[发明专利]制造半导体薄膜的堆叠的方法

说明书

背景技术

在制造包括位于半导体材料薄膜和最终衬底之间的埋入氧化物薄膜(小于1μm)的SOI型结构的领域中，在氧化物层尺寸减小过程中，氧化物层所出现的一个主要的问题在于键合界面处形成缺陷。

这些缺陷的存在对于最终的半导体结构而言可能是致命的。这些缺陷中有一些是在温度退火过程中出现的氢鼓泡(S.Mack等人，Journal of Electrochemical Society.Vol.144，p.1106，1997)。

在分子键合过程中被带到键合界面的水分子与两个衬底中的任一个的半导体材料接触时将会与衬底的材料反应并产生氢或与半导体材料有关的任何其他反应残余物种类。在高于400℃的温度的退火过程中，成键氢(bonded hydrogen)解吸(desorb)并变成气体。随着温度的上升，压强增大并且会形成鼓泡。在下文中，水与可能形成鼓泡的衬底之一之间的反应残余物被统称为“氢”，但也可能涉及其他的气体。

当埋入氧化物层和位于埋入氧化物层的任一侧的衬底具有较大的厚度时，鼓泡的形成对于SOI型结构的质量而言不是非常危险的。另一方面，这些缺陷的形成对于具有例如薄于50nm或25nm或15nm的超薄埋入氧化物(BOX)的UTBOX(Ultra Thin Buried Oxide，超薄埋入氧化物)型结构的形成是真正危险的。

图4中图解了这一问题，其中显示了三组样品的SOI型结构的缺陷测量(Y轴)作为被称为“BOX”的氧化物层厚度(X轴)的函数。曲线A中的测量群体涉及根据现有技术的方法，另外两个群体(曲线B和曲线C)涉及根据本发明的方法。将在下文中参考本发明的描述来解释曲线B和曲线C。

参考曲线A的数据，“BOX”氧化物厚度为50nm的样品比埋入氧化物厚度接近140nm的样品的缺陷稍稍多一些。当该厚度进一步减小时，在接近15nm时，缺陷密度变得非常高。这表明对于30nm或更低数量级的氧化物厚度而言，根据现有技术的已知方法来制造UTBOX结构是非常困难的。

一种用来解决该问题的方案是在严格高于400℃的温度T下不进行任何处理。

但该方案阻碍了必须发生在高于400℃、一般为大约700℃到1300℃的温度的键合界面的固结。此外，该方法限制了所获得的器件的工业使用过程中所允许的处理类型，因此也限制了这种UTBOX器件的应用。

因此要寻求一种用于克服该问题的方法。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，即改善UTBOX型结构组装之后的缺陷，特别是与鼓泡型缺陷的形成有关的缺陷。

为了实现该目的，本发明提出从与水反应形成诸如氢的气体反应产物的衬底材料上移除键合界面处出现的水的层。这是通过下面的方式实现的：键合之前在每个键合衬底上形成具有阻挡水扩散或者限制该扩散的特性的绝缘体材料层，这些绝缘体层位于键合界面处，然后形成埋入绝缘体层。在具有基于SiO₂的埋入氧化物的UTBOX结构的情况下，该埋入绝缘体层就相当于埋入氧化物层。

更具体而言，本发明首先涉及一种用于制造堆叠的UTBOX型半导体结构的方法，所述方法包括：

a)在施主衬底上形成对水的扩散形成阻挡或者能够限制该扩散的被称为施主氧化物的第一电绝缘体层，

b)在形成所述施主氧化物层之前或之后，向所述施主衬底中引入元素，形成弱化层，

c)在被称为最终衬底的第二衬底上形成对水的扩散形成阻挡或者能够限制该扩散的被称为键合氧化物的第二电绝缘体层；

d)键合两个衬底，使两个电绝缘体层相接触并且一起形成两个衬底之间的被称为埋入氧化物层的埋入绝缘体层，所述绝缘体层使得在键合过程中，所述施主氧化物层的厚度至少等于所述键合氧化物层的厚度，

键合之后，所述埋入绝缘体层的厚度(e_t)小于50nm，有利地小于20nm，优选地小于15nm或12nm。

在根据本发明的方法中，所述绝缘体层是由对水的扩散形成阻挡或者限制该扩散的材料制成的。在本发明的范围内，这种命名方式(denomination)表示除了离子注入步骤给所述施主氧化物层带来的劣化之外，不存在可能会使对这些绝缘体层的水的扩散的阻挡性能变差的处理。

绝缘体优选地是电介质或者是类似电介质的绝缘体，其可以是氮化物层或者可以有利地是氧化物层，例如二氧化硅。在接下来的描述中将采用氧化物层的示例。