专利名称：降低半导体晶片中的陷阱密度的方法
技术领域：
本发明总体上涉及控制多层半导体晶片中的陷阱界面密度。因此，本发明可以用于控制绝缘体上硅(SOI)晶片中的陷阱界面密度，但是它也适用于用从半导体材料中选择的材料制成的任何一种多层 晶片("半导体晶片")。将本发明应用于控制利用转移方法(transfermethod)而获得的多层 半导体晶片中的陷阱界面密度尤其有利。
背景技术：
要说明的是，在本文中术语"转移方法"是指一种用于制造多层半 导体晶片并包含转移步骤的方法，在该转移步骤期间 将顶部(或"供体(donor)")晶片接合在底部晶片(也称为"操 作(handle)"晶片或者"受体(receiver)"晶片)上， 在接合之后，顶部晶片的至少一部分与底部晶片保持在一起。例如可以根据以下方法来执行转移方法- Smart-CutTM方法(要说明的是，例如在由Kluwer Academic Publisher 出版的Jean-Pierre Colinge所著的"Silicon On Insulator Technologies 〈< Materials to VLSI》"的第二版中可以找到对该方法的全面描述)，'ELTRANtm方法， 等等Dit是描述陷阱界面密度特性的参数，陷阱界面密度被定义为位于多 层结构的两层间的界面(例如，SOI结构的埋氧层(BOX)和表面有源 层之间的界面)处的电陷阱的密度。在本文中，将Dit和"陷阱界面密度" 理解为等同的。该密度通常以每(eV.cm勺的陷阱数(即，以繞V.cm2)表示，并且针
对SOI中的BOX/有源层界面的典型值是1012#/eV.cm2。例如可以使用伪 MOSFET测量技术来测量Dit。多层半导体晶片的"有源层"是将在其中创建部件的层，该层通常 与晶片的其余部分电绝缘。该有源层通常是晶片的表面层。Dit是重要的参数，因为它对多层晶片的层中的电载流子的迁移率有 影响。作为示例，SOI的BOX/有源层界面处的Dit对有源层的载流子迁 移率有影响，而载流子迁移率继而是影响晶片的电性能的参数。因此，为了影响晶片的电性能(以及将在晶片上形成的器件的性能)， 期望控制多层晶片的给定界面(例如，SOI晶片的BOX/有源层界面)处 的Dit值。更确切地说，就提高多层半导体晶片的有源层中的电载流子的迁移 率而言，希望使晶片中的有源层和相邻底层之间的界面处的Dit值最小 (在该界面处，较低的Dit表现出与较高的迁移率相关联)。在包括覆盖绝缘层(例如，氧化层)的有源层(例如，由Si制成) 的典型SOI晶片的情况下，这将意味着希望降低有源层和氧化层之间的 界面处的Dit。要说明的是，在本文中我们将如下的多层晶片称为"SOI型晶片"， 即，该多层晶片包括 支撑层(例如，对于经典SOI为体硅(bulkSi))， 位于晶片的表面区域中的有源层(例如Si薄膜，但也可以是其他 类型的膜，例如SiGe、 Ge等)，，和这两层之间的绝缘埋层(例如，埋氧层)。还希望降低一组晶片(即，在相同的条件下在晶片制造设施中制造 的一组晶片)的各多层晶片之间的Dit值的变化率。己知对SOI晶片进行低温热处理以降低Dit及其在晶片中的变化率。 可以在中性或者仅含有少量氢的气氛(例如，含2。/。H2的N2或Ar气氛) 中，以高达600。C的温度执行这种热处理30分钟至120分钟的时长。这种处理被称为"形成气体退火"(FGA)。例如Scholberg-Henriksen 等人在通讯"Oxide charges induced by plasma activation for wafer bonding":Sensors and Actuators A 102 (2002), 99-105， Elsevier中提及了这种处理。 通常可观察到，当对包括多于一层的晶片进行FGA处理时，这种处理使得可以降低位于晶片表面下的第一界面处的Dit ("这里的界面理解为两个相邻层之间的分界")。在这点上，上述文章公开了降低覆盖体硅晶片的表面的覆盖氧化层 (capping oxide layer)和下面的体硅层之间的界面处的Dit。