通过热处理使表面平滑化的工艺的制作方法
【专利摘要】用于平滑化由半导体合金制造的第一基板(3)的粗糙表面(4)的工艺，该合金基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种元素，其通过放置第二基板(6)面对第一基板(3)使得粗糙表面(4)放置为面对第二基板(6)的表面而实现。第一基板(3)和第二基板(6)分开至少10μm的距离d，两个基板(3、6)的面对部分限定限制空间(5)。第一基板(3)然后被加热以部分地解吸所述合金的一种元素，在限制空间(5)中达到该元素的饱和蒸气压，并且获得足以降低粗糙表面(4)的粗糙度的表面原子迁移率。
【专利说明】通过热处理使表面平滑化的工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用热处理对第一基板的粗糙表面平滑化的工艺，该第一基板在该表面包括基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种元素的半导体合金。
【背景技术】
[0002]由半导体材料制造的基板通常通过对由相同半导体材料制造的锭切片获得。切片工艺产生具有粗糙表面并且包括诸如晶格中的位错的结构缺陷的基板。也存在包含半导体材料的薄膜转移的技术，称为Smart Cut?。该技术通常包括三个步骤:第一步骤，离子注入氢和/或稀有气体以在初始基板中产生弱化的埋设层；第二步骤，固定初始基板与接收器基板(或者加强器)；第三步骤，热处理以在弱化区域的位置获得剥离。通过施加机械力可有助于此弱化步骤。分裂后获得的表面，特别是在转移镓砷合金(GaAs)或铟磷合金(InP)的薄层的情况下，存在大的粗糙度，与目标应用不兼容。
[0003]在切片工艺后以及在Smart Cut?工艺后，必需在使用(特别是用于制造微电子装置)前降低基板的表面粗糙度。表面粗糙度通常由原子力显微镜(AtomicForceMicroscopy,缩写为AFM)评估。此装置能测量RMS (均方根)粗糙度，其对应于粗糙度的均方差(mean quadratic deviation)。在几个μ m2的扫描表面上，RMS粗糙度量化粗糙度峰和谷的高度作为相对于平均高度的均值。除非另有说明，下面提供的粗糙度值为通过AFM在5 μ m χ5 μ m的扫描表面测量的RMS。
[0004]为了降低半导体材料基板的表面粗糙度，化学机械抛光(CMP)是微电子领域中最广泛采用的方案之一。然而，该方案是冗繁的，并且对于非常粗糙的表面需要相对长的实施时间。为了降低基板的粗糙度，也可实施采用热平滑化的可替换方案。此方案包括在高温下执行基板的热处理。该热处理能使表面原子被给予一迁移率，这能使表面能量减小而降低粗糙度。此方案主要用于硅基板。然而，此热平滑化技术对半导体合金基板(例如由GaAs或由InP制造的基板的调换)尚且难以实现。
[0005]实际上，当在高温下执行热处理时，对于GaAs和InP典型地在500°C以上，这些半导体合金可以分解。这一现象可通过在特定的气氛中执行热处理而避免。Smith等人在标题为“Surface topography changes during the growth of GaAs by molecular beam epitaxy，，，Applied Physics Letters, 59(25), (1991)的文章中，例如描述了在包含砷的气氛中米用热处理以改善GaAs基板的粗糙度。然而，这种类型的热处理要求处理危险气体，例如砷(AsH3)，并且意味着必须建立昂贵的特定设备。
[0006]法国专利申请FR 2867307还描述了在通过Smart Cut?工艺获得分裂步骤后执行特定热处理以加热晶体结构。此工艺应用于所有的半导体材料，特别是基于硅锗合金(SiGe)的半导体。此热处理也具有平滑化分裂后获得表面的效果尽管表面仍处于接触中。在执行该热处理时必须预防接触，特别是在热预算(热处理时间和温度耦合)方面，从而防止接触的两个表面以不可逆的方式彼此再接合。此外，由于表面在分裂后仍保持接触，划痕可能呈现在表面上。实际上，划痕可能源自面对的表面之间发生分裂时出现的材料的峰或粒子的存在。
【发明内容】
