專利名稱：制造絕緣體上半導(dǎo)體型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造"絕緣體上半導(dǎo)體"型襯底(公知縮寫為"seor ) 的方法。所述襯底或異質(zhì)結(jié)構(gòu)特別用于光學(xué)、電子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
"SeOI"型襯底通常包括介于兩個(gè)半導(dǎo)體材料層之間的至少一個(gè)絕緣層。貫穿本說明書的其余部分以及權(quán)利要求書，術(shù)語"絕緣體"用于指代具 有高介電常數(shù)的電絕緣材料。舉例而言，SeOI襯底采用包括如下步驟的方法制造 在稱為"施主，，襯底的第一襯底上形成或沉積絕緣層，從而一個(gè)"連 才妄，，界面存在于二者之間； 采用商業(yè)上公知為"SmartCut "的方法在所述施主襯底內(nèi)注入原子 組分，以在其中形成弱化區(qū)域； 通過分子鍵合將稱為"接收"襯底的第二襯底結(jié)合到絕緣體的自由表 面上；以及 沿著弱化區(qū)域使所述施主襯底的背部脫離。由此獲得異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其按順序包含支撐體、絕緣層和源自施主襯底的 上活性層。在微電子領(lǐng)域中，由半導(dǎo)體材料制成的活性層的表面質(zhì)量相當(dāng)重要。更 確切地說，所述活性層表面上的粗糙度和缺陷消除率是必須得到優(yōu)化的參 數(shù)，這樣將來由所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的元件才能具有優(yōu)良的質(zhì)量。不過，在活性層轉(zhuǎn)移到接收襯底上之后，會(huì)顯現(xiàn)出各種表面缺陷。它們具體為 未轉(zhuǎn)移區(qū)域(縮寫成NTZ); 砂眼 空位 晶體取向空位，縮寫成"COV"所有這些缺陷緣自差的轉(zhuǎn)移，緣自在異質(zhì)結(jié)構(gòu)的各層中存在的下層缺 陷，緣自結(jié)合界面處的結(jié)合質(zhì)量，或者僅僅緣自在制造所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)過程中 采用的方法，舉例而言，例如原子組分注入或熱處理。在結(jié)合界面或連接界面處存在的缺陷在所述方法的各步驟期間成為俘 獲氣體的場所，然后膨脹并形成COV型砂眼或空位。因此，舉例來說，在異質(zhì)結(jié)構(gòu)順序包含硅襯底支撐體、其上所覆蓋的熱 氧化物層、再之上所覆蓋的通過LPCVD沉積所獲得的TEOS氧化物層、以 及最后覆蓋的鍺層的情況下，氣態(tài)元素可源自各種不同來源。 "LPCVD TEOS"指通過低壓化學(xué)汽相沉積由原硅酸四乙酯(TEOS)型前體獲得的二 氧化珪(Si02 )。所述氣態(tài)元素可源自于 在用于形成弱化區(qū)域的原子組分注入步驟中供給的氫或氦，所述氣態(tài) 元素的數(shù)量取決于所用注入器件的類型和注入條件(劑量和能量)； 在熱氧化物和TEOS氧化物之間的結(jié)合界面處存在的水分子(H20) 的解吸附作用； 如果稠化作用不充分，所述氣態(tài)元素可源自TEOS氧化物，這是由于 含碳化合物的擴(kuò)散。應(yīng)該進(jìn)一步注意的是，所用之層越薄，缺陷數(shù)量越大。當(dāng)活性層較厚時(shí)， 砂眼或空位型缺陷通常保留在活性層厚度的內(nèi)部，因此在表面上較為少見。圖3中示出了這類缺陷問題的示例性實(shí)例。該圖繪制的是在復(fù)合襯底中以H+離子/cm2 [氫離子/平方厘米]為單位的濃度C作為以納米(nm)為單位的深度的函數(shù)的曲線，其結(jié)果通過次級(jí) 離子質(zhì)譜法(SIMS)獲得。更確切地說，所述復(fù)合襯底由已經(jīng)經(jīng)過熱氧化處理的支撐襯底(Si)和 其上已經(jīng)沉積Si02層的Ge施主襯底之間的結(jié)合而得到。結(jié)合界面由此在兩 個(gè)氧化層之間形成，其中一個(gè)屬于支撐襯底，另一個(gè)屬于施主襯底。在圖3 中，在兩個(gè)SiO2層之間的結(jié)合界面位于-200nm處。圖3中沒有顯示支撐襯 底；而僅僅顯示了帶有Si02層的連接界面，該界面位于-400nm處。實(shí)線曲線a顯示的是，在兩個(gè)村底結(jié)合之前，并且在SmartCutTM原子 組分注入以在鍺層中形成弱化區(qū)域之前，從覆蓋有Si02的鍺(Ge)施主襯 底中獲得的結(jié)果。