用于制造多个结构的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制造多个结构的工艺，所述多个结构每个相继包括衬底、包括氧化物的电介质以及包括半导体材料的有源层。
[0002]术语“有源层”指的是在其上或其中将制造旨在用于尤其是在微电子、光学和光电子的领域中的应用的部件的层(或多个子层)。
【背景技术】
[0003]如图1A所示，现有技术已知的制造工艺包括下列步骤:
[0004]a)提供适于接收多个结构S的腔室10，
[0005]b)使气体流F(由箭头显示)在腔室10中循环，使得腔室10具有非氧化性气氛，
[0006]c)在高于阈值的温度下对多个结构S进行热处理，在高于阈值的温度下，电介质的氧化物中存在的氧会扩散通过有源层，与有源层的半导体材料反应，并生成挥发性材料。
[0007]在步骤a)中提供的腔室是设备1的一部分，该腔室配备有适于对结构S进行支撑的支撑系统4。
[0008]在步骤b)中，可以通过惰性气体(例如氩)或还原性气体的连续气体流F来获得非氧化性气氛。术语“非氧化性”应当理解为是指氧含量小于lOppm的气氛。气体流F通过入口 2注入腔室10，并且通过出口 3从腔室10排出。
[0009]步骤c)中，热处理在高温下进行，常规上在大约1200°C的温度下进行。
[0010]应当注意，优选地，步骤b)和步骤c)同时进行。
[0011]尤其在电介质包括二氧化硅以及有源层的半导体材料包括硅时使用这样的现有技术工艺。于是所生成的挥发性材料包括一氧化硅。因此，步骤c)使得能够部分溶解电介质。对于需要电介质厚度小于200nm的结构的制造，这样的现有技术工艺尤其有益。
[0012]本领域技术人员将在Kononchuk 的文章(Kononchuk 等，Novel trends in SOItechnology for CMOS applicat1ns, Solid State Phenomena, Vols.156-158(2010)pp.69-76,以及 Kononchuk 等,Internal Dissolut1n of Buried Oxide in SOIWafers, Solid State Phenomena, Vols.131-133 (2008) pp.113-118)中找到对这样的工艺的技术描述。
[0013]然而，这样的现有技术工艺不是完全令人满意的，正如申请人所注意到的，电介质在步骤c)中的溶解是不均匀的，这导致在所制造的结构中的电介质的厚度的非均匀性。该非均勾性在所希望的电介质厚度很小(例如，小于20nm或10nm)而结构直径很大(300mm、450mm)时会更加有害。
【发明内容】
[0014]本发明目的为克服上述缺陷，本发明涉及用于制造多个结构的工艺，所述多个结构各相继包括衬底、包括氧化物的电介质以及包括半导体材料的有源层，所述工艺包括下列步骤:
[0015]a)提供适于接收多个结构的腔室，
[0016]b)使气体流在腔室中循环，使得腔室具有非氧化性气氛，
[0017]c)在高于阈值的温度下对多个结构进行热处理，在高于阈值的温度下，电介质的氧化物中存在的氧扩散通过有源层，与有源层的半导体材料反应，并生成挥发性材料；所述工艺的特征在于，步骤b)和步骤c)进行为使得气体流在多个结构之间的循环的记为Vf的速率大于挥发性材料扩散进入气体流的记为1的速率。
[0018]申请人已经观察到，步骤c)中的电介质的溶解的非均匀性主要是由于挥发性材料在有源层附近的积累，该积累在结构的中心处比在结构的边缘处更大。这种挥发性材料的浓度梯度导致在结构的中心处的电介质厚度过大。具体地，气体流在多个结构之间的循环的速率相对于挥发性材料扩散进入气体流的速率而言非常小；一般而言，Vf/Vd〈10。从而，挥发性材料的排出主要通过向结构的边缘扩散来进行(其速率在mm/s的量级)。因而在有源层附近的挥发性材料的浓度梯度导致在结构的中心的电介质的溶解相对于结构的边缘而目减慢了。
[0019]通过使得气体流在多个结构之间的循环的速率(记为Vf)大于挥发性材料扩散进入气体流的速率(记为Vd)，本发明解决了该问题。从而，通过形成挥发性材料的强制循环，防止产生在结构之间的挥发性材料的浓度梯度，而且使得步骤c)中的电介质的溶解变得均匀，这使得所制造的结构中的电介质的厚度均匀。
[0020]应当注意，优选地，步骤b)和步骤c)同时进行。
[0021]有益地，步骤b)和步骤c)进行为使得W 100，优选为V f/Vd^ 1000。
[0022]从而，腔室中的气体流的循环速率与挥发性材料扩散进入气体流的速率之间的这样的比使得在每个结构之间的有用层附近的挥发性材料的浓度梯度显著降低。
[0023]根据一个实施方案，步骤b)进行为使得气体流在每个结构的有源层附近循环。
[0024]从而，在多个结构之间产生了挥发性材料的强制循环。
[0025]根据一个实施方案，在步骤a)中提供的腔室沿着纵向轴线延伸，步骤b)包括将气体流注入到腔室中，该注入的方向平行于纵向轴线，步骤a)包括为腔室配备导引装置的步骤，该导引装置布置为将注入的气体流导引到每个结构的有源层附近，该导引装置优选包括鳍，所述鳍定位为围绕腔室的周界。