[0007]在某些微纳米【技术领域】中，需要提供基板，该基板至少在表面上呈现基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种元素的半导体合金，具有根据工艺获得的平滑表面，该工艺容易实施、不昂贵且避免采用危险气体。
[0008]此需求倾向于通过提供一种方法而满足，该方法用于平滑化半导体合金制造的第一基板的粗糙表面，半导体合金基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种兀素,其中第二基板放置为面对第一基板使得第一基板的粗糙表面面对第二基板的表面。两个基板分开的距离d至少等于10 μ m，第一和第二基板的面对部分因此限定限制空间。所述平滑化方法还包括第一基板的加热步骤，从而部分地解吸所述合金的一种元素并在限制空间中达到此元素的饱和蒸气压，并且获得足以降低粗糙表面的粗糙度的表面原子迁移率。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]其它的优点和特征从下面本发明特定实施例的描述将变得更加清楚明显，本发明的具体实施例仅以非限制性示例的目的给出且表示在附图中，其中:
[0010]图1示意性地示出了通过接近帽的基板热处理方法的实施例的截面图；
[0011]图2示意性地示出了根据本发明用于平滑化基板的粗糙表面的工艺的第一实施例的截面图；
[0012]图3示意性地示出了根据本发明用于平滑化基板的粗糙表面的工艺的第二实施例的截面图；
[0013]图4和5示意性地示出了根据本发明用于平滑化基板的粗糙表面的工艺的第二实施例的变型的截面图；
[0014]图6A至6C示意性地示出了根据本发明用于平滑化基板的粗糙表面的工艺的实施例中所用的舟的截面图。
【具体实施方式】
[0015]用于制造基板的可靠、实用和不昂贵的方法，该基板包括半导体合金，具有至少一个没有结构缺陷的平滑表面，该合金基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种元素，该方法包括采用利用标准设备和气氛在要处理的表面位置通过局部产生防止该合金的大分解的气氛的热处理平滑化。
[0016]为了活化掺杂剂或者为了改善由半导体合金(例如由GaAs或InP)制造的基板的电特性，已经提出了通过彼此叠置(on top of one another)两个基板而进行热处理。此方案，称为接近帽，此方案在执行这些特定的热处理时使由半导体合金制造的基板的分解现象能得到限制。
[0017]如图1所示，接近法包括在基板I的有用表面S1上放置保护基板2以及热处理以这样方式保护的基板I。保护基板2选择为在有用表面S1附近与基板I产生局部气氛，在执行热处理时，该局部气氛限制半导体合金的分解。例如，当基板I和2由GaAs制造时,在执行热处理时，砷饱和的局部气氛产生在放置为接触的两个基板I和2之间。该局部气氛由放置为接触的基板I和2的各自表面上的GaAs的少量临时分解而产生。在执行热处理时，具有砷的局部气氛的饱和度因此防止由GaAs制造的基板I的有用表面S1分解。
[0018]现有技术为了活化掺杂剂或者改善电特性的热处理以有限的热处理预算(典型地为在650°C下10分钟，或者在700°C下I分钟，或者在1000°C下20秒)在平滑表面上执行。在粗糙度上没有观察到效果。
[0019]接近帽方法变换到表面处理领域，特别是变换到对半导体合金制造的基板的平滑化，是不合适的，因为热平滑化要求大热预算的热处理。但是，如果施加高温度，这种类型的热处理可能导致接近帽方法中彼此叠置的两个基板的粘合。为了避免接合的问题，如下面的示例中详细描述的，平滑化热处理期间，包括要被平滑化的表面的基板可与另一基板分离非零距离d。
[0020]根据图2所示的具体实施例，用于平滑化第一基板3的粗糙表面4的方法采用第二基板6。所述粗糙表面4由半导体合金制造,该半导体合金基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种元素。优选地，所述合金是II1-V型半导体合金。粗糙表面4的合金也可为掺杂的半导体合金。例如，半导体合金可由选自S1、Ge、Cr、Fe、S、Sn和Zn的元素掺杂,具有小于千分之一的原子比例。
