專利名稱：多層結(jié)構(gòu)的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)的制造工藝，所述結(jié)構(gòu)包括由第一半導(dǎo)體材料形成的襯底和由第二半導(dǎo)體材料形成的表面薄層，兩種半導(dǎo)體材料具有差異很大的晶格參數(shù)。
已經(jīng)知道這種類型的工藝。
因此生產(chǎn)包括由例如硅的材料構(gòu)成的襯底，和由例如鍺硅(SiGe)、乃至鍺(Ge)的材料構(gòu)成的表面薄層的結(jié)構(gòu)是公知的。
申請人名下的專利申請FR0208600涉及一種從包括晶格參數(shù)適配層的晶片開始制造包括半導(dǎo)體材料的薄層的結(jié)構(gòu)的工藝，該晶格參數(shù)適配層包括由具有第一晶格參數(shù)的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的上層，特征在于它包括如下步驟(a)在適配層的上層上生長具有基本上不同于第一晶格參數(shù)的第二額定晶格參數(shù)的半導(dǎo)體材料膜，其具有足夠小的厚度，以保持下面適配層的上層的第一晶格常數(shù)并因此變形，(b)在該膜上生長具有基本上與第一晶格參數(shù)相同的額定晶格參數(shù)的半導(dǎo)體材料的松散層，(c)相對于松散層除去適配層一側(cè)上的至少部分晶片，包括以下操作●相對于松散層形成適配層一側(cè)的脆裂區(qū)域，●在脆裂區(qū)域上供能以從晶片分離包括松散層的結(jié)構(gòu)。
因此該專利申請的工藝使用層遷移技術(shù)(特別是SMARTCUT_型或ELTRAN_型)以組成希望的晶片。
該工藝的起始元件是包括晶格參數(shù)適配層的晶片，晶格參數(shù)適配層對應(yīng)于出現(xiàn)在其表面上的一層基本上的松散層晶片的區(qū)域，沒有大量的結(jié)構(gòu)缺陷，例如位錯。
可以理解，松散層指的是具有非應(yīng)變晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料的任意層，即，具有與組成該層的材料的額定晶格參數(shù)基本相同的晶格參數(shù)的層。
相反，將應(yīng)變層稱為其晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)變的半導(dǎo)體材料的任意層，在晶體生長過程中以牽引方式或以壓縮方式使晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)變，例如外延生長，至少迫使晶格參數(shù)基本不同于該材料的額定晶格參數(shù)。
專利申請FR0208600的工藝構(gòu)成一個有利的解決方案以構(gòu)成如本文開始時提到的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是為本專利申請的學(xué)說提供一種補充。
為了獲得該目的，本發(fā)明提出了由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)的制造工藝，所述的結(jié)構(gòu)包括由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的襯底和由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的表面薄層，兩種半導(dǎo)體材料具有基本上不同的晶格參數(shù)，特征在于該工藝包括如下步驟●在支撐襯底上產(chǎn)生包括所述表面薄層的層，●在由所述支撐襯底和所述沉積層形成的整體中生成脆性區(qū)域，●將所述的整體與目標襯底鍵合，●在脆性區(qū)域的層面進行分離，●處理最終結(jié)構(gòu)的表面。
其它方面，參照附圖，本發(fā)明的如下說明使本發(fā)明的目標和優(yōu)點更加清楚地浮現(xiàn)，其中

圖1a至1e說明執(zhí)行本發(fā)明實施例的主要步驟。
首先參照圖1a，顯示了支撐襯底100，其上已沉積了層105(陰影所示)。
支撐襯底100由具有第一晶格參數(shù)的半導(dǎo)體材料形成。例如，它由硅構(gòu)成。
層105是由具有不同于上文提到的第一晶格參數(shù)的第二晶格參數(shù)的材料形成的層。
因此，層105可由SiGe、乃至Ge構(gòu)成。
通過下面的技術(shù)來沉積層105●沉積預(yù)定厚度的材料，該材料的晶格參數(shù)基本上不同于其上被沉積的支撐襯底的晶格參數(shù)，●同時構(gòu)成實質(zhì)上免除位錯型缺陷的上述沉積的表面層。