H+離子主要發(fā)現(xiàn)于第一 Si02層和鍺層之間的結(jié)合界面處。加粗曲線c顯示的是，注入以形成弱化區(qū)域但在與第二 Si02層結(jié)合之 前在同一襯底中所獲得的結(jié)果。應(yīng)該注意的是，在-200nm處的豎直線為偽 線。數(shù)值僅從-200nm附近處開始，因?yàn)樵撉€對(duì)應(yīng)于在與第二 Si02層結(jié)合 之前進(jìn)行的注入。具體到鍺的情況，分離并不在最大注入濃度處發(fā)生，而在 稍靠后的位置(大約550nm)，這解釋了下文中討論的曲線b的形狀。呈虛線的曲線b顯示了在兩個(gè)Si02層結(jié)合以及脫離并使活性鍺層轉(zhuǎn)移 之后所獲得的結(jié)果。氫組分分布顯示聚集的位置在Si02/Ge和Si02/支撐襯 底連接界面處。在Si02層中， 一個(gè)非常小的峰出現(xiàn)在-200nm處它對(duì)應(yīng)于兩個(gè)Si02層的結(jié)合界面。在分離并轉(zhuǎn)移活性鍺層這一步驟之后可以看出在絕緣層(Si02)中氣體 量的明顯增加。這種增加是在轉(zhuǎn)移之后轉(zhuǎn)移的鍺層頂面上的可見的缺陷的來源。美國專利US-A- 2002/0190269描述了制造包括硅上鍺層的異質(zhì)結(jié)構(gòu) 的方法，所述方法意在減少在結(jié)合界面處氣泡的形成。更明確地，所述異質(zhì) 結(jié)構(gòu)通過如下過程形成，即，將氫氣注入鍺施主襯底而在其中形成弱化區(qū)域， 然后結(jié)合到硅接收襯底，并最后進(jìn)行熱處理以將鍺村底的背部分離。在具體的實(shí)現(xiàn)方式中，作者建議，在結(jié)合之前在鍺襯底上設(shè)置由無定形硅形成的稱為"抗泡"層的層，以在鍺襯底與硅襯底結(jié)合時(shí)，使結(jié)合界面親 水，從而減少氫氣泡的形成。在進(jìn)一步的變化方式中建議，通過在轉(zhuǎn)移的鍺層上沉積由外延附生生長 而形成的鍺的緩沖層，改進(jìn)其粗糙度。這兩種方案的目的在于改進(jìn)在兩個(gè)村底之間的結(jié)合界面的質(zhì)量，但它們 都需要增加輔助層，從而使所述方法復(fù)雜化。根據(jù)美國文獻(xiàn)US- 6 696 352,人們還了解到一種包含薄單晶層和犧牲 層的多層襯底的制造方法。該方法試圖在源襯底內(nèi)部形成弱化區(qū)域，以便隨 后將該襯底的一部分轉(zhuǎn)移至接收襯底上。層。然后，用能夠由加熱釋放H+離子的粘合劑將施主襯底結(jié)合到接收襯底。 在對(duì)該襯底進(jìn)行熱處理之后，包含在粘合劑中的H+離子向俘獲層遷移，在 固化之后該部分成為弱化區(qū)域。不過，該文獻(xiàn)并不應(yīng)用于形成SeOI襯底，并且沒有暗示在絕緣層中實(shí) 現(xiàn)能保留SeOI襯底的各界面處存在的各種氣體組分的俘獲層。最后，根據(jù)美國文獻(xiàn)US- 2004/0171196，人們了解到一種用于制造SOI 型襯底的方法，該方法與上文所述類似，建議在施主襯底中形成離子俘獲層， 以便稍后將其轉(zhuǎn)換成弱化區(qū)域。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的俘獲層在其位置和使用上不同于上述俘獲層。事實(shí)上，本 發(fā)明的俘獲層并不轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜趯愚D(zhuǎn)移中的弱化區(qū)域。本發(fā)明旨在避免在所轉(zhuǎn)移的活性層的表面上形成缺陷，更確切地說是避 免形成由于氣態(tài)元素在各個(gè)結(jié)合界面和/或連接界面處附聚而導(dǎo)致的缺陷。本發(fā)明還旨在避免如在先技術(shù)的方法那樣借助于在絕緣層和活性層之 間所沉積或插入的中間層(無定形層或緩沖層)。這些層會(huì)改變最終結(jié)構(gòu)的 電屬性。