分解绝缘体上半导体型结构的外周环中的氧化物层的方法
【专利说明】
[0001] 本发明是中国专利申请号为200980155187.X，发明名称为"分解绝缘体上半导体 型结构的外周环中的氧化物层的方法"，申请日为2009年12月30日的进入中国的PCT专 利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种处理连续包括载体衬底（carriersubstrate)、氧化物层和半导 体材料薄层的绝缘体上半导体型（SOI)结构的方法，更特别地，涉及一种可以避免半导体 层在分解氧化物的热处理过程中分层的处理方法。
【背景技术】
[0003] 在绝缘体上半导体型（SOI)结构的区域中，已知可以应用热处理来使至少一部分 氧从埋入氧化物层通过薄半导体层扩散，以便减小或消除该氧化物层的厚度。
[0004] 可以对整个结构应用这种分解步骤，或者也可以局部地应用这种分解步骤，即在 与所需图案相对应的SOI结构的确定区域中完全或部分地分解氧化物层，同时保留其他区 域中的原始氧化物层。这被称为氧化物层的"局部分解"。
[0005] 这种分解热处理或者诸如表面平滑步骤或外延步骤的任何其他类型的热处理的 应用可能引起文件W0 2007/048928中所提到脱湿（de-wetting)现象。本发明的发明人观 察到，引发这种现象的位置特别地是在结构的外周，更一般地是在结构中露出埋入氧化物 的每一点处，即结构中与外界相接触的每一点处，或者是在薄层过薄（几十纳米或更薄）以 至于在结构达到高温时在形态上变得不稳定、从而露出埋入氧化物的每一点处。
[0006] 薄层的厚度越薄（例如小于100nm)，这种脱湿现象越严重。
[0007] 如果埋入氧化物暴露在处理气氛中并与例如由Si制成的薄层相接触，则这种脱 湿现象还伴随有按照如下反应腐蚀该氧化物的现象：
[0008] Si02+Si-> (气体）2Si0
[0009] 在Si/Si02/处理气氛的"三点"接触处，埋入氧化物（Si02)与薄层的硅反应，形 成被携带到处理气氛中的挥发性SiO复合物。
[0010] 回顾一下，在通过键合获得的绝缘体上半导体型（S0I)衬底中，由于接触面上存 在外周倒角，在组装衬底的边缘不存在键合。因此在转移例如由硅制成的薄层之后，最终衬 底具有未发生转移且露出埋入氧化物的外周环。
[0011] 当这种衬底暴露在诸如分解热处理之类的热处理当中时，在薄层热处理过程中可 能会发生脱湿和腐蚀现象，在衬底外周高达lcm的距离上导致大范围的缺陷区域。
[0012] 这种缺陷也可能发生在埋入氧化物直接暴露或者位于厚度较小的薄层下方的起 始衬底的任意其他点。缺陷可能是薄层中的洞穿缺陷（throughdefect)(也被称为"HF缺 陷"），因此将埋入氧化物暴露到处理气氛中。该缺陷可能涉及到薄层的厚度比该层的平均 厚度小很多的衬底区域，如果在处理过程中应该减小薄层的厚度，则可能使埋入氧化物暴 露到处理气氛中。
[0013] 这些现象使得衬底不适合用于这些衬底通常的应用领域，例如不适合于在出现这 种缺陷的区域中制造电子元件（例如"存储器"和"逻辑"元件）。
【发明内容】
[0014] 因此，本发明的目的之一是提出一种具有简单设计和低成本的方法，以获得至少 在其整个或部分外周上不包括任何脱湿或腐蚀现象的绝缘体上半导体型（SOI)结构，从而 克服这种缺点。
[0015] 为此目的，根据本发明，提出一种处理连续包括载体衬底、氧化物层和半导体材料 的薄层的绝缘体上半导体型结构的方法，所述结构具有露出所述氧化物层的外周环，所述 方法包括在中性或受控还原气氛中应用主要热处理，值得注意的是，所述方法在所述主要 热处理之前包括至少一个覆盖至少所述氧化物层的暴露外周部分的步骤，所述主要热处理 是在受控的时间和温度条件下进行的，以便促进所述氧化物层的至少一部分氧通过薄半导 体层扩散，导致所述氧化物层的厚度的受控降低。
