[发明专利]用于提供纳米级、高度选择性和热弹性碳蚀刻终止的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及集成电路(IC)的制造方法。更特定来说，本发明是IC中的高度选择性碳蚀刻终止的制造方法，其中所述蚀刻终止即使在经受高温时也几乎不扩散到周围半导体层内。

背景技术

已出现若干种材料系统作为将摩尔定律(Moore′s law)广泛推进未来十年的关键推动因素。这些关键推动因素包括(1)绝缘体上硅(SOI)；(2)硅锗(SiGe)；以及(3)应变硅。就SOI和相关技术来说，存在很多与绝缘衬底相关联的优点。这些优点包括寄生电容减少、电隔离改进和短沟道效应减少。可将SOI的优点与由Si_1-xGe_x和应变硅装置所提供的能带隙和载流子迁移率改进组合。

SOI衬底一般包括位于绝缘体上的硅薄层。集成电路组件形成在所述硅薄层中和上。绝缘体可包含例如二氧化硅(SiO₂)、蓝宝石或其它各种绝缘材料的绝缘体。

目前，可采用若干技术来制造SOI衬底。一种用于制造SOI衬底的技术是植入氧分离(SIMOX)技术。在SIMOX工艺中，将氧植入在硅晶片表面下方。随后的退火步骤产生使用硅上覆层埋入的二氧化硅层。然而，由于SIMOX工艺中植入所需的时间很长，且因此成本极高。而且，通过SIMOX形成的SOI衬底可能易遭受表面损坏和污染。

另一种技术是结合和回蚀SOI(BESOI)技术，其中首先将经氧化的晶片扩散结合到未氧化晶片。参考图1A，硅装置晶片100和硅处置晶片150构成用于形成BESOI晶片的主要组件。硅装置晶片100包括：第一硅层101，其将充当装置层；蚀刻终止层103；以及第二硅层105。蚀刻终止层103通常包含碳。硅处置晶片150包括下部二氧化硅层107A、硅衬底层109和上部二氧化硅层107B。下部二氧化硅层107A和上部二氧化硅层107B通常由热生长氧化物同时形成。

在图1B中，使硅装置晶片100与硅处置晶片150实现物理接触且彼此结合。初始结合工艺之后是热退火，因此加强结合。结合对中的硅装置晶片100经薄化。起初，通过机械研磨和抛光将第二硅层105的大部分移除，直到仅剩余数十微米(即“microns”或μm)为止。高选择性湿式或干式化学蚀刻移除第二硅层105的剩余部分，从而终止于蚀刻终止层103。(下文中详细论述选择性)。第二硅层105蚀刻过程的最后结果描绘于图1C中。

在蚀刻过程期间，硅处置晶片150由所涂布的掩模层(未图示)保护。在图1D中，已使用另一种高选择性蚀刻剂移除蚀刻终止层103。作为这些过程的结果，将充当装置层的第一硅层101转移到硅处置晶片150。硅衬底层109的背面经研磨、抛光和蚀刻以实现所要总厚度。

为确保BESOI衬底对于后续制造步骤来说足够薄且满足当今对不断减小的物理尺寸和重量限制的要求，在层转移期间，BESOI需要蚀刻终止层103。目前，存在两种主要的层转移技术：1)选择性化学蚀刻和2)将植入氢的层从装置层剥离(氢植入和分离工艺)。两种技术均已证明能够满足高级半导体处理的要求。

在氢植入和分离工艺中，将氢(H₂)植入具有热生长的二氧化硅层的硅中。所植入的H₂使下伏于二氧化硅层的硅衬底脆化。植入H₂的晶片可与具有二氧化硅上覆层的第二硅晶片结合。可通过适当退火在氢植入的峰值位置横跨所述晶片切除所结合的晶片。

相对来说，所述BESOI工艺没有SIMOX工艺中所固有的离子植入损害。然而，BESOI工艺需要研磨、抛光和化学蚀刻的耗时序列。

当今的蚀刻终止

如上所述，BESOI工艺是在绝缘体衬底上建置硅的面向制造的技术且部分依赖于化学蚀刻。

由平均蚀刻选择性S描述蚀刻终止性能，平均蚀刻选择性S定义硅与蚀刻终止层的蚀刻速

其中R_si为硅的蚀刻速率且R_es为蚀刻终止的蚀刻速率。因此，S＝1的选择性值涉及无蚀刻选择性的情形。