為此，本發(fā)明涉及一種制造"絕緣體上半導(dǎo)體，，型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，所 述異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括介于稱為"接收"襯底的襯底和稱為"活性"層的層之間的 至少一個(gè)絕緣層，所述層源自于稱為"施主"襯底的襯底，所述絕緣層中的 至少一個(gè)包括稱為"俘獲層"的層，所述俘獲層可保留可能存在于所述異質(zhì) 結(jié)構(gòu)的不同界面處的氣體組分，并限制所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的活性層的表面上缺陷的形成，所述方法包括如下步驟 在均由半導(dǎo)體材料形成的施主襯底和接收襯底這兩個(gè)襯底中的至少 一個(gè)上形成或沉積至少一個(gè)絕緣層； 通過分子鍵合使所述施主襯底和所述接收襯底結(jié)合，從而使一個(gè)或多 個(gè)絕緣層介于其間，并在兩個(gè)村底之一和一個(gè)絕緣層之間，或者在兩個(gè)絕緣 層之間存在結(jié)合界面； 去除所述施主襯底的稱為"殘余部，，的部分，以僅僅保留所述活性層， 從而獲得所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)。所述方法的特征在于，在結(jié)合之前，通過在至少一個(gè)絕緣層中注入至少 一種類別的原子組分形成所述俘獲層，選擇所述原子組分的類別，使所述原 子組分或者與構(gòu)成其中注入這些原子組分的絕緣層的原子種類中的一種相 一致，或者與構(gòu)成其中注入原子組分的絕緣層的原子種類中的一種在周期表 中同屬一列。本發(fā)明的其它有利的非限制性特征如下，可單獨(dú)或組合采用 在形成所述俘獲層后，對(duì)包含所述俘獲層的絕緣層進(jìn)行退火的步驟在至少350。C的溫度下進(jìn)行至少30分鐘； 選擇注入?yún)?shù)，以在靠近所述結(jié)合界面處形成所述俘獲層，優(yōu)選在距所述結(jié)合界面2納米到IO納米的范圍內(nèi)形成俘獲層，或者在靠近絕緣層和兩個(gè)襯底之一之間的連接界面處形成俘獲層； 所述俘獲層由納米空穴或納米顆粒的二維層所構(gòu)成； 所述絕纟彖體可為氧化物，例如二氧化硅(Si02)，則所注入的組分選自硅、鍺和氧原子； 所述絕緣體可為氮化物，例如氮化硅(Si3lSU)，則所注入的組分選自 硅、鍺和氮原子； 通過化學(xué)機(jī)械拋光去除背部； 在結(jié)合之前，在源襯底中形成弱化區(qū)域，所述弱化區(qū)域限定了活性層 和預(yù)定去除的所述襯底的殘余部之間的分界；所述弱化區(qū)域可通過原子組分 注入形成。本發(fā)明還涉及一種"絕緣體上半導(dǎo)體"型的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其包括介于由半 導(dǎo)體材料形成的稱為"接收"襯底的村底和由半導(dǎo)體材料形成的稱為"活性"層的層之間的至少 一 個(gè)絕緣層。根據(jù)本發(fā)明，所述絕緣層中的至少 一個(gè)包括由納米空穴或納米顆粒的二 維層所構(gòu)成的俘獲層，該俘獲層能夠保留可能存在于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同界面處 的氣態(tài)組分，并限制在所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的活性層的表面上形成缺陷。


本發(fā)明的其它特征將從下文參照各附圖的描述中變得顯而易見，各附圖 通過非限制性例示而顯示可能的實(shí)現(xiàn)方式。在附圖中 -圖1A 1E為顯示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)現(xiàn)方式的制造方法中按順序的各 步驟的圖示；圖2A 2F為顯示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)現(xiàn)方式的制造方法中按順序的各 步驟的圖示；圖3描繪在復(fù)合襯底中以H+離子/cn^為單位的濃度C作為以納米為單 位的深度的函數(shù)的曲線圖，所述復(fù)合襯底通過使經(jīng)過熱氧化的支撐襯底(Si) 和其上已經(jīng)沉積Si02層的Ge施主襯底結(jié)合而得到。該結(jié)果通過次級(jí)離子質(zhì) 譜法(SIMS)獲得；和圖4為在SeOI結(jié)合之前通過經(jīng)氧化的支撐襯底的一部分剖切的截面的 照片所制成的圖示，其中包括形成于Si02層中的俘獲層，所述照片通過透射電子顯微鏡(TEM)獲得。
具體實(shí)施方式