[0016] 表述"至少所述氧化物层的暴露外周部分"意为埋入氧化物的暴露部分附近的区 域也被覆盖，在该区域中薄层具有非常小的厚度。该厚度在热处理过程中将会被降低，这意 味着在处理过程中，下方氧化物层可能会暴露或者在形态上变得不稳定。因此，使用1100°c 的退火时，有利地必须在氧化物上提供至少l〇nm的层，使用1200°C的退火时，必须有利地 在外周附近的氧化物上提供至少50nm的层。
[0017] 根据该方法的有利的非限制性特征：
[0018] -所述主要热处理为平滑热处理；
[0019] -在所述主要热处理之前直接应用另外的热处理，即所谓的蠕变处理，以在所述氧 化物层的暴露外周部分上导致半导体层的蠕变；
[0020] -所述蠕变热处理是通过在大约1200°C的最终温度下非常快速地应用热处理来 进行的；
[0021 ]-所述蠕变热处理在所述最终温度下执行小于3分钟的时间；
[0022] -所述蠕变热处理是以大于20°C/秒、优选地大约50°C/秒的温升进行的；
[0023] -所述氧化物层具有大约10nm的厚度，而所述薄层的厚度比所述氧化物层的厚度 至少大十倍；
[0024] -所述蠕变热处理是在氢和/或氩气氛中进行的；
[0025] -在所述主要热处理之前和/或在所述蠕变热处理之后，在埋入氧化物的暴露外 周部分上形成掩模（mask);
[0026] _所述掩模是在所述半导体层上局部形成的，以允许所述热处理步骤中的局部分 解；
[0027] _所述半导体材料层是由硅制成的；
[0028] -所述氧化物层是由二氧化硅制成的。
【附图说明】
[0029] 接下来参考附图描述作为根据本发明的方法的非限制性示例给出的实施例的几 个变形，从而更好地显现本发明的其他优点和特征，其中：
[0030] 图1显示了根据本发明的氧化物分解处理之前的绝缘体上半导体型结构，
[0031] 图2是图1所显示的绝缘体上半导体型结构的环的细节图，
[0032] 图3显示了根据本发明的结构的处理方法中的一个步骤，
[0033] 图4和图5显示了根据本发明的处理方法的实施例的变形的步骤，
[0034] 图6至图8显示了根据本发明的处理方法的实施例的另一变形的步骤。
【具体实施方式】
[0035] 参考图1，对绝缘体上半导体（SOI)型结构应用下文详细描述的分解处理，所述绝 缘体上半导体型结构从其底部到其表面连续包括载体衬底1、氧化物层2和半导体层3。
[0036] 载体衬底实质上充当用于SOI结构的加强构件。
[0037] 为此目的，载体衬底典型地具有大约几百微米的厚度。
[0038] 载体衬底1可以是体衬底（bulksubstrate)或者是复合衬底，S卩由至少两层不同 材料的堆叠组成的衬底。
[0039] 载体衬底1例如可以包括下列材料之一 ：Si、Ge、SiGe、GaN、蓝宝石。
[0040] 半导体层包括至少一种半导体材料，例如Si、Ge或SiGe。
[0041] 可选地，半导体层3可以是复合的，即由半导体材料层的堆叠组成。
[0042] 半导体层3的材料可以是单晶的、多晶的或者无定形的。其可以是多孔的，也可以 不是多孔的，可以是掺杂的，也可以不是掺杂的。
[0043] 在一种特别有利的方式中，半导体层3适合于容纳电子元件。
[0044] 薄半导体层3的厚度小于50:Q0A，优选地小于2500A，以使氧能够充分快速地 扩散。半导体层3越厚，氧的扩散速度越慢。
[0045] 氧通过厚度大于5000A的半导体层3的扩散是非常缓慢的，因此在工业层面上 来讲，几乎是不利的。
[0046] 氧化物层2在结构中埋入在载体衬底1和半导体层3之间；因此在行业中通常用 BuriedOxideLayer(埋入氧化物层）的缩写BOX来表示。
[0047] 使用本领域技术人员已知的包括键合在内的任意的成层（layering)技术来制造 SOI结构。
[0048] 在这些技术当中，特别要提到的是Smart-Cut方法（注册商标），其主要包括下列 步骤：
[0049] i)在载体衬底1上或者在包含半导体层3的施主衬底上形成氧化物层2，
[0050] ii)在施主衬底中形成弱化区域，该弱化区域限定了将要被转移的薄半导体层3，
[0051] iii)将施主衬底键合到载体衬底上，使氧化物层2位于键合界面处，
[0052] iv)沿弱化区域分割施主衬底以将薄半导体层3转移到载体衬底1上。
[0053] 这种