專利名稱：用于制造半導(dǎo)體襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體襯底、特別是絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底的方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合半導(dǎo)體襯底可以通過(guò)組合兩個(gè)或更多個(gè)層來(lái)制造。如此制造的襯底中的一種是絕緣體上半導(dǎo)體襯底，其中在載體襯底上形成頂部半導(dǎo)體層，電介質(zhì)層夾在頂部半導(dǎo)體層與載體襯底之間。通常將硅用于頂部半導(dǎo)體層和載體襯底，并且電介質(zhì)層通常是氧化物層(典型地是二氧化硅)。特別地，“全耗盡型”SOI (FDSOI)常常利用載體襯底內(nèi)的具有反向偏置的摻雜區(qū)域來(lái)對(duì)在頂部半導(dǎo)體層上形成的器件的閾值電壓進(jìn)行調(diào)諧。為了在電介質(zhì)下制造被掩埋的摻雜區(qū)域，常常經(jīng)由頂部半導(dǎo)體層和掩埋電介質(zhì)層注入離子。然而，該方法的缺點(diǎn)在于，注入分布的尾端(tail)影響了頂部半導(dǎo)體層的初始摻雜水平，由此改變了器件特性并產(chǎn)生引起閾值電壓變化性的隨機(jī)摻雜波動(dòng)(RDF :random dopant fluctuation)。為了避免這種通過(guò)高劑量和/或注入尾端導(dǎo)致的摻雜劑污染和溝道區(qū)域的損害， 已經(jīng)提出經(jīng)由半導(dǎo)體層和掩埋電介質(zhì)層在載體襯底中進(jìn)行深的注入。然而，該方法要求加溫退火步驟，退火步驟對(duì)于使摻雜劑向上方朝著介于載體襯底和掩埋電介質(zhì)之間的界面擴(kuò)散來(lái)說(shuō)是必須的。因而，不能針對(duì)電路優(yōu)化獲得期望的摻雜劑水平。而且，位于載體襯底和掩埋電介質(zhì)層之間的界面處的有效摻雜劑水平不能很高， 通常小于1.0X1019cm_3。這限制了使用注入的摻雜圖案產(chǎn)生掩埋電路的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于制造半導(dǎo)體襯底、特別是絕緣體上半導(dǎo)體襯底的改進(jìn)方法。利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目的。因此，所述用于制造半導(dǎo)體襯底、特別是絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底的方法包括以下步驟:a)提供施主襯底(donor substrate)和操作襯底(handle substrate) ；b)在所述操作襯底中、特別是在所述操作襯底內(nèi)部形成一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案；以及c)特別是通過(guò)鍵合將所述施主襯底與所述操作襯底接合起來(lái)以獲得施主-操作混合物。通過(guò)在將所述施主襯底與所述操作襯底接合起來(lái)之前在所述操作襯底中形成所述一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案，可以抑制在所述半導(dǎo)體襯底的其他層中產(chǎn)生尾端，并且使得能夠形成具有期望的尺寸、摻雜劑水平和分布的摻雜區(qū)域。而且，可以抑制所謂的抗蝕劑邊緣離子注入偏轉(zhuǎn)的負(fù)面影響或者至少將該負(fù)面影響減小到通常對(duì)于摻雜劑分布沒(méi)有任何影響的水平。這可以幫助減小襯底上的電路的尺寸。所述施主襯底和所述操作襯底中的每一個(gè)都可以是半導(dǎo)體襯底，特別是硅襯底。在將所述施主襯底和所述操作襯底接合起來(lái)之前，可以通過(guò)例如清潔所述操作襯底和/或所述施主襯底或通過(guò)任意適合的表面處理來(lái)針對(duì)鍵合對(duì)所述操作襯底和/或所述施主襯底進(jìn)行準(zhǔn)備。根據(jù)有利的實(shí)現(xiàn)，該方法還可以包括在步驟a)和步驟b)之間執(zhí)行的步驟d)，該步驟d)在所述操作襯底中、特別是在所述操作襯底內(nèi)部形成一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記將允許在所述操作襯底的預(yù)定位置處形成所述圖案，使得所述摻雜區(qū)域可以與所述襯底特別是與所述施主襯底中的其他層中的相應(yīng)區(qū)域或所述操作襯底中的其他摻雜圖案對(duì)準(zhǔn)。在這個(gè)上下文中，詞語(yǔ)“內(nèi)部”意味著通常以小于大約10 μ m的深度掩埋所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，使得所述操作襯底的表面基本不受到所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的影響。在所述操作襯底的表面下形成所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和/或注入所述摻雜劑圖案的另一優(yōu)點(diǎn)在于所述表面保持基本不受影響，使得所述操作襯底的鍵合質(zhì)量?jī)?yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明不依賴于所使用的光刻技術(shù)。本發(fā)明保持與像沉浸式(immersion)、EUV和電子束光刻這樣的最先進(jìn)的光刻技術(shù)的兼容性。