可以想到执行FGA处理，以减少SOI型晶片中的有源层及其底层之间的界面处的Dit (对于"经典"SOI，该界面被限定在有源层和下面的氧化层之间)。由于该目的，人们不会想到当晶片仍被覆盖氧化层所覆盖时就对该 晶片执行FGA处理这一方案(这使我们想起这种覆盖层通常出现在晶 片的表面上直到制造工序结束，并且在该工序结束时去除该覆盖氧化层)。的确，上述文章给出了以下教导对被覆盖氧化物覆盖的Si层执行 FGA降低了覆盖氧化物和下面的Si层之间的界面处的Dit，并且对仍被 其覆盖氧化物覆盖的SOI型结构执行FGA的预期结果将是降低覆盖氧化 层和下面的有源层之间的界面处的Dit (而不会降低有源层和底层之间的 界面处的Dit，这是所希望的)。而且，在制造的中间阶段期间，多层晶片通常被厚度为100埃至3000 埃(例如，2000埃)的覆盖氧化层所覆盖。申请人迸行的试验显示，在 覆盖有2000埃的这种氧化层的SOI晶片执行FGA (在450°C下，在含 2% H2的Ar气氛中持续90分钟的FGA)，对有源层和下面的埋氧层之间 的界面处的Dit没有影响。因此，在任何情况下，该方案看起来都不是一 解决方案。那么能够想到的方案将是，在对SOI型晶片执行了所有制造步骤(包 括去除晶片上的覆盖氧化物的步骤)之后再执行FGA处理。但是，这种处理将意味着在晶片的制造工序末端增加了另一冗长处 理，当然这不是所希望的。人们能够想到的又一方案将是，在制造SOI型晶片的早期阶段期间 执行FGA处理。
例如，在接合顶部基底和底部基底之前，可以对在Smart-CutTM方法 中使用的"顶部"基底执行这种早期FGA。(这使我们想起Smart-CutTM 方法包含顶部基底和底部基底的接合)。这的确可以降低顶部基底中的用于制造SOI型晶片的有源层的层和 用于提供SOI型晶片的绝缘埋层的相邻绝缘层(例如，氧化层)之间的 界面处的Dit。但是，Dit是对温度敏感的参数，随后将对晶片施加的后续处理(接 合、转移、稳定化、...)将包括高温处理，该高温处理会使通过早期FGA 而得到的Dit值劣化。因此，需要一种可以降低Dit及其在多层晶片中的变化率而不需要 显著增加晶片的加工时间的方法。发明内容本发明的目的在于满足该需要。为了达到该目的，本发明提出了一 种用于降低多层半导体晶片的有源层与所述有源层之下的埋在所述多层 晶片内的绝缘层之间的界面处的陷阱密度的方法，所述方法包括在受控 气氛中对所述多层晶片执行高温热处理，所述热处理包括在氧化温度下在至少包括氧化物质的受控气氛中执 行的氧化阶段，并且导致以覆盖氧化层覆盖所述晶片的表面，所述方法还包括在所述热处理之后的去除在所述氧化阶段期间生成 的所述覆盖氧化层的脱氧操作，所述方法的特征在于，在所述热处理期间以及在所述氧化阶段之后， 控制所述受控气氛，以在大致中性的气氛中至少包括这样的物质，该物 质的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处 的深度。下面是这种方法的优选的但非限制性的方面一在所述氧化阶段之后立即执行对受控气氛的所述控制，所述控制 将受控气氛控制成在大致中性的气氛中至少包括这样的物质的气氛，该 物质的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面 处的深度，一将对受控气氛的所述控制作为应用于所述多层晶片的高温处理来 执行并且之后不对所述多层晶片执行其他高温处理，所述控制将受控气 氛控制成在大致中性的气氛中至少包括这样的物质的气氛，该物质的离子 可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处的深度，一在所述脱氧操作之前执行对受控气氛的所述控制，所述控制将受 控气氛控制成在大致中性的气氛中至少包括这样的物质的气氛，该物质 的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处的 深度，一可以迁移到所述晶片的所述深度的所述物质是氢和/或氦， 一可以迁移到所述晶片的所述深度的所述物质是氢，一在所述最终阶段，所述受控气氛由含至少1。/。