專(zhuān)利名稱(chēng)：Ssoi基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種SSOI基板的制造方法，更具體的說(shuō)，是一種用來(lái)為提
高裝置的性能而提供的表面的微細(xì)粗糙度良好的基板，且通過(guò)低溫加熱處理也
可以分離接合基板的SSOI ( Strained Silicon On Insulator)基板的制造方法。
背景技術(shù)：
T.A. Langdo在固體電子學(xué)(Solid-state electronics ) 48 (2004)中發(fā)表過(guò)題 目為"SSOI技術(shù)從物質(zhì)到裝置(Strained Si on insulator technology: from materials to devices )"的涉及SSOI制造方法和其特性的i侖文。
在硅基板上生成傾斜的硅鍺層后，在其上面繼續(xù)生成弛緩的硅鍺層，上述 硅鍺層具有預(yù)定的鍺含量，在最高層上生成伸張的硅。在上述弛緩的硅鍺層里 注入離子，通過(guò)與氧化的硅晶片接合和加熱后的弛緩的硅鍺層的離子注入領(lǐng)域 中進(jìn)行分離而在最高層上留下硅鍺層的一部分。所述留下的部分利用80(TC以 下的濕式氧化工程和稀釋的氟酸來(lái)去除而制造SSOI。
并且，根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利號(hào)為US 6,992,025 B2的"通過(guò)被氫注入的膜轉(zhuǎn)移和弛 纟爰開(kāi)j成的SSOI (Strained silicon on insulator from film transfer and relaxation by hydrogen implantation)",在硅基板上形成硅鍺層時(shí)先讓鍺含量一致，然后通過(guò) 注入氫離子弛緩硅鍺層，接著生成伸張的硅用來(lái)制造伸張的硅基板。用來(lái)與硅 晶片接合時(shí)接合強(qiáng)度的強(qiáng)化在250。C加熱14個(gè)小時(shí)，且通過(guò)在400。C加熱4個(gè) 小時(shí)在離子注入領(lǐng)域中發(fā)生分離。然后在位于最上層的^ 圭鍺層通過(guò)干式蝕刻去 掉一部分，為了提高分離出來(lái)的硅鍺層表面的粗糙度在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨 (CMP: Chemical Mechanical Polishing )之前在900。C加熱1個(gè)小時(shí)，且通過(guò)濕 式蝕刻去硅鍺而最終制造SSOI基板。200810147132.1
說(shuō)明書(shū)第2/8頁(yè)
上述的技術(shù)作為利用氫離子的注入的分離和轉(zhuǎn)移技術(shù)，對(duì)在制造過(guò)程中使 用的兩個(gè)晶片中 一個(gè)伸張的硅晶片進(jìn)行離子注入，將此晶片和另外一個(gè)具有氧 化膜的晶片在常溫進(jìn)行接合。接合的晶片通過(guò)一 系列的工程發(fā)生到離子注入深 度的層轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，在一個(gè)晶片上包括硅氧化膜和轉(zhuǎn)移的離子注入層，即硅鍺層 的一部分和伸張的硅層一起存在的結(jié)構(gòu)。此時(shí)去除最上層上存在的硅鍺最后就
可以制造具有SSOI結(jié)構(gòu)的晶片。
在這樣的制造過(guò)程中，由于通過(guò)離子注入的分離和轉(zhuǎn)移技術(shù)需要比較高的 溫度，升溫、保溫、降溫時(shí)工程時(shí)間要較長(zhǎng)且分離后表面粗糙度特性值變較高。 分離后表面的粗糙度的特性值較高時(shí)，需要去硅鍺后另外提高表面粗糙度的工 程，因此工程變得復(fù)雜且電子和電控的移動(dòng)受到此結(jié)果的影響會(huì)導(dǎo)致裝置的移 動(dòng)特性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明被提出來(lái)用以解決已存現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，并且本發(fā)明的 目的是提供一種制造用來(lái)裝置的特性提高所需的表面微細(xì)粗糙度良好的基板的
SSOI基板的制造方法。
本發(fā)明可以提供一種在取向附生中對(duì)不純物的摻加層注入離子因此通過(guò)低
溫下的加熱處理也可以容易分離的SSOI基板的制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種SSOI基板的制 造方法。其方法包括提供基板；在上述基板的表面上形成SiGe層；在上述 SiGe層的表面上生成具有比SiGe更少格數(shù)的Si而形成變形的硅層；和向上述 變形的硅層注入離子；其中在上述SiGe層的生成過(guò)程中4參加不純物，達(dá)到注入 上述離子的深度處。
