专利名称：Ssoi基板的制造方法
技术领域：
本发明提供了一种SSOI基板的制造方法，更具体的说，是一种用来为提
高装置的性能而提供的表面的微细粗糙度良好的基板，且通过低温加热处理也
可以分离接合基板的SSOI ( Strained Silicon On Insulator)基板的制造方法。
背景技术：
T.A. Langdo在固体电子学(Solid-state electronics ) 48 (2004)中发表过题 目为"SSOI技术从物质到装置(Strained Si on insulator technology: from materials to devices )"的涉及SSOI制造方法和其特性的i仑文。
在硅基板上生成倾斜的硅锗层后，在其上面继续生成弛緩的硅锗层，上述 硅锗层具有预定的锗含量，在最高层上生成伸张的硅。在上述弛緩的硅锗层里 注入离子，通过与氧化的硅晶片接合和加热后的弛緩的硅锗层的离子注入领域 中进行分离而在最高层上留下硅锗层的一部分。所述留下的部分利用80(TC以 下的湿式氧化工程和稀释的氟酸来去除而制造SSOI。
并且，根据美国专利号为US 6,992,025 B2的"通过被氢注入的膜转移和弛 纟爰开j成的SSOI (Strained silicon on insulator from film transfer and relaxation by hydrogen implantation)",在硅基板上形成硅锗层时先让锗含量一致，然后通过 注入氢离子弛緩硅锗层，接着生成伸张的硅用来制造伸张的硅基板。用来与硅 晶片接合时接合强度的强化在250。C加热14个小时，且通过在400。C加热4个 小时在离子注入领域中发生分离。然后在位于最上层的^ 圭锗层通过干式蚀刻去 掉一部分，为了提高分离出来的硅锗层表面的粗糙度在进行化学机械研磨 (CMP: Chemical Mechanical Polishing )之前在900。C加热1个小时，且通过湿 式蚀刻去硅锗而最终制造SSOI基板。200810147132.1
说明书第2/8页
上述的技术作为利用氢离子的注入的分离和转移技术，对在制造过程中使 用的两个晶片中 一个伸张的硅晶片进行离子注入，将此晶片和另外一个具有氧 化膜的晶片在常温进行接合。接合的晶片通过一 系列的工程发生到离子注入深 度的层转移现象，在一个晶片上包括硅氧化膜和转移的离子注入层，即硅锗层 的一部分和伸张的硅层一起存在的结构。此时去除最上层上存在的硅锗最后就
可以制造具有SSOI结构的晶片。
在这样的制造过程中，由于通过离子注入的分离和转移技术需要比较高的 温度，升温、保温、降温时工程时间要较长且分离后表面粗糙度特性值变较高。 分离后表面的粗糙度的特性值较高时，需要去硅锗后另外提高表面粗糙度的工 程，因此工程变得复杂且电子和电控的移动受到此结果的影响会导致装置的移 动特性恶化。
发明内容
因此本发明被提出来用以解决已存现有技术中的上述问题，并且本发明的 目的是提供一种制造用来装置的特性提高所需的表面微细粗糙度良好的基板的
SSOI基板的制造方法。
本发明可以提供一种在取向附生中对不纯物的掺加层注入离子因此通过低
温下的加热处理也可以容易分离的SSOI基板的制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种SSOI基板的制 造方法。其方法包括提供基板；在上述基板的表面上形成SiGe层；在上述 SiGe层的表面上生成具有比SiGe更少格数的Si而形成变形的硅层；和向上述 变形的硅层注入离子；其中在上述SiGe层的生成过程中4参加不纯物，达到注入 上述离子的深度处。
其中上述不纯物可以包括在硼(B)、磷(P)和砷(As)中一个元素或如果提 供气体状态的不纯物，可以使用B2H6、 PH3和AsH3中至少一个气体。上述不 纯物的浓度可以在lel5至le20cm-3的范围内，且以10至300sccm的流量被供 应。
上述不纯物可以在100至1200。C的温度内且在1至760托的压力下被掺力口。 上述离子包括氢离子(iT,H2+),上述氢离子的浓度在1015至10"cn^的范围内。
上述SiGe层包括等级层，上述等级层的锗的浓度随着层的上升而增加； 和均匀层，上述等级层的表面上锗的浓度保持一致，且不纯物层形成在上述均 匀层内。
上述均匀层内包括的上述锗的浓度在IO至100%的范围内。上述均匀层的 厚度在0.1至5nm的范围内，且用在原处(in situ)的工程而形成。 上述SiGe层和变形硅层是通过取向附生而形成的。