具體而言，所述一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可以通過(guò)離子注入而形成。以這種方式，與本領(lǐng)域中已知的通過(guò)填充溝槽來(lái)形成的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記相比，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記基本不改變所述操作襯底的表面。通常必須利用厚的電介質(zhì)層來(lái)對(duì)在現(xiàn)有技術(shù)中使用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記或結(jié)構(gòu)進(jìn)行平坦化，并且材料混合也會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)的應(yīng)力。使用現(xiàn)有技術(shù)還可能導(dǎo)致在鍵合表面處形成空洞。因而，由于可以防止應(yīng)力并且不需要進(jìn)行平坦化，因此離子注入形成的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與例如厚度小于200nm、特別是小于IOOnm的較薄的掩埋電介質(zhì)層兼容，而現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)記不能與薄的電介質(zhì)層或半導(dǎo)體層結(jié)合。針對(duì)鍵合，本發(fā)明方法的所述操作襯底的表面被制備得更好。還優(yōu)選地，所述一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可以包括非摻雜劑物質(zhì)，特別是包括氫 (H)、氦(He)、氬(Ar)、氟(F)、氖(Ne)和/或氙(Xe)或者兩種或更多種元素的組合。特別地，可以使用氬，因?yàn)闅迨橇畠r(jià)的且常用于對(duì)離子注入機(jī)的束線進(jìn)行清潔，這使得可以容易地實(shí)現(xiàn)本方法。根據(jù)一個(gè)變型，也可以利用例如聚焦激光熔化或聚焦離子束熔化的不同技術(shù)來(lái)獲得所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，步驟d)可以包括加溫退火步驟。所述加溫退火步驟可以增強(qiáng)所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與周圍襯底材料之間的光學(xué)對(duì)比度，即，可以導(dǎo)致像生長(zhǎng)出納米空穴或微空穴這樣的缺陷。所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置和形狀保持穩(wěn)定。以這種方式，可以形成所述納米空穴或微空穴的預(yù)定分布，這局部地改變了所述操作襯底的光學(xué)屬性。這可以在對(duì)準(zhǔn)工具中觀察到，因此光刻工具可以正確地對(duì)準(zhǔn)所述操作襯底和/或所述施主襯底的轉(zhuǎn)移層中的連續(xù)摻雜圖案。有利地，步驟b)可以包括用于注入摻雜劑的至少一個(gè)離子注入步驟，所述摻雜劑特別是磷和/或砷和/或硼和/或銦和/或銻。注入摻雜劑的目的在于在所述操作襯底中形成η摻雜區(qū)域和ρ摻雜區(qū)域。因而，可以在所述操作襯底內(nèi)形成具有η型和/或ρ型摻雜濃度的期望區(qū)域。所述至少一個(gè)離子注入步驟可以跟隨有退火步驟。特別地，所述退火步驟可以是加溫退火步驟。退火可以將摻雜劑帶到表面。所述制造半導(dǎo)體襯底的方法優(yōu)選地還可以包括在步驟a)和步驟b)之間執(zhí)行的步驟e)，該步驟e)在所述操作襯底上形成屏蔽層，特別是形成屏蔽氧化物。通過(guò)利用屏蔽層或犧牲層，特別是利用屏蔽氧化物或犧牲氧化物，可以抑制在離子注入過(guò)程中與溝道和襯底表面錯(cuò)誤取向相關(guān)的變化性。在另一個(gè)變型中，在步驟C)之前，所述屏蔽層可以被去除或被剝離。該方法還可以包括在步驟a)和步驟C)之間執(zhí)行的步驟f)以及在步驟C)之后執(zhí)行的步驟g)，步驟f)在所述施主襯底內(nèi)部的深度h處形成預(yù)定分裂區(qū)域，步驟g)從所述施主-操作混合物分離所述施主襯底的剩余部分，其中，分離發(fā)生在所述預(yù)定分裂區(qū)域處?？梢詫?、特別是將厚度在微米范圍內(nèi)的層轉(zhuǎn)移到所述操作襯底上。使用本發(fā)明的方法，可以轉(zhuǎn)移薄層，特別是厚度小于400nm的薄層，更特別地是厚度小于200nm的薄層。 由于使用本發(fā)明的方法，所述操作襯底的表面保持基本不受影響，因此所述操作襯底的鍵合質(zhì)量?jī)?yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。形成預(yù)定分裂區(qū)域的步驟可以包括離子注入步驟。所述預(yù)定分裂區(qū)域的深度h可以由被注入的離子的能量決定。用于形成所述預(yù)定分離區(qū)域的注入離子可以是氫或稀有氣體離子(He、Ar、......)。該方法還可以包括在步驟a)和步驟c)之間執(zhí)行的步驟h)，該步驟h)在所述施主襯底上形成電介質(zhì)層、特別是形成氧化物層，或者特別是在所述施主襯底上形成包括至少一個(gè)電介質(zhì)層的疊層的組合，其中所述電介質(zhì)層的厚度小于200nm，特別是小于lOOnm。由此，可以獲得具有掩埋的摻雜區(qū)域的SOI襯底。