DE102007033449A1 - Semiconductor wafer for use as donor wafer, has layer structure that stands under course or compression stress and another layer structure compensates tension with compression stress or tensile stress - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterscheibe mit Schichtaufbau, die sich insbesondere als Donorscheibe zum Verbinden mit einer zweiten Halbleiterscheibe im Rahmen eines Schichttransfer-Verfahrens eignet.The The present invention relates to a semiconductor wafer having a layer structure, in particular as Donorscheibe for connecting to a second Semiconductor wafer in the context of a layer transfer method is suitable.
Im Stand der Technik sind Halbleitersubstrate bekannt, die durch Verbinden einer Donorscheibe (engl. „donor wafer") mit einer Trägerscheibe (engl. „handle wafer") und nachfolgendes Entfernen des größten Teils der Dicke der Donorscheibe hergestellt werden. Dadurch wird eine dünne oberflächliche Schicht der Donorscheibe auf die Trägerscheibe übertragen. In vielen Fällen weist die Donorscheibe an der mit der Trägerscheibe zu verbindenden Oberfläche eine Schichtstruktur auf, wobei durch das genannte Verfahren eine oder mehrere der Schichten von der Donorscheibe auf die Trägerscheibe übertragen werden (Schichttransfer, engl. „layer transfer"). Beispielsweise werden sSOI- und SGOI-Substrate („strained silicon an insulator” bzw. „silicon-germanium an insulator") auf diese Weise hergestellt. sSOI-Substrate und SGOI-Substrate zeichnen sich durch eine elektrisch isolierende Schicht oder ein elektrisch isolierendes Trägermaterial aus. Im Fall eines sSOI-Substrats steht ein dünne, einkristalline, verspannte Siliciumschicht („strained silicon") in direktem Kontakt zum Isolator. Ein SGOI-Substrat weist dagegen auf dem Isolator eine Schicht oder mehrere Schichten auf, die Silicium und Germanium in einer vorgegebenen Zusammensetzung (SixGe1-x mit 0 < x < 1) enthält bzw. enthalten. Diese Schicht oder diese Schichten insgesamt werden im Folgenden auch als „Silicium-Germanium-Schicht" bezeichnet. Auf der Oberfläche der Silicium-Germanium-Schicht kann wiederum eine dünne, einkristalline, verspannte Siliciumschicht aufgebracht werden.Semiconductor substrates are known in the art which are made by bonding a donor wafer to a handle wafer and then removing most of the thickness of the donor sheet. As a result, a thin superficial layer of the donor disk is transferred to the carrier disk. In many cases, the donor disc has a layer structure on the surface to be bonded to the carrier disk, whereby one or more of the layers are transferred from the donor disk to the carrier disk by said method (layer transfer, for example) and SGOI substrates ("strained silicon an insulator" or "silicon germanium an insulator") produced in this way. sSOI substrates and SGOI substrates are characterized by an electrically insulating layer or an electrically insulating substrate. In the case of a sSOI substrate, a thin, single-crystalline, strained silicon layer is in direct contact with the insulator, while an SGOI substrate has one or more layers on the insulator, silicon and germanium in a given composition (Si x Ge 1-x with 0 <x <1). This layer or these layers as a whole are also referred to below as "silicon-germanium layer". In turn, a thin, monocrystalline, strained silicon layer can be applied to the surface of the silicon-germanium layer.
