通過(guò)熱處理使表面平滑化的工藝的制作方法
【專利摘要】用于平滑化由半導(dǎo)體合金制造的第一基板(3)的粗糙表面(4)的工藝，該合金基于選自Ga、As、Al、In、P和N的至少兩種元素，其通過(guò)放置第二基板(6)面對(duì)第一基板(3)使得粗糙表面(4)放置為面對(duì)第二基板(6)的表面而實(shí)現(xiàn)。第一基板(3)和第二基板(6)分開(kāi)至少10μm的距離d，兩個(gè)基板(3、6)的面對(duì)部分限定限制空間(5)。第一基板(3)然后被加熱以部分地解吸所述合金的一種元素，在限制空間(5)中達(dá)到該元素的飽和蒸氣壓，并且獲得足以降低粗糙表面(4)的粗糙度的表面原子遷移率。
【專利說(shuō)明】通過(guò)熱處理使表面平滑化的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用熱處理對(duì)第一基板的粗糙表面平滑化的工藝，該第一基板在該表面包括基于選自Ga、As、Al、In、P和N的至少兩種元素的半導(dǎo)體合金。
【背景技術(shù)】
[0002]由半導(dǎo)體材料制造的基板通常通過(guò)對(duì)由相同半導(dǎo)體材料制造的錠切片獲得。切片工藝產(chǎn)生具有粗糙表面并且包括諸如晶格中的位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)缺陷的基板。也存在包含半導(dǎo)體材料的薄膜轉(zhuǎn)移的技術(shù)，稱為Smart Cut?。該技術(shù)通常包括三個(gè)步驟:第一步驟，離子注入氫和/或稀有氣體以在初始基板中產(chǎn)生弱化的埋設(shè)層；第二步驟，固定初始基板與接收器基板(或者加強(qiáng)器)；第三步驟，熱處理以在弱化區(qū)域的位置獲得剝離。通過(guò)施加機(jī)械力可有助于此弱化步驟。分裂后獲得的表面，特別是在轉(zhuǎn)移鎵砷合金(GaAs)或銦磷合金(InP)的薄層的情況下，存在大的粗糙度，與目標(biāo)應(yīng)用不兼容。
[0003]在切片工藝后以及在Smart Cut?工藝后，必需在使用(特別是用于制造微電子裝置)前降低基板的表面粗糙度。表面粗糙度通常由原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscopy,縮寫(xiě)為AFM)評(píng)估。此裝置能測(cè)量RMS (均方根)粗糙度，其對(duì)應(yīng)于粗糙度的均方差(mean quadratic deviation)。在幾個(gè)μ m2的掃描表面上，RMS粗糙度量化粗糙度峰和谷的高度作為相對(duì)于平均高度的均值。除非另有說(shuō)明，下面提供的粗糙度值為通過(guò)AFM在5 μ m χ5 μ m的掃描表面測(cè)量的RMS。
[0004]為了降低半導(dǎo)體材料基板的表面粗糙度，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是微電子領(lǐng)域中最廣泛采用的方案之一。然而，該方案是冗繁的，并且對(duì)于非常粗糙的表面需要相對(duì)長(zhǎng)的實(shí)施時(shí)間。為了降低基板的粗糙度，也可實(shí)施采用熱平滑化的可替換方案。此方案包括在高溫下執(zhí)行基板的熱處理。該熱處理能使表面原子被給予一遷移率，這能使表面能量減小而降低粗糙度。此方案主要用于硅基板。然而，此熱平滑化技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體合金基板(例如由GaAs或由InP制造的基板的調(diào)換)尚且難以實(shí)現(xiàn)。
[0005]實(shí)際上，當(dāng)在高溫下執(zhí)行熱處理時(shí)，對(duì)于GaAs和InP典型地在500°C以上，這些半導(dǎo)體合金可以分解。這一現(xiàn)象可通過(guò)在特定的氣氛中執(zhí)行熱處理而避免。Smith等人在標(biāo)題為“Surface topography changes during the growth of GaAs by molecular beam epitaxy，，，Applied Physics Letters, 59(25), (1991)的文章中，例如描述了在包含砷的氣氛中米用熱處理以改善GaAs基板的粗糙度。然而，這種類型的熱處理要求處理危險(xiǎn)氣體，例如砷(AsH3)，并且意味著必須建立昂貴的特定設(shè)備。
[0006]法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R 2867307還描述了在通過(guò)Smart Cut?工藝獲得分裂步驟后執(zhí)行特定熱處理以加熱晶體結(jié)構(gòu)。此工藝應(yīng)用于所有的半導(dǎo)體材料，特別是基于硅鍺合金(SiGe)的半導(dǎo)體。此熱處理也具有平滑化分裂后獲得表面的效果盡管表面仍處于接觸中。在執(zhí)行該熱處理時(shí)必須預(yù)防接觸，特別是在熱預(yù)算(熱處理時(shí)間和溫度耦合)方面，從而防止接觸的兩個(gè)表面以不可逆的方式彼此再接合。此外，由于表面在分裂后仍保持接觸，劃痕可能呈現(xiàn)在表面上。實(shí)際上，劃痕可能源自面對(duì)的表面之間發(fā)生分裂時(shí)出現(xiàn)的材料的峰或粒子的存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在某些微納米【技術(shù)領(lǐng)域】中，需要提供基板，該基板至少在表面上呈現(xiàn)基于選自Ga、As、Al、In、P和N的至少兩種元素的半導(dǎo)體合金，具有根據(jù)工藝獲得的平滑表面，該工藝容易實(shí)施、不昂貴且避免采用危險(xiǎn)氣體。