該SOI襯底可以具有薄的電介質(zhì)層并最終還具有薄的頂部半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的方法因而能夠在所述操作襯底中獲得摻雜區(qū)域并且同時(shí)可以防止像現(xiàn)有技術(shù)中那樣出現(xiàn)的具有摻雜尾端的轉(zhuǎn)移層的污染。所述電介質(zhì)層可以通過(guò)對(duì)所述施主襯底進(jìn)行氧化而形成，這可以通過(guò)熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。另選地，所述電介質(zhì)層可以通過(guò)淀積來(lái)提供。在一個(gè)變型中，電介質(zhì)層可以形成在所述操作襯底上。所述一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案可以包括一條或更多條線和/或一個(gè)或更多島(island)。線可以特別地是直線或曲線，其中線的長(zhǎng)度明顯大于線的寬度。所述一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案可以包括至少一個(gè)阱區(qū)和/或至少一個(gè)背柵。 由此，可以更好地產(chǎn)生在垂直于所述操作襯底的表面的深度中的期望的摻雜劑圖案和摻雜劑分布，其中由于摻雜劑圖案在鍵合之前形成這一事實(shí)，可以獲得任意的尺寸。在形成阱的步驟與形成背柵的步驟之間，可以包括附加的退火步驟。至少一個(gè)阱區(qū)和至少一個(gè)背柵可以利用同一個(gè)掩模形成。這會(huì)使工藝簡(jiǎn)化。該方法還可以包括表面處理步驟，特別是包括在所述半導(dǎo)體襯底的所述分離步驟之后對(duì)所述頂部半導(dǎo)體層進(jìn)行CMP拋光(化學(xué)機(jī)械拋光)的步驟和/或在所述拋光步驟之前和/或之后的清潔步驟。有利地，發(fā)生分離的表面可以利用退火步驟、特別是加溫退火步驟來(lái)處理。以這種方式，表面的不規(guī)則可以變得平滑。根據(jù)另一個(gè)方面，所述目的利用根據(jù)權(quán)利要求14的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體襯底、特別是絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底的方法，該方法包含以下步驟a)提供施主襯底和操作襯底；b)在所述操作襯底中、特別是在所述操作襯底內(nèi)部形成一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；以及c)特別是通過(guò)鍵合將所述施主襯底與所述操作襯底接合起來(lái)以獲得施主-操作混合物。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記將允許在所述操作襯底的預(yù)定位置處和/或在所述襯底特別是所述施主襯底的其他層中形成圖案。在這個(gè)上下文中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)部”意味著通常以小于大約10 μ m的深度掩埋對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，使得所述操作襯底的表面基本不受所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的影響。通過(guò)在所述操作襯底中、特別是在所述操作襯底的內(nèi)部(即，在所述操作襯底的表面下方)形成所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，所述表面基本保持不受影響，使得所述操作襯底的鍵合質(zhì)量?jī)?yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明不依賴于所使用的光刻技術(shù)。本發(fā)明保持與像沉浸式、EUV和電子束光刻這樣的最先進(jìn)的光刻技術(shù)的兼容性。特別地，與本領(lǐng)域中已知的通過(guò)填充溝槽而形成的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記相比，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可以被形成為使得它們基本不改變所述操作襯底的表面。現(xiàn)有技術(shù)中使用的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記或結(jié)構(gòu)通常必需使用厚的電介質(zhì)層進(jìn)行平坦化，并且材料混合也可能導(dǎo)致材料內(nèi)的應(yīng)力。使用現(xiàn)有技術(shù)還可能導(dǎo)致在鍵合界面處形成空洞。因而，由于可以防止應(yīng)力并且不需要進(jìn)行平坦化，根據(jù)本發(fā)明的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與例如厚度小于200nm特別是小于IOOnm的較薄的掩埋電介質(zhì)層兼容，而現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)記不能與薄的電介質(zhì)層或半導(dǎo)體層結(jié)合。針對(duì)鍵合，本發(fā)明方法的所述操作襯底的表面被制備得更好。該方法、特別是所述形成一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的步驟可以包括上述特征中的一個(gè)或更多個(gè)。