的H2的大致中性的 气氛构成，一在所述最终阶段，所述受控气氛由含4%的H2的大致中性的气氛构成，一所述氧化阶段的所述氧化物质包括氧，一所述氧化温度在S00。C和1000°C之间， 一所述氧化温度是950。C，一选择所述氧化温度，以产生厚度在1000埃至3000埃之间的覆盖 氧化层，一选择所述氧化温度，以产生厚度为2000埃的覆盖氧化层， 一所述热处理还包括在所述氧化阶段之后的稳定阶段，该稳定阶段包括在大致中性的气氛中进行的热退火，在该稳定阶段期间使所述多层晶片的接合界面稳定化，一在充分大于所述氧化温度的温度下进行所述稳定阶段的所述热退火，一在950°C和1200°C之间的温度下进行所述稳定阶段的所述热退火，一在1100QC的温度下进行所述稳定阶段的所述热退火，
一在基本上等于所述氧化温度的温度下进行所述稳定阶段的所述热 退火，一在所述稳定阶段期间执行对受控气氛的所述控制，所述控制将受 控气氛控制成在大致中性的气氛中至少包括这样的物质的气氛，该物质 的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处的 深度，一在所述稳定阶段之后的温度斜降期间执行对受控气氛的所述控 制，所述控制将受控气氛控制成在大致中性的气氛中至少包括这样的物 质的气氛，该物质的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密 度的所述界面处的深度，一所述温度斜降以出舟温度结束，并且在所述脱氧操作之前不对所 述多层晶片执行其他高温处理，一在所述氧化阶段之后的温度斜降期间执行对受控气氛的所述控 制，所述控制将受控气氛控制成在大致中性的气氛中至少包括这样的物 质的气氛，该物质的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密 度的所述界面处的深度，一所述温度斜降以出舟温度结束，并且在所述脱氧操作之前不对所 述多层晶片执行其他高温处理，一所述多层晶片是通过转移方法获得的，一所述转移方法包括将至少一种物质植入供体基底，以在所述供体 基底中生成脆性区，一所述转移方法是Smart-CutTM型方法，一所述多层晶片是SOI，一所述出舟温度是450。C，一对成批的多层晶片执行所述方法，并且出舟温度在各批间可以不 同，但是对于所有批次的晶片，会获得基本上为恒定值的陷阱密度，一对于所述批，所述出舟温度可以具有以下值450 。C - 600 。C -750。C，一所述多层半导体晶片的有源层是Si层， 一所述多层半导体晶片的有源层是应变Si层。
在下面参照附图进行的描述中，本发明的其他方面、目的和优点将 显而易见，在附图中 图la至图lc是示出了在根据执行根据本发明的方法的三个对应方案对多层晶片执行三种对应热处理期间的温度与时间的关系的三个图， 图2是示出了以下述内容的图》通过与按公知方式执行的热处理进行比较，通过上述热处理而获 得的Dit降低，以及》与不同出舟温度相关联的处理的Dit值的稳定性。
具体实施方式
总体方面基于用于对由SOI型半导体材料(例如SOI)制成的多层晶片的表面 进行氧化的高温热处理，来实现本发明。该高温处理因而包括氧化阶段。该热处理还可(任选地)包括用于使多层晶片的两层之间的接合界 面稳定化的稳定阶段。具体地说，该结合表面可得自于按用于建立多层 晶片的更早的转移方法(例如Smart-CutTM型方法，要说明的是，例如在 由 Kluwer Academic Publisher 出片反的 Jean-Pierre Colinge 所著的 "Silicon-On-Insulator technology: Materials to VLSI "的第二版中可以找到 对这种方法的总体方面的描述)来接合两个基底。在所有情况下，本发明实现为应用于多层晶片的"高温处理"。要说 明的是，在本说明书中晶片的"高温处理"是指包括将所述晶片暴露于 至少950。C的温度的热处理。包括氧化阶段的该热处理在多层晶片的表面上生成了厚度通常在 1000埃和3000埃之间(例如为2000埃)的覆盖氧化层。在该热处理之后将是脱氧操作，以便去除所述覆盖氧化层并产生完 成的多层晶片。