[发明专利]使位于电绝缘材料表面上的半导体层的厚度降低和均匀化的方法

说明书

本发明涉及一种方法，所述方法用于通过局部改变的材料腐蚀的刻蚀处理使半导体变薄和平坦化。

技术相关半导体层的实例为SOI晶片的功能层(SOI＝绝缘体上的半导体或绝缘体上的硅)。SOI晶片包括半导体层例如硅层作为其功能层，所述半导体层位于基础晶片(或操作晶片)的一个表面上。所述半导体层的厚度随着待处理的元件的功能而变化。通常所谓的薄膜(少于100nm厚)和所谓的厚膜(100nm-约80μm)是有区别的。或者基础晶片可以全部由电绝缘材料(例如玻璃、石英、蓝宝石)构成或者其可以例如由半导体材料，优选硅构成，并且仅通过电绝缘层与半导体层隔离。所述电绝缘层可以由，例如，氧化硅构成。

SOI晶片的半导体层必须具有均匀的厚度直到最边缘区域。特别在半导体层厚度为100nm或更少的情况下，晶体管的性质，例如阈电压，在层厚度不均匀的情况下发生很大变化。含有薄半导体层和厚半导体层的SOI晶片的绝对厚度容限依赖于层厚度。

为了能集成尽可能多的电路，必需的层厚度均匀性还必须确保到前侧的边缘附近。反过来，这也就意味着非常小的边界除外。术语SOI晶片的前侧指承载功能层那一侧，随后在该侧上或该侧内制造电子元件。

所有已知的生产SOI晶片的方法都试图直接调节半导体层的充分均匀性，尽管由于严格要求，可能需要对SOI晶片的成品或半成品进行后处理以进一步改进厚度均匀性。

旨在改进厚度均匀性的用于SOI晶片后处理的多种方法是现有技术中公知的。这些方法中许多都包括全面扫描SOI晶片的同时局部刻蚀方法，在较高层厚度的位置提供较大的刻蚀腐蚀：依据US2004/0063329A1，在干法刻蚀中，SOI晶片的表面用喷嘴扫描，通过所述喷嘴气体蚀刻剂被局部输送。在EP488642A2和EP511777A1描述的方法中，SOI晶片的半导体层的整个表面范围暴露于蚀刻剂。然而，当扫描表面时，此类刻蚀剂必须通过通过光学系统聚焦的激光束或由光源发出的光束局部激活(光化学刻蚀)。

为了达到局部不同的刻蚀腐蚀，所有需要扫描半导体层表面的方法都是非常耗时的，并因此是非常昂贵的。而且，一方面，扫描需要光源或喷嘴复杂的移动，或者另一方面，需要SOI晶片复杂的移动。

此外，层厚度额外的不均匀性特别出现在层的边缘区域，也就是离晶片边缘到5mm的区域内，以及在扫描期间发生重叠的区域。对于520nm的层厚度，依据EP488642A2，不限定边缘除外获得10nm的层厚度均匀性能。依据EP511777A1，对于108nm的层厚度，不限定边缘除外获得8nm的层厚度均匀性。

DE102004054566A1公开了一种使半导体层平坦化的方法，其中，在根据位置测量半导体层厚度后，曝光晶片的全部表面的同时刻蚀SOI晶片。刻蚀处理的腐蚀率取决于半导体晶片表面的光强度，而根据位置设置光强度以通过位置相关的腐蚀率减小在先根据位置测量的层厚度的不同。此方法非常有效地校正半导体层局部厚度的不同，但是它需要额外增加成本的费用：在刻蚀之前的厚度测量，用于曝光的掩模的生产以及曝光装置。

JP09-008258A公开了一种方法，其中刻蚀SOI晶片的硅层，同时曝光全部表面，其厚度被均匀化。该过程是自调节的，因为刻蚀率依赖于由光产生的空穴(也就是缺电子，也就是说正电荷载体)的数量，因此依赖于照射量，并因此依赖于整个绝缘层上局部硅层厚度。在硅层的特别的剩余厚度以下，由光产生的电荷载体数量不再充足，变薄停止。因为硅层中光的吸收还依赖于光的波长，此方法另外使调整硅层不同的剩余厚度成为可能。因此，此方法不需要根据位置对光强度的任何外部调节，或刻蚀前任何的厚度测量，并且不需要掩模，不过刻蚀装置仍必须以的方式来建造以使光能照射入。

因此，本发明的目的是使SOI晶片的半导体层均匀化，而不需复杂的辅助设备如照明装置。

此目的可以通过使位于电绝缘材料表面上的半导体层的厚度降低和均匀化的方法来实现，其中将所述半导体层的表面暴露于刻蚀剂的作用下，刻蚀剂的氧化还原电位作为所述材料和半导体层期望最终厚度的函数来调节，以便随着半导体层的厚度降低，半导体层表面上每单位时间由刻蚀剂进行的材料腐蚀变小，当达到期望厚度时，仅仅为每秒0-10％厚度，并且其中在没有光的作用或外部电压的施加下来实施该方法。