专利名称：通过高温热退火改善薄层品质的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合结构体的制造。更准确而言，本发明提出了一种用于形成在半导体材料中包含取自供体基片的层的结构体的方法，所述方法包括下列连续步骤
(a) 注入原子物种以在所述供体基片中在给定深度形成脆化区；
(b) 组装所述供体基片与受体基片；
(C)提供能量从而在所述脆化区剥离所述取自供体基片的层；(d)对移除的所述层进行修整处理以改善其表面状况
背景技术：
以上提到的这些类型的方法对于本领域的技术人员来说都是已知的。SmartQitTM类型的方法是对应于本发明优选实施方式的一个实例。这样的方法使得能够制造在半导体材料中包含薄层的结构体。为获得关于上述技术的细节，本领域的技术人员例如可以参考J.-P. COLINGE, Hon-o"-7mw/ator fec/wo/ogv: wafer/a/s to KLS7，化co"c/ W"ow "， 第50页 第51页,Kluwer Academic Publishers, 1991 。
通过这类方法获得的结构体能够应用于微电子学、光学和/或光电子学的领域。
获取的层在硅中时这些结构体是绝缘体上硅(SOI)类型，或者，获取的层在应变硅中时这些结构体是应变SOI (sSOI)类型。还可以得到其他类型的复合结构体。
步骤(a)包括在供体基片中注入一种或更多种离子化的物种，其随后将根据注入能量形成缺陷被或多或少地嵌埋的区域。这些缺陷能够生长并导致步骤(c)中获取的层被剥离。
步骤(c)中利用的能量至少部分通过剥离退火以热的形式供给。因此，
4必须考虑热量收支(也就是，在第一种方法中，温度/热处理持续时间对)
以确定剥离待移除的层的时刻。
除了热量收支之外，温度分布(炉顶与炉底之间)也是重要的。在步骤(C)中进行剥离之后，通常可以观察移除层的粗糙度、缺陷和/
或表面的晶体质量的下降。
考虑到指定的应用，所使用的结构体的表面状况的规格通常极为严
格薄层的粗糙度是在一定程度上决定将在结构体上制造的元件的品质
的参数。
为处理这些表面缺陷，可以实施修整处理，目的在于符合最终的粗糙度要求，即，基片的自由面必须满足其随后的用途。
这些修整步骤相当于该方法的额外步骤，其往往使得该方法更为复杂且更为昂贵。
减少诸如以上提到的那些表面缺陷的公知方法包括在"高温"(在本说明书中通常对应于超过50(TC的温度)进行剥离退火(步骤C)。
文献US 2003/0216008和WO 2005/086228提供了该剥离退火的实例，特别是使晶片暴露于"高温"以给定的持续时间从而引发剥离。
这些文献证明了在"高温"下部分进行剥离退火时粗糙度下降，从而其使得修整步骤得以简化。
事实上，据认为延长"高温"下的剥离退火的行为可"消除"某些由剥离产生的表面缺陷。
不过，在这样的温度下执行剥离退火的行为也产生了不希望有的效果有时很难由制得的结构体剥离供体基片。
这通常可由当组装体经历"高温"时供体基片和制得的结构体在剥离界面的再附着现象来解释。
发明内容
本发明提出减轻上述问题，特别是提出通过减少再附着的危险而使得能够执行"高温"剥离退火。鉴于此，本发明提出一种用于形成在半导体材料中包含取自供体基片的层的结构体的方法，所述方法包括下列连续步骤(a)注入原子物种以在所述供体基片中在给定深度形成脆化区；(b)组装所述供体基片与受体基片；(c)通过实现在高温下进行的剥离退火提供能量从而在所述脆化区剥离所述取自供体基片的层；(d)对获取的所述层进行修整处理以改善其表面状况，其特征在于在剥离步骤(c)中，所述高温剥离退火随着使得达到高温的上升，即上升斜坡而发展，所述高温相当于最大剥离退火温度，其特征还在于以防止在剥离后所获得的结构体的表面上出现明显缺陷性的方式限制暴露于所述高温的持续时间。
该方法的各个方案优选而非限制性地为下列方案
-暴露于所述高温的持续时间(D)小于或等于作为所述高温的线性
函数(L)的极限值，
