴露于外部環(huán)境。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法還包括用電絕緣體填充所述溝槽(110)。
22. 根據(jù)前述五項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)(105)的所述工作層(103， 104)是半導(dǎo)體層。
23. 根據(jù)前述六項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所 述工作層(103， 104)是單晶體層。
24. 根據(jù)前述七項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所 述工作層中的一個(103)由(1， 0， 0)晶體制成，所述工作層(103， 104)中的另一個(104)由(1， 1， 0)晶體制成。
25. 根據(jù)前述八項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所 述工作層(103， 104)中的至少一個發(fā)生應(yīng)變。
26. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述工作層發(fā)生 拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變。
27. 根據(jù)前述十項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在 結(jié)合所述兩個工作層(103， 104)之前，所述方法包括在所述兩個工作 層(103， 104)之間形成附加的絕緣層(111)。
28. 根據(jù)前述十一項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 所述絕緣層(102， 111)由氧化物制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種完全混合式SOI型多層結(jié)構(gòu)。該SOI型多層結(jié)構(gòu)(105)包括支撐層(101)、至少兩個具有不同晶體取向的工作層(103，104)、在所述支撐層(101)的至少一部分上延伸的絕緣層(102)，該SOI型多層結(jié)構(gòu)的特征在于，所述絕緣層(102)在所述支撐層(101)的整個表面上延伸，從而在所述支撐層(101)與所述工作層(103，104)之間延伸。還提供了一種用于制造該結(jié)構(gòu)(105)的方法。
文檔編號H01L21/20GK101147234SQ200580049268
公開日2008年3月19日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
發(fā)明者卡洛斯·馬祖拉, 法布里斯·勒泰特 申請人:硅絕緣體技術(shù)有限公司