该脱氧操作可以包括化学处理(例如，HF蚀刻...)禾口/ 或其他类型的处理(对于该脱氧操作，不包括高温处理)。多层晶片(将简称为"晶片")已包括在其完成时要并入的层。利用现有技术己知的任何方法获得该晶片。具体地说，可以通过转移方法获得该晶片，该转移方法包括将供体 (或"顶部")基底的至少一层接合到受体(或"底部")基底上，从而生成了接合界面。具体地说，这种转移方法可以是这样的方法，该方法包括用至少一种物质(species)注入供体基底，以在所述供体基底中生成脆性区。这 种方法例如可以是Smart-CutTM型方法。根据本发明的方法允许降低晶片的有源层和所述有源层之下的埋在所述多层晶片内的绝缘层之间的界面处的陷阱密度。该有源层位于晶片的表面区域中。该有源层可以由Si或其他材料(例 如，SiGe、 Ge、...)制成。该层的材料可以是应变的。在这点上，要说明的是，本发明并不限于应用于诸如绝缘体上硅晶 片的晶片，而是还涉及在基底上包括薄有源层材料并且必须对其进行电 属性优化的任何一种晶片。要说明的是，术语绝缘"埋"层是指埋在晶片的有源层之下的层， 但是该层自身不一定覆盖支撑层(即使对于诸如SOI的晶片，情况也是 如此)。绝缘埋层例如可以是埋氧层。它紧贴有源层地位于有源层下方。 如上所述，界面处的陷阱密度通常用参数Dit表示。 受控制气氛 总体方面为了执行高温热处理，将晶片放置在退火室中。该室中的气氛是受 控制的，并且可以看出，在热处理的不同阶段期间有选择地控制该气氛 以遵守不同的规范。更确切地说，在本发明的情况下，在热处理期间以及在氧化阶段之 后，控制受控制气氛，以在大致中性的气氛中至少包括这样的物质，该 物质的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的界面(有 源层和绝缘埋层之间的界面)处的深度。实际上来说，对晶片执行的本发明的高温热处理包括 开始阶段，其包括》在入舟(boat in)温度(该温度通常在450。C和750。C之间(例如 为600。C)，并且通常与最终出舟(boatout)温度相同)下执行的进入步 骤，然后是，》第一斜升(mmp-up)步骤，其将温度从所述入舟温度升高至氧化 温度， 在所述氧化温度下执行的氧化阶段，导致用氧化层覆盖了所述晶片，，氧化阶段之后的任选稳定阶段。该稳定阶段是在一稳定温度下执行 的，可以采用以下方案之一》在充分大于氧化温度的稳定温度下执行该稳定阶段(方案1，将 参照图la至图lc进一步描述各方案)，并且在此情况下，稳定阶段始于 从氧化温度至稳定温度的温度斜升，》在基本等于氧化温度的稳定温度下执行该稳定阶段(方案2)，》热处理还可不包括稳定阶段(方案3)。 最终阶段，其包括》温度斜降(ramp-down)步骤，其将温度降至出舟温度， 》在出舟温度下执行的结束步骤。在开始阶段期间，气氛是中性的(即，它由诸如N2或Ar的中性气 体构成)。通常在800。C和1000。C之间的氧化温度(通常为950。C)下，在含 有诸如氧的氧化物质的受控制气氛中执行该氧化阶段。这种氧化阶段在晶片的表面上产生1000埃至3000埃(例如为2000 埃)的覆盖氧化层，该阶段的温度和持续时间适于作为覆盖氧化物的期 望厚度的函数。通常在中性的受控制气氛下执行所述稳定阶段。然而，如将进一步 披露的，可以将该气氛控制为使其包含其离子可以向下迁移至期望降低
陷阱密度的界面处的受控比例的物质。 用于降低Dit的受控制气氛下面提供关于具有其离子可以向下迁移至期望降低陷阱密度的界面 处的物质的控制气氛的一些细节(适用于为实现本发明而选择的任何方 案)。所述物质可以是H和/或He。在一优选实施例中，所述物质是氢。例如，氢在大致中性的气氛中的比例应当在1%以上。其中按受控比例注入了这种物质的大致中性的气氛通常由Ar和域N2构成。对在N2气氛中注入H2热处理受控制气氛进行试验，从而形成由含4% H2的N2构成的受控制气氛。这种试验导致SOI的有源Si层和埋氧层 之间的界面处的Dit显著降低(将参照图2进一步说明这一方面)。在脱氧操作之前，对具有注入大致中性的气氛中的受控比例的物质 (例如He或者H2)的气氛执行该特定控制。