为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种SSOI基板的 制造方法，包括提供第1基板；在上述第1基板的表面上生成SiGe而形成 SiGe层；在上述SiGe层表面上生成具有比上述SiGe更少格数的Si而形成变形 的硅层；从上述变形的硅层表面向上述SiGe层注入离子；提供具有氧化膜的第 2基板；接合上述第1基板和上述第2基板而形成接合基板，其中上述变形的 硅层和上述氧化膜互相面对；通过对上述接合基板热处理，以上述离子注入的 部分为中心分离上述接合基板；和通过上述SiGe层的去除，完成包括上述变形 的硅层、上述氧化膜和上述第2基板的SSOI基板；其中，将不纯物掺加到上 述SiGe层的离子注入的深度。
上述方法可以进一步包括，在形成上述变形的硅层之前实行用来上述SiGe 层表面的平坦化的CMP工程。其中形成上述接合基板进一步包括，在接合之 前将上述第l基板和第2基板洗净和弄干。其中形成上述接合基板进一步包括， 在接合后给上述第1基板和第2基板加压。
其中上述接合基板在100至600。C的温度内一皮加热，以离子注入层为中心 可以被分成两个，其中上述离子注入层是指上述SiGe层中注入的离子浓度最高 的地点。
其中上述加热处理每一个小时至每几个小时进行至少一次。 上述SiGe层的去除是通过湿式蚀刻、干式蚀刻和CMP中的至少一个而实
行的。
本发明的上述第l基板和第2基板可以使用硅层。
图l是示出根据本发明的具有变形硅层的第l基板制造方法的示意图； 图2是示出为说明将图1所示的第1基板和具有氧化膜的第2基板接合过 程的示意图3是示出为说明将图2所示的接合基板进行分离过程的剖视图； 图4是示出为说明从图3的接合基板去除不纯物层和SiGe层而完成的SSI0 基板的剖视图5是示出为说明根据本发明的SSIO基板的制造方法的流程图。
具体实施例方式
本发明特定示例性实施例将结合附图进行详细的说明。 本技术领域的技术人员可以理解在本说明书中所述的示例性实施例只是用 来进行说明解释的，其可以转换或修改成为不同的形式，比如本发明所使用的
Si02基板可以换成其他种类的基板。
图1是示出为说明根据本发明的具有变形硅层的第l基板制造方法的剖视 图。如图所示先提供用硅形成的第1基板100。第l基板的上面形成由SiGe而 生成的SiGe层110。其中SiGe层是通过取向附生可以形成在第1基板100的 上面。本发明的SiGe层的厚度可为几百nm至几[im。
SiGe层110包括离第1基板100越远锗的浓度越浓的等级层112和从等级 层112的上面浓度一致的均匀层114。由于其中的等级层112的浓度随着层的 上升而增加，格数也随此增加。等级层112的锗浓度通常为10至100%。
此时，为了控制表面上的瑕疯可以将具有10%以下的低锗浓度的SiGe层 形成在第l基板100和等级层112或者可以在相同的位置形成不具有锗的Si层。 上述具有低锗浓度的SiGe层和不具有锗的Si层的厚度最好为几百nm至几,。SiGe层110与等级层112和均匀层114相似可以形成为具有两个浓度形态 的结构，可是不仅只限于此种形式，即也可以形成为只具有等级层112的层或 者只具有均匀层114的层。
SiGe层是可以通过取向附生而形成的，其具体制造过程如下。如果均匀层 114的厚度为2|im,注入离子的深度为400nm，则将均匀层114先通过在原处 (in situ)工程生成为1.5|im的厚度，然后在此已生成的层上接着将每个具有 100nm厚度的5个层通过取向附生而形成为0.5nm的厚度。此时，根据注入离 子的深度可以在用装置来实现的范围内对层的数量和厚度来进行增加或减少。
如果注入离子的深度为200nm以下的，向SiGe层掺加不纯物可以引导其 与已注入的离子之间互相作用。
上述不纯物的掺加的浓度最好为lel5至le20cnf3的高浓度，在掺加时使 用的不纯物气体可以在B2H6(diborane)、 PH3(phosphine)和AsH3 ( arsine)中选 择一个。
在掺加不纯物的均匀层114上将硅取向附生。由于SiGe层110的格数比硅 的格数更大，生成的硅向伸张的方向受到应力而生成为变形的硅层140。
按照SSOI基板上形成的装置变形的硅层140可以生成为所需的厚度，通 常其可以生成为几十至几百nm的厚度。
另外，在生成变形的硅层140前可以实施用来SiGe层110的平坦化的CMP 工程。
接着利用注入离子的方式注入氢离子即tr或tf而将注入离子的领域形成
在SiGe层内。离子可以达到不纯物层120注入，通过不纯物层120的离子和被 掺加的不纯物之间的互相作用且对此加热可以生成孩i细裂缝，以后随着《敖细裂 缝的生成可以进行分离。每个不纯物层120的不纯物原子捕捉被注入的离子原 子，通过热处理被捕捉的原子发生内部扩散而导致以离子注入领域为中心进行分离。
注入的氢离子的适当的浓度一般为1015至10 n^左右，用来注入离子所 需要的离子注入能最好为几十至几百KeV。随着离子注入能增加，氢离子注入
的深度也增加，通过控制离子注入能可以在SiGe层110的内部形成离子注入领 域或者在等级层112、不具有锗的Si层或具有低锗浓度的SiGe层、甚至对第1 基板110的内部可以形成离子注入领域。
