專利名稱：復(fù)合材料晶片的制造方法和舊施體基材的再循環(huán)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序部分所述的復(fù)合材料晶片的制造方法，和由復(fù)合材料晶片的制造方法得到的舊施體基材的再循環(huán)方法。
背景技術(shù)：
作為半導(dǎo)體裝置制造方法中的原材料的復(fù)合材料晶片，特別是絕緣體上覆硅(SOI)型晶片正變得越來越重要。可以以合理成本制得具有良好晶體品質(zhì)的該晶片的一種方法如下粘合兩個(gè)基材并在已經(jīng)預(yù)先形成在初始施體基材內(nèi)的預(yù)定的分離區(qū)對(duì)施體基材進(jìn)行拆分，從而將一個(gè)層從也具有良好晶體品質(zhì)的施體基材轉(zhuǎn)移至操作基材上。在SmartCutTM型方法中，該預(yù)定分離區(qū)的形成通過向施體基材中植入原子物質(zhì)，特別是氫或稀有氣體離子而進(jìn)行。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于通過這樣做，在將所述層轉(zhuǎn)移至操作基材后殘余的施體基材的殘余部分可以在后面的復(fù)合材料晶片制造方法中再次用作施體基材。因此，一個(gè)施體基材可以用于多個(gè)復(fù)合材料晶片，例如SOI型晶片。
然而，施體基材看來僅可以再次使用3次至4次，因?yàn)榉磸?fù)使用時(shí)施體基材的晶體品質(zhì)會(huì)劣化。結(jié)果，最終的SOI基材的晶體品質(zhì)也發(fā)生劣化。
通常已經(jīng)竭盡全力以使舊施體基材可以進(jìn)行再循環(huán)。例如，JP10114176提出了在將一層轉(zhuǎn)移至操作基材后存在的晶片的邊緣處，對(duì)施體基材進(jìn)行第一次拋光以除去表面的步驟，和在施體基材的殘余部分再次用作新施體基材之前實(shí)施的二次拋光步驟。US 6,211,041并未關(guān)注再循環(huán)方法，而是披露了不同的方法，所述方法在于就在最初提供具有適宜氧含量的硅基材從而防止晶體缺陷的產(chǎn)生，在作者看來，晶體缺陷與熱處理(在SOI制造方法中晶片經(jīng)歷的過程)時(shí)在SOI裝置層中生成的氧沉淀的存在有關(guān)。
然而，可以再使用的施體基材的數(shù)量看來仍然不能令人滿意。特別是控制初始氧含量看來并不能防止在多次再使用后在最終的SOI層中出現(xiàn)晶體缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明的目的是提供復(fù)合材料晶片的制造方法和/或在復(fù)合材料晶片的制造方法中使用的舊施體基材的再循環(huán)方法，所述方法可以允許增加舊施體基材的再使用次數(shù)，同時(shí)允許以合理的成本制造具有良好品質(zhì)的復(fù)合材料晶片。
使用根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合材料晶片的制造方法和根據(jù)權(quán)利要求3的舊施體基材的再循環(huán)方法可以實(shí)現(xiàn)上述目的。
本發(fā)明的特征在于下述事實(shí)，即其包括至少一個(gè)再處理步驟，如此設(shè)計(jì)所述步驟以使初始施體基材和/或施體基材的殘余部分中的氧沉淀和/或氧核至少可以被部分除去，特別是通過分解除去。由于沉淀物和/或核的存在顯然與基材中晶體缺陷的產(chǎn)生有關(guān)，因此在附加的熱處理時(shí)其分解可以允許施體基材得到再使用，因?yàn)樵偈褂脮r(shí)晶體缺陷的產(chǎn)生可以由附加的熱處理步驟所限制，因此這在現(xiàn)今是不常見的。