例如，文獻WO 00/15885講授了允許在硅上沉積SiGe或Ge的工藝。
因此，例如可以根據(jù)其中通過實施下列步驟在單晶硅的支撐襯底上沉積單晶Ge的第一模式執(zhí)行上述的沉積工藝●單晶硅襯底的溫度穩(wěn)定在400℃至500℃的預(yù)定穩(wěn)定溫度，優(yōu)選430℃至460℃。
●在所述的第一預(yù)定溫度下進行Ge的化學(xué)汽相淀積(CVD)，直到在支撐襯底上獲得比最終期望的厚度小的預(yù)定厚度的Ge的基層。
●將Ge的化學(xué)汽相淀積的溫度從第一預(yù)定溫度上升到范圍從750℃至850℃，優(yōu)選從800℃至850℃的第二預(yù)定溫度，以及●在第二預(yù)定溫度下繼續(xù)進行Ge的化學(xué)汽相淀積，直到單晶Ge層獲得最終期望的厚度。
也可以根據(jù)例如文獻WO 00/15885公開的變量執(zhí)行上述沉積工藝。
直接在由硅形成的支撐襯底上獲得松散SiGe或松散Ge的薄層的其它方法也是可行的。
也可以參照出版物“Strain relaxation of pseudomorphic Sil-xGex/Si(100)heterostructures after hydrogen or helium ion implantation for virtualsubstrate fabrication”，B.Holl_nde等人，Nuclear Instrument and Methodsin Physics Research B175-177(2001)357-367”，其內(nèi)容引入本文。
在上述工藝中，通過形成應(yīng)變層和通過松散該層來制造層110。
也可以通過下面文獻公開的技術(shù)來獲得松散的SiGe薄層，當他們公開用于獲得為本發(fā)明而執(zhí)行的上述層的方法時，下面的文獻公開以引用的形式并入本文——″Development of a new type of SiGe thin strained relaxedbuffer based on the incorporation of carbon containing layer″，presented inthe first SiGe Technology and Device Meeting(ISTDM，Nagoya，Japan，January 15-17，2003)，——″Thin SiGe Buffers with High Ge content for n-Mosfets″(Lyutovich等人Material Science & Engineering，B89(2002)，341-345)，——″Relaxed SiGe buffers with thickness below 0.1μm″(Bauer等人-Thin Solid Films 369(2000)，152-156).
回到本發(fā)明的工藝，在所有情況下，在支撐襯底100上生成包括待制造的結(jié)構(gòu)的表面薄層的層110。
因而形成包括支撐襯底100上的SiGe(具有理想的Si/Ge比率)或者Ge的層110的中間晶片10。
為了允許隨后工藝中的中間層的鍵合，可以拋光層100的自由面。
為了上述鍵合，中間晶片10的表面粗糙度實際上只有幾埃。
因此，界面105定義在層110和支撐100之間。
可以確定，通過使用這種類型的沉積工藝，位錯型缺陷已限制在層110的鄰近界面105的區(qū)域。
可以理解限定指的是大多數(shù)位錯型缺陷位于所述區(qū)域中。層110的剩余部分沒有完全免除缺陷，但它們的濃度與微電子應(yīng)用不矛盾。
因此，其中限定位錯型缺陷的層110的這個區(qū)域構(gòu)成晶格參數(shù)適配層，其位于由硅構(gòu)成的支撐襯底100與層110的表面區(qū)之間，其本身構(gòu)成了由Ge或松散SiGe構(gòu)成的晶片10的一層。
在工藝開始時進行的沉積之后，Ge或松散的SiGe層具有希望的厚度。該希望的厚度特別是大約0.5至1微米。
現(xiàn)在參照圖1b，在晶片10的厚度中生成脆性區(qū)120。
該脆性區(qū)特別是通過經(jīng)層110的物質(zhì)注入而形成。
注入的物質(zhì)是一種或幾種原子或分子物質(zhì)，例如，氫或氦離子或分子。
注入也可以是不同物質(zhì)的共同注入，例如，氫或氦?？梢源_定在本文中“注入”也涵蓋至少兩種物質(zhì)的共同注入。