[0026]根据一个实施方案变形，在步骤a)中提供的腔室沿着纵向轴线延伸，步骤b)包括将气体流注入到腔室中，该注入的方向平行于纵向轴线，步骤a)包括为腔室配备支撑构件的步骤，该支撑构件布置为对多个结构进行支撑，该支撑构件能够相对于腔室绕纵向轴线旋转运动，使得气体流在每个结构的有源层附近循环。
[0027]根据一个特征，结构的支撑构件形成部分地围绕纵向轴线的螺旋，结构的每个支撑构件形成该螺旋的叶片。
[0028]从而，通过气体流的搅动，这样的支撑构件能够显著降低在每个结构之间的有用层附近的挥发性材料的浓度梯度。
[0029]根据一个实施方案变形，在步骤a)中提供的腔室沿着纵向轴线延伸，步骤b)包括将气体流注入到腔室中，该注入的方向垂直于纵向轴线并且朝向每个结构，使得气体流在每个结构的有源层附近循环。
[0030]有益地，所述工艺包括将在每个结构的有源层附近循环的气体流排出的步骤，气体流从腔室排出的方向垂直于腔室的纵向轴线。
[0031]从而，这样的专用于每个结构的排出能够防止产生沿着纵向轴线的挥发性材料的浓度梯度。
[0032]根据另一个实施方案变形，步骤b)包括将气体流注入到腔室中的步骤，该注入指向每个结构的中心。
[0033]从而，产生了从结构的中心向结构的边缘的挥发性材料的强制循环，这是为了防止产生在每个结构之间的有用层附近的挥发性材料的浓度梯度。
[0034]有益地，步骤a)包括为腔室配备支撑构件的步骤，该支撑构件布置为对多个结构进行支撑，支撑构件形成了导管，该导管布置为将注入的气体流导引到结构的中心。
[0035]从而，这样的支撑构件执行双重功能:对结构进行支撑，以及将气体流注入。
[0036]根据一个实施方案，所述工艺包括将气体流从腔室排出的步骤，而排出的气体流的一部分再次注入到腔室中。
[0037]从而，除了结构的中心和边缘之间的浓度均一性外，还沿着腔室使挥发性材料的浓度均一化。
[0038]有益地，每个结构的有源层具有自由表面，步骤a)包括为腔室配备支撑装置的步骤，该支撑装置布置为对多个结构进行支撑，并且该工艺包括将支撑构件设定为绕垂直于每个结构的有源层的自由表面的轴线进行旋转运动的步骤。
[0039]从而，这样的运动设定能够防止在每个结构的有源层附近循环的气体流不对称。
[0040]根据一个实施方案，电介质包括二氧化硅，有源层的半导体材料包括硅，而所生成的挥发性材料包括一氧化硅。
【附图说明】
[0041]其他特征和益处将在下面的对根据本发明的制造工艺的实施方案的描述中显现，这些实施方案是参考所附附图通过非限制性示例给出的，在附图中:
[0042]-图1A(上文已提及)是用于实施根据现有技术的实施方案的设备的纵向横截面视图，
[0043]-图1B是用于实施本发明的第一实施方案的设备的纵向横截面图，
[0044]-图2是用于实施本发明的第二实施方案的设备的横向横截面图，
[0045]-图3是用于实施本发明的第二实施方案的设备的纵向横截面图，
[0046]-图4是用于实施本发明的第三实施方案的设备的横向横截面图，
[0047]-图5是用于实施本发明的第四实施方案的设备的横向横截面图。
【具体实施方式】
[0048]对于各个实施方案，出于简化描述的考虑，对于相同的部件或完成相同功能的部件使用了相同的附图标记。
[0049]图1B所示的设备1是用于制造多个结构S的设备，所述多个结构各相继包括衬底、包括氧化物的电介质以及包括半导体材料的有源层。
[0050]设备1包括:
[0051]-腔室10，其适于接收多个结构S，
[0052]-用于使气体流F在腔室10中循环、从而使得腔室10能够具有非氧化性气氛的装置，
[0053]-加热装置，其能够在高于阈值的温度下对多个结构S进行热处理，在高于阈值的温度下，电介质的氧化物中存在的氧扩散通过有源层，与有源层的半导体材料反应，并生成挥发性材料。
[0054]术语“非氧化性”应当理解为是指氧含量小于lOppm的气氛。
[0055]腔室10配备有支撑系统4，其适于对结构S进行支撑。腔室10沿竖直纵向轴线z’ -z延伸。
[0056]循环装置包括多个注入导管20，以用于将气体流注入腔室10。注入导管20通过气体流F的入口 2而彼此连接。每个注入导管20专用于一个结构S。注入导管20配置为使得气体流F在结构S之间循环的速率(记为Vf)大于挥发性材料扩散进入气体流F中的速率(记为Vd)。更具体地，每个注入导管20的直径可以小于预定值；在该预定值之下，Vf/Vd^ 100，优选地，V f/Vd^ 1000。每个注入导管20的直径可以是不变的，其优选在0.5mm与1.5mm之间，更优选为大致等于1_。气体流F注入到腔室10中的方向垂直于纵向轴线
V-Z且朝向每个结构S，使得气体流F在每个结构S的有源层附近循环。
[0057]循环装置包括多个排出导管30，以用于将气体流F排出腔室10。多个排出导管30布置为与多个注入导管20相对。排出导管30通过气体流F的出口 3而彼此连接。
[0058]在图2和图3所示的实施方案中，设备1与图1B所示的设备的不同之处在于:
[0059]-气体流F注入到腔室10中的方向平行于纵向轴线V-Z，
[0060]-腔室10配备有导引装置，所述导引装置布置