本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括在操作襯底中具有一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和/或一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案的施主-操作混合物。所述操作襯底中的所述一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和/或所述一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案可以包括在各個(gè)處理步驟中獲得的上述特征中的一個(gè)或更多個(gè)。所述半導(dǎo)體襯底可以特別地對(duì)應(yīng)于如在上述方法的步驟c)中形成的施主-操作混合物。所述半導(dǎo)體襯底還可以包括在所述施主襯底內(nèi)位于深度h處的預(yù)定分裂區(qū)域。本發(fā)明還提供了一種絕緣體上半導(dǎo)體襯底，該絕緣體上半導(dǎo)體襯底包括襯底層； 半導(dǎo)體層；以及位于所述襯底層和所述半導(dǎo)體層之間的電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層特別地是氧化物層，其中所述襯底層包括一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和/或一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案。所述電介質(zhì)層可以對(duì)應(yīng)于掩埋氧化物層(BOX)。所述一個(gè)或更多對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和/或所述一個(gè)或更多摻雜區(qū)域的圖案可以包括在各個(gè)處理步驟中獲得的上述特征中的一個(gè)或更多個(gè)。所述一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案可以被設(shè)計(jì)和/或布置為使得它們不延伸到所述半導(dǎo)體層和/或所述電介質(zhì)層中。以這種方式，所述一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案不通過(guò)產(chǎn)生會(huì)引起閾值電壓變化性的隨機(jī)摻雜波動(dòng)(RDF)來(lái)改變?cè)谒霭雽?dǎo)體層上形成的器件的特性。在本領(lǐng)域中觀察到的閾值電壓變化性進(jìn)而不利地影響集成電路的參數(shù)，導(dǎo)致閾值電壓偏移和失配。典型的矯正行為是加大一些關(guān)鍵電路模塊的尺寸以補(bǔ)償這種隨機(jī)的變化性。因而，通過(guò)在本發(fā)明的襯底中減小特別是基本消除RDF，可以針對(duì)集成電路實(shí)現(xiàn)顯著的表面區(qū)域增益。如上所述，這還通過(guò)被減小的抗蝕劑邊緣離子注入偏轉(zhuǎn)效果而進(jìn)一步得到改善。因此，所述絕緣體上半導(dǎo)體襯底可以用于制造更加可復(fù)制的器件和更緊湊且更魯棒的電路。


現(xiàn)在將結(jié)合附圖來(lái)描述有利的實(shí)施方式。圖Ia至圖Ie例示了處于根據(jù)本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體襯底的示例性方法的不同步驟的操作襯底；圖加至圖2c例示了處于根據(jù)本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體襯底的示例性方法的不同步驟的施主襯底；圖3a和圖北例示了根據(jù)本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體襯底的示例性方法的步驟；以及圖如和圖4b例示了具有本發(fā)明的摻雜劑分布的示例性絕緣體上硅襯底。
具體實(shí)施例方式在圖Ia至圖Ie中，示出了根據(jù)用于制造半導(dǎo)體襯底的示例性方法對(duì)操作襯底 (handle substrate) 101的處理。在圖Ia中，提供了操作襯底101。操作襯底101可以是任意合適的操作襯底，特別是硅晶片。操作襯底還可以是玻璃或石英類型的襯底。在圖Ib中，在操作襯底101的主表面上形成了屏蔽層(screening layer) 102，該屏蔽層特別是屏蔽氧化物。根據(jù)工藝，屏蔽層102可能并不是必需的。在下一處理步驟中，在操作襯底101內(nèi)部形成了對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記103a、103b。這是通過(guò)經(jīng)由屏蔽層102執(zhí)行離子注入而實(shí)現(xiàn)的。在本實(shí)施方式中，注入物質(zhì)是例如氬或氟的非摻雜物質(zhì)，這些物質(zhì)是通常生產(chǎn)線中可用的物質(zhì)。在圖IC中示出了該步驟的結(jié)果。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記103a和10 由非摻雜物質(zhì)形成，即，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記103a和10 不摻雜襯底 101。而且，由于離子注入的工藝，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記103a和10 不改變操作襯底101的表面。換言之，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記103a和10 相當(dāng)于在操作襯底101中掩埋的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。