也可以在氧化阶段之后立 即执行该特定控制。此外优选的是，该特定控制作为晶片要经受的最后一个高温热处理被 执行(因为如若不然，得以降低的Dit将有被另一高温处理劣化的风险)。在本文的其余部分中，将如以上所描述的受控制气氛简称为"受控 气氛"。三种方案的描述现在将进一步地描述分别由图la至图lc示出的用于处理多层晶片 的三种方案。以上说明适用于这些方案中的每一个。 方案1图la示出了执行根据本发明的方法的第一方案。 在该方案中，在氧化阶段之后是稳定阶段，该稳定阶段在充分大于 氧化温度的温度下执行。更确切地说，稳定温度在950。C和1200。C之间，典型值为noo。c。 稳定阶段旨在使接合界面稳定化，如上所述。在本领域中已知这种
稳定阶段是在纯中性气氛中执行的。
在本发明的该方案的情况下，该稳定阶段与对退火室中的退火气氛的特定控制(上述的注入诸如H2或He的物质)相关。
受控气氛是这样建立的 在稳定阶段本身期间。在这种情况下，优选的是，仅当达到稳定 温度时才进行受控注入，以及/或者 在随后的斜降期间。如果仅在斜降期间(即，不在氧化期间)建立受控H2气氛，则诸如H2或He的物质的注入应当在斜降开始时执行， 此时温度仍在"高温"范围内(即950。C以上)，从而至少使斜降的开始 处于含有受控量的诸如H2或He的物质的气氛下。
方案2该方案示于图lb中。在本方案中，在基本等于氧化温度的温度下执行稳定阶段。在氧化 阶段和稳定阶段之间从气氛中清除氧化剂。关于上面提出的方案1，优选地在氧化阶段之后立即执行稳定阶段。在本方案中，在至少950°C的温度下执行氧化阶段，并且稳定阶段 也是在这样的温度下执行。在本方案中，优选的是，在稳定阶段期间，在其后的斜降开始之前， 开始执行诸如H2或He的物质的受控注入。然后，在斜降期间可以保持建立该受控气氛(在斜降实际结束之前 清除受控气氛以清除诸如H2或He的物质，从而能够安全地打开退火室)。
方案3该方案示于图lc中。在本方案中，在氧化阶段之后没有稳定阶段。如果仅希望降低晶片的厚度(氧化和随后的脱氧对应于牺牲氧化) 并且如果不寻求使接合界面稳定化，则可以选择本方案。在氧化阶段之后的斜降期间，将诸如H2或He的物质受控地注入大 致中性的气氛中。这里，再次在温度仍在高温范围内的时候建立受控气 氛。具体来说，这表明氧化阶段是在至少950。C的氧化温度下执行的。
在注入诸如H2或He的物质之前，必须从退火室的气氛中清除氧。 为了让受控气氛在尽可能高的温度下产生作用，要在斜降期间尽可 能早地执行该注入。对所有方案的说明在本发明的所有实施例中，重要的是在位于"高温"范围内的温度(即，至少950。C)下使晶片(在所有实施例中，该晶片用得自氧化阶段 的覆盖氧化层来覆盖其有源层)暴露于受控气氛。申请人的确观察到，这种暴露不仅使得可以降低沿例如SOI的晶片 的厚度遇到的第一个界面(该第一个界面是覆盖氧化层和其暂时覆盖的 有源层之间的界面)处的Dit，而且可以降低晶片的有源层和下面的氧化 层之间的界面处的Dit。可以如下地解释该效果 在"高温"下，受控气氛中诸如H2或He的物质具有向下穿透晶 片的厚度直到期望界面(即有源层和下面的绝缘层之间的界面)的足够 能量， 在晶片未经这种特定暴露时，像已知工艺那样，所述物质将不会 穿透比所遇到的第一个界面(即，覆盖氧化层和下面的有源层之间的界 面)更深的晶片厚度。在仅在稳定阶段或氧化阶段之后的斜降期间建立受控气氛的情况 下，必须在温度仍在(如本文所定义的)高温范围内的时候建立受控气处理的效果 Dit及其变化率降低图2示出了对利用基于Smart-CutTM技术的方法而得到的SOI晶片通 过上述处理而得到的Dk降低。该图示出了从在相同条件下加工的三组相同的晶片(这三组分别对 应于"第1批"、"第2批"和"第3批")上测量的Dit的值，不同之处 在于，对于这三批而言，出舟温度不同 对于第1批的晶片，出舟温度为450°C，