下文參照?qǐng)D1A~ 1E描述本發(fā)明的第一實(shí)現(xiàn)方式。最佳地如圖1A和1B所示，采用襯底1。術(shù)語"施主"襯底之所以如此 稱謂，是因?yàn)檫@種襯底在將來本方法結(jié)束時(shí)獲得的復(fù)合村底或異質(zhì)結(jié)構(gòu)中產(chǎn) 生活性層。所述施主襯底1可為單層或者也可為多層，例如具有兩層，如圖1B所 示。在這種情況下，它由初級(jí)層11和覆蓋其上的次級(jí)層12構(gòu)成。次級(jí)層通 過例如外延附生而沉積在初級(jí)層上。進(jìn)一步，采用支撐襯底或稱接收襯底2，該襯底之上或之中沉積或形成 絕緣層3，如圖1B所示且如下文更為詳細(xì)的描述。在絕緣層3和接收襯底2之間存在標(biāo)記為20的連接界面。如圖1C所示，原子組分隨后被注入施主襯底1中，例如注入次級(jí)層12 中，以在其中形成弱化區(qū)域13。所述區(qū)域13限定了襯底殘余部15和上活 性層14間的分界。在如圖1C所示的兩層襯底的實(shí)施方式中，殘余部15包括次級(jí)層12的 一部分和初級(jí)層11。進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明，原子組分被注入絕緣層3中，以便在其中形成俘 獲層31。如圖1D所示，然后通過分子鍵合，通過使活性層14緊密接觸絕緣層3 使施主襯底1和接收襯底2這兩個(gè)襯底的結(jié)合。結(jié)合界面用附圖標(biāo)記4指示。 如圖1E所示，然后去除背部15。在存在弱化區(qū)域13這種具體情況下，所述消除就是將襯底的背部或稱 殘余部15分離開。通過對(duì)弱化區(qū)域13施加機(jī)械的、化學(xué)的或電的應(yīng)力來實(shí) 現(xiàn)所述分離。由此就獲得了用附圖標(biāo)記5指示的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。圖2A-2F圖示了上述方法變化的實(shí)施方式。 相同的元件采用相同的附圖標(biāo)記。該變化的實(shí)施方式與之前方法的不同之處在于， 一方面，在注入原子組 分以在源襯底1內(nèi)部形成弱化區(qū)域13這一步驟之前，將絕緣層6沉積或形 成在源襯底上，另一方面，通過在絕緣層6中進(jìn)行原子組分注入，形成在此 以標(biāo)記61指示的俘獲層，其中絕緣層6被源襯底所支撐。可以相繼形成弱化區(qū)域13和俘獲層61，如圖2C和2D進(jìn)一步所示。 不過，優(yōu)選地，在注入以形成弱化區(qū)域13之前，可首先進(jìn)行形成俘獲 區(qū)域61的注入。而同時(shí)隨之而來的是，在注入以形成弱化區(qū)域13期間可能 存在的重的雜質(zhì)元素被保留在俘獲層61中，而較輕的元素(舉例而言例如 H+)則穿過絕緣層6而不駐留于其中，并形成弱化區(qū)域13。 應(yīng)該注意的是，連接界面60在絕緣層6和源襯底l之間。 在圖2D所示的實(shí)現(xiàn)方式中，絕緣層3沒有進(jìn)行同樣處理。不過，也可 以在其中形成俘獲層31。在這種情況下，最終獲得的復(fù)合村底將包括兩個(gè) 俘獲層。在接收襯底2上也可以不形成絕緣層3,因?yàn)樵谑┲饕r底1上已有絕緣層6。最后，如圖2E所示，兩個(gè)村底1和2通過分子鍵合而結(jié)合，從而在二 者之間存在結(jié)合界面7。在從源襯底1分離出殘余部15后，獲得圖2F所示的異質(zhì)結(jié)構(gòu)8。所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)8包括兩個(gè)絕緣層3、 6，這兩層相應(yīng)地介于兩個(gè)半導(dǎo)體 材料層14、 2之間。在上述的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，在通過原子組分注入而形成弱化區(qū)域之后， 殘余部15從源襯底1去除。不過，也可以免除所述注入步驟，而將殘余部15通過技術(shù)人員公知為 CMP的化學(xué)機(jī)械拋光步驟而除去。下文中將更為詳細(xì)地描述構(gòu)成源襯底和接收襯底以及絕緣層的材料的屬性和特性。施主襯底1和接收襯底2至少部分地由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，特別是在電子領(lǐng)域常規(guī)使用的那些。舉例而言，所述材料可為硅(Si)、鍺(Ge)、氮化 鎵(GaN)、砷化鎵(AsGa)或鍺硅合金(SiGe)。絕緣層3、 6優(yōu)選選自諸如二氧化硅(Si02)的氧化物。也可以采用氮 化物，例如氮化硅(Si3N4)，或者氧氮化物，例如氧氮化鍺(GexOyNz)。也可以使用高介電常數(shù)的介電材料("高k"材料)，例如二氧化鉿 (Hf02)、氧化鋁(A1203 )、氧化鋯(Zr02)、五氧化二鉭(Ta205) 、 二 氧化鈦(Ti02)，以及它們的氮化物和它們的硅化物。當(dāng)絕緣層3或6由氧化物構(gòu)成時(shí)，它們可以通過必須形成于其上的源襯 底1或支撐襯底2的熱氧化獲得。