-所述线性函数的形式为D = -3/5 HT + 450，其中HT和D分别是以
摄氏度表示的所述高温和以分钟表示的暴露于所述高温的持续时间，-暴露于所述高温的持续时间(D)等于所述极限值(L)，-暴露于所述高温的持续时间以所述上升后紧接着为温度降低的下
降，即下降斜坡的方式而为空值，
-在所述上升中温度每分钟增加l(TC，
-在所述下降中温度每分钟降低10°C，
-在所述上升期间所述高温达到的最大值大于50(TC，
-在所述上升期间所述高温达到的最大值大于600。C，
-在所述上升期间达到的最大温度为700°C 750°C，
-注入步骤(a)是联合注入步骤，优选注入的物种是氢和氦，典型的
是首先注入氢，
另外，本发明涉及进行了本发明的方法的步骤(a)、 (b)和(c)之后得到的绝缘体上硅类型的结构体，所述结构体的剥离后测定的粗糙度对于10x10 nm2的表面为10埃RMS。
本发明的其他特征和有利之处将通过下列描述而进一步显现出来，这些描述纯粹是说明性的而非限制性的，并且必须 考附图理解，图中图1表示根据本发明的剥离退火过程中完成的热量收支，
图2表示如现有技术中所公知的剥离退火过程中完成的热量收支，
图3表示相对于剥离退火过程中达到的最大温度，剥离后的SOI结构体的平均粗糙度(以DWN雾度表示)，暴露于最大温度的持续时间分别等于0分钟、10分钟和30分钟，
图4a、 4b和4c表示通过执行已知类型的剥离退火得到的SOI结构体的剥离后观察到的缺陷图，其中暴露于"高温"的持续时间等于30分钟，"高温"等于500。C (4a)、 600°C (4b)和675°C (4c)，
图5表示通过执行本发明的剥离退火得到的SOI结构体的剥离后观察到的缺陷图，显示的温度"峰"等于675i:，
图6是描述在己经历剥离退火的结构体中按照剥离容易性得到的结果的表格，其中"高温"值和暴露的持续时间是变量，
图7表示相对于剥离退火过程中达到的最大温度，剥离后的SOI结构体的平均粗糙度(以DWN雾度表示)，这些结构体各自通过不同类型的注入得到氢+氦，氦+氢，仅有氢，
图8表示相对于剥离退火过程中达到的最大温度，在10x10 (^12表面上测定的平均局部粗糙度RMS，这些结构体各自通过不同类型的注入得到氢+氦，氦+氢或仅有氢，
图9是将通过在不同注入条件和几个"高温"值执行本发明的剥离退火而剥离的"可行性"组合在一起的表格。
具体实施例方式
正如已经提及的，本发明涉及根据在本文的发明内容中提及的概述性步骤(a) (c)或(d)制造在半导体材料中包含取自供体基片的层的结构体。
通过在已经由注入物种而脆化的供体基片处进行剥离得到半导体材料中的层。
特别是，本发明可改善通过执行Smart CutTM类型方法而得到的结构体的品质，尤其是通过在可能进行的修整步骤之前减小剥离退火后得到的结构体的粗糙度和缺陷性来进行所述改善。
本发明还能够使这些修整步骤最简化，由此使得所述方法的持续时 间縮短。
在本发明的方法的情况中，为获得SOI型结构体，对在供体基片中 进行注入(步骤(a))的不同条件和剥离退火(步骤(c))的不同条件进行 评估。
因而，根据三种变体(记为H、 H+He和He+H)执行注入步骤(a)。
H:仅注入氢(将在本文中讨论的条件对应于浓度等于1.0xl016cm—2、 注入能等于32keV);
He+H:顺次联合注入氦和氢(将在本文中讨论的条件对应于对于两 种物种的每一种浓度等于1.0xl016cm'2、氢的注入能等于32keV、氦的注 入能等于52keV);
H+He:顺次联合注入氢和氦(将在本文中讨论的条件对应于对于两 种物种的每一种浓度等于1.0xl016cm'2、氢的注入能等于32keV、氦的注 入能等于52 keV)。
在有利的变体中，本发明因而将进行联合注入步骤。通常，指定步 骤(a)为注入步骤，注入一种或更多种物种。
特别指明的是，联合注入减少了注入物种的剂量。
注入步骤之后，通过使供体基片与受体基片接触来执行组装步骤(b)。