晶片中氧核的存在歸因于晶片的制造方法。在進(jìn)行晶錠拉晶時(shí)，雜質(zhì)會(huì)混入晶錠中。其中一種雜質(zhì)是間隙氧，在拉晶和冷卻時(shí)所述間隙氧聚集形成核。在后面的熱處理(一般是在900℃～1100℃的范圍內(nèi))時(shí)，由于間隙氧的擴(kuò)散導(dǎo)致所述核變成沉淀物。
根據(jù)復(fù)合材料晶片的制造方法的優(yōu)選實(shí)施方案，施體基材的殘余部分可以再次用作初始施體基材，其中在進(jìn)行第一熱處理步驟或另外的熱處理步驟之前步驟b)～e)至少重復(fù)一次。根據(jù)氧沉淀和/或氧核的形成速度，由此在需要時(shí)進(jìn)行其他的熱處理步驟，以保持處理步驟數(shù)較少，同時(shí)確保施體基材或施體基材的殘余部分的晶體品質(zhì)足夠高，從而確保最終的SOI產(chǎn)品的晶體品質(zhì)足夠高。
至少一個(gè)熱處理步驟中的至少一個(gè)步驟優(yōu)選是快速熱氧化步驟。令人驚訝的是，氧的存在可以改善施體基材中氧沉淀和/或氧核的脫除。這里的“快速”是指溫升至少為20℃/秒，優(yōu)選至少為30℃/秒，由此使沉淀物和/或核發(fā)生分解。
根據(jù)有利的實(shí)施方案，快速熱氧化步驟在1150℃～1300℃，特別是在1200℃～1250℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。在這樣的溫度范圍內(nèi)，施體基材中的氧沉淀和/或氧核至少可以部分減少，特別是通過分解而減少。
快速熱氧化步驟優(yōu)選進(jìn)行15秒～5分鐘，特別是30秒～2分鐘，或者如果采用分批退火式爐實(shí)施快速熱氧化步驟則進(jìn)行1分鐘～5小時(shí)。因而為實(shí)現(xiàn)減少氧的所需效果，單晶片爐以及分批式爐都可以使用，從而使得所述方法易于適應(yīng)現(xiàn)有的制造方法。
快速熱氧化步驟可以有利地在氧濃度為5％～100％和/或氧流速為5升/分鐘～20升/分鐘，特別是氧流速為10升/分鐘的氣氛中進(jìn)行。對(duì)于這些濃度，已經(jīng)獲得了對(duì)氧進(jìn)行脫除的最佳結(jié)果。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，快速熱氧化步驟可以在步驟a)與b)之間進(jìn)行和/或在步驟e)之后進(jìn)行?？焖贌嵫趸襟E的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它不會(huì)改變表面的表面粗糙度性質(zhì)，從而可以在開始制造過程之前就已經(jīng)對(duì)初始施體基材實(shí)施了快速熱氧化步驟。因此，已經(jīng)存在于基材中的氧沉淀和/或氧核已經(jīng)至少部分除去。在步驟e)之后，因而在制造復(fù)合材料晶片之后，采用快速熱氧化步驟的優(yōu)點(diǎn)在于在制造過程的熱處理步驟中最后生成的氧沉淀和/或氧核可以被分解并因而減少。當(dāng)再次使用多個(gè)施體晶片之后可以除去最后生成的氧沉淀和/或氧核以防止在最終的SOI層中產(chǎn)生晶體缺陷。
在快速熱氧化處理時(shí)，優(yōu)選使厚度為50～500的氧化層生長在初始施體基材或施體基材的殘余部分上。因此，快速熱氧化步驟不僅僅用于除去氧(特別是通過分解除去氧)，而且同時(shí)可以提供高品質(zhì)的薄氧化層，該氧化層在后面的步驟中用作通常是相同類型的氧化物并且通常是熱生長的絕緣層形成用起始層。其有利之處在于，由于該薄氧化層具有較高的品質(zhì)，因此絕緣層也具有良好的晶體性質(zhì)。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，復(fù)合材料晶片的制造方法還包括在步驟e)之后的步驟f)，所述步驟f)包括拋光施體基材進(jìn)行拆分處的表面，其中所述快速熱氧化步驟在步驟f)之前進(jìn)行和/或在步驟f)之后進(jìn)行。由于快速熱氧化步驟沒有改變表面的品質(zhì)，因而，它可以在拋光步驟之前進(jìn)行和/或在拋光步驟之后進(jìn)行。最后，還可以在拋光步驟前和/或后具有快速熱氧化步驟以使基材保持高的晶體品質(zhì)。