當通過注入形成脆性區(qū)時，定義注入?yún)?shù)以便脆性區(qū)位于支撐襯底100中，如圖1b所示。
也能夠限定這些參數(shù)以便脆性區(qū)位于層110自身中(優(yōu)選在鄰近界面層105的區(qū)域中)。
可以確定，也可以通過在沉積層110之前在支撐襯底100中生成多孔區(qū)來形成脆性區(qū)。
接著回到包括脆性區(qū)的晶片，將該晶片鍵合到目標襯底20。
目標襯底20由硅形成。
粘在目標襯底的晶片10的表面是對應(yīng)于層110的松散表面的表面。
為了執(zhí)行該鍵合，在接觸放置之前清洗該表面并在這些表面之間隨意地插入鍵合層。
同樣，電絕緣層(例如氧化物)可以插在晶片和目標襯底之間。
上述氧化物源自目標襯底20的表面的氧化。
如果它由SiGe形成，它同樣源自層110的表面的氧化。
如果層110由Ge或SiGe形成，那么也可能在鍵合之前通過氧化物沉積使氧化層與它結(jié)合。
因此可以在鍵合之前，將晶片和/或目標襯底結(jié)合到絕緣層。
如果需要，為了將這些襯底的表面粗糙度降到適合鍵合的值(即，不大于幾埃rms)，可以處理襯底的一個或兩個待鍵合的表面。
上述的表面處理可以是拋光步驟。
在鍵合之后，為了固定鍵合界面能夠繼續(xù)進行典型的熱處理。
接著通過熱和/或機械供能在脆性界面的位置進行分離。
結(jié)果得到結(jié)構(gòu)30，如圖1d所示，其包括●目標襯底20，●層110●支撐襯底100的任意剩余。
在該結(jié)構(gòu)中，層110本身包括●晶格參數(shù)適配層(鄰近支撐襯底100的殘留物的層110的一部分)，和●希望厚度的松散層。
通過在層110的該厚度的“晶格參數(shù)適配層”中注入構(gòu)成脆性區(qū)的情況下，最終結(jié)構(gòu)30不包括支撐襯底的殘留物，在分離過程中晶格參數(shù)適配層的一部分與結(jié)構(gòu)30分離。
在這種情況下，處理最終結(jié)構(gòu)的表面(圖1e)以改善層110的表面狀態(tài)。
這種表面處理包括拋光、以及其他類型的處理。
也可以執(zhí)行注入，以致在被松散的層110的一部分中獲得脆性區(qū)。
在上述情況下，轉(zhuǎn)移層不包括例如位錯的缺陷(或僅僅非常少)，分離之后的最終結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不需要任何額外處理的表面層(其來自層110的松散部分)。
在支撐襯底100的厚度中構(gòu)成脆性區(qū)的情況下(通過注入或通過事先生成多孔區(qū))，下一步驟是選擇地腐蝕支撐襯底的殘留物。
這種選擇性腐蝕可以是選擇性化學(xué)蝕刻，其僅腐蝕支撐襯底的材料。
通過濕法(選擇適合的蝕刻溶液)、或通過干法(經(jīng)能量等離子體、或者噴射的選擇性蝕刻)進行上述蝕刻。
可以通過拋光進行上述蝕刻。
在選擇性蝕刻的開始時，對應(yīng)于其中限定位錯型缺陷的層110的一部分，處理層110的自由表面以除去晶格參數(shù)適配層。
上文描述具有用于執(zhí)行本發(fā)明的兩個主要變量(分別在支撐襯底中和在層110中生成脆性區(qū))。
在這兩種情況下，最終結(jié)構(gòu)的有源層對應(yīng)于層110的松散部分。
根據(jù)第三個主要變量，實際上通過不同的水平面(或?qū)?構(gòu)成層110，并按如下生成層110●例如通過例如由文獻WO 00/15885或上面提到的B.Holl_nder等人的參考文獻的技術(shù)，或通常通過用于制造松散薄層的其它公知技術(shù)來沉積第一層，●沉積第二層，構(gòu)成為化學(xué)腐蝕的阻擋層，●沉積對應(yīng)于松散層的第三層以構(gòu)成最終結(jié)構(gòu)的有源層。進行上述沉積使有源層具有希望的厚度。
第一層對應(yīng)于晶格參數(shù)適配層。它由SiGe或Ge形成。
同時第二層必須●相對于第三層具有優(yōu)良的選擇性，vis-à-vis化學(xué)腐蝕(在該方面，對于第二和第三層必須使用不同的材料)，以及●圍繞它的兩層在晶格參數(shù)方面不會引起太大的差異(在該方面，第一、第二和第三層的材料沒有太大的差異)。
例如，可以生成下面的結(jié)合
第一層和第三層優(yōu)選由相同性質(zhì)的材料形成，以便插入在這兩層之間的第二層在它的兩個面上收到相似的約束力。
在這種情況下，優(yōu)選使用下面的材料
在第三變量中，接下來是用于生成脆性區(qū)的相同步驟，鍵合并分離結(jié)構(gòu)30。
因此，這里脆性區(qū)再次位于層110中。在這種情況下，它優(yōu)選位于第一層的厚度中(其中通過注入生成)。
