[发明专利]处理绝缘体上硅晶片的方法

说明书

背景技术

一般地，由随后被切割成分立晶片的单晶锭（例如，硅锭）制备半导体晶片。这里将参考由硅建造的半导体晶片，还可以使用其它材料，例如锗或砷化镓。

晶片的一种类型是绝缘体上硅（SOI）晶片。SOI晶片包括依次设置在硅衬底上的绝缘层（即，氧化物层）顶部的薄硅层。绝缘体上硅晶片是绝缘体上硅结构的一种类型。

一种制造SOI晶片的工艺的实例包括，在供体晶片（donor wafer）抛光的前表面上沉积氧化物层。在供体晶片的前表面下的特定深度处注入粒子（例如，氢原子或者氢和氦原子的组合）。注入的粒子在供体晶片中粒子被注入的特定深度处形成裂开面（cleave plane）。洁净供体晶片的表面以移除在注入工艺期间沉积在晶片上的材料。

然后供体晶片的前表面被接合在处理晶片（handle wafer）上以形成接合晶片。通过将晶片的表面暴露于包含例如氧气或氮气的等离子体将供体晶片和处理晶片接合在一起。在通常称作表面激活的工艺中，暴露到等离子体来修改表面结构。然后将晶片压在一起并且在其间形成键。此键相对较弱，在进一步的处理前必须进行强化。

在一些工艺中，通过以在约300℃和500℃之间的温度加热或退火接合晶片对，强化在供体晶片和处理晶片（及，处理晶片）之间的接合。温度的升高引起供体晶片和处理晶片的接合表面之间形成共价键，从而固化供体晶片和处理晶片之间的接合。加热或退火被接合的晶片的同时，先前注入到供体晶片的粒子弱化裂开面。然后，沿裂开面从接合晶片分离供体晶片的一部分（即，裂开）以形成SOI晶片。

首先将接合晶片放入向处理晶片的相对侧垂直施加机械力的夹具中，以便从接合晶片拉出供体晶片的一部分。根据一些方法，通常用吸盘施加机械力。通过在裂开面处的接合晶片的边缘施加机械楔子，启动供体晶片的一部分的分离，以便沿裂开面引入开裂的传播。通过吸盘施加机械力，然后从接合晶片拉出供体晶片的一部分，从而形成SOI晶片。根据其它方法，被接合的对禁受一时长内的升高的温度，以从被接合的晶片分离供体晶片的一部分。暴露于升高的温度引起开裂沿裂开面的引入和生长，因此分离供体晶片的一部分。

最终的SOI晶片包括设置在氧化物层顶部的薄硅层（解理后供体晶片剩余的部分）和处理晶片。薄硅层的裂开面具有不适合最终使用应用的粗糙表面。对表面的损坏可能是粒子注入和硅的晶体结构中的最终位错的结果。因此，要求另外的工艺平滑裂开表面。

为了平滑并且减硅的表面层（即，裂开表面），先前的工艺使用高温气体蚀刻（即，外延平滑（外延平滑））或者在表面层上沉积薄硅层（即，外延沉积（外延沉积））。在这些先前的方法中，在反应受输运限制（即，反应速率受新反应物的可获量（availability）限制）的温度下进行蚀刻或沉积。这些受输运限制的反应导致在硅的表面层边缘处的厚度的变化（例如，在厚度分布的大的梯度）。需要进一步处理来消除先前的工艺引起的厚度变化。减少在表面层的边缘处的厚度变化的先前尝试包括从处理晶片剥离暴露的氧化物层。然而，从处理晶片剥离氧化物层费时并且成本高并且因为氧化物层未暴露的部分引起的剩余应力，经常导致晶片明显的弯曲或者翘曲。

因此，对于解决现有处理操作的缺点并且适合用于接合晶片工艺操作的晶片表面处理方法仍存在为实现的需求。

发明内容

一个方面是一种用于处理绝缘体上硅结构的方法，所述绝缘体上硅结构包括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片和所述硅层之间的介质层。所述硅层具有限定所述结构的外表面的裂开表面，所述方法包括将所述结构插入反应器中。然后蚀刻所述晶片的所述裂开表面，同时控制所述反应器的温度以便所述蚀刻反应受动力学限制。然后，在所述晶片上沉积外延层，同时控制所述反应器的温度以便在所述裂开表面上的沉积速率受动力学限制。

另一个方面是一种用于处理绝缘体上硅结构的方法，所述绝缘体上硅结构包括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片和所述硅层之间的介质层。所述硅层具有限定所述结构的外表面的裂开表面。所述方法包括将所述结构插入反应器中。设定所述反应器的温度以便所述裂开面的蚀刻速率受动力学限制。然后，启动进入所述反应器的气体蚀刻剂气体的流动，并且蚀刻所述裂开表面。

另一个方面是一种用于处理绝缘体上硅结构的方法，所述绝缘体上硅结构包括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片和所述硅层之间的介质层，所述硅层具有限定所述结构的外表面的裂开表面，所述方法包括将所述结构插入反应器中。设定所述反应器的温度以便所述裂开面上的硅的沉积速率将受动力学限制。然后，启动进入所述反应器的沉积气体的流动并且在所述结构的所述裂开表面上沉积硅。