根據(jù)其他選擇，熱處理步驟中的至少一個(gè)步驟可以是在無氧氣氛中進(jìn)行的快速熱退火步驟。該處理還減少(特別是通過分解)了至少部分沉淀物和/或核，但沒有生成氧化層。因此，能夠更頻繁地再次使用施體基材的目的也可以利用沒有氧的熱處理步驟實(shí)現(xiàn)。
可以有利地使熱退火步驟在氫氣和/或氬氣的氣氛中進(jìn)行。在這樣的氣氛中可以觀察到最佳的分解效果。
優(yōu)選使熱退火步驟在步驟a)與b)之間和/或在步驟e)之后進(jìn)行并隨后進(jìn)行拋光步驟。因此，即使熱退火步驟導(dǎo)致施體基材的表面品質(zhì)劣化，也可以通過拋光步驟保持足夠高的表面品質(zhì)。
優(yōu)選這樣進(jìn)行復(fù)合材料晶片的制造方法以在使用分批爐時(shí)使快速熱氧化或退火步驟以至少20℃/秒，特別是以至少25℃/秒的溫度變化速率進(jìn)行，或當(dāng)使用單晶片爐時(shí)快速熱氧化或退火步驟以至少30℃/秒，特別是以至少50℃/秒的溫度變化速率進(jìn)行。對(duì)于這些溫度變化速率，可以獲得與使用單晶片爐或分批式爐無關(guān)的分解效果，即氧分解的有利效果。


本發(fā)明的具體實(shí)施方式
將由下列參考附圖的描述而更加清楚，其中圖1描述了本發(fā)明的復(fù)合材料晶片的制造方法的第一實(shí)施方案，和圖2描述了本發(fā)明的復(fù)合材料晶片的制造方法的第二實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式
圖1描述了本發(fā)明的復(fù)合材料晶片的制造方法的第一實(shí)施方案。將針對(duì)絕緣體上覆硅(SOI)型復(fù)合材料晶片描述所述方法。不過，這僅僅是作為一個(gè)實(shí)例，本發(fā)明的方法也適用于其他類型的復(fù)合材料晶片。
首先，與權(quán)利要求1的步驟a)對(duì)應(yīng)的步驟I是在于提供初始施體基材1(這里是Si晶片)。然后在步驟II中，進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的熱處理步驟。在該實(shí)施方案中，熱處理步驟對(duì)應(yīng)快速熱氧化步驟，所述步驟可以在施體基材1的上面形成薄氧化硅層3。
為了進(jìn)行快速熱氧化步驟，將施體基材1置于氧流速為5升/分鐘～20升/分鐘，特別是氧流速為10升/分鐘的氧氣氛中，并在1000℃～1300℃的溫度下保持15秒～5分鐘，特別是保持30秒～2分鐘。在使用分批退火式爐的情況中，可以處理多個(gè)施體基材，并且將必要的熱處理進(jìn)行1分鐘～5小時(shí)。在這些條件下，所述氣氛含有超過5％的氧，甚至可以高達(dá)100％的氧。
薄的氧化硅層3通常以至多50～500的厚度生長，并且顯示出良好的晶體性質(zhì)和表面粗糙度。
除了生長薄氧化層3之外，通過分解至少可以部分減少可能存在于施體基材1中的氧沉淀和/或氧核，從而至少可以在很大程度上抑制由于氧的存在所導(dǎo)致的施體基材1中的晶體缺陷的產(chǎn)生。在快速熱氧化步驟中，還可以消除可能存在于部分施體基材中的晶體缺陷，所述施體基材在后面將轉(zhuǎn)移至操作基材。在快速熱氧化步驟中，氧沉淀和核的分解以基本上形成間隙氧。
在步驟II之后，在薄氧化硅層3上熱生長絕緣層5，優(yōu)選為二氧化硅(步驟III)。該層在后面將用作絕緣體上覆硅構(gòu)造體中的絕緣層。所述步驟與權(quán)利要求1的步驟b)對(duì)應(yīng)并且在本領(lǐng)域中是已知的。