Ein
derartiges Verfahren zur Herstellung einer sSOI-Scheibe ist beispielsweise
in
Ein wesentlicher Schritt des genannten Verfahrens ist das Verbinden (engl. „bonding") der Donorscheibe mit der Trägerscheibe. Dafür ist es erforderlich, die Oberflächen beider Scheiben miteinander in (atomaren) Kontakt zu bringen. Das erfordert einerseits eine gute „geometrische" Ebenheit und geringe Rauhigkeit der Scheibenoberflächen, die durch einen zuvor durchgeführten Polierprozess erreicht werden kann. Dadurch und durch bekannte Maßnahmen zur Konditionierung der Oberflächen kann die Bondverbindung infolge von Adhäsion bei Raumtemperatur im wesentlichen gewährleistet werden. Durch eine nachfolgende Wärmebehandlung (Bond-Anneal) werden die atomaren Bindungen an der Grenzfläche zu stabilen chemischen Bindungen transformiert. Beispielsweise werden Si-O-Bindungen an der Grenzfläche ausgebildet, wenn zwei Silicium- oder Siliciumoxid-Oberflächen oder eine Silicium- und eine Siliciumoxid-Oberfläche hydrophil gebondet werden. Daraus resultiert die Erhöhung der Grenzflächen- oder Bondenergie.One An essential step of said method is the joining (English: "bonding") of the donor disc with the carrier disc. This requires the surfaces of both Bring slices together in (atomic) contact. That requires on the one hand a good "geometric" flatness and low Roughness of the disc surfaces by a previously performed polishing process can be achieved. Thereby and by known measures for conditioning the surfaces The bond may be due to adhesion at room temperature be ensured substantially. By a subsequent Heat treatment (bond anneal) become the atomic bonds transformed at the interface to stable chemical bonds. For example, Si-O bonds become at the interface formed when two silicon or silicon oxide surfaces or a silicon and a silicon oxide surface hydrophilic be bonded. This results in an increase of the interfacial or bonding energy.
Es geschieht jedoch häufig, dass die Verbindung zwischen den beiden Scheiben zumindest stellenweise wieder aufreißt. Dieser als „Debonding" bezeichnete Effekt wurde insbesondere bei Donorscheiben mit einer oberflächlichen Schichtstruktur beobachtet, beispielsweise bei Siliciumscheiben, die eine Silicium-Germanium-Pufferschicht und eine darauf abgeschiedene verspannte Siliciumschicht tragen. Wird das unter dem Namen „Smart Cut" bekannte Verfahren angewandt, bei dem in der Donorscheibe zunächst durch Implantation von Wasserstoffionen oder anderen Ionen leichter Gase eine Trennschicht erzeugt, danach die Donorscheibe mit der Trägerscheibe verbunden und danach die Donorscheibe durch eine Wärmebehandlung an der Trennschicht gespalten wird, so führt das lokale „Debonding" dazu, dass beim Schichttransfer unter der übertragenen Schicht Blasen entstehen (engl. „blistering"). Solche Blasen können bei der weiteren Prozessierung aufreißen und zu Löchern in der dünnen Schicht und damit zu unbrauchbaren Bereichen auf der Scheibe führen. Im Extremfall reißt die Verbindung zwischen beiden gebondeten Scheiben ganz auf.It However, often happens that the connection between the at least in places rips open again. This effect, called "debonding", became particular for donor discs with a superficial layer structure observed, for example, in silicon wafers, the silicon-germanium buffer layer and carry a strained silicon layer deposited thereon. Will the procedure known as "Smart Cut" applied, in which in the donor disc first by implantation of Hydrogen ions or other ions of light gases a separation layer then the donor disc with the carrier disc and then the donor disk by a heat treatment is split at the separation layer, so the local "debonding" leads to that during layer transfer under the transferred Layer of bubbles are created (English "blistering"). Such bubbles can rupture during further processing and to holes in the thin layer and so on lead to unusable areas on the disc. In extreme cases tears the connection between both bonded discs completely up.
Es stellte sich daher die Aufgabe, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Übertragung von Schichten von einer Donorscheibe auf eine Trägerscheibe so zu verbessern, dass eine stabile Verbindung zwischen der Donorscheibe und der Trägerscheibe hergestellt werden kann und der als Debonding bezeichnete Effekt nicht mehr auftritt.It Therefore, the task, known from the prior art Method of transferring layers from a donor sheet on a carrier disk to improve so that a stable Connection between the donor disc and the carrier disc can be made and the so-called debonding effect no longer occurs.
Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiterscheibe, umfassend
ein
Substrat
einen
ersten auf dem Substrat abgeschiedenen Schichtaufbau
und einen auf dem ersten Schichtaufbau
dadurch gekennzeichnet, dass der
erste Schichtaufbau
a substrate
a first deposited on the substrate layer structure
and one on the first layer construction
characterized in that the first layer structure
Es hat sich herausgestellt, dass ein Debonding wirkungsvoll vermieden werden kann, wenn eine derartige Halbleiterscheibe als Donorscheibe verwendet wird.It It has been proven that debonding is effectively avoided can be, if such a semiconductor wafer as Donorscheibe is used.
Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, die eine Trägerscheibe, eine erste Schicht bestehend aus einem ersten Material und eine zwischen der Trägerscheibe und der ersten Schicht liegende zweite Schicht bestehend aus einem zweiten Material umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
- a) Bereitstellung einer Donorscheibe, wobei als Donorscheibe eine Halbleiterscheibe der oben beschriebenen Art verwendet wird,
- b) Verbinden der Oberfläche des zweiten Schichtaufbaus der Donorscheibe mit einer Trägerscheibe unter Ausbildung einer Bond-Grenzfläche und
- c) thermische Behandlung der verbundenen Donorscheibe und Trägerscheibe,
- a) provision of a donor disk, wherein a semiconductor disk of the type described above is used as the donor disk,
- b) bonding the surface of the second layer structure of the donor disk with a carrier disk to form a bonding interface and
- c) thermal treatment of the bonded donor disk and carrier disk,
Vorzugsweise bedecken der erste und zweite Schichtaufbau jeweils mindestens 90% der ebenen Fläche auf einer Seite der als Donorscheibe eingesetzten Halbleiterscheibe. Besonders bevorzugt ist, dass der erste und zweite Schichtaufbau jeweils die gesamte ebene Fläche auf einer Seite der Halbleiterscheibe bedecken. Ebenso ist es bevorzugt, dass der zweite Schichtaufbau die im ersten Schichtaufbau herrschende Spannung zu wenigstens 20%, besonders bevorzugt zu wenigstens 50% oder sogar zu wenigstens 80% kompensiert. Dies bedeutet allgemein, dass die Spannungen im ersten und zweiten Schichtaufbau entgegengesetzte Vorzeichen haben und im Besonderen, dass der Betrag der Spannung bei entgegen gesetztem Vorzeichen im zweiten Schichtaufbau vorzugsweise wenigstens 20, 50 oder 80% des Betrags der im ersten Schichtaufbau herrschenden Spannung beträgt.Preferably each cover at least 90% of the first and second layers the flat surface on one side of the donor disk used semiconductor wafer. It is particularly preferred that the first and second layer structure in each case the entire flat surface cover on one side of the semiconductor wafer. Likewise, it is preferable the second layer structure is that which prevails in the first layer structure Stress of at least 20%, more preferably at least 50% or even at least 80% compensated. This generally means the voltages in the first and second layer structures have opposite signs and in particular, that counteracts the amount of tension at set sign in the second layer structure preferably at least 20, 50 or 80% of the amount of money in the first shift Voltage is.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of invention
Es
hat sich gezeigt, dass Donorscheiben, die an der zu bondenden Oberfläche
einen Schichtaufbau
Wenn
z. B. eine oder mehrere Silicium-Germanium-Pufferschichten
Aufgrund der mechanischen Spannungen kommt es zu einer Deformation (Verbiegung) der Donorscheibe entsprechend der Gleichung Due to the mechanical stresses, there is a deformation (bending) of the donor disk according to the equation
Hierbei sind R der Krümmungsradius der Donorscheibe (in m), σi die durch die Schichten i induzierten Spannungen (in Pa), ti die Dicken der Schichten i (in m), h die Dicke der Donorscheibe (in m), E der Elastizitätsmodul der Donorscheibe (in N/m2) und ν die Poisson-Zahl (dimensionslos). Diese Gleichung ermöglicht die Umrechnung zwischen der messbaren Krümmung einer Donorscheibe und der im Schichtaufbau herrschenden mechanischen Spannung.Here, R is the radius of curvature of the donor disk (in m), σ i the stresses induced by the layers i (in Pa), t i the thicknesses of the layers i (in m), h the thickness of the donor disk (in m), E the Modulus of elasticity of the donor disc (in N / m 2 ) and ν the Poisson number (dimensionless). This equation allows the conversion between the measurable curvature of a donor disk and the mechanical stress prevailing in the layer structure.