其中上述不純物可以包括在硼(B)、磷(P)和砷(As)中一個(gè)元素或如果提 供氣體狀態(tài)的不純物，可以使用B2H6、 PH3和AsH3中至少一個(gè)氣體。上述不 純物的濃度可以在lel5至le20cm-3的范圍內(nèi)，且以10至300sccm的流量被供 應(yīng)。
上述不純物可以在100至1200。C的溫度內(nèi)且在1至760托的壓力下被摻力口。 上述離子包括氫離子(iT,H2+),上述氫離子的濃度在1015至10"cn^的范圍內(nèi)。
上述SiGe層包括等級(jí)層，上述等級(jí)層的鍺的濃度隨著層的上升而增加； 和均勻?qū)樱鲜龅燃?jí)層的表面上鍺的濃度保持一致，且不純物層形成在上述均 勻?qū)觾?nèi)。
上述均勻?qū)觾?nèi)包括的上述鍺的濃度在IO至100%的范圍內(nèi)。上述均勻?qū)拥?厚度在0.1至5nm的范圍內(nèi)，且用在原處(in situ)的工程而形成。 上述SiGe層和變形硅層是通過(guò)取向附生而形成的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種SSOI基板的 制造方法，包括提供第1基板；在上述第1基板的表面上生成SiGe而形成 SiGe層；在上述SiGe層表面上生成具有比上述SiGe更少格數(shù)的Si而形成變形 的硅層；從上述變形的硅層表面向上述SiGe層注入離子；提供具有氧化膜的第 2基板；接合上述第1基板和上述第2基板而形成接合基板，其中上述變形的 硅層和上述氧化膜互相面對(duì)；通過(guò)對(duì)上述接合基板熱處理，以上述離子注入的 部分為中心分離上述接合基板；和通過(guò)上述SiGe層的去除，完成包括上述變形 的硅層、上述氧化膜和上述第2基板的SSOI基板；其中，將不純物摻加到上 述SiGe層的離子注入的深度。
上述方法可以進(jìn)一步包括，在形成上述變形的硅層之前實(shí)行用來(lái)上述SiGe 層表面的平坦化的CMP工程。其中形成上述接合基板進(jìn)一步包括，在接合之 前將上述第l基板和第2基板洗凈和弄干。其中形成上述接合基板進(jìn)一步包括， 在接合后給上述第1基板和第2基板加壓。
其中上述接合基板在100至600。C的溫度內(nèi)一皮加熱，以離子注入層為中心 可以被分成兩個(gè)，其中上述離子注入層是指上述SiGe層中注入的離子濃度最高 的地點(diǎn)。
其中上述加熱處理每一個(gè)小時(shí)至每幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行至少一次。 上述SiGe層的去除是通過(guò)濕式蝕刻、干式蝕刻和CMP中的至少一個(gè)而實(shí)
行的。
本發(fā)明的上述第l基板和第2基板可以使用硅層。


圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的具有變形硅層的第l基板制造方法的示意圖； 圖2是示出為說(shuō)明將圖1所示的第1基板和具有氧化膜的第2基板接合過(guò) 程的示意圖3是示出為說(shuō)明將圖2所示的接合基板進(jìn)行分離過(guò)程的剖視圖； 圖4是示出為說(shuō)明從圖3的接合基板去除不純物層和SiGe層而完成的SSI0 基板的剖視圖5是示出為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的SSIO基板的制造方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明特定示例性實(shí)施例將結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。 本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在本說(shuō)明書(shū)中所述的示例性實(shí)施例只是用 來(lái)進(jìn)行說(shuō)明解釋的，其可以轉(zhuǎn)換或修改成為不同的形式，比如本發(fā)明所使用的
Si02基板可以換成其他種類(lèi)的基板。
圖1是示出為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具有變形硅層的第l基板制造方法的剖視 圖。如圖所示先提供用硅形成的第1基板100。第l基板的上面形成由SiGe而 生成的SiGe層110。其中SiGe層是通過(guò)取向附生可以形成在第1基板100的 上面。本發(fā)明的SiGe層的厚度可為幾百nm至幾[im。
SiGe層110包括離第1基板100越遠(yuǎn)鍺的濃度越濃的等級(jí)層112和從等級(jí) 層112的上面濃度一致的均勻?qū)?14。由于其中的等級(jí)層112的濃度隨著層的 上升而增加，格數(shù)也隨此增加。等級(jí)層112的鍺濃度通常為10至100%。
