專利名稱：控制絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)中應(yīng)力分布的方法及對應(yīng)結(jié)構(gòu)的制作方法
控制絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)中應(yīng)力分布的方法及對應(yīng)結(jié)構(gòu)本發(fā)明涉及一種在絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的制造過程中控制絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)中應(yīng)力分布的方法。本發(fā)明還涉及可以在微電子、光電子、集成光子等領(lǐng)域中使用的結(jié)構(gòu)。利用通過分子粘附的接合，能夠通過將絕緣層掩埋在機(jī)械支撐基板和有源半導(dǎo)體層之間來制造SOI (絕緣體上硅)型基板。一般來說，SOI基板包括單晶硅的機(jī)械支撐基板和有源層，而絕緣體常常是硅氧化物。諸如已知為“智能剝離”或縮寫為“BES0I” ( “鍵合與背腐蝕絕緣體上硅”)的方法的方法包括兩個基板的粘附接合，一個基板是接收方(將來的機(jī)械支撐基板)并且另一個基板是從其提取有源層的供體。為了形成掩埋絕緣體，絕緣體的全部或者部分可以形成或沉積在將要接合的兩個基板中的任一個上。當(dāng)前，全部絕緣體形成在供體基板上，特別是在最終的掩埋絕緣體很薄(< 500nm)的情況下。在其它情況下，特別是在掩埋絕緣體較厚(> 2000nm)的情況下，供體基板可以僅提供將來的掩埋絕緣體的小部分(例如200nm)，剩余的部分(例如ISOOnm)由支撐基板提供。掩埋絕緣體的存在導(dǎo)致完成的SOI的形變。事實(shí)上，例如，在厚度為400-800 μ m的支撐件與厚度為IO-IOOOOnm的Si的有源層之間的掩埋Si氧化物(IOO-IOOOnm)的情況下，結(jié)構(gòu)不是對稱的，并且由于氧化物不具有與硅相同的熱膨脹系數(shù)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生形變。在受力時(shí)還發(fā)現(xiàn)了松弛以使完成的SOI基板“撓曲”(即，形變)的應(yīng)力。由于絕緣體較厚，因此該撓曲很大。因此制造的晶圓的略微形變對于用戶來說是可容忍的。另一方面，如果超過了根據(jù)在SOI上制造的組件的精細(xì)度的一定的形變程度(幅度< 50 μ m)，則在光刻步驟過程中發(fā)生聚焦問題，或者最嚴(yán)重地，在通過機(jī)器人處理晶圓時(shí)發(fā)生問題。因此要求提供具有想要的掩埋絕緣體厚度的SOI晶圓，然而這些SOI的形變不是顯著的。具有厚的掩埋絕緣體并且具有小的撓曲的SOI的制造因此是困難的并且要求依靠特別的預(yù)防措施和方法。到目前為止，為了限制應(yīng)力并且因此限制撓曲，第一技術(shù)方案包括通過將供體基板與接收方粘附接合來制造具有厚的掩埋絕緣體的S0I，其中供體基板僅提供氧化物的小部分并且接收方包括將來的掩埋氧化物的大部分，或者甚至將來的掩埋氧化物的全部。為了避免完成的SOI的形變，接收方應(yīng)不僅包括位于前面上的氧化物，而且包括后面上的氧化物(例如在熱氧化的情況下)。該后面氧化物應(yīng)該被保留直到SOI制造方法的結(jié)束，這是一種約束，原因在于不同的去氧化步驟(穩(wěn)定步驟之后的至少一個去氧化步驟，可能的情況下還包括在薄化步驟之后的第二去氧化步驟)僅需要在前面上執(zhí)行。這種方法是可行的但是成本較高并且需要特定的設(shè)備(專門在前面上進(jìn)行去氧化，等等)來制造厚的掩埋氧化物SOI。