Je
nach auftretenden Spannungen erfolgt die Krümmung konkav
(
Die
durch die Spannungen hervorgerufene Verbiegung der Donorscheibe
kann mit Hilfe des Bow quantifiziert werden, der die Höhe
der durch die Scheibe dargestellten Kugelkappe beschreibt. Eine
exakte Definition des Parameters „Bow" findet sich in der
Wird eine solche Donorscheibe mit einer Trägerscheibe gebondet, so kann der vorhandene Bow der Donorscheibe bis zu einem gewissen Grad durch eine Verbiegung der Trägerscheibe ausgeglichen werden, d. h. nach Zusammenbringen beider Scheiben bei Raumtemperatur bleiben sie aneinander haften. Es kann jedoch passieren, dass die Spannungen im Schichtaufbau und damit der Bow der Donorscheibe während einer anschließenden Wärmebehandlung, wie sie z. B. zum Erhöhung der Bondstärke durchgeführt wird, weiter zunehmen. An der Bond-Grenzfläche werden dadurch Scherkräfte wirksam. Übersteigen während der thermischen Behandlung bei irgendeiner Temperatur diese Scherkräfte die jeweils über die Bond-Grenzfläche hinweg wirkenden Bondkräfte, so reißt die Verbindung zwischen Donor- und Trägerscheibe entlang der Bond-Grenzfläche teilweise oder ganz auf, d. h. das oben beschriebene Problem des Debonding tritt auf.Becomes bonded such a donor disk with a carrier disk, so the existing bow of the donor disk can to a certain extent Degree compensated by a deflection of the carrier disc be, d. H. after bringing both slices together at room temperature they stick to each other. However, it can happen that the Stresses in the layer structure and thus the bow of the donor disk during a subsequent heat treatment, as they z. B. performed to increase the bond strength will continue to increase. At the bond interface thereby become Shearing forces effective. Exceeding during the thermal treatment at any temperature these shear forces each acting across the bonding interface Bond forces, so tears the connection between donor and Carrier disk along the bond interface partially or completely, d. H. the problem of debonding described above occurs.
Besteht
die Donorscheibe beispielsweise, wie in
Wird
eine derart verformte Donorscheibe mit einer Trägerscheibe
verbunden, um die dünne verspannte Silicium-Schicht
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Abscheidung eines zweiten, unter einer Druckspannung stehenden Schichtaufbaus gelöst, der die Zugspannung, unter der der erste Schichtaufbau steht, weitestgehend kompensiert, sodass es zu keiner nennenswerten Verbiegung der Halbleiterscheibe kommt.According to the invention this problem by the deposition of a second, under one Stress-voltage layer structure solved, the Tensile stress, under which the first layer structure is, as far as possible compensated, so that there is no significant bending of the semiconductor wafer comes.
In Abhängigkeit von der durchzuführenden thermischen Behandlung, von der dabei auftretenden Entwicklung der Spannungszustände im ersten Schichtaufbau der Donorscheibe einerseits und der Bondkräfte zwischen Donor- und Trägerscheibe andererseits wird der zweite Schichtaufbau hinsichtlich Material, Schichtdicke und ggf. Kombination der Schichten so gewählt, dass einer oder mehrere der nachfolgend genannten Effekte erzielt werden:
- 1. Die Spannung, unter der
der erste Schichtaufbau steht, wird bei Raumtemperatur weitgehend
durch die Spannung kompensiert, die im zweiten Schichtaufbau herrscht,
d. h. der Bow der Donorscheibe bei Raumtemperatur wird durch den
zweiten Schichtaufbau verringert. Dies bedeutet, dass der Ausgangspunkt
der in
4 dargestellten Kurve durch die Aufbringung des zweiten Schichtaufbaus in die Nähe der Null-Linie verschoben wird. - 2. Die Änderung des Spannungszustands des ersten Schichtaufbaus
während der Aufheizphase einer nach dem Verbinden der Donorscheibe
mit einer Trägerscheibe erfolgenden thermischen Behandlung
wird durch den zweiten Schichtaufbau weitgehend kompensiert, sodass
der Bow während der Aufheizphase im Wesentlichen konstant
bleibt. In einer Darstellung analog
4 würde sich dies in einem flachen Verlauf der Kurve in der Aufheizphase widerspiegeln. - 3. Die Hysterese der Aufheiz- und Abkühlkurve, wie
sie
4 zeigt, wird weitgehend vermieden. Verstärkt sich im Laufe einer gesamten thermischen Behandlung die im ersten Schichtaufbau herrschende Zugspannung (wie in4 gezeigt) oder nimmt eine im ersten Schichtaufbau herrschende Druckspannung ab, so ist zur Kompensation ein Material oder eine Kombination von Materialien für den zweiten Schichtaufbau erforderlich, bei dem bzw. bei denen der gegenteilige Effekt auftritt: Bei derselben thermischen Behandlung muss eine im zweiten Schichtaufbau herrschende Zugspannung abnehmen oder eine darin herrschende Druckspannung zunehmen. Entsprechendes gilt im umgekehrten Fall: Verstärkt sich im Laufe einer gesamten thermischen Behandlung eine im ersten Schichtaufbau herrschende Druckspannung oder nimmt eine im ersten Schichtaufbau herrschende Zugspannung ab, so ist sind Materialien für den zweiten Schichtaufbau erforderlich, bei denen eine in den Materialien herrschende Druckspannung abnimmt oder eine darin herrschende Zugspannung zunimmt. Dieser Effekt zeigt sich in einer Darstellung analog zu4 darin, dass die Kurven der Aufheiz- und Abkühlphase weniger stark voneinander abweichen oder im Idealfall sogar zusammenfallen.
