[發明專利]使半導體表面平整的制造方法

有效

• 申請號: 201680079658.3
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN108780776B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 王剛;C·R·洛泰斯;S·奎斯金
• 申請（專利權）人: 環球晶圓股份有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/02
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 江葳

提供一種用于制備包括具有平整表面的裝置層的半導體結構例如絕緣體上半導體結構的方法。所述所提供方法涉及通過在高溫下使用應力增強表面擴散而使半導體襯底表面平整。此方法的目的是達到原子級表面平整度(例如，如根據在30um?X?30um?AFM測量內的均方根測量的1.0與1.5埃之間的范圍中的平整度)，其在先進(亞28nm)CMOS裝置制造中是所需的。

相關申請案的交叉參考

本申請案主張2015年11月20日申請的第62/257,764號美國臨時專利申請案的優先權，所述申請案的全部揭示內容以引用方式全部并入本文中。

技術領域

本發明大體上涉及半導體晶片制造的領域。更具體來說，本發明涉及一種用于生產絕緣體上半導體(例如，絕緣體上硅)結構的方法，且更特定來說，涉及一種用于生產具有平整經暴露裝置層表面的絕緣體上半導體(例如，絕緣體上硅)結構的方法。

背景技術

通常，由單晶錠(例如，硅錠)制備半導體晶片，所述單晶錠經修整及研磨以具有用于后續程序中晶片的適當定向的一或多個平面或凹口。接著將所述錠切割成個別晶片。雖然本文中將參考由硅構造的半導體晶片，但可使用其它材料來制備半導體晶片，例如鍺、碳化硅、硅鍺、砷化鎵以及III族及V族元素的其它合金(例如氮化鎵或磷化銦)或II族及IV族元素的合金(例如硫化鎘或氧化鋅)。

可在復合層結構的制備中利用半導體晶片(例如，硅晶片)。復合層結構(例如，絕緣體上半導體，且更具體來說，絕緣體上硅(SOI)結構)通常包括處置晶片或層、裝置層及處置層與裝置層之間的絕緣(即，電介質)膜(通常氧化層)。通常，裝置層的厚度在0.01與20微米之間，例如在0.05與20微米厚之間。厚膜裝置層可具有約1.5微米與約20微米之間的裝置層厚度。薄膜裝置層可具有約0.01微米與約0.20微米之間的厚度。一般來說，通過下列步驟產生復合層結構(例如絕緣體上硅(SOI)、藍寶石上硅(SOS)及石英上硅)：將兩個晶片放置成緊密接觸，借此起始通過范德華力的結合，接著進行熱處理以強化結合。退火可將硅烷醇端基轉換成兩個界面之間的硅氧鍵，借此強化結合。

在熱退火之后，經結合結構經歷進一步處理以移除大部分供體晶片以實現層轉移。例如，可使用通常稱為回蝕SOI(即，BESOI)的晶片薄化技術(例如，蝕刻或研磨)，其中硅晶片經綁定到處置晶片且接著經緩慢蝕除直到處置晶片上僅保留薄硅層。參見例如第5,189,500號美國專利，所述專利的揭示內容以宛如全文闡述引用的方式并入本文中。此方法是耗時且昂貴的，浪費襯底中的一者且通常不具有適于不到幾微米厚的層的厚度均勻性。

實現層轉移的另一常見方法利用氫植入，接著進行熱致層裂。將粒子(原子或離子化原子，例如，氫原子或氫原子及氦原子的組合)植入于供體晶片的前表面下面的指定深度處。所述植入粒子在所述供體晶片中于其所植入的所述特定深度處形成分割平面。供體晶片的表面經清洗以移除在植入過程期間沉積于晶片上的有機化合物或其它污染物，例如硼化合物。

接著，通過親水結合過程將供體晶片的前表面結合到處置晶片以形成經結合晶片。在結合之前，通過將晶片表面暴露于含有例如氧或氮的等離子體而活化供體晶片及/或處置晶片。在通常稱為表面活化的過程中暴露于等離子體使表面的結構改質，所述活化過程使供體晶片及處置晶片中的一者或兩者的表面親水。另外，可通過濕處理(例如SC1清洗或氫氟酸)以化學方式活化晶片的表面。濕處理及等離子體活化可以任一次序發生，或晶片可經歷僅一個處理。接著，將晶片按壓在一起，且在晶片之間形成結合。此結合歸因于范德華力而相對較弱，且必須在可發生進一步處理之前強化。

在一些過程中，通過加熱或退火經結合晶片對來強化供體晶片與處置晶片(即，結合晶片)之間的親水結合。在一些過程中，可在例如在近似300℃與500℃之間的低溫下發生晶片結合。高溫引起在供體晶片與處置晶片的鄰接表面之間形成共價鍵，因此固化供體晶片與處置晶片之間的結合。在經結合晶片的加熱或退火的同時，早期植入于供體晶片中的粒子使分割平面弱化。