此時(shí)，為了控制表面上的瑕瘋可以將具有10%以下的低鍺濃度的SiGe層 形成在第l基板100和等級(jí)層112或者可以在相同的位置形成不具有鍺的Si層。 上述具有低鍺濃度的SiGe層和不具有鍺的Si層的厚度最好為幾百nm至幾,。SiGe層110與等級(jí)層112和均勻?qū)?14相似可以形成為具有兩個(gè)濃度形態(tài) 的結(jié)構(gòu)，可是不僅只限于此種形式，即也可以形成為只具有等級(jí)層112的層或 者只具有均勻?qū)?14的層。
SiGe層是可以通過(guò)取向附生而形成的，其具體制造過(guò)程如下。如果均勻?qū)?114的厚度為2|im,注入離子的深度為400nm，則將均勻?qū)?14先通過(guò)在原處 (in situ)工程生成為1.5|im的厚度，然后在此已生成的層上接著將每個(gè)具有 100nm厚度的5個(gè)層通過(guò)取向附生而形成為0.5nm的厚度。此時(shí)，根據(jù)注入離 子的深度可以在用裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)對(duì)層的數(shù)量和厚度來(lái)進(jìn)行增加或減少。
如果注入離子的深度為200nm以下的，向SiGe層摻加不純物可以引導(dǎo)其 與已注入的離子之間互相作用。
上述不純物的摻加的濃度最好為lel5至le20cnf3的高濃度，在摻加時(shí)使 用的不純物氣體可以在B2H6(diborane)、 PH3(phosphine)和AsH3 ( arsine)中選 擇一個(gè)。
在摻加不純物的均勻?qū)?14上將硅取向附生。由于SiGe層110的格數(shù)比硅 的格數(shù)更大，生成的硅向伸張的方向受到應(yīng)力而生成為變形的硅層140。
按照SSOI基板上形成的裝置變形的硅層140可以生成為所需的厚度，通 常其可以生成為幾十至幾百nm的厚度。
另外，在生成變形的硅層140前可以實(shí)施用來(lái)SiGe層110的平坦化的CMP 工程。
接著利用注入離子的方式注入氫離子即tr或tf而將注入離子的領(lǐng)域形成
在SiGe層內(nèi)。離子可以達(dá)到不純物層120注入，通過(guò)不純物層120的離子和被 摻加的不純物之間的互相作用且對(duì)此加熱可以生成孩i細(xì)裂縫，以后隨著《敖細(xì)裂 縫的生成可以進(jìn)行分離。每個(gè)不純物層120的不純物原子捕捉被注入的離子原 子，通過(guò)熱處理被捕捉的原子發(fā)生內(nèi)部擴(kuò)散而導(dǎo)致以離子注入領(lǐng)域?yàn)橹行倪M(jìn)行分離。
注入的氫離子的適當(dāng)?shù)臐舛纫话銥?015至10 n^左右，用來(lái)注入離子所 需要的離子注入能最好為幾十至幾百KeV。隨著離子注入能增加，氫離子注入
的深度也增加，通過(guò)控制離子注入能可以在SiGe層110的內(nèi)部形成離子注入領(lǐng) 域或者在等級(jí)層112、不具有鍺的Si層或具有低鍺濃度的SiGe層、甚至對(duì)第1 基板110的內(nèi)部可以形成離子注入領(lǐng)域。
離子注入領(lǐng)域的最大深度與基板分離后要去除的層種類(lèi)和層厚度有關(guān)。即 離子注入的深度越深要去的SiGe層的厚度越大，反之離子注入的深度越淺要去 的SiGe層的厚度越小。
并且，由于變形的硅層140受到被注入的離子影響，最好將變形的硅層140 的損傷和分離層的狀態(tài)綜合考慮而控制注入的離子量和離子注入能。
圖2是示出為說(shuō)明將圖1所示的第1基板和具有氧化膜的第2基板接合過(guò) 程的示意圖。
如圖所示，先讓變形的硅層140形成在上面的第l基板和具有氧化膜的第 2基板互相接近。通常，氧化膜210可為用Si02做成的硅氧化膜。
形成氧化膜210的方法包括熱氧化硅基板的方法和在硅基板上沉淀Si02 的方法。氧化膜210電氣地分離在SSOI基板上形成的裝置，其氧化膜的厚度 一般為100至200[im。
在第1基板100和第2基板200通過(guò)變形硅層140和硅氧化膜210面對(duì)接 合而形成接合基板。通常在接合第1基板100和第2基板200之前將第1基板 100和第2基板200的接合面用SC-1等洗凈液和純水來(lái)洗凈且弄干。
如果在第1基板100和第2基板200的接合面互相面對(duì)的狀態(tài)下給此加輕 壓的，接合領(lǐng)域隨著接合面來(lái)擴(kuò)散而使兩個(gè)基板接合得更結(jié)實(shí)。為了加強(qiáng)第1 基板100和第2基板200之間的接合力可以在較低的溫度，比如100至600°C 下進(jìn)行分成一個(gè)或兩個(gè)階段且一個(gè)至幾個(gè)小時(shí)的熱處理。