- 1. The stress at which the first layer structure is located is largely compensated at room temperature by the tension prevailing in the second layer structure, ie the bow of the donor disk at room temperature is reduced by the second layer structure. This means that the starting point of in
4 is shifted by the application of the second layer structure in the vicinity of the zero line. - 2. The change in the stress state of the first layer structure during the heating phase of a heat treatment following the bonding of the donor disk to a carrier disk is largely compensated by the second layer structure, so that the bow remains substantially constant during the heating phase. In a representation analog
4 this would be reflected in a flat course of the curve in the warm-up phase. - 3. The hysteresis of the heating and cooling curve, as it
4 shows is largely avoided. In the course of an entire thermal treatment, the tensile stress prevailing in the first layer structure (as in FIG4 shown) or decreases a pressure prevailing in the first layer structure, a material or a combination of materials for the second layer structure is required for compensation in which or in which the opposite effect occurs: In the same thermal treatment must prevail in the second layer structure Remove tension or increase a compressive stress prevailing in it. The same applies in the opposite case: If, during the course of a complete thermal treatment, a compressive stress prevailing in the first layer structure increases or a tensile stress prevailing in the first layer structure decreases, materials for the second layer structure are required in which a compressive stress prevailing in the materials decreases or a tension prevailing in it increases. This effect is shown in a representation analogous to4 in that the curves of the heating and cooling phases deviate less from each other, or ideally even collapse.
Welchen der genannte Effekte im Einzelfall größere oder kleinere Bedeutung zukommt, hängt, wie bereits erwähnt, davon ab, wie sich einerseits die Spannungszustände im ersten Schichtaufbau und andererseits die Bondkräfte während der thermischen Behandlung entwickeln. Nimmt beispielsweise die Bondkraft schon bei niedrigen Temperaturen sehr stark zu, ohne dass sich die Spannungszustände im ersten Schichtaufbau wesentlich verändern, so kommt dem oben unter 1. beschriebenen Effekt die größte Bedeutung zu. In diesem Fall müssen also in erster Linie Materialien für den zweiten Schichtaufbau gewählt werden, die bei Raumtemperatur die im ersten Schichtaufbau herrschenden Spannungen kompensieren, wobei die Entwicklung der Spannungen während der thermischen Behandlung keine große Rolle mehr spielt. Nimmt dagegen der Bow einer Donorscheibe, die nur den ersten Schichtaufbau trägt, beim Aufheizen so stark zu, dass die Scherkräfte während des Aufheizens die Bondkräfte übersteigen, sodass es zum Debonding kommt, ist in erster Linie darauf zu achten, dass der zweite Schichtaufbau den oben unter 2. beschriebenen Effekt erzielt. Ist die Hysterese das beherrschende Problem, so ist besonders auf den unter 3. beschriebenen Effekt zu achten. Vorzugsweise werden die Materialien und Schichtdicken des zweiten Schichtaufbaus so gewählt, dass alle drei Effekte gleichzeitig erzielt werden.Which the effects mentioned in the individual case larger or smaller importance depends, as already mentioned, of how, on the one hand, the states of tension in the first layer structure and on the other hand, the bond forces during to develop the thermal treatment. Take the example Bonding force already very strong at low temperatures, without that the stress states in the first layer structure substantially change, so comes the effect described above under 1. the biggest importance too. In this case, need So primarily materials for the second layer structure be selected at room temperature in the first layer structure compensate for prevailing stresses, with the evolution of tensions during the thermal treatment no big Role plays more. Takes the bow of a donor disk, the only wearing the first layer structure, when heating so strong to that the shear forces during heating up the bond forces exceed, making it debonding First and foremost, make sure that the second layer construction the effect described above under 2. achieved. Is the hysteresis that dominant problem, so is particularly on the under 3. described Effect to be respected. Preferably, the materials and layer thicknesses of the second layer structure chosen so that all three effects simultaneously be achieved.