此外，被傳遞給電子組件的制造商的具有這樣的位于后面上的氧化物的SOI還迫使用戶自己執(zhí)行僅在前面上的去氧化。如果厚的掩埋氧化物SOI在接收方基板的后面上包括相同的氧化物厚度，則后面上的氧化物結(jié)構(gòu)的形變將為零。如果在制造SOI或者在該SOI上制造組件的方法過程中，后面氧化物被部分地移除，則再次出現(xiàn)形變，該形變的幅度取決于掩埋氧化物與位于后面上的氧化物之間的厚度差。例如，具有厚度為IOOOnm的掩埋氧化物(BOX)的SOI的特征在于，如果在后面上不存在氧化物，則形變幅度為大約85 μ m。如果在后面上剩余500nm的氧化物，則該幅度能夠被減小到大約40 μ m。因此，本發(fā)明的目的在于通過提出一種用于在絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的制造過程中控制絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)中應(yīng)力分布的方法來解決該問題，該方法簡單并且容易實(shí)施，并且利用該方法，可以根據(jù)需要“管理”獲得的結(jié)構(gòu)的形變。因此，提出的該方法用于在絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的制造過程中控制絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)中應(yīng)力分布，其中該絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)包括位于支撐基板上的半導(dǎo)體材料的薄層，絕緣層存在于支撐基板的前面和后面中的每一個上，前絕緣面形成厚的掩埋絕緣體的至少一部分，根據(jù)該方法的制造方法包括所述支撐基板上的所述薄層的粘附接合，該方法的特征在于下述事實(shí)在接合之前，利用耐受去氧化的不同材料覆蓋位于所述支撐基板的后面上的所述絕緣層，與支撐基板的后面上的該絕緣層組合的材料至少部分地補(bǔ)償由支撐基板上的掩埋絕緣體施加的應(yīng)力。以該方式，不僅位于支撐基板的后面上的絕緣層至少部分地補(bǔ)償由支撐基板上的掩埋絕緣體施加的應(yīng)力，而且位于支撐基板的后面上的絕緣層還受到耐受去氧化的材料的保護(hù)。在本申請中，下面的術(shù)語和表述將具有關(guān)聯(lián)的定義-厚的掩埋絕緣體具有至少500nm的厚度或者甚至至少800nm的厚度的掩埋絕緣體；-耐受去氧化的材料在使用氫氟酸(HF，濃度在0.5%至50%之間，優(yōu)選地在10 %至20 %之間，并且溫度通常在20 V至25°C之間)的情況下的蝕刻速率至少為硅氧化物的十分之一的材料。根據(jù)其它有利且非限制性特征-所述絕緣層特別地包括氧化物；-所述厚的掩埋絕緣體由添加到薄層上的絕緣體層構(gòu)成和/或由在支撐基板上添加的絕緣體層構(gòu)成；-厚的掩埋絕緣體和位于支撐基板的后面上的絕緣層在該基板上施加相同的應(yīng)力水平；-厚的掩埋絕緣體和位于支撐基板的后面上的絕緣層在該基板上施加不同的應(yīng)力水平；-利用耐受去氧化的所述材料，不僅覆蓋所述支撐基板的后面，而且覆蓋所述支撐基板的前面，以整體地包封所述支撐基板；
-所述支撐基板的前面上的耐受去氧化的所述材料的層被移除；-耐受去氧化的所述材料是選自特別地?fù)诫s有例如硼或磷的多晶硅、可能進(jìn)行了摻雜的非晶硅或氮化硅；-耐受去氧化的所述材料是多晶硅，并且在覆蓋位于所述支撐基板的后面上的絕緣層之前，移除位于所述支撐基板的前面上的中間絕緣層；-所述中間絕緣層是在所述支撐基板的后面上的絕緣層的形成過程中獲得的層；-所述支撐基板的前面上的所述絕緣層是通過熱氧化或者通過在多晶硅上和/或在包括所述薄層的供體基板上沉積氧化物而形成的；-對所述支撐基板進(jìn)行能夠使其具有高電阻率的處理，即，使所述支撐基板具有至少大于500 Ω . cm的電阻率，優(yōu)選地大于1000 Ω . cm的電阻率。此外，本發(fā)明涉及一種絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括位于支撐基板上的半導(dǎo)體材料的薄層，絕緣層存在于支撐基板的前面和后面中的每一個上，前面上的層形成厚的掩埋絕緣體的至少一部分，其特征在于下述事實(shí)該結(jié)構(gòu)包括用于覆蓋所述支撐基板的后面上的絕緣層并且由耐受去氧化的不同材料構(gòu)成的層，與支撐基板的后面上的該絕緣層組合的材料至少部分地補(bǔ)償由位于支撐基板上的掩埋絕緣體施加的應(yīng)力。有利的是，支撐基板的前面上的絕緣體層與后面上的絕緣體層之間的厚度差小于或等于200納米。在閱讀了某些實(shí)施方式的下面的描述之后，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。參考附圖進(jìn)行該描述，在附圖中-