為了獲得最終結(jié)構(gòu)，執(zhí)行兩次選擇性腐蝕●用于消除第一層的殘留物而進行的第一選擇腐蝕。該腐蝕具體是化學(xué)腐蝕，因而對應(yīng)于阻擋層來調(diào)整層的插入，●用于消除阻擋層本身的第二選擇腐蝕。
也可以僅用兩層來構(gòu)成層110，關(guān)于如上所述的第一層和類似于上述層2和3的第二層。
在這種情況下，第二層例如由應(yīng)變硅形成，而第一層由SiGe或Ge形成。
因而第二層構(gòu)成了最終結(jié)構(gòu)的有源層，而第一層仍構(gòu)成晶格參數(shù)適配層。
仍在這種情況下，能夠使用下面的材料(通過非限制例子給出該表格，如前面的一種)
在所有情況下，在制造圖1e的結(jié)構(gòu)之后，接著是傳統(tǒng)的表面處理測量。
因此本發(fā)明能夠制造包括例如硅襯底上的Ge或SiGe層的多層結(jié)構(gòu)。
應(yīng)當注意在本發(fā)明的情況下，層110的適配層在其厚度中不存在濃度梯度(例如鍺中的濃度梯度，如果適配層位于Si支撐襯底與具有給定Ge濃度的Ge或SiGe中的松散層之間)。
常規(guī)的適配層經(jīng)常存在濃度梯度，其對應(yīng)于適配層中的晶格參數(shù)的梯度。
但上述具有濃度的梯度的適配層不必相對較厚(適配層兩側(cè)上的晶格參數(shù)中的差異越大，適配層就越厚)。
WO 02/15244公開了上述具有濃度梯度的適配層的實例。
相反，在本發(fā)明中，適配層非常薄。
應(yīng)當注意將缺陷(例如位錯)限定在層110的鄰近于支撐襯底100的界面105的區(qū)域。
本發(fā)明的這一特殊方面具有優(yōu)勢(與公知技術(shù)相比，例如WO02/15244中公開的)。
關(guān)于該方面的優(yōu)點的說明是，上述薄適配層使它能夠通過在支撐襯底100中注入，通過使注入物質(zhì)的橫穿適配層而生成脆性區(qū)。
在分離和消除支撐襯底100的殘留材料(Si或其它)之后，允許最終結(jié)構(gòu)獲得非常高質(zhì)量的表面，而不需要用于處理分離表面的繁重處理，分離表面例如通過在位于適配層自身內(nèi)的脆性區(qū)中分離而獲得的一個表面(是具有梯度的適配層本身的情況，適配層太厚而不能通過注入橫穿)。
也應(yīng)當注意由本發(fā)明獲得的結(jié)構(gòu)是位錯型缺陷的實例，甚至在埋入?yún)^(qū)域中。
接著可以使用最終結(jié)構(gòu)以具有，在SiGe或Ge的層上通過外延生長的補充層，例如應(yīng)變硅。
在第二層由應(yīng)變Si形成的情況下，為了在硅襯底上保存由應(yīng)變硅-SiGe的雙層構(gòu)成的最終結(jié)構(gòu)而僅僅進行單選擇性腐蝕是有利的。
在這種情況下，最終結(jié)構(gòu)保持阻擋層。
最后，也能夠在將該結(jié)構(gòu)鍵合到目標襯底階段之前在第三層上沉積應(yīng)變硅層，以便最終在硅襯底上制造包括應(yīng)變硅層的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種由半導(dǎo)體材料形成的多層結(jié)構(gòu)的制造工藝，所述結(jié)構(gòu)包括由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的襯底(20)和由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的表面薄層，兩種半導(dǎo)體材料具有完全不同的晶格參數(shù)，其特征在于該工藝包括下列步驟在支撐襯底(100)上制造包括表面薄層的層(110)，在由所述支撐襯底和沉積層形成的整體中生成脆性區(qū)，將所述的整體與目標襯底(20)鍵合，在脆性區(qū)的層面分離，處理最終結(jié)構(gòu)的表面。
2.如前面權(quán)利要求中所述的工藝，特征在于所述的制造層的步驟是通過外延生長進行的。
3.如前面權(quán)利要求中所要求的工藝，特征在于使用下面步驟進行所述外延生長將支撐襯底的溫度穩(wěn)定在第一預(yù)定穩(wěn)定溫度下，對于包括表面薄層的所述層(110)，在所述的第一預(yù)定溫度下進行化學(xué)汽相沉積，直到在支撐襯底上獲得比最終期望的厚度小的預(yù)定厚度的Ge的基層，將化學(xué)淀積的溫度從第一預(yù)定溫度上升到第二預(yù)定溫度，以及在第二預(yù)定溫度下繼續(xù)進行化學(xué)淀積，直到該層獲得最終期望的厚度。