离子注入领域的最大深度与基板分离后要去除的层种类和层厚度有关。即 离子注入的深度越深要去的SiGe层的厚度越大，反之离子注入的深度越浅要去 的SiGe层的厚度越小。
并且，由于变形的硅层140受到被注入的离子影响，最好将变形的硅层140 的损伤和分离层的状态综合考虑而控制注入的离子量和离子注入能。
图2是示出为说明将图1所示的第1基板和具有氧化膜的第2基板接合过 程的示意图。
如图所示，先让变形的硅层140形成在上面的第l基板和具有氧化膜的第 2基板互相接近。通常，氧化膜210可为用Si02做成的硅氧化膜。
形成氧化膜210的方法包括热氧化硅基板的方法和在硅基板上沉淀Si02 的方法。氧化膜210电气地分离在SSOI基板上形成的装置，其氧化膜的厚度 一般为100至200[im。
在第1基板100和第2基板200通过变形硅层140和硅氧化膜210面对接 合而形成接合基板。通常在接合第1基板100和第2基板200之前将第1基板 100和第2基板200的接合面用SC-1等洗净液和纯水来洗净且弄干。
如果在第1基板100和第2基板200的接合面互相面对的状态下给此加轻 压的，接合领域随着接合面来扩散而使两个基板接合得更结实。为了加强第1 基板100和第2基板200之间的接合力可以在较低的温度，比如100至600°C 下进行分成一个或两个阶段且一个至几个小时的热处理。
图3是示出为说明将图2所示的接合基板进行分离过程的剖视图，图4是 示出为说明从图3的接合基板去除不纯物层和SiGe层而完成SSIO基板的剖视 图。
如图所示，以离子注入层130为中心可以将第1基板IOO和第2基板互相 分离。如果在较低的温度即100至600。C下给由第1基板和第2基板组成的接
合基板加热几十分钟至几个小时，在离子注入层130里能形成微细裂缝，随着 裂缝生成的上述接合基板分成两个。
上述接合基板的分离面形成为具有一定粗糙度的分离面。 通过用SCI湿式蚀刻去具有分离面的不纯物层120和均匀层114,可以形 成SSOI基板300，其中SSOI基板300包括顺次层压的变形硅层140、氧化膜 210和第2基板。除SCI湿式蚀刻以外，可以实施干式蚀刻或用来提高表面粗 糙度的CMP工程。上述的一些方法可以单独地或一起使用。
图5是示出为说明根据本发明的SSIO基板的制造方法的流程图。 在操作Sll中，提供用硅形成的第1基板。在操作S12中，将SiGe生成 在上述第1基板，上述SiGe层包括锗浓度随着与第1基板的相距越远而越增加
接着形成不纯物掺加层，上述不纯物掺加层的厚度相当于离子注入的深度。在 操作S14中，通过在原处工程将具有均匀锗浓度的SiGe层再形成在上述不纯物 掺加层的上面。在操作S15中，将具有比SiGe更小格数的Si形成在SiGe层上 而形成变形的硅层。在操作S16中，通过将离子注入从上述变形的硅层到上述 不纯物层而形成用来分离的离子注入层。然后，在操作S21中，提供具有氧化 膜的第2基板。在操作S31中，将上述变形硅层的表面和上述氧化膜的表面洗 净和弄干。在操作S32中，在上述变形的硅层和上述氧化膜互相面对的情况下 接合上述第1基板和上述第2基板而形成接合的基板。在操作S33中，通过对 上述接合基板进行加热处理，以上述离子注入层为中心分离上述接合基板。在 操作S34中，将具有分离面的上述不纯物层和上述均匀层去除而形成由上述变 形的珪层、上述氧化膜和第2基板顺次层压组成的SSOI基板。
根据本发明通过在SiGe层内掺加不纯物且对不纯物层注入离子能使被注 入的离子和硼等的不纯物之间的相互作用而引导裂缝的生成，因此本发明具有 在较低的温度下也可以分离的效果。
并且由于本发明的分离面粗糙度是良好的，不需要干式蚀刻、CMP或热处 理等的另外处理表面的工程，因此可以节省其他多余工程引起的费用，且减少 工作时间，有利于批量生产。
尽管已经参照其特定示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域的 技术人员应该理解，再不脱离由权利要求定义的本发明的精神和范围的情况 下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。因此，本领域的技术人员在本 发明的范围内可以基于本发明的原则进行各种变化和修改。
权利要求
1.一种SSOI基板的制造方法，其包括:提供基板；在上述基板的表面上形成SiGe层；在上述SiGe层的表面上生成具有比SiGe更少格数的Si而形成变形的硅层；和向上述变形的硅层注入离子；其中在上述SiGe层的生成过程中掺加不纯物，达到注入的上述离子的深度处。
2. 如权利要求1所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不纯物包括 硼(B)、磷(P)和砷(As)中的一个元素。
3. 如权利要求2所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不纯物使用 B2H6、 PH3和AsH3中至少一个气体。