圖3是示出為說(shuō)明將圖2所示的接合基板進(jìn)行分離過(guò)程的剖視圖，圖4是 示出為說(shuō)明從圖3的接合基板去除不純物層和SiGe層而完成SSIO基板的剖視 圖。
如圖所示，以離子注入層130為中心可以將第1基板IOO和第2基板互相 分離。如果在較低的溫度即100至600。C下給由第1基板和第2基板組成的接
合基板加熱幾十分鐘至幾個(gè)小時(shí)，在離子注入層130里能形成微細(xì)裂縫，隨著 裂縫生成的上述接合基板分成兩個(gè)。
上述接合基板的分離面形成為具有一定粗糙度的分離面。 通過(guò)用SCI濕式蝕刻去具有分離面的不純物層120和均勻?qū)?14,可以形 成SSOI基板300，其中SSOI基板300包括順次層壓的變形硅層140、氧化膜 210和第2基板。除SCI濕式蝕刻以外，可以實(shí)施干式蝕刻或用來(lái)提高表面粗 糙度的CMP工程。上述的一些方法可以單獨(dú)地或一起使用。
圖5是示出為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的SSIO基板的制造方法的流程圖。 在操作Sll中，提供用硅形成的第1基板。在操作S12中，將SiGe生成 在上述第1基板，上述SiGe層包括鍺濃度隨著與第1基板的相距越遠(yuǎn)而越增加
接著形成不純物摻加層，上述不純物摻加層的厚度相當(dāng)于離子注入的深度。在 操作S14中，通過(guò)在原處工程將具有均勻鍺濃度的SiGe層再形成在上述不純物 摻加層的上面。在操作S15中，將具有比SiGe更小格數(shù)的Si形成在SiGe層上 而形成變形的硅層。在操作S16中，通過(guò)將離子注入從上述變形的硅層到上述 不純物層而形成用來(lái)分離的離子注入層。然后，在操作S21中，提供具有氧化 膜的第2基板。在操作S31中，將上述變形硅層的表面和上述氧化膜的表面洗 凈和弄干。在操作S32中，在上述變形的硅層和上述氧化膜互相面對(duì)的情況下 接合上述第1基板和上述第2基板而形成接合的基板。在操作S33中，通過(guò)對(duì) 上述接合基板進(jìn)行加熱處理，以上述離子注入層為中心分離上述接合基板。在 操作S34中，將具有分離面的上述不純物層和上述均勻?qū)尤コ纬捎缮鲜鲎?形的珪層、上述氧化膜和第2基板順次層壓組成的SSOI基板。
根據(jù)本發(fā)明通過(guò)在SiGe層內(nèi)摻加不純物且對(duì)不純物層注入離子能使被注 入的離子和硼等的不純物之間的相互作用而引導(dǎo)裂縫的生成，因此本發(fā)明具有 在較低的溫度下也可以分離的效果。
并且由于本發(fā)明的分離面粗糙度是良好的，不需要干式蝕刻、CMP或熱處 理等的另外處理表面的工程，因此可以節(jié)省其他多余工程引起的費(fèi)用，且減少 工作時(shí)間，有利于批量生產(chǎn)。
盡管已經(jīng)參照其特定示例性實(shí)施例顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的 技術(shù)人員應(yīng)該理解，再不脫離由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況 下，可以對(duì)其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本 發(fā)明的范圍內(nèi)可以基于本發(fā)明的原則進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種SSOI基板的制造方法，其包括:提供基板；在上述基板的表面上形成SiGe層；在上述SiGe層的表面上生成具有比SiGe更少格數(shù)的Si而形成變形的硅層；和向上述變形的硅層注入離子；其中在上述SiGe層的生成過(guò)程中摻加不純物，達(dá)到注入的上述離子的深度處。
2. 如權(quán)利要求1所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不純物包括 硼(B)、磷(P)和砷(As)中的一個(gè)元素。
3. 如權(quán)利要求2所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不純物使用 B2H6、 PH3和AsH3中至少一個(gè)氣體。
4. 如權(quán)利要求3所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不純物的濃 度在lel5至le20cm-3的范圍內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求3所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不純物以 10至300sccm的流量纟皮供應(yīng)。
6. 如權(quán)利要求3所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不純物在l 至760 4毛的壓力下纟皮一參加。
