將單晶半導體層轉移到支承襯底上的方法技術

本發明專利技術涉及將單晶半導體層轉移到支承襯底上的方法。這種將單晶半導體層（3）轉移到支承襯底（1）上的方法包括以下步驟：a）將物種注入施主襯底（31）；b）將施主襯底（31）鍵合至所述支承襯底（1）；c）使施主襯底（31）斷裂以便將層（3）轉移到支承襯底（1）上；以及以下步驟：使待被轉移的單晶層（3）的部分（34）變為非晶，而沒有打亂所述層（3）的第二部分（35）的晶格，所述部分（34、35）分別為所述單晶層（3）的表面部分和隱埋部分；所述非晶部分（34）在低于500℃的溫度下再結晶，所述第二部分（35）的晶格用作再結晶的籽晶。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及用于將單晶半導體層轉移到支承襯底上的方法以及由該方法所獲得的結構。
技術介紹
Smart Cut 方法是本領域中所熟知的用于將半導體層轉移到支承襯底上，尤其是用于加工絕緣體上半導體(SeOI)結構，尤其是絕緣體上硅(SOI)結構的方法。該結構從它們的底部朝向它們的表面(S卩，它們的有源部分)依次包括支承襯底、隱埋介電層(通常為隱埋氧化物，或BOX)和從被稱為施主襯底的襯底轉移的被稱為有源層的半導體層。 一般地說，Smart-Cut 方法可以用于將層從施主襯底轉移至支承襯底。Smart-Cut 方法一般包括以下步驟I)在施主襯底中形成脆化區，以便對施主襯底中構成待被轉移的半導體層的表面層進行限定；2)將施主襯底鍵合在支承襯底上；當希望形成SeOI結構時，至少一個所述襯底覆蓋有待形成BOX的介電層；3)將能量提供給施主襯底，以便使它沿脆化區斷裂，從而實現將半導體層轉移到支承襯底上；4)必要時，根據其使用通過對被轉移半導體進行拋光、腐蝕、退火等來進行精加工。通常，脆化區通過在施主襯底中注入原子物種來形成。注入可以僅僅涉及一個物種(例如，氫)，但也可以同時或依次注入若干個物種(例如，氫和氦)。在現有技術的已知方式中，被注入物種根據高斯分布橫穿施主襯底的厚度來分布，即峰值與脆化區附近的物種最大值對應。該注入分布示出在圖I中，圖中示出了覆蓋有氧化層33的施主襯底31，注入通過氧化層33來執行。通過注入所獲得的脆化區32剛好位于與被注入物種的最大值對應的峰值P之下(相對于執行注入的表面)。待被轉移的半導體層3位于氧化層33與脆化區32之間。在注入峰值P的每一側上，施主襯底31包括一定量的被注入原子，該被注入原子隨著距離峰值的距離而減小。從用于形成電子器件、光電子器件或光伏器件的角度來看，根據相關應用，被轉移半導體層可以為單晶。此外，所述被轉移層可以被摻雜或者包括結，即由具有不同摻雜水平的至少兩個相鄰層組成的結構。從而被轉移層可以包括p-n結、n-p-n結、p_n-p結和/或用于生成電子器件的任何被摻雜區。然而，被注入物種具有使待被轉移的半導體層3的材料的晶格劣化的效果。晶格中的這些缺陷特別易于使被轉移半導體層的電學性能發生改變。所述缺陷基本上由點缺陷組成，注入產生打亂晶格的弗侖克爾對(填隙式缺陷加空位缺陷)。摻雜劑原子也離開它們的替代位置，從而失去它們的電活性，被稱為失活。文中的術語“晶體缺陷”指的是這些類型的點缺陷以及在注入期間或后續退火期間因動態退火所形成的擴展缺陷({311}缺陷、位錯環)。 通過與點缺陷(弗侖克爾對、摻雜劑)作用，這些擴展缺陷阻礙再活化處理。最后，被注入原子(H和/或He)自身構成同樣與被轉移層的摻雜劑作用的點雜質(填隙原子)或擴展雜質(薄片或{311}缺陷)。為了避免這些缺點，現有技術中已經知道以下技術，即在將半導體層轉移至支承襯底之后，對包括半導體層和支承襯底的結構施加高溫(即，大于800°C )熱處理。