Die
Kompensation der Spannungen in dieser Weise ist nur eine Kompensation
der globalen Spannungen im gesamten Verbund der beiden Schichtaufbauten
Steht der erste Schichtaufbau unter einer Druckspannung, so ist für den zweiten Schichtaufbau zumindest ein Material erforderlich, das unter einer Zugspannung steht. Ist das Substratmaterial Silicium, so kann der zweite Schichtaufbau beispielsweise wenigstens eine Schicht enthalten, die aus einem unter Zugspannung stehenden Siliciumoxid, Siliciumoxynitrid oder Siliciumnitrid besteht. Unter Zugspannung stehende Siliciumoxide können beispielsweise durch thermische Behandlung einer siliciumhaltigen Oberfläche in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre hergestellt werden.Stands the first layer structure under a compressive stress, so is for the second layer construction requires at least one material that is under a tensile stress. Is the substrate material silicon, For example, the second layer structure may be at least one Containing a layer of silicon dioxide under tension, Silicon oxynitride or silicon nitride exists. Under tension standing silicon oxides, for example, by thermal Treatment of a silicon-containing surface in an oxygen-containing Atmosphere can be produced.
Steht
der erste Schichtaufbau
Besonders bevorzugt ist in beiden Fällen die Herstellung des zweiten Schichtaufbaus durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und insbesondere durch plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD). Durch eine entsprechende Wahl der Prozessbedingungen während der Abscheidung und der Zusammensetzung im ternären Phasendiagramm Silicium-Sauerstoff-Stickstoff lassen sich auf einem ersten Schichtaufbau, der auf einem im Wesentlichen aus Silicium bestehenden Substrat abgeschieden wurde, elektrisch isolierende Schichten abscheiden, die unter einer Zugspannung oder unter einer Druckspannung stehen: Unter Druckspannung stehen z. B. Siliciumoxynitride geeigneter Zusammensetzung sowie nicht-stöchiometrische Siliciumoxide geeigneter Zusammensetzung. Unter einer Zugspannung stehen dagegen generell Siliciumnitrid (SixNy), Siliciumoxynitride geeigneter Zusammensetzung sowie Siliciumoxide geeigneter Zusammensetzung.Particularly preferred in both cases is the production of the second layer structure by chemical vapor deposition (CVD) and in particular by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). By a suitable choice of the process conditions during the deposition and the composition in the ternary phase diagram silicon-oxygen-nitrogen can be deposited on a first layer structure, which was deposited on a substantially silicon substrate, electrically insulating layers under a tensile stress or under are a compressive stress: Under compressive stress z. As silicon oxynitrides of suitable composition and non-stoichiometric silicon oxides of suitable composition. By contrast, a tensile stress generally refers to silicon nitride (Si x N y ), silicon oxynitrides of suitable composition, and silicas of suitable composition.
Eine Alternative zu diesen Mischschichten sind Schichtaufbauten, die aus den Einzelschichten (SiO2 bzw. SixNy) aufgebaut sind. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamt-Spannung des zweiten Schichtaufbaus durch die Wahl einer geeigneten Dicke der einzelnen Schichten sehr präzise eingestellt werden kann. Zusätzliche Vorteile dieser aus mehreren Einzelschichten bestehenden Schichtaufbauten sind beispielsweise bessere elektrische und präparative Eigenschaften (z. B. als Polierstop).An alternative to these mixed layers are layer constructions, which are composed of the individual layers (SiO 2 or Si x N y ). This has the advantage that the overall tension of the second layer structure can be set very precisely by choosing a suitable thickness of the individual layers. Additional advantages of these layered structures consisting of several individual layers are, for example, better electrical and preparative properties (eg as polishing stop).
