[发明专利]用于绝缘体上半导体结构的制造的热稳定电荷捕获层

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年3月17日提交的编号为62/134,179的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部公开内容在此以全文引用的方式并入。

技术领域

本发明大体上涉及半导体晶片制造领域。更具体地，本发明涉及一种制备用于绝缘体上半导体(例如，绝缘体上硅)结构的制造的处理衬底的方法，且更特别地，涉及一种用于生产该绝缘体上半导体结构的处理晶片中的电荷捕获层的方法。

背景技术

通常由单晶锭(例如，硅锭)制备半导体晶片，该单晶锭经修整及研磨以具有一个或多个平边(flat)或凹痕(notch)，从而用于随后程序中的晶片的合适取向。接着，将晶锭切割成单个晶片。虽然本文将参考由硅构造的半导体晶片，但是其他材料也可用于制备半导体晶片，诸如锗、碳化硅、硅锗、砷化镓以及III族与V族元素的其他合金(诸如氮化镓或磷化铟)或II族与IV族元素的合金(诸如硫化镉或氧化锌)。

半导体晶片(例如，硅晶片)可用于复合层结构的制备。复合层结构(例如，绝缘体上半导体，更具体地，绝缘体上硅(SOI)结构)通常包括处理晶片或层、器件层以及介于该处理层与该器件层之间的绝缘(即，介电)膜(通常为氧化物层)。一般而言，器件层介于0.01微米至20微米厚之间，诸如介于0.05微米至20微米厚之间。厚膜器件层可具有介于约1.5微米至约20微米之间的器件层厚度。薄膜器件层可具有介于约0.01微米至约0.20微米之间的厚度。一般而言，通过放置两个晶片呈亲密接触，从而由范德华力开始接合，其后接着热处理以增强该接合来产生复合层结构(诸如绝缘体上硅(SOI)、蓝宝石上硅(SOS)以及石英上硅)。退火可将终端硅醇基转化成介于两个界面之间的硅氧烷接合，从而增强该接合。

在热退火之后，被接合的结构经受进一步处理以移除施体晶片的实质部分来实现层转移。例如，可使用晶片薄化技术(例如，蚀刻或研磨)，通常称为背蚀刻SOI(即，BESOI)，其中硅晶片被粘结至处理晶片，且接着缓慢地被蚀刻掉直至处理晶片上仅剩余薄硅层。参阅(例如)编号为5,189,500的美国专利(该美国专利的公开内容被以全文引用的方式并入本文中)。此方法耗时且价格昂贵、浪费衬底中的一者并且通常对薄于数微米厚的层不具有适合的厚度均匀性。

实现层转移的另一共同方法利用氢注入，其后接着经历热诱发的层分割。将粒子(原子或被离子化的原子，例如氢原子或氢原子与氦原子的组合)注入到施体晶片的前表面下方的特定深度处。被注入的粒子在其被注入的特定深度处的施体晶片中形成劈裂面。清洁施体晶片的表面以移除在注入工艺期间被沉积到晶片上的有机化合物或其他污染物，诸如硼化合物。

接着，将施体晶片的前表面接合至处理晶片以通过亲水接合工艺形成被接合的晶片。在接合之前，通过将晶片的表面暴露于含有(例如)氧或氮的等离子体来使施体晶片和/或处理晶片活化。在通常被称为表面活化的工艺中，暴露于等离子体修改表面的结构，其中活化工艺使施体晶片及处理晶片中的一者或两者的表面呈现亲水性。晶片的表面可由湿式处理(诸如SC1清洁或氢氟酸)被额外地化学活化。湿式处理及等离子体活化可依次发生，或晶片可仅经受一种处理。接着，晶片被按压在一起，且在其间形成接合。此接合相对较弱(这归因于范德华力)，且必须在进一步处理可能发生之前被增强。

在一些工艺中，通过加热或退火被接合的晶片对来增强施体晶片与处理晶片(即，被接合的晶片)之间的亲水接合。在一些工艺中，晶片接合可发生于低温(诸如介于大约300℃至大约500℃之间)下。升高的温度引起介于施体晶片与处理晶片的邻接表面之间的共价接合的形成，因此固化介于施体晶片与处理晶片之间的接合。在被接合的晶片的加热或退火同时，先前注入到施体晶片中的粒子使劈裂面弱化。

接着，施体晶片的一部分沿劈裂面从被接合的晶片分离(即，劈裂)以形成SOI晶片。可通过将被接合的晶片放置于配件中来实施劈裂，在配件中机械力被垂直施加于被接合的晶片的相对侧，以提拉施体晶片的一部分，从而使其与被接合的晶片间隔开。根据一些方法，吸盘用于施加机械力。通过将机械楔形物应用于位于劈裂面处的被接合的晶片的边缘处以开始沿着劈裂面的裂纹的传播，从而开始施体晶片的部分的分离。接着，由吸盘施加的机械力从被接合的晶片提拉施体晶片的部分，因此形成SOI晶片。