該加熱處理旨在校正結晶缺陷，并且恢復半導體層的結晶質量，以及使所注入的物種的剩余原子擴散到半導體層之外。然而，在某些情況下，例如當金屬鍵合層插在支承襯底與半導體層之間時，或者當支承襯底被預先處理成包括會因高溫熱處理的應用而損害的電子器件、互連件、金屬區等時，不可能將包括被轉移單晶半導體層的結構加熱到這樣高的溫度。此外，當被轉移層包括摻雜區，例如結，還必須使熱預算最小化，以避免摻雜劑從形成結的層中擴散。實際上，該擴散將使摻雜界面不太突變(abrupt)，并且通過改變結的電特性將使器件的操作劣化。文獻US 2005/0280155描述了將包括結的層轉移到包括電子器件的支承襯底上的方法。然而，在適中溫度即一般低于500°C下應用熱處理，不足于恢復被轉移半導體層的電性質。實際上，在執行簡單的低溫熱處理時，因注入處理而出現的剩余氫將阻止摻雜劑再活化。文獻US 2010/0044706披露了將單晶半導體層轉移到支承襯底上的方法。該方法包括以下步驟-在不打亂單晶層的表面部分的晶格的情形下，使待從施主襯底轉移的單晶半導體的隱埋部分非晶化，-將物種注入施主襯底中，以便形成脆化區，從而限定待被轉移單晶層，-將施主襯底鍵合在所述支承襯底上，以及-使脆化區的施主襯底斷裂，從而將單晶層轉移到支承襯底上，保持單晶的部分處于與支承襯底的界面處，并且非晶部分處于在轉移步驟之后所獲得的結構的表面上，-使被轉移單晶層的非晶部分再結晶，保持單晶的下面部分的晶格用作再結晶的籽晶，所述再結晶在550°C與600°C之間的溫度下執行。該非晶部分的再結晶步驟在本領域中被稱為固相外延(SPE )。再結晶具有使包含在非晶部分中的摻雜劑活化的效果。然而，在該方法中，注入到單晶層內以形成脆化區的物種經過在非晶化步驟期間保持單晶的部分。結果，所述單晶部分因被注入物種而破壞，尤其使其可能包含的摻雜劑失活。由于該部分不是非晶而是單晶，因此破壞不會因再結晶步驟修復，并且該部分中摻雜劑不會再活化，除非在高溫下執行熱處理。從而，本專利技術的一個目的是定義以下方法，即將單晶半導體層轉移到支承襯底上，其后被轉移層不再包括可能因脆化注入而產生的結晶缺陷。具體而言，本專利技術的一個目的是，將包括摻雜區的被轉移層恢復到其初始電性質，不管因脆化注入所產生的摻雜劑失活與否。 此外，所述方法應該完全能夠在適中溫度即不超過約500°C下執行。
技術實現思路
根據本專利技術，提出一種將單晶半導體層轉移到支承襯底上的方法，包括以下連續步驟a)將物種注入被稱為施主襯底的襯底中，以便在所述施主襯底中形成脆化區，所述脆化區限定待被轉移的單晶層； b )將所述施主襯底鍵合至所述支承襯底；c)使所述施主襯底在脆化區斷裂，以便將所述層轉移到所述支承襯底上；d)移除所述被轉移單晶層的表面部分。所述方法的特征在于，其還包括以下步驟*使所述待被轉移的單晶層的第一部分變為非晶，而不用打亂所述單晶層的第二部分的晶格，所述第一和第二部分分別為所述單晶層中相對于注入方向的表面部分和隱埋部分，在執行步驟d)中的移除單晶層的表面部分之后，所述第一部分的厚度大于被轉移單晶層的厚度；*所述單晶層的所述第一非晶部分再結晶，所述第二部分的晶格用作再結晶的籽晶，所述再結晶在低于500°C的溫度下執行。根據本專利技術方法的第一實施例，在注入步驟a)之前執行所述單晶層的所述第一部分的非晶化。根據本專利技術方法的第二實施例，在注入步驟a)之后執行所述單晶層的所述第一部分的非晶化。根據特定實施例，在轉移步驟c)之后執行所述單晶層的所述第一部分的非晶化。在優選方式中，所述非晶化包括在所述第一部分中注入原子數量大于或等于單晶層的半導體材料的原子數量的原子物種。根據本專利技術的特定實施例，所述單晶層的所述半導體材料為硅并且用于所述第一部分的非晶化而注入的物種從硅、鍺、氙和/或氬中選出。例如，被注入物種為硅并且被注入劑量大于或等于5X 1012/cm2。