然后，这些组装后的基片随着给定温度的变化而经历剥离退火。
如图1所示，剥离退火通常以等于20(TC的温度范围持续大约1个 小时开始，这有助于增强结合界面。
随后根据温度升至(可以以每分钟l(TC的速度)大于或等于500°C 的"高温"的上升来升高温度。
一旦达到高温，就立即降温(可以以每分钟l(TC的速度)直至温度 达到大约20(TC;因此，暴露于"高温"受到限制。
图2描述了己知类型的剥离退火，其中"高温"在一定时程内(例 如，持续时间可为大约30分钟)稳定。
为表征剥离退火后的SOI结构体的品质，对所述结构体进行几项测
8试"粗糙度测试"、"缺陷性测试"。
这两种类型的测试指示结构体的两种不同品质。
粗糙度是剥离后转移层的表面粗糙度。公知的"高温"剥离退火设 法降低该粗糙度。
关于缺陷性，在本文意义上的所有情况中，其相当于具有的尺寸比 典型的粗糙度量值大得多的缺陷。这些缺陷相当于转移层的局部断裂。 缺陷性因而表示层在转移之前的可能的再附着。在本文中，术语"缺陷" 相当于该缺陷性，因而，特别是，其不涵盖粗糙度。
DWN雾度测定描述了在得到的结构体的整个表面上测定的平均粗 糙度。通过SP1扫描待分析的表面来测定所述雾度。其原理基于对响应
于波长等于488nm的激光束的由晶片漫反射的发光强度的检测。漫反射 的发光强度由两个不同尺寸的通道回收"窄"通道(即DNN雾度)或 "大"通道(即DWN雾度)。
图3表示相对于剥离退火过程中达到的最大温度，剥离后的SOI结 构体的DWN雾度，暴露于最大温度的持续时间等于0分钟(即，本发 明的剥离退火)、10分钟和30分钟。
图4a、 4b和4c表示对于最大剥离退火温度分别等于50(TC、 60(TC 和675"C的SOI结构体在剥离后通过SP1观察到的缺陷图。在该"高温" 下的暴露为30分钟(公知类型的剥离退火)。
在图3、 4a、 4b和4c中，注入条件是先前提到的那些条件。
正如先前已知且提及的，图3清楚地表明提高剥离退火温度的行为 改善了粗糙度。事实上，如图3所示，当最大剥离退火温度升高时平均 粗糙度改善(下降)，与暴露的持续时间无关。
另外，图3表明縮短在高温下的暴露持续时间的行为使得剥离退火 能够在更高的温度以良好的状况进行。
更准确而言，在其品质如图3所示的结构体中已经观察到，实际上 很难，甚至不可能在高于70CTC (在该剥离温度、30分钟时程的情况下) 和高于75(TC (IO分钟时程的情况下)的剥离温度准确剥离待转移的层。
这相当于在图4a、 4b和4c中所示的结果。事实上，应当注意在这些图中，提高"高温"的行为导致得到的结
构体的转移层的边缘的断裂增多；难以剥离基片。
另外，在这些高温下注意到因硅-硅键所致的再附着现象。
图4c中，在晶片的边缘因而能见到大量的断裂。
正如图5中所示，进行本发明的剥离退火时该断裂现象减少，与图 4c相比(其对应于相同的"高温"值)，图5中边缘处的缺陷明显减少。
图6的表格以全面的方式描述了縮短暴露于"高温"的持续时间呈 现出的有利之处。
事实上，据上可以看出，增加高温的行为改善了剥离后的粗糙度， 但这有可能导致基片的再附着。
图6的表描述了关于在各种条件("高温"值、暴露于该"高温"的 持续时间)剥离退火后得到的缺陷性的结果。
该表中，小方格为白色时表示剥离准确进行，而当存在颜色渐变(白 色+灰色或黑色+灰色)时表示越来越困难但不是不可能分离基片，相 反，当其为黑色时表示基片高度受损乃至断裂，导致过度再附着。
例如，对于在超过75(TC的"高温"暴露持续时间为30分钟的情况， 不可能剥离基片，而在同一 "高温"下暴露持续时间较短时则可能进行 剥离。
图6的表确定出界定限制性条件(剥离退火过程中最高温度的值， 指定为HT;暴露于该最高温度的持续时间，指定为D)的极限值L，使 得能够得到以缺陷性计具有良好品质的结构体。该极限值L划分了两个 区域D1和D2。
区域D1对应于可接受的条件。区域D2对应于导致缺陷性过于明显 的条件。