所述絕緣層3或6也可通過沉積獲得，例如通過化學(xué)汽相沉積獲得。舉例而言，對(duì)于二氧化硅(Si02),可以使用低壓化學(xué)汽相沉積(LPCVD) 或原子層沉積(ALD)。在沉積Si02層的情況中，也可以由原硅酸四乙酯(TEOS)型前體實(shí)現(xiàn) LPCVD沉積。原子組分注入以在源襯底內(nèi)形成弱化區(qū)域可以采用例如商業(yè)上/>知為 "SmartCut "的方法來實(shí)現(xiàn)。為了更為詳細(xì)地了解上述方法，可以參考文獻(xiàn)"絕緣體上硅的技術(shù) (Silicon on Insulator Technology) ，， ； Materials to VLSI, 第2版， 作者J P Collinge， Kluwer Academic出版，50 - 51頁。術(shù)語"原子組分注入"通常代表可以將原子或離子組分引入要注入的施 主襯底中，且注入的組分在距處理表面預(yù)定深度處濃度最大的任意類型的處 理。下文中將更為詳細(xì)地描述在絕緣層3、 6中進(jìn)行原子組分注入，以在其 中分別形成俘獲層31或61的步驟。形成俘獲層這一過程包括在絕緣層內(nèi)注入至少一種類別的原子組分， 選擇所述原子組分使它們與構(gòu)成所述絕緣體的原子種類中的一種要么一致 要么是"等電位，，的。更明確地說，可以注入單一類別的原子組分，或者連續(xù)注入多類別的原 子組分。該步驟可以采用至少 一種類別的絕緣體中所包含的原子或者原子組分 使絕緣體過飽和，或者向其中引入"等電位"的原子組分。術(shù)語"等電位的 原子組分"指與構(gòu)成所述絕緣體的原子組分在元素周期表中同屬一列的任何 原子組分。不過，在該列中的原子組分的選擇取決于其與構(gòu)成絕緣體的原子 組分的各類別的反應(yīng)性。以下完全為示例性實(shí)例，可以向二氧化硅(Si02)層注入氧、硅和/或 鍺(鍺與硅同屬元素周期表中的4a族)?？梢詫⒌?、硅和/或鍺注入到氮化 硅(Si3N4)層中?？赏ㄟ^兩種陷阱來構(gòu)建所獲得的俘獲層，這取決于注入元素的屬性，兩 種陷阱如下 納米空穴(空位)，當(dāng)注入諸如氧或氮原子時(shí)； 納米顆粒，當(dāng)注入硅或鍺時(shí)。可調(diào)節(jié)的注入?yún)?shù)為注入能量，其可改變俘獲層形成之處的深度；和 注入劑量，其可調(diào)節(jié)原子的團(tuán)塊尺寸和所形成的納米顆粒或納米空穴的密度。以在Si02中注入硅為例，注入能量在0.65keV~3keV的范圍內(nèi)并且注 入劑量在5x 1015~2x 10"SiVcm2的范圍內(nèi)，則俘獲層位于Si02的自由表面 下方-4nm到-6nm范圍內(nèi)的深度處，所述俘獲層厚度在2nm到3nm厚的范 圍內(nèi)，并具有大于1 x 1015cm—2的非常高的納米顆粒表面密度。不過，俘獲層可以在絕緣層中的任意深度處形成。在第一變化實(shí)施方式中，俘獲層形成之處盡可能靠近于結(jié)合界面，該結(jié) 合界面為氣體聚集的來源。然后，俘獲層起到化學(xué)泵的作用。在這種情況下，它也有效率得多。俘獲層形成之處也可盡可能靠近絕緣層和襯底之間的連接界面。這在沉 積的氧化物的情況下特別具有優(yōu)勢，其中連接界面對(duì)于氣態(tài)原子組分的聚集 而言是一個(gè)大區(qū)域。于是，俘獲層幫助在連接界面處減小聚集的氣體濃度。當(dāng)存在兩個(gè)絕緣層3和6時(shí)，如圖2所示的實(shí)現(xiàn)方式中，也優(yōu)選在這兩 個(gè)絕緣層的每一個(gè)中產(chǎn)生俘獲層。優(yōu)選，這些俘獲層形成于不同深度處，從 而使其中一個(gè)接近于連接界面，而另一個(gè)接近于結(jié)合界面。最后， 一旦已經(jīng)形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)5或8,優(yōu)選進(jìn)行熱退火。該過程意在加 強(qiáng)結(jié)合并改變俘獲層。不過，該退火方法受到最大可用熱平衡的限制，如下 文所釋。多種化學(xué)物理現(xiàn)象可導(dǎo)致形成陷阱，從而俘獲氣態(tài)組分。當(dāng)陷阱為納米顆粒時(shí)，注入期間它們形成在絕緣體中，而它們中的一些 部分聚結(jié)而形成小顆粒團(tuán)塊。所述聚結(jié)導(dǎo)致形成通過機(jī)械和化學(xué)效應(yīng)俘獲氣體組分(特別是氬氣)的 納米顆粒和小團(tuán)塊的二維層。在這種情況下，術(shù)語"聚結(jié)"指在注入的同一平面中納米顆粒的分配和 重組。