圖1-3分別是在三個不同應(yīng)力條件下示出的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖4是結(jié)構(gòu)的又一變型的截面圖；圖5A-5J是可以用來獲得圖1的結(jié)構(gòu)的步驟的簡化視圖。在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。在機(jī)械支撐基板1上，SOI包括厚度為EBOX的掩埋絕緣體2和有源層3。在支撐基板下，厚度為EBS的包封絕緣體4位于該支撐件和針對蝕刻或去氧化保護(hù)絕緣體4的層5之間。通過選擇絕緣體層2和4的應(yīng)力和厚度來管理因此形成的SOI的形變。在當(dāng)應(yīng)力相同時(shí)的情況下，如果EBS = ΕΒ0Χ，則形變更接近于零(圖1)。為了預(yù)期在SOI上制造組件的方法中將會發(fā)生的形變，操作員可以要求具有非零形變(即，正撓曲(EBS <ΕΒ0Χ，當(dāng)SOI為凸?fàn)顣r(shí)，如圖2中所示)或者負(fù)撓曲(EBS > EBOX，當(dāng)SOI為凹狀時(shí)，如圖3中所示))的S0I。在當(dāng)絕緣體層2和4不具有相同的應(yīng)力水平時(shí)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能會將此應(yīng)力考慮在內(nèi)，以便于為了獲得想要的形變而調(diào)整層4的厚度。而且，如果包封在后面上的絕緣體中的層5對SOI的形變有貢獻(xiàn)，則也可以對層4和5的厚度進(jìn)行校正。在圖5A-5J中示出可以獲得圖1中所示的結(jié)構(gòu)的方法的不同步驟。這里，這是下述結(jié)構(gòu)，對于該結(jié)構(gòu)，支撐基板和供體基板都為硅并且具有硅氧化物絕緣體。在圖5A中示出硅的支撐基板1并且該支撐基板1的前面和后面由附圖標(biāo)記10和11表示。在圖5B中示出形成絕緣體40的步驟，該絕緣體40通常通過支撐基板的熱氧化來形成，或者可以通過特別地利用低化學(xué)壓力氣相沉積(LPCVD)技術(shù)沉積薄層來形成。在該步驟中形成在支撐基板1的后面上的氧化物具有等于將在將來的有源層下面形成的將來的掩埋氧化物的厚度。如圖5C中所示，接下來僅在支撐基板1的前面10上進(jìn)行去氧化。如圖5D中所示，然后在支撐基板的所有表面上例如利用所述LPCVD技術(shù)執(zhí)行包封層50的沉積，并且然后移除位于支撐基板的前面上的該層，如圖5E中所示。用于包封層50的材料可以例如為多晶硅、非晶硅或者氮化硅層。在圖5F中示出供體基板30。如圖5G中所示，接下來進(jìn)行熱氧化以在支撐基板1下面形成具有與掩埋氧化物相同厚度的氧化物20，以獲得具有準(zhǔn)零形變的完成的結(jié)構(gòu)。在圖5H中示出為了形成脆化區(qū)域300而在供體基板中進(jìn)行離子注入的步驟。然后進(jìn)行供體基板30的翻轉(zhuǎn)并且通過分子粘附接合到支撐基板1上。然后沿著脆化區(qū)域300進(jìn)行供體基板30的破裂以便于將其轉(zhuǎn)移到支撐基板1、半導(dǎo)體材料層3及其絕緣體20上。最終，進(jìn)行用于通過例如通過浸沒在氫氟酸(HF)的一個或若干容器中來實(shí)施去氧化來完成該結(jié)構(gòu)的步驟，以便于獲得圖5J中所示的結(jié)構(gòu)。在用于完成SOI的這些步驟(在轉(zhuǎn)移薄層之后的步驟)過程中，使用包括HF浸泡的一個或多個清潔操作來移除支撐基板的前面上的氧化物。在這些浸沒過程中，基板的后面也暴露于通過HF進(jìn)行的蝕刻。然而，由于包封層的存在，該后面沒有或者基本上沒有被蝕刻。因此，通過LPCVD獲得的氮化物層的HF的蝕刻速率大約是熱氧化物的蝕刻速率的三十分之一。非晶硅層或多晶硅層的蝕刻速率在相同條件下是準(zhǔn)零的。根據(jù)至少等于10的選擇比，如上所述，可以認(rèn)為材料耐受去氧化。在圖4中示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的變型，該結(jié)構(gòu)具有高電阻率。