在特別有利的方式中，所述被轉移層的第一部分的再結晶通過固相外延(SPE)來執行。此外，所述施主襯底可以有利地經由鍵合層而鍵合至所述支承襯底，所述鍵合層的材料從金屬、硅化物和III-V族半導體中選出，在形成脆化區以及待被轉移的單晶層的所述第一部分非晶化之后，將所述鍵合層沉積在施主襯底上。沉積本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種將單晶半導體層（3）轉移到支承襯底（1）上的方法，包括以下連續步驟：a）將物種注入被稱為施主襯底的襯底（31）中，以便在所述施主襯底（31）中形成脆化區（32），所述脆化區（32）限定待被轉移的單晶層（3）；b）將所述施主襯底（31）鍵合至所述支承襯底（1）；c）使所述施主襯底（31）在脆化區（32）斷裂，以便將所述層（3）轉移到所述支承襯底（1）上；d）移除被轉移單晶層的表面部分；所述方法的特征在于，其還包括以下步驟：使所述待被轉移的單晶層（3）的第一部分（34）變為非晶，而不用打亂所述單晶層（3）的第二部分（35）的晶格，所述第一部分和第二部分（34、35）分別為所述單晶層（3）中相對于注入方向的表面部分和隱埋部分，在執行步驟d）中的移除單晶層的表面部分之后，所述第一部分（34）的厚度大于被轉移單晶層（3’）的厚度；所述單晶層（3）的所述第一非晶部分（34）再結晶，所述第二部分（35）的晶格用作再結晶的籽晶，所述再結晶在低于500℃的溫度下執行。

【技術特征摘要】
2011.07.28 FR 11/568851.一種將單晶半導體層(3)轉移到支承襯底(I)上的方法，包括以下連續步驟 a)將物種注入被稱為施主襯底的襯底(31)中，以便在所述施主襯底(31)中形成脆化區(32)，所述脆化區(32)限定待被轉移的單晶層(3)； b )將所述施主襯底(31)鍵合至所述支承襯底(I); c)使所述施主襯底(31)在脆化區(32)斷裂，以便將所述層(3)轉移到所述支承襯底(I)上； d)移除被轉移單晶層的表面部分； 所述方法的特征在于，其還包括以下步驟 使所述待被轉移的單晶層(3)的第一部分(34)變為非晶，而不用打亂所述單晶層(3)的第二部分(35)的晶格，所述第一部分和第二部分(34、35)分別為所述單晶層(3)中相對于注入方向的表面部分和隱埋部分，在執行步驟d)中的移除單晶層的表面部分之后，所述第一部分(34)的厚度大于被轉移單晶層(3’)的厚度； 所述單晶層(3)的所述第一非晶部分(34)再結晶，所述第二部分(35)的晶格用作再結晶的籽晶，所述再結晶在低于500°C的溫度下執行。2.根據權利要求I所述的將單晶半導體層(3)轉移到支承襯底(I)上的方法，其中在注入步驟a)之前執行所述單晶層(3)的所述第一部分(34)的非晶化。3.根據權利要求I所述的將單晶半導體層(3)轉移到支承襯底(I)上的方法，其中在注入步驟a)之后執行所述單晶層(3)的所述第一部分(34)的非晶化。4.根據權利要求I所述的將單晶半導體層(3)轉移到支承襯底(I)上的方法，其中在轉移步驟c)之后執行所述單晶層(3)的所述第一部分的非晶化。5.根據權利要求I至4中任一項所述的將單晶半導體層(3)轉移到支承襯底(I)上的方法，其中所述非晶化包括在所述第一部分(34)中注入原子數量大于或等于單晶層(3)的半導體材料的原子數量的原子物種。6.根據權利要求5所述的將單晶半導體層(3)轉移到支承襯底(I)上的方法，其中所述單晶層(3)的所述半導體材料為硅并且用于所述第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：G·戈丹，C·馬聚爾，
申請(專利權)人：SOITEC公司，
類型：發明
國別省市：