Im
Folgenden wird beispielhaft die Anwendung der Erfindung auf eine
Donorscheibe zur Herstellung von sSOI-Substraten beschrieben:
Zur
Herstellung von sSOI-Substraten durch den Transfer einer verspannten
Siliciumschicht von einer Donorscheibe auf eine Trägerscheibe
wird in der Regel eine Donorscheibe (
Temperatur T = 350°C
Druck p = 100 Pa
RF-Leistung
PRF = 40 W
Fluss SiH4 =
20 sccm (Standard-Kubikzentimeter pro Minute)
Fluss N2O = 700 sccm
Fluss Ar = 380 sccm
Abscheiderate:
120 nm/min
Schichtdicke d = 200 nm
Zusammensetzung: SiO1,7
Brechungsindex: n = 1,60The following is an example of the application of the invention to a donor disk for the production of sSOI substrates:
For the preparation of sSOI substrates by the transfer of a strained silicon layer from a donor disk to a carrier disk is usually a donor disk (
Temperature T = 350 ° C
Pressure p = 100 Pa
RF power P RF = 40 W
Flow SiH 4 = 20 sccm (standard cubic centimeters per minute)
Flow N 2 O = 700 sccm
Flow Ar = 380 sccm
Deposition rate: 120 nm / min
Layer thickness d = 200 nm
Composition: SiO 1.7
Refractive index: n = 1.60
In
Isolatorschicht
- Temperatur T = 350°CTemperature T = 350 ° C
- Druck p = 100 PaPressure p = 100 Pa
- RF-Leistung PRF = 20 WRF power P RF = 20 W
- Fluss SiH4 = 20 sccm Flow SiH 4 = 20 sccm
- Fluss NH3 = 15 sccmFlow NH 3 = 15 sccm
- Fluss N2O = 100 sccmFlow N 2 O = 100 sccm
- Fluss N2 = 800 sccmFlow N 2 = 800 sccm
- Abscheiderate: 50 nm/minDeposition rate: 50 nm / min
- Schichtdicke d = 200 nmLayer thickness d = 200 nm
- Zusammensetzung: SiONComposition: SiON
- Brechungsindex: n = 1,76Refractive index: n = 1.76
Isolatorschicht
- Temperatur T = 350°CTemperature T = 350 ° C
- Druck p = 100 PaPressure p = 100 Pa
- RF-Leistung PRF = 20 WRF power P RF = 20 W
- Fluss SiH4 = 20 sccmFlow SiH 4 = 20 sccm
- Fluss N2O = 80 sccmFlow N 2 O = 80 sccm
- Fluss Ar = 1000 sccmFlow Ar = 1000 sccm
- Abscheiderate: 67 nm/minDeposition rate: 67 nm / min
- Schichtdicke d = 200 nmLayer thickness d = 200 nm
- Zusammensetzung: SiO1,70 Composition: SiO 1.70
- Brechungsindex: n = 1,60Refractive index: n = 1.60
Isolatorschicht
- Temperatur T = 380°CTemperature T = 380 ° C
- Druck p = 100 PaPressure p = 100 Pa
- RF-Leistung PRF = 20 WRF power P RF = 20 W
- Fluss SiH4 = 15 sccmFlow SiH 4 = 15 sccm
- Fluss N2O = 53 sccmFlow N 2 O = 53 sccm
- Fluss Ar = 980 sccmFlow Ar = 980 sccm
- Abscheiderate: 47 nm/minDeposition rate: 47 nm / min
- Schichtdicke d = 200 nmLayer thickness d = 200 nm
- Zusammensetzung: SiO1,46 Composition: SiO 1.46
- Brechungsindex: n = 1,72Refractive index: n = 1.72
In
Aufgrund der kompensierten Spannungen und des dadurch sehr stark reduzierten Bows sowohl bei Raumtemperatur als auch bei einer thermischen Behandlung eignen sich erfindungsgemäße Halbleiterscheiben hervorragend dazu, mit einer weiteren Halbleiterscheibe verbunden zu werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Bond-Anneal nicht bei den typischerweise verwendeten Temperaturen von über 1100°C durchgeführt wird sondern bei niedrigeren Temperaturen, weil dann die Scherkräfte an der Bond-Grenzfläche gegen geringere Bondkräfte arbeiten und somit das Risiko des Debonding größer ist. Ein Aufreißen der Verbindung zwischen den beiden Halbleiterscheiben (Donorscheibe und Trägerscheibe) tritt bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Donorscheibe nicht auf. Nach dem Verbinden kann der Rest der Donorscheibe entfernt werden, um die erste Schicht freizulegen.by virtue of the compensated voltages and thereby greatly reduced Bows both at room temperature and during a thermal treatment semiconductor wafers according to the invention are suitable excellent to, connected to another semiconductor wafer to become. This is especially the case when the bond anneal not at the typically used temperatures of over 1100 ° C is carried out but at lower Temperatures, because then the shear forces at the bond interface work against lower bond forces and thus the risk the debonding is bigger. A ripping the connection between the two semiconductor wafers (Donorscheibe and carrier disc) occurs when using an inventive Do not donor disk. After connecting, the rest of the donor disk can are removed to expose the first layer.