而且，涉及操作襯底中的缺陷的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記103a和10 不擴(kuò)散，由此產(chǎn)生了尺寸和位置都穩(wěn)定的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。通過(guò)離子注入處理，可以產(chǎn)生細(xì)微的和可能的最小特征的注入?yún)^(qū)域，其中最小特征對(duì)應(yīng)于能夠利用給定的光刻技術(shù)來(lái)限定的最小的幾何形狀和可以復(fù)制且可靠的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，這些對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記不僅與標(biāo)準(zhǔn)光刻兼容，而且還與沉浸式和EUV(遠(yuǎn)紫外)光刻要求兼容。實(shí)際上，優(yōu)選地利用在屏蔽層102之上形成的掩模來(lái)限定對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。例如可以通過(guò)光刻技術(shù)對(duì)掩模層進(jìn)行構(gòu)圖。接著，可以由全晶片區(qū)域注入設(shè)備來(lái)執(zhí)行注入步驟。作為本實(shí)施方式的變型，可以應(yīng)用在操作襯底內(nèi)部形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的其他合適的工藝，例如聚焦激光或聚焦離子束技術(shù)。現(xiàn)代光刻工具配備有可以識(shí)別對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)工具，比如適用于以納米精度識(shí)別操作晶片中的掩埋的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的紅外(IR)對(duì)準(zhǔn)激光器。在圖Id中，附加地示出了摻雜區(qū)域l(Ma、104b、l(Mc和104d的圖案。摻雜區(qū)域 10 到104d的圖案是利用一個(gè)或更多個(gè)離子注入步驟形成的。摻雜區(qū)域可以被以不同的深度注入。例如，摻雜區(qū)域10 和104d被以不同深度注入，而摻雜區(qū)域104b和l(Mc則部分地交疊。摻雜區(qū)域可以對(duì)應(yīng)于η講和/或P講和/或η背柵和/或P背柵。摻雜區(qū)域10 可以對(duì)應(yīng)于包含磷作為摻雜劑的η阱。摻雜劑的濃度可以介于 IO16CnT3至IO18CnT3之間。存在形成這種摻雜區(qū)域的若干種選擇，例如，在操作襯底中進(jìn)行更深的注入，并且在操作襯底中進(jìn)行更深的擴(kuò)散但同時(shí)通過(guò)退火步驟向上方朝著操作襯底的表面擴(kuò)散。摻雜區(qū)域104b可以對(duì)應(yīng)于包含硼作為摻雜劑物質(zhì)的ρ阱。摻雜劑的濃度可以介于5. OX IO16CnT3至5. OX IO18CnT3之間。存在形成這種摻雜區(qū)域的若干種選擇，例如，在操作襯底中進(jìn)行更深的注入，并且在操作襯底中進(jìn)行更深的擴(kuò)散但同時(shí)通過(guò)退火步驟向上方朝著操作襯底的表面擴(kuò)散。摻雜區(qū)域l(Mc可以對(duì)應(yīng)于特別是包含砷的N+柵，并且摻雜區(qū)域104d可以對(duì)應(yīng)于特別是包含硼的P+柵。對(duì)于N柵來(lái)說(shuō)，柵區(qū)域的典型工藝條件是以^eV至50keV范圍內(nèi)的能量和介于5X IO14CnT2至5X IO15CnT2之間的劑量進(jìn)行砷摻雜；對(duì)于P柵來(lái)說(shuō)，柵區(qū)域的典型工藝條件是以^eV至50keV范圍內(nèi)的能量和介于5 X IO14CnT2至5 X IO15CnT2之間的劑量進(jìn)行硼摻雜。摻雜區(qū)域10 和104b可以對(duì)應(yīng)于阱區(qū)。阱區(qū)的典型工藝條件是能量在50keV 至IOOkeV范圍內(nèi)且劑量介于5X IO12CnT2至IX IO14CnT2之間。在注入掩埋的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記103a和10 以及摻雜區(qū)域10 至104d的圖案的步驟之后，下一個(gè)步驟是從操作襯底101去除或剝離屏蔽氧化物102。圖Ie示出了不具有屏蔽氧化物102的加工后的操作襯底。在圖Ie中，已經(jīng)利用退火步驟處理了圖Id的摻雜區(qū)域10 至104d的圖案。以這種方式，獲得了更深入操作襯底101內(nèi)部且同時(shí)朝向操作襯底表面的擴(kuò)散。圖Ie中的圖案僅用于說(shuō)明的目的。當(dāng)然，根據(jù)工藝條件，可以獲得各個(gè)區(qū)域的任意其他布局。在圖加至圖2c中，示出了根據(jù)符合本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體襯底的示例性方法對(duì)施主襯底的處理。首先，在圖加中提供了施主襯底205。施主襯底205可以是半導(dǎo)體襯底，特別是硅(Si)襯底、碳化硅襯底、硅鍺襯底、氮化鎵襯底或鍺襯底中的一種。然后，在施主襯底205上提供電介質(zhì)層206(見圖2b)。電介質(zhì)層206可以通過(guò)熱處理或淀積來(lái)形成。