.对于第2批的晶片，出舟温度为600。C， ，对于第3批的晶片，出舟温度为750。C。图2包括两条曲线，每条曲线由三个点(每组或每"批"对应一个点)限定 上方曲线表示在这样的晶片上测得的Dit，所述晶片在其最终阶段 中经历了采用纯中性气氛的稳定处理，如所公知的那样。该处理包括开 始阶段和之后在950。C下的氧化阶段以及在约1100。C的温度下的稳定阶 段， 下方曲线表示在这样的晶片上测得的Dit，所述晶片经历了仅就控 制与稳定阶段(在该阶段期间和/或在该阶段之后立即在高温下，在诸如 Ar的中性气氛中注入4%的H2)相关联的气氛而言与上方曲线的稳定处 理不同的处理。对于这两条曲线的晶片，按相同的方式迸行Dit测量。该图指出Dit显著降低(降低了约50%)。该图还指出Dit变化率显著降低。本发明实现了 (例如在SOI的BOX/有源层界面处的)Dit及其变化 率的显著降低。并且这是在不需要任何额外加工时间的情况下获得的， 因为使晶片的层之间的接合界面稳定化需要稳定处理。因此，本发明提供了FGA处理的优点，而不需要额外的时间。 要注意的是，为了降低Dit，对被覆盖氧化层所覆盖的晶片使用具有 诸如氢的物质的气氛与现有技术的教导是相悖的，因为现有技术已经展 示对被这种覆盖氧化层(2000埃，对经历了上述氧化阶段的晶片而言 也是2000埃)所覆盖的晶片执行诸如经典FGA的处理，对Dit没有影响。 对结果稳定性相对于出舟温度的具体说明 此外，图2的结果示出了得自本发明的另一有趣的方面。 在该图上示出的对应于三个组的这三批的确对应于如上所述的不同 出舟温度的三个值。然而，对于这三个组，得到的Dit值保持为基本上相等。 这对应于根据本发明的方法的非常有利的健壮性，因为它允许在非
常自由的出舟温度下实现本发明，同时不管出舟温度的变化率是多少都 能保持不仅降低了而且还稳定的Dit值的益处。因此，可以在显著改变出舟温度的情况下根据本发明来加工上述的 成批的晶片，并且在加工的晶片(无论哪一批)的界面(有源层/绝缘埋 层)处仍获得相当均一的Dit值。在这一点上要注意的是，本发明允许具有低的出舟温度值，而不会 使多层晶片的有源层和下面的绝缘层之间的界面处的Dit劣化。这是一优点，因为在没有根据本发明进行处理的晶片上观察到，低值的出舟温度在该界面上产生提高的Dit的可能大得多。对晶片的另外说明如上所述，即使SOI晶片对应于本发明的应用，但本发明并不限于对这种晶片的处理。作为示例，本发明的另一具体应用是对"绝缘体上应变硅"(sSOI)型晶片的处理。SSOI晶片包括直接位于绝缘埋层上的薄应变Si层(厚度通常在100埃和600埃之间)、位于所述绝缘埋层之下支撑层。由于应变层的厚度非常薄，所以通常不可能对该应变层进行氧化来 执行高温处理，例如使接合界面稳定化。为了建立这种晶片，因此解决方案是首先将覆盖氧化层淀积在sSOI 多层晶片的表面层上，该sSOI多层晶片在该表面层(其由应变Si制成) 下包括绝缘埋层。例如可以通过TEOS淀积来进行覆盖氧化层的这种沉积。该覆盖氧 化层例如是厚度在100埃至3000埃之间的Si02层。此外，在淀积较厚的覆盖氧化层之前，可以在应变层上形成极薄的 热氧化层(本征氧化层或者只稍厚的氧化层)。一旦应变层被覆盖氧化层所覆盖，它就被保护免受高温影响，并且 可以采用根据本发明的方法。
权利要求
1. 一种用于降低多层半导体晶片的有源层与所述有源层之下的埋 在所述多层晶片内的绝缘层之间的界面处的陷阱密度的方法，所述方法 包括在受控气氛中对所述多层晶片执行高温热处理，所述热处理包括在氧化温度下在至少包括氧化物质的受控气氛中执 行的氧化阶段，并且导致以覆盖氧化层覆盖所述晶片的表面，所述方法还包括在所述热处理之后的去除在所述氧化阶段期间生成 的所述覆盖氧化层的脱氧操作，所述方法的特征在于，在所述热处理期间以及在所述氧化阶段之后， 控制所述受控气氛，以在大致中性的气氛中至少包括这样的物质，该物 质的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处 的深度。
2. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在所述氧化阶段之后立即执行对受控气氛的所述控制，所述控制将受控气氛控制成 在大致中性的气氛中至少包括这样的物质的气氛，该物质的离子可以向 下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处的深度。
3. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，将对受 控气氛的所述控制作为应用于所述多层晶片的高温处理来执行并且之后 不对所述多层晶片执行其他高温处理，所述控制将受控气氛控制成在大 致中性的气氛中至少包括这样的物质的气氛，该物质的离子可以向下迁 移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处的深度。
4. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在所述 脱氧操作之前执行对受控气氛的所述控制，所述控制将受控气氛控制成 在大致中性的气氛中至少包括这样的物质的气氛，该物质的离子可以向 下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处的深度。
5. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，可以迁 移到所述晶片的所述深度的所述物质是氢和/或氦。
6. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，可以迁移到所述晶片的所述深度的所述物质是氢。
7. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在所述最终 阶段期间，所述受控气氛由含至少1%的^的大致中性的气氛构成。
8. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在所述最终 阶段期间，所述受控气氛由含4%的H2的大致中性的气氛构成。
9. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述氧化阶段的所述氧化物质包括氧。
10. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述 氧化温度在800。C和1000°C之间。
11. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在所述氧化 期间，温度是950。C。
12. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，选择 所述氧化温度，以产生厚度在1000埃至3000埃之间的覆盖氧化层。
13. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在所述氧 化期间选择温度，以产生厚度为2000埃的覆盖氧化层。
14. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述 热处理还包括在所述氧化阶段之后的稳定阶段，该稳定阶段包括在大致 中性的气氛中进行的热退火，在该稳定阶段期间使所述多层晶片的接合 界面稳定化。
15. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在充分大 于所述氧化温度的温度下进行所述稳定阶段的所述热退火。
16. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在950QC 和1200°C之间的温度下进行所述稳定阶段的所述热退火。
17. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在1100°C 的温度下进行所述稳定阶段的所述热退火。
18. 根据权利要求14所述的方法，该方法的特征在于，在基本上等 于所述氧化温度的温度下进行所述稳定阶段的所述热退火。
19. 根据权利要求14至18中任一项所述的方法，该方法的特征在 于，在所述稳定阶段期间执行对受控气氛的所述控制，所述控制将受控气氛控制成在大致中性的气氛中至少包括这样的物质的气氛，该物质的 离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处的深 度。