根据本发明，剥离退火在区域D1中进行；也就是，维持"最高温度" 值和低于极限值的暴露持续时间。
观察到极限值L对应于这样的条件其中持续时间D基本上为最高 温度HT的线性函数。
更准确而言，极限值L可以表征为对应于下述方程式D = -3/5 HT + 450
由于对该极限值的证实，可以通过选择持续时间D和对应于极限值 L的点的温度HT使得在高温下的暴露最优化。
在本发明的实施方式的变体中，暴露于在剥离退火过程中所达到的 最大"高温"是瞬间的，并且温度一旦达到该最大值就立即下降。这特 别对应于图1的实例。
图7和8描述了以不同的剥离退火的最大温度值和不同注入变体对 SOI结构体进行剥离退火结束时得到的粗糙度。
在这些图中，明确指出
-最大剥离退火温度等于50(TC时，采用的退火为公知类型，在 500。C持续30分钟(见图2)，
-最大剥离退火温度大于50(TC时，根据本发明的变体，退火表现出 大于50(TC的温度"峰"又立即下降(见图1)。
图7中，DWN雾度表示为最大剥离退火温度(500°C 800°C)的函 数，对三种类型的注入变体得到的SOI结构体进行了测定。
发现DWN雾度的大体发展趋势是随最大温度升高而降低。对应于 改善的表面状况的该降低对于最大温度大于60(TC的情况特别显著。
此外还发现，最重要的收获是观察到的H+He变体的情况。事实上， 对于低于65(TC的温度，DWN雾度极高，而从65(TC起，DWN雾度减小 并且迅速追上了 He+H变体的DWN雾度。
在SP1中进行的并在图7中描述的观察结果与由原子力显微镜 (AFM)获取的粗糙度测定结果相关联。这使得能够由通过使用显微镜 扫描2x2 )Lm^至40x40 ^012表面的表面待测部分而确定的缺陷的大小的 均方根(RMS)来表征粗糙度，该RMS粗糙度由埃(A)表示。
由此图8中表示了相对于剥离退火热量收支的最大温度，在SOI结 构体的10x10 iur^表面上测得的RMS粗糙度。
RMS粗糙度随剥离退火温度而下降。还发现两种联合注入的变体显 示出的粗糙度小于H变体的粗糙度。
另外，对于三种变体，已经观察到特别有利的是使剥离退火的温度
ii超过600°C 。
从75(TC起，两种联合注入的变体使得能够获得具有相同粗糙度的 表面。
在所有的情况中，通过将暴露于高温的持续时间最短化(特别是为 了消除，或在任何情况中为了减少由剥离引起的表面缺陷)来使剥离退 火达到"高温"。
对于测试的三种注入变体，图9的表描述(基于与图6的表相同的 原理)了根据本发明的剥离退火后剥离基片的可行性，在变体中，剥离 过程中一旦达到最大温度就立即使温度下降。
该表指出就缺陷性方面而言，H+He注入产生了最佳结果。这表明这 种类型的注入是最有利的，尽管单独考虑粗糙度时可将其视为等同于 He+H注入。
由于这些结果，可以评估关于本发明剥离退火的温度峰值选择的极 限温度，事实上对于三种注入变体，均不可能在超过80(TC时剥离晶片。 本发明还允许下列方面
-由于暴露于高温所致存在剥离后改善的表面状况的好处，
-由于限制了暴露于"高温"的持续时间而延迟了因再附着导致的
不利之处的出现。
因此，本说明中所示的结果表明，在温度超过500°C，更特别超过
60(TC并小于或等于75(TC时，本发明的热量收支能够改善得到的结构体
的表面状况。
还应注意，通过在步骤(a)的过程中利用联合注入的变体得到了这些 特别有利的结果。此外，H+He联合注入就缺陷性方面而言产生了特别有 利的结果。
另外，时程的消除使得Smart CutTM类型的方法的持续时间縮短，因 为剥离退火的持续时间缩短。
根据本发明的剥离退火后得到的SOI型结构体表现出的粗糙度小于 根据公知类型的剥离退火(具有高温时程)得到的粗糙度。对于仅注入 氢和最大剥离退火温度为500°C，该粗糙度通常为70A RMS 100A RMS o
所描述的实例集中于SOI结构体；当然，本领域的技术人员可容易 地将本发明变换至其他类型的可经由Smart CutTM类型方法得到的结构体。