例如，電介質(zhì)層206可以是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或Al2O3等中的至少一種，或者可以是包含至少一層從二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或Al2O3中選出的至少一種的疊層的組合。根據(jù)一個(gè)變型，例如在不具有中間電介質(zhì)層的直接硅鍵合的情況下，也可以略去圖2b中示出的步驟。在圖2c中，例示了用于在施主襯底205內(nèi)部形成預(yù)定分裂區(qū)域207的下一處理步驟的結(jié)果。預(yù)定分裂區(qū)域207通過(guò)離子注入步驟而形成，在此期間，如氫或稀有氣體離子 (氦、氬等)的離子被注入到施主襯底205中。預(yù)定分裂區(qū)域的深度h可以由被注入的離子的能量決定。在圖3a和圖北中，示出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體襯底的示例性方法的其他步驟。圖3a示出通過(guò)接合(特別是通過(guò)鍵合)施主襯底305和操作襯底301而獲得的施主-操作混合物308。特別地，圖3a中的施主-操作混合物308可以通過(guò)將圖Ie中的操作襯底與圖2c中的施主襯底接合起來(lái)而形成。在進(jìn)行機(jī)械處理和/或熱處理時(shí)，在預(yù)定分裂區(qū)域307將半導(dǎo)體層310與掩埋的電介質(zhì)層309 —起分離，使得這兩層被轉(zhuǎn)移到操作襯底301上以獲得如圖北所示的具有掩埋的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記303a、303b和摻雜區(qū)域30 至304d的絕緣體上硅結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，在該分離步驟中執(zhí)行的熱處理過(guò)程中，不僅在預(yù)定分離區(qū)域307處而且還在對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的區(qū)域中獲得了導(dǎo)致形成微分裂和微裂紋的微空穴，這些微空穴導(dǎo)致了完整的分離。接著可以充分利用這些區(qū)域中的改變的晶體屬性在隨后的光刻制造步驟中的觀察對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。另選地，在每個(gè)離子注入步驟后，可以跟隨有專用的加溫退火處理。在圖如中，再次示出了圖北中的示例性絕緣體上半導(dǎo)體襯底。在操作襯底401 上提供了半導(dǎo)體層410，在操作襯底401與半導(dǎo)體層410之間是掩埋電介質(zhì)層409。示出了操作襯底401中掩埋的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記403a、40;3b和摻雜區(qū)域40 至404d。在圖4b中，相應(yīng)的摻雜劑濃度分布被例示為實(shí)線411?？梢钥闯觯瑩诫s劑濃度的最大值(例如，柵區(qū))靠近操作襯底401與掩埋電介質(zhì)層409的界面。由于在鍵合之前執(zhí)行注入，因此半導(dǎo)體層410不受操作襯底中的高摻雜濃度的影響。在柵區(qū)下面，可以觀察具有較低摻雜劑濃度的第二區(qū)域(例如，阱區(qū))。為了比較，以虛線412示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型摻雜劑分布?？梢钥闯觯诟鶕?jù)現(xiàn)有技術(shù)的分布中，在半導(dǎo)體層410中也存在摻雜劑濃度。半導(dǎo)體層410中的這種非零濃度源于經(jīng)由頂部半導(dǎo)體層進(jìn)行注入和隨后的退火步驟導(dǎo)致的注入尾端。同時(shí)，與本發(fā)明方法能夠獲得的濃度相比，操作襯底401與掩埋電介質(zhì)層409之間的界面處的最大摻雜劑濃度減小。 在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)際示例。根據(jù)第一個(gè)示例，氬被用于形成操作襯底中的掩埋的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。用于離子注入步驟的能量介于50keV至250keV之間，并且劑量范圍為1 X IO14CnT2至5 X IO15CnT2。離子注入是通過(guò)犧牲氧化物執(zhí)行的，犧牲氧化物在注入了所有需要的注入劑后被去除。由于氬是廉價(jià)的且在工業(yè)注入機(jī)中可用，因此氬是特別有利的。根據(jù)第二個(gè)示例，氟被用于掩埋的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。能量范圍可以介于25keV至150keV 之間，并且劑量范圍為IX IO15CnT2至IX 1016cm_2。三氟化硼(BF3)氣體可用于獲得用于摻雜目的的原子硼。根據(jù)第三至第五個(gè)示例，氟、氖或氙可以被用于產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。希望保持與氬的情況相同水平和形態(tài)的結(jié)構(gòu)損害。例如，氟可以被以60keV和IX IO16CnT2的劑量注入，接著是一個(gè)小時(shí)的700°C的加溫退火步驟以及1100°C的峰值退火(spike anneal) 0在產(chǎn)生掩埋的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記之后，可以使用利用下述普適方法的離子注入來(lái)形成P阱和N阱。P阱例如硼注入和退火。ρ阱的形成僅使用一次單獨(dú)注入加上擴(kuò)散就可以實(shí)現(xiàn)。 但是如果有必要，可以使用高能量注入劑多劑量和注入能量，接著是退火步驟，從而形成P 阱區(qū)域。