7. 如權(quán)利要求3所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不純物在100至1200。C的溫度內(nèi)^y參加。
8. 如權(quán)利要求l所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述離子包括氫 離子(H+，H2+),上述氫離子的濃度在1015至10 mJ的范圍內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求1所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述SiGe層包括等基層，上述等級(jí)層的鍺的濃度隨著層的上升而增加；和 均勻?qū)樱鲜龅燃?jí)層的表面上鍺的濃度保*持一致，且不純物層形成在上述 均勻?qū)觾?nèi)。
10. 如權(quán)利要求9所述的上述SSOI基板的制造方法，其中在上述均勻?qū)?內(nèi)包括的上述鍺的濃度在10至100%的范圍內(nèi)。
11. 如權(quán)利要求9所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述均勻?qū)拥?厚度在0.1至5pm的范圍內(nèi)。
12. 如權(quán)利要求9所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述均勻?qū)邮?用在原處的工程而形成的。
13. 如權(quán)利要求1所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述SiGe層 和變形珪層是通過(guò)取向附生而形成的。
14. 一種SSOI基板的制造方法，其包括 提供第1基板；在上述第1基板的表面上生成SiGe而形成SiGe層；在上述SiGe層表面上生成具有比上述SiGe更少格數(shù)的Si而形成變形的硅層；從上述變形的硅層表面向上述SiGe層注入離子； 提供具有氧化膜的第2基板；接合上述第1基板和上述第2基板而形成接合基板，其中上述變形的硅層 和上述氧化膜互相面對(duì)；通過(guò)對(duì)上述接合基板熱處理，以上述離子注入的部分為中心分離上述接合 基板；和通過(guò)上述SiGe層的去除，完成包括上述變形的硅層、上述氧化膜和上述第 2基板的SSOI基板；其中，將不純物4參加到上述SiGe層的離子注入的深度。
15. 如權(quán)利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中進(jìn)一步包括， 在形成上述變形的硅層之前實(shí)行用來(lái)上述SiGe層表面的平坦化的CMP工程。
16. 如權(quán)利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中形成上述接合 基板進(jìn)一步包括，在接合之前將上述第1基板和第2基板洗凈和弄干。
17. 如權(quán)利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中形成上述接合 基板進(jìn)一步包括，在接合后給上述第1基板和第2基板加壓。
18. 如權(quán)利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述接合基板 在100至600。C的溫度內(nèi)被加熱，其中上述加熱處理每一個(gè)小時(shí)至每幾個(gè)小時(shí) 至少進(jìn)行一次。
19. 如權(quán)利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述SiGe 層的去除是通過(guò)濕式蝕刻、干式蝕刻和CMP中的至少一個(gè)而實(shí)行的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過(guò)低溫?zé)崽幚矸蛛x基板形成SSOI基板的SSOI基板制造方法，其方法包括提供基板，在上述基板的表面上形成SiGe層，在上述SiGe層的表面上生成具有比SiGe更少格數(shù)的Si而形成變形的硅層和向上述變形的硅層注入離子，其中在上述SiGe層的生成過(guò)程中摻加不純物，達(dá)到注入的上述離子的深度處。因此可以制造表面的微細(xì)粗糙度良好的基板，通過(guò)被注入的離子和不純物的互相作用在低溫下也可以分離接合的基板，節(jié)省制造費(fèi)用，并且容易地形成裝置的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101373710SQ20081014713
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者姜錫俊, 金寅謙, 陸炯相 申請(qǐng)人:希特隆股份有限公司