20. 根据权利要求14至18中任一项所述的方法，该方法的特征在于，在所述稳定阶段之后的温度斜降期间执行对受控气氛的所述控制， 所述控制将受控气氛控制成在大致中性的气氛中至少包括这样的物质的 气氛，该物质的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的 所述界面处的深度。
21. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述温度斜降以出舟温度结束，并且在所述脱氧操作之前不对所述多层晶片执行 其他高温处理。
22. 根据权利要求1至13中任一项所述的方法，该方法的特征在于， 在所述氧化阶段之后的温度斜降期间执行对受控气氛的所述控制，所述 控制将受控气氛控制成在大致中性的气氛中至少包括这样的物质的气 氛，该物质的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所 述界面处的深度。
23. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述温度 斜降以出舟温度结束，并且在所述脱氧操作之前不对所述多层晶片执行 其他高温处理。
24. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述 多层晶片是通过转移方法获得的。
25. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述转移 方法包括将至少一种物质植入供体基底，以在所述供体基底中生成脆性 区。
26. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述转移 方法是Smart-CutTM型方法。
27. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述 多层晶片是SOI。
28. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述 出舟温度是450。C。
29. 对成批的多层晶片执行的根据任一前述权利要求所述的方法， 该方法的特征在于，出舟温度在各批间可以不同，但是对于所有批次的 晶片，会获得基本上为恒定值的陷阱密度。
30. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述出舟 温度可以具有以下值450°C- 600°C- 750°C。
31. 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述 多层半导体晶片的有源层是Si层。
32. 根据前一权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述多层 半导体晶片的有源层是应变Si层。
全文摘要
本发明涉及降低半导体晶片中的陷阱密度的方法。该方法用于降低多层半导体晶片的有源层与所述有源层之下的埋在所述多层晶片内的绝缘层之间的界面处的陷阱密度，所述方法包括在受控气氛中对所述多层晶片执行高温热处理，所述热处理包括在氧化温度下在至少包括氧化物质的受控气氛中执行的氧化阶段，并且导致以覆盖氧化层覆盖所述晶片的表面，所述方法还包括在所述热处理之后的去除在所述氧化阶段期间生成的所述覆盖氧化层的脱氧操作，该方法的特征在于，在所述热处理期间以及在所述氧化阶段之后，控制所述受控气氛，以在大致中性的气氛中至少包括这样的物质，该物质的离子可以向下迁移到所述晶片内的期望降低陷阱密度的所述界面处的深度。
文档编号H01L21/28GK101124666SQ200580046141
公开日2008年2月13日 申请日期2005年2月3日 优先权日2005年2月3日
发明者弗朗索瓦·布吕尼耶, 维维安·雷诺, 马克·韦希特尔 申请人:硅绝缘体技术有限公司