在與權(quán)利要求1的步驟c)對(duì)應(yīng)的步驟IV中，通過絕緣層5植入原子物質(zhì)以在施體基材1內(nèi)形成預(yù)定的分離區(qū)7。所植入的原子物質(zhì)通常是氫和/或稀有氣體離子，例如氦，這些物質(zhì)可以通過植入或共植入而引入。共植入以這樣的方式實(shí)現(xiàn)使得至少兩種不同物質(zhì)，例如氫和氦離子順序植入，優(yōu)選在氫之前植入氦。
與權(quán)利要求1的d)對(duì)應(yīng)的后序步驟V是將操作基材9(這里是硅晶片)與施體基材1上的絕緣層5粘合。
然后進(jìn)行熱處理，在所述熱處理過程中在預(yù)定的分離區(qū)7進(jìn)行拆分從而形成絕緣體上覆硅型晶片11。
因而不具有層15(該層已經(jīng)轉(zhuǎn)移至操作基材9以形成SOI晶片11)的施體基材1的殘余部分13在步驟VI中進(jìn)行再循環(huán)以準(zhǔn)備將其再次使用。這里，再循環(huán)步驟VI可以是拋光和/或清潔步驟，正如在本領(lǐng)域中已知的那樣。
然后，施體基材1的再循環(huán)的殘余部分13可以再次用作初始施體基材1，正如圖1中連接步驟VI和I的箭頭所示。
根據(jù)第一實(shí)施方案的變化形式，可以不必在每一個(gè)制造過程中執(zhí)行步驟II，而是在每隔一次、兩次或三次等運(yùn)行之后進(jìn)行。這將取決于在制造過程中基材將經(jīng)歷的各種熱處理(例如熱氧化物生長或分離步驟)的過程中由所生成的氧沉淀和/或氧核所產(chǎn)生的缺陷的數(shù)量。
也可以使用其他材料(例如石英)來代替硅操作基材9。
圖2描述了本發(fā)明的復(fù)合材料晶片的制造方法的第二實(shí)施方案。它與第一實(shí)施方案的不同之處在于在制造過程的最后而不是在一開始執(zhí)行快速熱氧化步驟II。除了在步驟III中熱氧化物直接形成作為尚未在制造過程中使用過的新鮮基材的初始施體基材1上，而不是像在第一實(shí)施方案中那樣形成在薄氧化層3上之外，第二實(shí)施方案的其余步驟IV、V和VI與第一實(shí)施方案的步驟IV、V和VI相對(duì)應(yīng)。因此不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的重復(fù)描述，而是以參考的方式引入。當(dāng)然正如下面將要提到的那樣，可以使用再循環(huán)的基材代替新鮮基材。
因此如第一實(shí)施方案中那樣拆分后，可以得到施體基材1的殘余部分13。然后進(jìn)行拋光和/或清潔的再循環(huán)步驟以及隨后的快速熱氧化步驟(處理步驟II)。在與第一實(shí)施方案中所披露的相同的條件下進(jìn)行氧化步驟，因此其描述以參考的方式在此引入。
通過在制造SOI晶片11之后進(jìn)行氧化步驟，在熱處理過程中生成的氧沉淀和/或氧核在步驟II中可以至少部分分解，從而施體基材1的殘余部分13可以在后面再次用作新的初始施體基材1，并且為下一次形成的SOI層15提供較高的晶體品質(zhì)。
最后，清潔和/或拋光的再循環(huán)步驟可以在快速熱氧化處理之后進(jìn)行，或根據(jù)其他的變化形式，快速熱氧化步驟可以在拋光和/或清潔步驟之前和之后進(jìn)行。
正如實(shí)施方案1中那樣，快速熱氧化步驟不必在每一個(gè)制造過程中進(jìn)行，而是取決于氧沉淀和/或氧核的生成，只需每隔一次、兩次、三次等進(jìn)行以使制造過程最優(yōu)化。
根據(jù)本發(fā)明，第二實(shí)施方案的步驟VI和II也可以被當(dāng)作舊施體基材的獨(dú)立的再循環(huán)方法，其中所述舊施體基材在包含步驟I、II、III和IV的形成復(fù)合材料晶片的制造方法中使用。