N阱例如磷和/或砷，注入和退火。η阱的形成僅使用一次單獨(dú)注入加上擴(kuò)散就可以實(shí)現(xiàn)。但是如果有必要，可以使用高能量注入劑多劑量和注入能量，接著是退火步驟， 從而形成η阱區(qū)域。掩埋的柵可以利用下述普適方法形成。N柵砷或磷，接著是激活退火。P柵硼或銦，接著是激活退火。根據(jù)本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體襯底的示例性方法的可能的處理流程因而可以包含以下后續(xù)步驟1)在操作襯底上氧化或淀積屏蔽氧化物；2)注入和形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；3)注入深η阱(濃度為原子/cm_3至IOw原子/cm_3)，摻雜物質(zhì)例如是磷；4)退火；5)注入ρ阱(濃度為5 X IO16原子/cm—3至5 X IO18原子/cm-3)，摻雜物質(zhì)例如是硼；6)退火；7)注入N+柵，例如使用砷；8)退火；9)注入P+柵，例如使用硼；10)退火;11)剝離屏蔽氧化物；以及12)準(zhǔn)備與施主襯底鍵合。另選地，可以利用同一個(gè)掩模一起完成阱和相應(yīng)柵的注入。通過(guò)在鍵合之前在操作襯底內(nèi)部提供對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和摻雜劑區(qū)域，可以防止轉(zhuǎn)移層 310內(nèi)以及因而器件層內(nèi)的摻雜劑濃度尾端，并且如有必要可以調(diào)整摻雜劑分布。在上述實(shí)施方式和示例中，另選地，在操作襯底中可以僅提供對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。換言之， 可以略去操作襯底中的一個(gè)或更多摻雜區(qū)域的圖案。在影響轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體層和掩埋電介質(zhì)層的后續(xù)處理步驟中，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可以用于對(duì)準(zhǔn)的目的。通過(guò)在操作襯底中特別是在操作襯底內(nèi)部(即，在操作襯底表面之下)形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，表面保持基本不受影響，使得操作襯底的鍵合質(zhì)量?jī)?yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。盡管已經(jīng)分開地描述了本發(fā)明的上述實(shí)施方式和示例，但應(yīng)當(dāng)理解，上述特征中的一些或全部可以按照不同方式組合。所討論的實(shí)施方式并不旨在用作限制，而是用作說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)的示例。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體襯底、特別是絕緣體上半導(dǎo)體襯底的方法，該方法包括以下步驟a)提供施主襯底(205；305)和操作襯底(101 ；201 ；301 ；401)；b)在所述操作襯底(101；201 ；301 ；401)中、特別是在所述操作襯底(101 ；201 ；301 ； 401)內(nèi)部形成一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域(10 至104d ；304a至304d ；404a至404d)的圖案； 以及c)特別是通過(guò)鍵合將所述施主襯底O05；305)與所述操作襯底(101 ；201 ；301 ；401) 接合起來(lái)以獲得施主-操作混合物(308)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括在步驟a)和步驟b)之間執(zhí)行的步驟 d)，該步驟d)在所述操作襯底(101 ；201 ；301 ；401)中、特別是在所述操作襯底(101 ；201 ； 301 ；401)內(nèi)部形成一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(103a至103b ；303a至303b ；403a至403b)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(103a至10 ；303a 至303b ；403a至403b)通過(guò)離子注入形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(103a至10 ; 303a至30 ；403a至403b)包括非摻雜劑物質(zhì)，特別是包括氫、氦、氬、氟、氖和/或氙。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中一項(xiàng)所述的方法，其中，步驟d)包括加溫退火步驟。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中，步驟b)包括用于注入摻雜劑的至少一個(gè)離子注入步驟，所述摻雜劑特別是磷和/或砷和/或硼。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述至少一個(gè)離子注入步驟跟隨有退火步驟。