該結(jié)構(gòu)包括位于掩埋氧化物2下面的多晶硅層5’，并且盡管掩埋氧化物具有IOOOnm的厚度，但是具有零形變，這是通過位于支撐基板1的后面上的氧化物層4來實(shí)現(xiàn)的，該氧化物層4被包封在多晶硅層5下面。用于該結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)與上述技術(shù)基本上相同。然而，支撐基板被預(yù)先進(jìn)行熱處理，使其具有高電阻率(大于500 Ω . cm的電阻率，優(yōu)選地大于1000 Ω . cm的電阻率)。此外，進(jìn)行熱氧化以便于在其所有面上生成具有SOOnm的厚度的氧化物。在其前面的去氧化之后，在其所有面上進(jìn)行多晶硅的1微米的厚度以上的LPCVD沉積。從而實(shí)現(xiàn)了供體基板的熱氧化，以形成SOOnm的氧化物層，即該氧化物層具有與已經(jīng)在支撐基板下面形成的氧化物相同的厚度，從而獲得具有準(zhǔn)零形變的完成的結(jié)構(gòu)。這樣獲得的結(jié)構(gòu)得益于位于后面上的掩埋氧化物4，其確保了最小形變，該掩埋氧化物4補(bǔ)償了將由位于有源層3下面的掩埋氧化物2引起的應(yīng)力。
沉積的多晶硅5和5’實(shí)際是純的(殘余摻雜水平小于1 X IO15原子/cm2)，以在掩埋氧化物2下面提供在射頻范圍內(nèi)進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)的電氣性能的層5’。此外，利用位于支撐基板的后面上的多晶硅層5，能夠在完成結(jié)構(gòu)的過程中針對蝕刻保護(hù)氧化物層4并且繼續(xù)保護(hù)氧化物層4直到用于制造結(jié)構(gòu)的組件的方法的結(jié)束。在附圖中未示出的另外的示例性實(shí)施方式中，進(jìn)行ISOOnm的厚度以上的支撐基板的熱氧化。然后在支撐基板的所有面上沉積非晶硅(1 μ m)，并且然后移除位于前面上的該非晶娃。進(jìn)行200nm的厚度上的供體基板的熱氧化。最終，借助于這兩個基板，通過上述智能剝離技術(shù)制造SOI。特征在于具有2 μ m的總厚度的掩埋氧化物以及位于后面上的1. 8 μ m的由非晶硅包封的氧化物。這樣獲得的SOI通常具有20 μ m的撓曲(略微凸起)。如果沒有在支撐基板的后面上包封氧化物，則該形變將處于200 μ m的數(shù)量級。
權(quán)利要求
1.一種在絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的制造過程中控制絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)中應(yīng)力分布的方法，所述絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)包括位于支撐基板(1)上的半導(dǎo)體材料的薄層(3)，絕緣層(2，4)存在于所述支撐基板(1)的前面(10)和后面(11)中的每一個面上，所述前面上的所述絕緣層( 形成厚的掩埋絕緣體(BOX)的至少一部分，根據(jù)所述方法的制造方法包括在所述支撐基板(1)上粘附接合所述薄層(3)，其特征在于在粘附接合之前，利用耐受去氧化的不同材料( 覆蓋位于所述支撐基板的后面上的所述絕緣層G)，與所述支撐基板的后面(11)上的該絕緣層(4)組合的材料至少部分地補(bǔ)償由所述支撐基板(1)上的掩埋絕緣體(BOX)施加的應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層(2，4)特別地包括氧化物。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述厚的掩埋絕緣體(BOX)由添加到所述薄層( 上的絕緣體層( 和/或添加到所述支撐層(1)上的絕緣體層構(gòu)成。
4.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述厚的掩埋絕緣體(BOX)和所述支撐基板(1)的所述后面(11)上的所述絕緣層(4)在該基板(1)上施加相同的應(yīng)力水平。
