[发明专利]用于使有源层的初始应变状态改变为最终应变状态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使被称为有源层的层的初始应变状态改变为最终应变状态的方法，并且涉及一种用于使有源层的初始应变状态改变为最终应变状态的结构。

背景技术

表述“有源层”理解为表示这样一种层(或多个子层)，将会在该层上或该层中制造元件，尤其是在微电子、光学、光电子、压电甚至自旋电子学领域中应用的元件。

表述“应变状态”理解为表示由在有用层的变形部分之间的内部应力所导致的应变，内部应力可能为拉伸或压缩应力。当内部应力为零或几乎为零时，“松弛状态”在口语上指定对应的应变状态。

由半导体制成的有源层处于(拉伸或压缩)应变状态下，尤其是为了改变有源层的电子能带结构。这样具有改变有源层的电子传输特性或有源层的电磁特性的效果。从电子的角度来看，可以改进载流子迁移率。从电磁的角度来看，应变状态的改变导致价带和导带的改变，并且可能导致半导体和绝缘体的(直接或间接的)带隙的改变。

为了改进元件性能，需要具有高应变水平的有源层，这意味着有源层必须能够经受大幅的变形(或换句话说，大幅的相对延伸)。因此，更确切地说，需要获得能够变形超过0.75％，甚至超过1％而不产生缺陷的有源层。

标题为“Fabricating Strained Silicon Substrates Using Mechanical Deformation during Wafer Bonding(在晶圆键合期间应用机械变形来制造应变硅衬底)”的文献(K.T.Turner，ECS学报，16(8)321-328(2008)，下面用D1表示)公开了(特别地参见图2)用于使有源层的初始应变状态改变为最终应变状态的方法，所述方法包括这样的步骤：a)提供第一衬底，其包括在初始应变状态中的有源层，有源层由具有表示为E₁的杨氏模量的第一材料制成，有源层具有表示为h₁的厚度；b)提供第二衬底，其由具有表示为E₂的杨氏模量的第二材料制成，第二衬底具有表示为h₂的厚度，第二衬底具有静态的初始形状；c)弯曲第一衬底和第二衬底，以使第一衬底和第二衬底的每个具有基本上相同的曲率半径(表示为R)的弯曲形状；d)将第二衬底接合到有源层上，以使第二衬底紧随第一衬底的形状；以及e)重建第二衬底的初始静态形状，以使有源层具有最终应变状态。

对比图4(a)和图4(b)并参考第327页的第一段，D1公开了对于给定的厚度比h₂/h₁(h₂/h₁＝1/ξ＝10³)，优选地使用具有满足关系E₂＝E₁(也即，E₂/E₁＝1/Σ＝1，按照D1的符号)第二材料的第二衬底。D1教导了这样的第二衬底，结合在接合步骤d)之后的第一衬底的厚度的减少，第二衬底使得有源层大幅变形，因而在有源层中获得较高的应变。相对地，D1教导为对于相同的给定厚度比h₂/h₁(h₂/h₁＝1/ξ＝10³)，结合在接合步骤d)之后的第一衬底的厚度的减少，第二衬底相对于第一衬底的柔性(Σ＝100)的情况下仅得到在Σ＝1时获得的应变值的70％。

当第一衬底具有较大的刚度时，D1中描述的方法并不完全令人满意；例如，如果第一衬底由第一半导体比如硅制成，则第二衬底也具有较大的刚度以满足Σ＝1。于是如果需要使有源层变形超过0.75％，则这样的第二衬底在步骤c)中可能很难弯曲而不产生缺陷，尤其是在第二衬底为较大的尺寸(例如h₂/h₁＝1/ξ＝10³)的情况下。

发明内容