4. 如权利要求3所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不纯物的浓 度在lel5至le20cm-3的范围内。
5. 如权利要求3所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不纯物以 10至300sccm的流量纟皮供应。
6. 如权利要求3所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不纯物在l 至760 4毛的压力下纟皮一参加。
7. 如权利要求3所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述不纯物在100至1200。C的温度内^y参加。
8. 如权利要求l所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述离子包括氢 离子(H+，H2+),上述氢离子的浓度在1015至10 mJ的范围内。
9. 如权利要求1所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述SiGe层包括等基层，上述等级层的锗的浓度随着层的上升而增加；和 均匀层，上述等级层的表面上锗的浓度保*持一致，且不纯物层形成在上述 均匀层内。
10. 如权利要求9所述的上述SSOI基板的制造方法，其中在上述均匀层 内包括的上述锗的浓度在10至100%的范围内。
11. 如权利要求9所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述均匀层的 厚度在0.1至5pm的范围内。
12. 如权利要求9所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述均匀层是 用在原处的工程而形成的。
13. 如权利要求1所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述SiGe层 和变形珪层是通过取向附生而形成的。
14. 一种SSOI基板的制造方法，其包括 提供第1基板；在上述第1基板的表面上生成SiGe而形成SiGe层；在上述SiGe层表面上生成具有比上述SiGe更少格数的Si而形成变形的硅层；从上述变形的硅层表面向上述SiGe层注入离子； 提供具有氧化膜的第2基板；接合上述第1基板和上述第2基板而形成接合基板，其中上述变形的硅层 和上述氧化膜互相面对；通过对上述接合基板热处理，以上述离子注入的部分为中心分离上述接合 基板；和通过上述SiGe层的去除，完成包括上述变形的硅层、上述氧化膜和上述第 2基板的SSOI基板；其中，将不纯物4参加到上述SiGe层的离子注入的深度。
15. 如权利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中进一步包括， 在形成上述变形的硅层之前实行用来上述SiGe层表面的平坦化的CMP工程。
16. 如权利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中形成上述接合 基板进一步包括，在接合之前将上述第1基板和第2基板洗净和弄干。
17. 如权利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中形成上述接合 基板进一步包括，在接合后给上述第1基板和第2基板加压。
18. 如权利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述接合基板 在100至600。C的温度内被加热，其中上述加热处理每一个小时至每几个小时 至少进行一次。
19. 如权利要求14所述的上述SSOI基板的制造方法，其中上述SiGe 层的去除是通过湿式蚀刻、干式蚀刻和CMP中的至少一个而实行的。
全文摘要
本发明提供了一种通过低温热处理分离基板形成SSOI基板的SSOI基板制造方法，其方法包括提供基板，在上述基板的表面上形成SiGe层，在上述SiGe层的表面上生成具有比SiGe更少格数的Si而形成变形的硅层和向上述变形的硅层注入离子，其中在上述SiGe层的生成过程中掺加不纯物，达到注入的上述离子的深度处。因此可以制造表面的微细粗糙度良好的基板，通过被注入的离子和不纯物的互相作用在低温下也可以分离接合的基板，节省制造费用，并且容易地形成装置的结构。
文档编号H01L21/02GK101373710SQ20081014713
公开日2009年2月25日 申请日期2008年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者姜锡俊, 金寅谦, 陆炯相 申请人:希特隆股份有限公司