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括在步驟a)和步驟b)之間執(zhí)行的步驟e)，該步驟e)在所述操作襯底(101 ；201 ；301 ；401)上形成屏蔽層(102)，所述屏蔽層特別是屏蔽氧化物。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括在步驟a)和步驟c)之間執(zhí)行的步驟f)以及在步驟c)之后執(zhí)行的步驟g)，所述步驟f)在所述施主襯底O05;305)內(nèi)部，在深度h處形成預(yù)定分裂區(qū)域007;307)，所述步驟g)從所述施主-操作混合物分離所述施主襯底O05 ；305)的剩余部分，其中，分離發(fā)生在所述預(yù)定分裂區(qū)域O07 ；307)處。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括在步驟a)和步驟c)之間執(zhí)行的步驟h)，該步驟h)在所述施主襯底Q05 ；305)上形成電介質(zhì)層O06 ；306)，所述電介質(zhì)層特別是氧化物層，或者該步驟h)特別是在所述施主襯底O05 ；305)上形成包括至少一個(gè)電介質(zhì)層的疊層的組合，其中，所述電介質(zhì)層O06;306)的厚度小于200nm，特別是小于 IOOnm0
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域(10 至 104d ；304a至304d ；404a至404d)的圖案包括一條或更多條線和/或一個(gè)或更多個(gè)島。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域(10 至 104d ；304a至304d ；404a至404d)的圖案包括至少一個(gè)阱區(qū)和/或至少一個(gè)背柵。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述至少一個(gè)阱區(qū)和所述至少一個(gè)背柵是利用同一個(gè)掩模形成的。
14.一種制造半導(dǎo)體襯底、特別是絕緣體上半導(dǎo)體襯底的方法，該方法包括以下步驟a)提供施主襯底和操作襯底；b)在所述操作襯底中、特別是在所述操作襯底內(nèi)部形成一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；以及c)特別是通過(guò)鍵合將所述施主襯底與所述操作襯底接合起來(lái)以獲得施主-操作混合物。
15.一種半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括施主-操作混合物(308)，所述施主-操作混合物(308)具有位于操作襯底(101 ；201 ；301 ；401)中的一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(103a至 103b ；303a至303b ；403a至403b)和/或一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域(104a至104d ；304a至 304d ;404a 至 404d)的圖案。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底還包括在施主襯底O05;305) 內(nèi)部深度h處的預(yù)定分裂區(qū)域Q07 ；307)。
17.—種絕緣體上半導(dǎo)體襯底，該絕緣體上半導(dǎo)體襯底包括襯底層(301 ；401)；半導(dǎo)體層(310 ；410)；以及位于所述襯底層(301 ；401)與所述半導(dǎo)體層(310 ；410)之間的電介質(zhì)層(309 ；409)，所述電介質(zhì)層(309 ；409)特別是氧化物層，其中，所述襯底層(301 ；401) 包括一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(303a至30 ；403a至403b)和/或一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域 (304a 至 304d ；404a 至 404d)的圖案。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的絕緣體上半導(dǎo)體襯底，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域 (304a至304d ；404a至404d)的圖案不延伸到所述半導(dǎo)體層(310 ；410)和/或所述電介質(zhì)層(309 ；409)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造半導(dǎo)體襯底的方法，特別是用于制造絕緣體上半導(dǎo)體襯底的方法，該方法包括以下步驟a)提供施主襯底和操作襯底；b)在操作襯底中、特別是在操作襯底內(nèi)部形成一個(gè)或更多個(gè)摻雜區(qū)域的圖案；以及c)特別地通過(guò)鍵合將施主襯底與操作襯底接合起來(lái)以獲得施主-操作混合物。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102214594SQ20111008259
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者卡洛斯·馬祖拉, 康斯坦丁·布德爾, 比什-因·阮, 理查德·費(fèi)朗 申請(qǐng)人:硅絕緣體技術(shù)有限公司