5.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述厚的掩埋絕緣體(BOX)和所述支撐基板(1)的所述后面(11)上的所述絕緣層(4)在該基板(1)上施加不同的應(yīng)力水平。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用耐受去氧化的所述材料(5)，不僅覆蓋所述支撐基板⑴的所述后面(11)，而且覆蓋所述支撐基板⑴的其它面，以整體地包封所述支撐基板(1)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，移除位于所述支撐基板(1)的所述前面(10)上的耐受去氧化的所述材料(5)的層。
8.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，耐受去氧化的所述材料(5)選自特別摻雜有例如硼或磷的多晶硅、可能進(jìn)行了摻雜的非晶硅或氮化硅。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，耐受去氧化的所述材料(5)是多晶硅，其特征在于，在覆蓋位于所述支撐基板(1)的所述后面(11)上的所述絕緣層(4)之前，移除位于所述支撐基板(1)的所述前面(10)上的中間絕緣層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述中間絕緣層是在所述支撐基板(1)的所述后面上的所述絕緣層的形成過程中獲得的層。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述支撐基板(1)的所述前面上的所述絕緣層( 是通過熱氧化，或者通過在多晶硅上和/或在包括所述薄層(3)的供體基板(30)上沉積氧化物而形成的。
12.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對所述支撐基板(1)進(jìn)行能夠使其具有高電阻率的處理，即，使所述支撐基板(1)具有至少大于500 Ω. cm的電阻率，優(yōu)選地大于1000 Ω . cm的電阻率。
13.—種絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括位于支撐基板(1)上的半導(dǎo)體材料的薄層(3)，絕緣層O ；4)存在于所述支撐基板(1)的前面(10)和后面(11)中的每一個上，所述前面(11)上的層形成厚的掩埋絕緣體(BOX)的至少一部分，其特征在于所述結(jié)構(gòu)包括用于覆蓋所述支撐基板(1)的所述后面(11)上的所述絕緣層(4)并且由耐受去氧化的不同材料構(gòu)成的層(5)，與所述支撐基板(1)的所述后面上的該絕緣層(4)組合的材料至少部分地補(bǔ)償由位于所述支撐基板(1)上的所述掩埋絕緣體(BOX)施加的應(yīng)力。
14.如前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐基板(1)的所述前面(10)上的絕緣體層(2)與所述后面(11)上的絕緣體層(2)之間的厚度差小于或等于200納米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)的制造過程中控制絕緣體上半導(dǎo)體型結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力的分布的方法，該結(jié)構(gòu)包括位于支撐基板(1)上的半導(dǎo)體材料的薄層(3)，絕緣層(2，4)存在于支撐基板(1)的前面和后面中的每一個上，前面上的所述絕緣層(2)形成厚的掩埋絕緣體(BOX)的至少一部分，根據(jù)所述方法的制造方法包括在所述支撐基板(1)上粘附接合所述薄層(3)，該方法的特征在于下述事實(shí)在粘附接合之前，利用耐受去氧化的不同材料(5)覆蓋位于所述支撐基板的后面上的所述絕緣層(4)，與所述支撐基板(1)的后面上的該絕緣層(4)組合的材料至少部分地補(bǔ)償由支撐基板(1)上的掩埋絕緣體(BOX)施加的應(yīng)力。
文檔編號H01L21/762GK102598243SQ201080048486
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·凱爾迪勒, 帕特里克·雷諾 申請人:索泰克公司