[0008]此需求傾向于通過(guò)提供一種方法而滿足，該方法用于平滑化半導(dǎo)體合金制造的第一基板的粗糙表面，半導(dǎo)體合金基于選自Ga、As、Al、In、P和N的至少兩種兀素,其中第二基板放置為面對(duì)第一基板使得第一基板的粗糙表面面對(duì)第二基板的表面。兩個(gè)基板分開(kāi)的距離d至少等于10 μ m，第一和第二基板的面對(duì)部分因此限定限制空間。所述平滑化方法還包括第一基板的加熱步驟，從而部分地解吸所述合金的一種元素并在限制空間中達(dá)到此元素的飽和蒸氣壓，并且獲得足以降低粗糙表面的粗糙度的表面原子遷移率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]其它的優(yōu)點(diǎn)和特征從下面本發(fā)明特定實(shí)施例的描述將變得更加清楚明顯，本發(fā)明的具體實(shí)施例僅以非限制性示例的目的給出且表示在附圖中，其中:
[0010]圖1示意性地示出了通過(guò)接近帽的基板熱處理方法的實(shí)施例的截面圖；
[0011]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明用于平滑化基板的粗糙表面的工藝的第一實(shí)施例的截面圖；
[0012]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明用于平滑化基板的粗糙表面的工藝的第二實(shí)施例的截面圖；
[0013]圖4和5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明用于平滑化基板的粗糙表面的工藝的第二實(shí)施例的變型的截面圖；
[0014]圖6A至6C示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明用于平滑化基板的粗糙表面的工藝的實(shí)施例中所用的舟的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]用于制造基板的可靠、實(shí)用和不昂貴的方法，該基板包括半導(dǎo)體合金，具有至少一個(gè)沒(méi)有結(jié)構(gòu)缺陷的平滑表面，該合金基于選自Ga、As、Al、In、P和N的至少兩種元素，該方法包括采用利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和氣氛在要處理的表面位置通過(guò)局部產(chǎn)生防止該合金的大分解的氣氛的熱處理平滑化。
[0016]為了活化摻雜劑或者為了改善由半導(dǎo)體合金(例如由GaAs或InP)制造的基板的電特性，已經(jīng)提出了通過(guò)彼此疊置(on top of one another)兩個(gè)基板而進(jìn)行熱處理。此方案，稱為接近帽，此方案在執(zhí)行這些特定的熱處理時(shí)使由半導(dǎo)體合金制造的基板的分解現(xiàn)象能得到限制。
[0017]如圖1所示，接近法包括在基板I的有用表面S1上放置保護(hù)基板2以及熱處理以這樣方式保護(hù)的基板I。保護(hù)基板2選擇為在有用表面S1附近與基板I產(chǎn)生局部氣氛，在執(zhí)行熱處理時(shí)，該局部氣氛限制半導(dǎo)體合金的分解。例如，當(dāng)基板I和2由GaAs制造時(shí),在執(zhí)行熱處理時(shí)，砷飽和的局部氣氛產(chǎn)生在放置為接觸的兩個(gè)基板I和2之間。該局部氣氛由放置為接觸的基板I和2的各自表面上的GaAs的少量臨時(shí)分解而產(chǎn)生。在執(zhí)行熱處理時(shí)，具有砷的局部氣氛的飽和度因此防止由GaAs制造的基板I的有用表面S1分解。
[0018]現(xiàn)有技術(shù)為了活化摻雜劑或者改善電特性的熱處理以有限的熱處理預(yù)算(典型地為在650°C下10分鐘，或者在700°C下I分鐘，或者在1000°C下20秒)在平滑表面上執(zhí)行。在粗糙度上沒(méi)有觀察到效果。
[0019]接近帽方法變換到表面處理領(lǐng)域，特別是變換到對(duì)半導(dǎo)體合金制造的基板的平滑化，是不合適的，因?yàn)闊崞交蟠鬅犷A(yù)算的熱處理。但是，如果施加高溫度，這種類型的熱處理可能導(dǎo)致接近帽方法中彼此疊置的兩個(gè)基板的粘合。為了避免接合的問(wèn)題，如下面的示例中詳細(xì)描述的，平滑化熱處理期間，包括要被平滑化的表面的基板可與另一基板分離非零距離d。
[0020]根據(jù)圖2所示的具體實(shí)施例，用于平滑化第一基板3的粗糙表面4的方法采用第二基板6。所述粗糙表面4由半導(dǎo)體合金制造,該半導(dǎo)體合金基于選自Ga、As、Al、In、P和N的至少兩種元素。優(yōu)選地，所述合金是II1-V型半導(dǎo)體合金。粗糙表面4的合金也可為摻雜的半導(dǎo)體合金。例如，半導(dǎo)體合金可由選自S1、Ge、Cr、Fe、S、Sn和Zn的元素?fù)诫s,具有小于千分之一的原子比例。