特别是，对于在驰豫的SiGe中进行注入和断裂的sSOI结构体，也 己经得到了与本说明书中描述的结果相当的结果。更概括而言，本发明 适用于任何根据本文中提到的步骤(a) (c)或(d)通过层转移获得的结构体。
权利要求
1.一种用于形成在半导体材料中包含取自供体基片的层的结构体的方法，所述方法包括下列步骤(a)注入原子物种以在所述供体基片中在给定深度形成脆化区；(b)组装所述供体基片与受体基片；(c)通过实现在高温下进行的剥离退火提供能量从而在所述脆化区剥离所述取自供体基片的层；(d)对获取的所述层进行修整处理以改善所述层的表面状况，其特征在于在剥离步骤(c)中，高温剥离退火随着使得达到高温的上升而发展，所述高温相当于最大剥离退火温度，其特征还在于以防止在剥离后所获得的所述结构体的表面上出现明显缺陷性的方式限制暴露于所述高温的持续时间。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于暴露于所述高温的持续时间(D)小于或等于作为所述高温的线性函数(L)的极限值。
3. 如前述权利要求所述的方法，其特征在于所述线性函数的形式为 D = -3/5 HT + 450,其中HT和D分别是以摄氏度表示的所述高温和以分钟表示的暴露 于所述高温的持续时间。
4. 如前两项权利要求之一所述的方法，其特征在于暴露于所述高温 的持续时间(D)等于所述极限值(L)。
5. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于暴露于所述高温的 持续时间以所述上升后紧接着为温度降低的下降的方式而为空值。
6. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于在所述上升中温度 每分钟增加10°C。
7. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于在所述下降中温度 每分钟降低10°C。
8. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于在所述上升期间达 到的最大高温值大于50(TC。
9. 如前述权利要求所述的方法，其特征在于在所述上升期间达到的 最大高温值大于60(TC。
10. 如前述权利要求所述的方法，其特征在于在所述上升期间达到 的最大高温为700°C 750°C。
11. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于所述注入步骤(a) 是联合注入步骤。
12. 如前述权利要求所述的方法，其特征在于注入的物种是氢和氦。
13. 如前述权利要求所述的方法，其特征在于首先注入氢。
14. 一种进行了权利要求1所述的方法的步骤(a)、 (b)和(c)之后得到 的绝缘体上硅类型的结构体，所述结构体的剥离后测定的粗糙度对于 10x10 pm2的表面为IO埃RMS。
全文摘要
本发明涉及一种用于形成在半导体材料中包含取自供体基片的层的结构体的方法，所述方法包括下列连续步骤(a)注入原子物种以在所述供体基片中在给定深度形成脆化区；(b)组装所述供体基片与受体基片；(c)通过实现在高温下进行的剥离退火提供能量从而在所述脆化区剥离所述取自供体基片的层；(d)对获取的所述层进行修整处理以改善所述层的表面状况，其特征在于在剥离步骤(c)中，高温剥离退火随着使得达到高温的上升而发展，所述高温相当于最大剥离退火温度，其特征还在于以防止在剥离后所获得的所述结构体的表面上出现明显缺陷性的方式限制暴露于所述高温的持续时间。
文档编号H01L21/762GK101641775SQ200880009682
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月14日 优先权日2007年3月29日
发明者古耶特·芳·阮, 康斯坦丁·布德尔, 沃尔特·施瓦岑贝格 申请人:硅绝缘体技术有限公司