俘獲層為二維，因?yàn)樗谧⑷肽芰克刂频纳疃忍幈榧敖Y(jié)構(gòu)的整個(gè)表 面。它俘獲擴(kuò)散組分，并防止它們到達(dá)鄰近的結(jié)合界面或連接界面?；瘜W(xué)俘獲效應(yīng)相當(dāng)于在存在的元素之間成鍵。因此，舉例來說，當(dāng)氬氣 在近旁釋放時(shí)，引入Si02層的硅或鍺原子形成Si-H或Ge-H鍵。在鍺注入 的情況下化學(xué)氫氣俘獲反應(yīng)尤其受到歡迎，因?yàn)镚e-H鍵的形成能量要低 得多。梯度。納米顆粒的聚結(jié)使陷阱密度增大。束縛在這些陷阱上的原子濃度增大。 因此，在結(jié)合界面或連接界面與俘獲層之間建立了自由氣體原子的梯度。氣 體組分向陷阱擴(kuò)最后，應(yīng)該注意到，即使在形成俘獲層之后進(jìn)行退火(見圖1C和2D) 時(shí)，所獲得的顆粒團(tuán)塊仍保持較小。實(shí)際上，所述退火必須在比接下來的分 離步驟更低的溫度下進(jìn)行，所述分離步驟在結(jié)合之后進(jìn)行(分別見圖1E和 2F)。因此存在多個(gè)數(shù)埃的小團(tuán)塊，這些小團(tuán)塊開始聚結(jié)成納米顆粒的形式。 俘獲主要由在低熱平衡下產(chǎn)生所述小團(tuán)塊來確保。當(dāng)陷阱為納米空穴時(shí)，自由氣體粒子被俘獲于其中。這些組分聚集在掩 藏于絕緣體內(nèi)的空位中。在自由氣體組分和"保留"在氧化物中形成的缺陷 內(nèi)的氣體組分之間形成濃度梯度。所述濃度梯度是俘獲的驅(qū)動(dòng)力，直至納米 空穴飽和。下文中將更為詳細(xì)地描述幾個(gè)實(shí)施例。實(shí)施例1通過由外延附生在硅上生長出鍺層來制備施主襯底。然后，氫和/或氦 被注入于鍺中，以產(chǎn)生弱化區(qū)域。然后通過在硅接收襯底中沉積250nm 300nm厚的二氧化硅(Si02 )絕 緣層制備硅接收襯底。然后，硅被注入于Si02層中，以在其中產(chǎn)生二維俘獲層。在0.5 5keV 的能量以及5x 1015~5x 1016的Si+離子/ci^的劑量下進(jìn)行所述注入。從而在SiOz層的表面下方1.5nm到4nm (納米)之間的深度范圍形成 厚度在2nm ~ 3nm范圍內(nèi)的納米顆粒層。按照上文參照?qǐng)D1和2的描述進(jìn)行結(jié)合和分離。實(shí)施例2圖4為用透射電子顯微鏡(TEM)獲得的照片所形成的圖，該圖示出通 過在lkeV的能量和1 x 10"SiVcm2的劑量下注入硅而形成于Si02層中的俘 獲層。所述俘獲層31以在氧化物3中部的較黑的一條來表示。進(jìn)一步，進(jìn)行測試以確定當(dāng)絕緣體分別為二氧化硅(Si02)或氮化珪 (Si3N4)時(shí)，用于形成俘獲層的能量和注入劑量的范圍。下文中將給出這些數(shù)值。當(dāng)絕緣體為二氧化硅(Si02)時(shí)，注入組分選自硅、鍺和氧。 在這種情況下，可以僅注入一種下文所提及的原子組分，或者也可以連 續(xù)注入多種所述原子組分 硅原子，注入能量在0.5keV ~ 5keV的范圍內(nèi)，且注入劑量在5 x 1015 ~ 5x l016Si+/cm2的范圍內(nèi)。在這些條件下，納米顆粒層位于結(jié)合表面下 方15nm 40nm的深度處。增大注入劑量，可增加陷阱的表面密度，從 而調(diào)節(jié)束縛于所述陷阱上的氣體原子的總量。 鍺原子，注入能量在0.7keV-10keV的范圍內(nèi)，且注入劑量在5x1015~ 1 x l017Ge+/cm2的范圍內(nèi)。由于鍺原子較重，所以注入能量的范圍較寬以將納米顆粒平面定位在相同的深度范圍內(nèi)。 氧原子，注入能量在0.5keV-3keV的范圍內(nèi)，且注入劑量在1 x 1015~1 x 1017O+/cm2的范圍內(nèi)。為了將俘獲區(qū)域定位在與前面的原子相同的深度處，因?yàn)檠醺p所以在這種情況下，相對(duì)于硅注入的能量范圍，其注入能量的范圍減小。當(dāng)絕緣體為氮化硅(Si3N4)時(shí)，注入組分選自硅、鍺和氮原子。在這種情況下，可以僅注入一種下文所提及的原子組分，或者可以連續(xù) 注入多種所述原子組分 硅原子，注入能量在0.5keV ~ 5keV的范圍內(nèi)，且注入劑量在5 x 1015 ~ 5x 10"SiVcm2的范圍內(nèi)。 鍺原子，其注入能量在0.7keV 10keV的范圍內(nèi)，且注入劑量在5x 1015 ~ 1 x 1017Ge+/cm2的范圍內(nèi)。 氮原子，其注入能量在0.5keV 3keV的范圍內(nèi)，且注入劑量在lx 1015~ 1 x 101 +/0112的范圍內(nèi)。本發(fā)明的SeOI制造方法可以去除由于在異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鍵合界面或連接界 面處的氣體聚集而產(chǎn)生的任何缺陷。本發(fā)明的方法因?yàn)榉@層形成于絕緣體中，因此可用于制造各組分型的半導(dǎo)體材料的絕緣體上半導(dǎo)體村底。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在GeOI的情況中更為清 晰明顯，因?yàn)镾IMS圖顯示在氧化物中存在大量的氫。