[0021]第二基板6放置为面对第一基板3，两个基板分离的距离d至少等于10 μ m,使得在执行热处理时限定限制空间的两个面对表面不能彼此粘合。形成两个面对基板3和6的两个表面的两个材料不直接接触。有利地，第一基板3和第二基板6不接触。换言之，没有第二基板6的要素或部分与第一基板3的要素或部分接触。第二基板6还以这样的方式设置:粗糙表面4与第二基板6的表面分开距离d，其至少等于10 μ m。第一和第二基板3和6的面对部分因此限定限制空间5。有利地，限制空间5是开放空间，其防止两个基板之间的任何过压问题，从而避免基板的弱化。粗糙表面是指在存在粗糙且在所述表面使用前需要处理以降低其粗糙的表面。粗糙表面典型地具有大于5nm RMS的测量粗糙度。
[0022]粗糙表面4和基板6的表面分开的距离至少等于10 μ m实际上是指对于该粗糙表面4的任何I μ m χ? μ m样品,此样品的中平面(mid-plane)和面对的第二基板6的表面的Ium χ? μ m样品的中平面之间的距离为至少10 μ m，样品上的中平面由其相对于任意参考平面的根据公式的高度Zm限定:
[0023]
【权利要求】
1.一种第一基板(3)的粗糙表面(4)的平滑化工艺，包括如下步骤: 提供该第一基板(3)，该第一基板(3)具有该粗糙表面(4)，由半导体合金制造，该半导体合金基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种元素； 放置第二基板(6)，第二基板(6)具有面对该第一基板(3)的该粗糙表面(4)的表面，该两个基板(3和6)分离的距离d至少等于10 μ m，该两个基板(3、6)的面对部分限定限制空间(5)； 加热该第一基板(3)，以部分地解吸该半导体合金的该元素之一并且在该限制空间(5)中达到该元素的饱和蒸气压，并且获得足以降低该粗糙表面(4)的粗糙度的表面原子迁移率。
2.根据权利要求1所述的平滑化工艺，其特征在于该分离距离d小于2mm。
3.根据权利要求1和2之一所述的平滑化工艺，其特征在于该合金是镓砷合金且在高于或等于700°C的温度下执行加热。
4.根据权利要求1和2之一所述的平滑化工艺，其特征在于该合金是铟磷合金且在高于或等于600°C的温度下执行加热。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的平滑化工艺，其特征在于该第二基板(6)的该表面包括基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种兀素的半导体合金。
6.根据权利要求 5所述的平滑化工艺，其特征在于该第二基板(6)的该表面是粗糙的，并且同时执行该粗糙表面(4)的平滑化和该第二基板(6)的该表面的平滑化。
7.根据权利要求6所述的平滑化工艺，其特征在于该第二基板(6)的该表面的合金与该第一基板(3)的该粗糙表面(4)的合金相同。
8.根据权利要求1至7中任何一项所述的平滑化工艺，其特征在于该粗糙表面(4)由至少一个楔形物与该第二基板(6)的该表面分离，该至少一个楔形物的厚度至少等于该分离距离d。
9.根据权利要求7所述的平滑化工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤: 提供支撑体(7)，该支撑体(7)包括位于该支撑体(7)内的弱化区域(8)； 在该弱化区域的位置分离该支撑体以形成该第一和第二基板(3、6)，该第一基板(3)的该粗糙表面(4)和该第二基板(6)的该表面由该弱化区域(8)形成。
10.根据权利要求9所述的平滑化工艺，其特征在于该弱化区域(8)通过注入氢和/或稀有气体而获得，并且分离包括热处理步骤。
11.根据权利要求9或10所述的平滑化工艺，其特征在于该第一和第二基板(3、6)通过设置在所述基板(3、6)的外围附近的楔形物分离。
【文档编号】H01L21/324GK104011840SQ201280065068
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2011年10月27日
【发明者】T.朱安诺, Y.伯古米罗维茨 申请人:原子能和代替能源委员会