根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施方案，在不含氧的氣氛中進(jìn)行快速熱退火步驟來代替快速熱氧化步驟II。該過程通常在氫和/或氬的氣氛中進(jìn)行，除了氧濃度之外，其所用的處理參數(shù)與用于快速熱氧化步驟的那些相同。該熱處理也適合于通過分解以至少部分減少氧沉淀和/或氧核。然而，由于該處理會(huì)對(duì)表面品質(zhì)造成負(fù)面影響，所以應(yīng)當(dāng)優(yōu)選在退火熱處理步驟之后進(jìn)行拋光步驟以確保施體基材1具有足夠的表面粗糙度。在無氧氣氛中，將不會(huì)形成薄氧化層3。
根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方案，實(shí)施方案1～4可以以任何方式組合。
已經(jīng)顯示出通過進(jìn)行附加的熱處理以減少氧沉淀和/或氧核，最終產(chǎn)品(SOI晶片11)中的晶體缺陷的量至少減小了6倍。通過在2個(gè)硅晶片上生長厚度為6000的二氧化硅層已經(jīng)證實(shí)了上述結(jié)果。該厚度相當(dāng)于4×1500，這是絕緣體上覆硅型晶片的絕緣層5的典型厚度，目的在于模擬四層轉(zhuǎn)移(four layer transfers)的熱處理。其中對(duì)于一個(gè)晶片沒有進(jìn)行附加的熱處理，特別是氧化處理，而對(duì)于另一個(gè)晶片進(jìn)行了本發(fā)明的附加熱處理步驟，缺陷分析表明，晶體缺陷減少了。
與現(xiàn)有技術(shù)不同，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，并未防止生成沉淀物和/或核，而是優(yōu)選在處理中將其除去，因?yàn)槭聦?shí)上它們的產(chǎn)生是不可阻止的，這是因?yàn)樵谧鳛橹圃旆椒ǖ囊徊糠值臒崽幚淼倪^程中總是會(huì)生成沉淀物和/或核這一事實(shí)。
因此，施體基材可以更頻繁的再次使用從而使得制造方法更便宜，同時(shí)可以保證SOI晶片11上的轉(zhuǎn)移層15的高品質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料晶片的制造方法，特別是絕緣體上覆硅型晶片的制造方法，所述方法包括以下步驟a)提供初始施體基材(1)，b)在所述初始施體基材(1)上形成絕緣層(5)，c)在所述初始施體基材(1)內(nèi)形成預(yù)定的分離區(qū)(7)，d)將所述初始施體基材(1)附著在操作基材(9)上，和e)在所述預(yù)定分離區(qū)(7)對(duì)所述施體基材(1)進(jìn)行拆分，從而將所述初始施體基材(1)上的層(15)轉(zhuǎn)移至所述操作基材(9)上以形成復(fù)合材料晶片(11)，和其特征在于所述方法還包括至少一個(gè)熱處理步驟，配置所述熱處理步驟以至少部分減少，特別是通過分解減少所述初始施體基材(1)和/或所述施體基材(1)的殘余部分(13)中的氧沉淀和/或氧核。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述施體基材(1)的殘余部分(13)再次用作初始施體基材(1)，并且其中在進(jìn)行第一個(gè)熱處理步驟或進(jìn)一步的熱處理步驟之前將步驟b)～e)至少重復(fù)一次。
3.一種再循環(huán)在根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的復(fù)合材料晶片(11)的制造方法中獲得的舊施體基材的方法，所述方法的特征在于包括熱處理步驟，配置所述熱處理步驟以至少部分減少，特別是通過分解減少所述施體基材(1)和/或所述施體基材(1)的殘余部分(13)中的氧沉淀和/或氧核。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料晶片的制造方法，其中所述至少一個(gè)熱處理步驟中的至少一個(gè)步驟是快速熱氧化步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述熱處理在1150℃～1300℃，特別是在1200℃～1250℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述熱處理的執(zhí)行時(shí)間為15秒～5分鐘，特別是30秒～2分鐘，或者在使用分批退火式爐進(jìn)行所述快速熱氧化步驟時(shí)執(zhí)行時(shí)間為1分鐘～5小時(shí)。