權(quán)利要求
1、一種制造“絕緣體上半導(dǎo)體”型異質(zhì)結(jié)構(gòu)(5，8)的方法，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)(5，8)包括介于稱為“接收”襯底的襯底(2)和稱為“活性”層的層(14)之間的至少一個(gè)絕緣層(3，6)，所述層(14)源自于稱為“施主”襯底的襯底(1)，所述絕緣層中的至少一個(gè)包括稱為“俘獲層”的層，所述俘獲層可保留可能存在于所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的各個(gè)界面處的氣體組分，并限制在所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的活性層的表面上形成缺陷，所述方法包括如下步驟·在均由半導(dǎo)體材料形成的施主襯底(1)和接收襯底(2)這兩個(gè)襯底中的至少一個(gè)上形成或沉積至少一個(gè)絕緣層(3，6)；·通過分子鍵合使所述施主襯底(1)和所述接收襯底(2)結(jié)合，從而使一個(gè)或多個(gè)絕緣層(3，6)介于其間，并在兩個(gè)襯底(1，2)中的一個(gè)以及一個(gè)絕緣層(3，6)之間，或者在兩個(gè)絕緣層(3，6)之間存在結(jié)合界面(4，7)；·去除所述施主襯底(1)的稱為“殘余部”的部分(15)，以僅僅保留所述活性層(14)，從而獲得所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)(5，8)，所述方法的特征在于，在所述結(jié)合之前，通過在至少一個(gè)絕緣層中注入至少一種類別的原子組分以形成所述俘獲層，選擇所述原子組分的類別，以使所述原子組分或者與構(gòu)成其中注入這些原子組分的絕緣層的原子種類中的一種相同，或者與構(gòu)成其中注入原子組分的絕緣層的原子種類中的一種在周期表中同屬一列。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述俘獲層(31, 61)后，在至少350。C的溫度下進(jìn)行包含所述俘獲層的絕緣層(3， 6)的退 火步驟至少30分鐘。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，選擇注入?yún)?shù)以在 靠近所述結(jié)合界面(4， 7)處形成所述俘獲層(31， 61)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述俘獲層(31, 61)
5.納米到IO納米的范圍內(nèi)形成。
6、 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述俘獲層由 納米空穴或納米顆粒形成的二維層構(gòu)成。
7、 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述絕緣體(3, 6)為氧化物。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1 ~6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述絕緣體 (3， 6)為氮化物。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述絕緣體(3， 6)為 二氧化硅(Si02)，并且所注入的組分選自硅、鍺和氧原子。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，硅原子在注入能量在 0.5keV ~ 5keV的范圍內(nèi)，注入劑量在5 x 1015 ~ 5 x 1016Si+/cm2的范圍內(nèi)的條 {牛下注入。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，鍺原子在注入能量在 0.7keV ~ 10keV的范圍內(nèi)，注入劑量在5 x 1015 ~ 1 x 1017Ge+/cm2的范圍內(nèi)的 條件下注入。