Dies
kann beispielsweise durch eine geeignete Kombination von Schleif-, Ätz-
und Polierverfahren geschehen. Es kann jedoch auch das „Smart
Cut" genannte Verfahren eingesetzt werden, das auch in
Die
Erfindung wird vorzugsweise im Rahmen der Herstellung von sSOI-Scheiben
eingesetzt, da hier ohnehin eine elektrisch isolierende Schicht
notwendig ist (
Im Fall der sSOI-Herstellung ist die Erfindung auf die unterschiedlichsten Typen von Donorscheiben anwendbar: Auf Donorscheiben mit dicken relaxierten Silicium-Germanium-Pufferschichten ebenso wie auf Donorscheiben mit dünnen Silicium-Germanium-Pufferschichten, die beispielsweise durch die Implantation von Ionen relaxiert wurden (sog. „Jülich-Prozess"). Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf die Herstellung von sSOI anwendbar, sondern betrifft generell das Ronden heterogener Materialien (z. B. SGOI, GeOI, Si/GaAs usw.).in the In the case of sSOI production, the invention is very different Types of donor discs applicable: on donor discs with thick ones relaxed silicon germanium buffer layers as well as on donor disks with thin silicon-germanium buffer layers, for example were relaxed by the implantation of ions (so-called "Jülich process"). However, the invention is not limited to the production of sSOI applicable, but generally relates to the blending of heterogeneous materials (eg, SGOI, GeOI, Si / GaAs, etc.).
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - US 2005/0070070 A1 [0003, 0040] US 2005/0070070 A1 [0003, 0040]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - SEMI-Norm MF534 [0023] - SEMI standard MF534 [0023]
Claims (23)
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DE102007033449A DE102007033449A1 (en) | 2007-07-18 | 2007-07-18 | Semiconductor wafer for use as donor wafer, has layer structure that stands under course or compression stress and another layer structure compensates tension with compression stress or tensile stress |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007033449A DE102007033449A1 (en) | 2007-07-18 | 2007-07-18 | Semiconductor wafer for use as donor wafer, has layer structure that stands under course or compression stress and another layer structure compensates tension with compression stress or tensile stress |
Publications (1)
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---|---|
DE102007033449A1 true DE102007033449A1 (en) | 2009-01-29 |
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ID=40157039
Family Applications (1)
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DE102007033449A Ceased DE102007033449A1 (en) | 2007-07-18 | 2007-07-18 | Semiconductor wafer for use as donor wafer, has layer structure that stands under course or compression stress and another layer structure compensates tension with compression stress or tensile stress |
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-
2007
- 2007-07-18 DE DE102007033449A patent/DE102007033449A1/en not_active Ceased
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Tong,Gösele: Semiconductor Wafer Bonding: Science and Technology, John Wiley & Sons, Inc., 1999, S. 10-11 |
Tong,Gösele: Semiconductor Wafer Bonding: Science and Technology, John Wiley & Sons, Inc., 1999, S. 10-11; * |
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