7.如權(quán)利要求4～6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述快速熱氧化步驟在氧濃度為5％～100％和/或氧流速為5升/分鐘～20升/分鐘，特別是氧流速為10升/分鐘的氣氛中進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求4～7中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料晶片的制造方法，其中所述快速熱氧化步驟在步驟a)與b)之間進(jìn)行和/或在步驟e)之后進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述快速熱氧化處理中，厚度為50～500的氧化層(3)生長在所述初始施體基材(1)或所述施體基材(1)的殘余部分(13)上。
10.如權(quán)利要求4～9中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料晶片的制造方法，所述方法還包括在步驟e)之后的步驟f)，所述步驟f)包括拋光所述施體基材(1)進(jìn)行拆分處的表面，其中所述快速熱氧化步驟在步驟f)之前進(jìn)行和/或在步驟f)之后進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料晶片的制造方法，其中所述至少一個(gè)熱處理步驟中的至少一個(gè)步驟是在無氧氣氛中進(jìn)行的快速熱退火步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述快速熱退火步驟在氫氣和/或氬氣的氣氛中進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求11或12所述的復(fù)合材料晶片的制造方法，其中所述快速熱退火步驟在步驟a)與b)之間和/或在步驟e)之后進(jìn)行并隨后進(jìn)行拋光步驟。
14.如權(quán)利要求4～13中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料晶片的制造方法，其中當(dāng)使用分批爐時(shí)所述快速熱氧化步驟或快速熱退火步驟以至少20℃/秒，特別是以至少25℃/秒的溫度變化速率進(jìn)行，或當(dāng)使用單晶片爐時(shí)所述步驟以至少30℃/秒，特別是以至少50℃/秒的溫度變化速率進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合材料晶片的制造方法和舊施體基材的再循環(huán)方法，所述復(fù)合材料晶片的制造方法包括多個(gè)步驟，所述再循環(huán)方法是對(duì)在復(fù)合材料晶片的制造方法中獲得的施體基材進(jìn)行再循環(huán)的方法，其中為了改善所述施體基材的再循環(huán)率，實(shí)施至少一個(gè)熱處理步驟，配置所述熱處理步驟以至少部分減少氧沉淀和/或氧核。
文檔編號(hào)H01L21/20GK101038890SQ20071000196
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者帕特里克·雷諾, 埃里克·內(nèi)雷, 達(dá)尼埃爾·德爾普拉, 奧列格·科農(nóng)丘克, 米夏埃爾·司廷科 申請(qǐng)人:硅絕緣體技術(shù)有限公司