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，氧原子在注入能量在 0.5keV ~ 3keV的范圍內(nèi)，注入劑量在1 x io15 ~ 1 x 1017O+/cm2的范圍內(nèi)的條 件下注入。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述絕緣體(3， 6)為 氮化硅(Si3N4),并且所注入的組分選自硅、鍺和氮原子。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，硅原子在注入能量在 0.5keV ~ 5keV的范圍內(nèi)，注入劑量在5 x 1015 ~ 5 x 1016Si+/cm2的范圍內(nèi)的條 4牛下注入。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，鍺原子在注入能量在0.7keV ~ 10keV的范圍內(nèi)，注入劑量在5 x 1015 ~ 1 x 1017Ge+/cm2的范圍內(nèi)的 條件下注入。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，氮原子在注入能量在 0.5keV ~ 3keV的范圍內(nèi)，注入劑量在1 x 1015 ~ 1 x 1017N+/cm2的范圍內(nèi)的條 件下注入。
17、 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過化學(xué)機(jī)械 拋光去除背部(15)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述結(jié) 合之前，在源襯底(1)中形成弱化區(qū)域(13),所述弱化區(qū)域(13)限定 了活性層(14)和預(yù)定要去除的所述襯底(1 )的殘余部(15)之間的分界。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述弱化區(qū)域(13) 通過原子纟且分注入形成。
20、 一種"絕緣體上半導(dǎo)體"型異質(zhì)結(jié)構(gòu)(5， 8)，其包括介于由半導(dǎo) 體材料形成的稱為"接收"襯底的襯底(2)和由半導(dǎo)體材料形成的稱為"活 性"層的層(14)之間的至少一個(gè)絕緣層(3， 6),所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的特征在 于，所述絕緣層(3， 6)中的至少一個(gè)包括由納米空穴或納米顆粒的二維層 構(gòu)成的俘獲層(31， 61)，該俘獲層(31， 61)能夠保留可能存在于所述異 質(zhì)結(jié)構(gòu)(5， 8)的各個(gè)界面處的氣態(tài)組分，并限制在所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的活性層(14)表面上的缺陷的形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造SOI異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括介于接收襯底(2)和源自施主襯底(1)的活性層(14)之間的至少一個(gè)絕緣層(3，6)，所述至少一個(gè)絕緣層包括俘獲層(61)，所述俘獲層用于保留在所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的各個(gè)界面處存在的氣體組分，并用于限制所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的活性層(14)的表面上的缺陷的形成，所述方法包括層結(jié)合和轉(zhuǎn)移的步驟。本發(fā)明的特征在于，在結(jié)合之前，通過在至少一個(gè)絕緣層(3，6)中注入至少一種類別的原子組分以形成所述俘獲層(61)，選擇所述原子組分的類別，使所述原子組分或者與構(gòu)成絕緣層(3，6)的原子種類中的一種相一致，或者與構(gòu)成絕緣層(3，6)的原子種類中的一種在周期表中同屬一列。
文檔編號(hào)H01L21/762GK101258591SQ200680032895
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者澤維爾·埃布拉 申請(qǐng)人:Soi科技公司