4.如前面權(quán)利要求中所述的工藝，特征在于第一預(yù)定溫度是大約400℃至500℃，第二預(yù)定溫度是大約750℃至850℃。
5.如前面權(quán)利要求中所述的工藝，特征在于第一預(yù)定溫度是大約430℃至460℃，第二預(yù)定溫度是大約800℃至850℃。
6.如權(quán)利要求1所述的工藝，特征在于通過生成應(yīng)變層并松散該層來制造所述的層。
7.如前面權(quán)利要求的任意一個所述的工藝，特征在于通過注入執(zhí)行脆性區(qū)的所述制造。
8.如前面權(quán)利要求中所述的工藝，特征在于注入為至少兩種物質(zhì)的共同注入。
9.如兩個前述權(quán)利要求中的一個所述的工藝，特征在于在制造階段和鍵合階段之間執(zhí)行所述注入。
10.如前述權(quán)利要求所述的工藝，特征在于執(zhí)行注入以便將脆性區(qū)限定在支撐襯底的厚度中。
11.如權(quán)利要求9所述的工藝，特征在于執(zhí)行注入以便將脆性區(qū)限定在層(110)的對應(yīng)于晶格參數(shù)適配層生成的區(qū)域中。
12.如權(quán)利要求9所述的工藝，特征在于執(zhí)行注入以便將脆性區(qū)限定在層(110)的對應(yīng)于松散層生成的區(qū)域中。
13.如前述權(quán)利要求的任意一個中所述的工藝，特征在于在鍵合之前，電絕緣層插在由支撐襯底和沉積層形成的所述整體(10)與目標襯底(20)之間。
14.如前述權(quán)利要求所述的工藝，特征在于在鍵合之前，電絕緣層形成在由支撐襯底和沉積層形成的所述整體(10)的表面上。
15.如兩個前述權(quán)利要求的任意一個所述的工藝，特征在于在鍵合之前，電絕緣層形成在目標襯底上。
16.如三個前述權(quán)利要求的任意一個所述的工藝，特征在于所述電絕緣層是氧化物層。
17.如前述權(quán)利要求的任意一個所述的工藝，特征在于多層結(jié)構(gòu)的襯底(20)由硅形成。
18.如前述權(quán)利要求的任意一個所述的工藝，特征在于支撐襯底(100)由硅形成。
19.如前述權(quán)利要求的任意一個所述的工藝，特征在于層(110)由SiGe或Ge形成。
20.如前述權(quán)利要求的任意一個所述的工藝，特征在于當形成層時，生成對應(yīng)于在表面處理階段用于化學(xué)腐蝕的阻擋層的層。
21.如前述權(quán)利要求所述的工藝，特征在于當形成層時，形成對應(yīng)于下面層1晶格參數(shù)適配層、層2阻擋層、層3待獲得結(jié)構(gòu)的有源層的三層。
22.如前述權(quán)利要求所述的工藝，特征在于對應(yīng)于所述三層的層的材料由下面組合之一構(gòu)成
23.如前述權(quán)利要求所述的工藝，特征在于對應(yīng)于所述三層的層的材料由下面組合之一構(gòu)成
24.如四個前述權(quán)利要求的任意一個所述的工藝，特征在于在最終結(jié)構(gòu)中保留阻擋層。
25.如權(quán)利要求19所述的工藝，特征在于當形成層時，形成分別對應(yīng)于層1晶格參數(shù)適配層、層2待獲得的結(jié)構(gòu)的有源層的兩層。
26.如前述權(quán)利要求所述的工藝，特征在于對應(yīng)于所述三層的層的材料由下面組合之一構(gòu)成
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由半導(dǎo)體材料形成的多層結(jié)構(gòu)的制造工藝，所述結(jié)構(gòu)包括由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的襯底(20)和由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的表面薄層，兩種半導(dǎo)體材料具有基本不同的晶格參數(shù)，其特征在于該工藝包括下列步驟在支撐襯底(100)上制造包括表面薄層的層(110)，在由所述支撐襯底和所述沉積層形成的整體(10)中生成脆性區(qū)，將所述的整體與目標襯底(20)鍵合，在脆性區(qū)的層面分離，處理最終結(jié)構(gòu)的表面。
文檔編號H01L21/762GK1720605SQ200380105249
公開日2006年1月11日 申請日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者C·馬聚爾 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司