[0021]第二基板6放置為面對(duì)第一基板3，兩個(gè)基板分離的距離d至少等于10 μ m,使得在執(zhí)行熱處理時(shí)限定限制空間的兩個(gè)面對(duì)表面不能彼此粘合。形成兩個(gè)面對(duì)基板3和6的兩個(gè)表面的兩個(gè)材料不直接接觸。有利地，第一基板3和第二基板6不接觸。換言之，沒(méi)有第二基板6的要素或部分與第一基板3的要素或部分接觸。第二基板6還以這樣的方式設(shè)置:粗糙表面4與第二基板6的表面分開(kāi)距離d，其至少等于10 μ m。第一和第二基板3和6的面對(duì)部分因此限定限制空間5。有利地，限制空間5是開(kāi)放空間，其防止兩個(gè)基板之間的任何過(guò)壓?jiǎn)栴}，從而避免基板的弱化。粗糙表面是指在存在粗糙且在所述表面使用前需要處理以降低其粗糙的表面。粗糙表面典型地具有大于5nm RMS的測(cè)量粗糙度。
[0022]粗糙表面4和基板6的表面分開(kāi)的距離至少等于10 μ m實(shí)際上是指對(duì)于該粗糙表面4的任何I μ m χ? μ m樣品,此樣品的中平面(mid-plane)和面對(duì)的第二基板6的表面的Ium χ? μ m樣品的中平面之間的距離為至少10 μ m，樣品上的中平面由其相對(duì)于任意參考平面的根據(jù)公式的高度Zm限定:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種第一基板(3)的粗糙表面(4)的平滑化工藝，包括如下步驟: 提供該第一基板(3)，該第一基板(3)具有該粗糙表面(4)，由半導(dǎo)體合金制造，該半導(dǎo)體合金基于選自Ga、As、Al、In、P和N的至少兩種元素； 放置第二基板(6)，第二基板(6)具有面對(duì)該第一基板(3)的該粗糙表面(4)的表面，該兩個(gè)基板(3和6)分離的距離d至少等于10 μ m，該兩個(gè)基板(3、6)的面對(duì)部分限定限制空間(5)； 加熱該第一基板(3)，以部分地解吸該半導(dǎo)體合金的該元素之一并且在該限制空間(5)中達(dá)到該元素的飽和蒸氣壓，并且獲得足以降低該粗糙表面(4)的粗糙度的表面原子遷移率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平滑化工藝，其特征在于該分離距離d小于2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的平滑化工藝，其特征在于該合金是鎵砷合金且在高于或等于700°C的溫度下執(zhí)行加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的平滑化工藝，其特征在于該合金是銦磷合金且在高于或等于600°C的溫度下執(zhí)行加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的平滑化工藝，其特征在于該第二基板(6)的該表面包括基于選自Ga、As、Al、In、P和N的至少兩種兀素的半導(dǎo)體合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求 5所述的平滑化工藝，其特征在于該第二基板(6)的該表面是粗糙的，并且同時(shí)執(zhí)行該粗糙表面(4)的平滑化和該第二基板(6)的該表面的平滑化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平滑化工藝，其特征在于該第二基板(6)的該表面的合金與該第一基板(3)的該粗糙表面(4)的合金相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的平滑化工藝，其特征在于該粗糙表面(4)由至少一個(gè)楔形物與該第二基板(6)的該表面分離，該至少一個(gè)楔形物的厚度至少等于該分離距離d。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平滑化工藝，其特征在于該工藝包括如下步驟: 提供支撐體(7)，該支撐體(7)包括位于該支撐體(7)內(nèi)的弱化區(qū)域(8)； 在該弱化區(qū)域的位置分離該支撐體以形成該第一和第二基板(3、6)，該第一基板(3)的該粗糙表面(4)和該第二基板(6)的該表面由該弱化區(qū)域(8)形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的平滑化工藝，其特征在于該弱化區(qū)域(8)通過(guò)注入氫和/或稀有氣體而獲得，并且分離包括熱處理步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的平滑化工藝，其特征在于該第一和第二基板(3、6)通過(guò)設(shè)置在所述基板(3、6)的外圍附近的楔形物分離。
【文檔編號(hào)】H01L21/324GK104011840SQ201280065068
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月27日
【發(fā)明者】T.朱安諾, Y.伯古米羅維茨 申請(qǐng)人:原子能和代替能源委員會(huì)