[發明專利]應用硬化劑對應變材料層的松弛

有效

• 申請號: 200910172880.X
• 申請日: 2009-09-07
• 公開（公告）號: CN101714505A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 奧列格·科農丘克
• 申請（專利權）人: 硅絕緣體技術有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/20
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明涉及制造用于電子裝置、光電子裝置或光伏裝置 (photovoltaics)的至少部分松弛的材料層的方法，該方法包括：提供包 括位于回流層(reflow?layer)與硬化劑層之間的應變材料層的結構，以及 實施使所述回流層達到的溫度大于或等于所述回流層的玻璃轉化溫度的 熱處理。

本發明還涉及用這種至少部分松弛的材料層來制作半導體器件。

背景技術

當固態形式的襯底難以獲得或者非常昂貴時，可以通過在種子襯底 上進行外延生長而在較薄層中獲得所述襯底。然而，這些種子襯底的屬 性并不總是適合于希望執行生長的材料。實際上，與希望執行生長的材 料相比較，種子襯底例如可能呈現出不同的熱膨脹系數和晶格參數，而 這會在所形成的層中產生某些缺陷，諸如在所述結構的生長或冷卻期間 可能產生裂紋，或者存在會降低之后形成的器件的功效的晶格缺陷，或 者甚至產生所述層的壓應力或張應力。

用于松弛這種應變材料層的技術，尤其是通過在應變層與支承襯底 之間引入回流層來進行這種松弛的技術是已知的。但是這些技術并沒有 得到完全滿意的結果；應變層并不總是或者并未完全彈性松弛。由層堆 疊形成的結構也可能發生劣化，并且被松弛的層可能與結構的剩余部分 脫離。此外，當材料發生壓應變時，這種彈性松弛可能導致材料的翹曲， 而翹曲層的峰谷之間的粗糙度和幅度不能符合期望的應用。當材料發生 拉應變時，所述松弛經常會產生裂紋，并且增加表面的粗糙度。

H.Yin等人的文章“buckling?suppression?of?SiGe?islands?on?compliant substrates”(2003年11月15日發表在Journal?of?Applied?Physics第94卷 第10期中)描述了當實施兩種競爭現象時，壓應變材料的彈性松弛、橫 向松弛以及翹曲松弛。根據該文獻，第一現象包括應變材料的橫向松弛； 然后，這種松弛從膜的邊沿或從膜中形成的島的邊沿傳播到該膜或島的 中心。因此，可以理解：島越小，則橫向松弛(其因應變材料層的厚度 而加強)越快。這種橫向松弛使得能夠獲得基本上平坦而松弛的材料膜， 且該膜具有較低的表面粗糙度。例如，對在初始硅襯底上外延附生的含 30％鍺的60微米×60微米的SiGe島進行橫向松弛，導致獲得粗糙度rms 小于2nm的平坦膜。

諸如前面引用的文章中所說明的那樣，第二現象是翹曲松弛，其中， 松弛速度并不取決于要松弛的膜或島的表面，而取決于材料中的應力。 翹曲導致獲得至少部分松弛但是非常粗糙的膜，如果粗糙度超過臨界值， 甚至會使得該膜破裂。相對薄的膜使得彎曲容易發生，從而會促進該現 象。

為了獲得具有最佳形態的松弛材料，H.Yin建議減慢翹曲現象而加快 橫向松弛現象。為此，他提出在要松弛的材料膜上淀積無應變的材料層。 這樣的層允許通過形成雙層(應變材料層和覆蓋層)來增加回流層上的 材料的總厚度，由此允許加快橫向松弛的速度。淀積該覆蓋層還允許獲 得在機械上更具剛度且彎曲傾向更低的雙層結構。此外，由于該雙層的 平均應力因所述覆蓋層的自由淀積而變得更低，所以翹曲力也更低。然 而，在熱處理期間，松弛仍部分地存在于初始應變材料中。實際上，當 應力在雙層中平衡時，該松弛被中斷。于是，為了鼓勵橫向松弛以彌補 翹曲松弛的損害，提出了多周期方法。該方法對雙層執行熱處理，直到 獲得新的應力平衡所允許的松弛，然后，將覆蓋層減小既定厚度，以允 許在第二松弛退火結束時獲得新的應力平衡和新的部分松弛，同時減少 翹曲松弛現象。重復這些薄化/退火步驟，直到覆蓋層被完全移除為止。 每個周期要移除的覆蓋層的厚度可以相等，或者可以變化并且被限定為 前一周期的覆蓋層厚度的一半。也可以設計組合了這兩種變化的周期優 化，但是這種松弛方法實施起來仍然相對過長。

發明內容

本發明的目的是克服前述缺點，并提出一種制造用于電子裝置、光 電子裝置或光伏裝置的至少部分松弛的材料層的方法，并且所述方法快 速、有效且可實際實施。

根據本發明，通過下列事實來實現所述目的，即，所述方法包括在 施加所述熱處理期間，逐漸減小硬化劑層的厚度。

按照特別有利的方式，所述制造方法還包括在施加所述熱處理之前， 在所述應變材料層中形成島的步驟，尤其是通過刻蝕或者通過電磁輻射 來形成所述島的步驟。

根據本發明的特定實施方式，所述應變材料層通過以下連續步驟形 成：