DE102010017600A1

DE102010017600A1 - Diamant-SOI mit dünner Siliziumnitridschicht

Info

Publication number: DE102010017600A1
Application number: DE102010017600A
Authority: DE
Inventors: Rick C. Fla. Jerome; Francois Calif. Hebert; Craig Fla. McLachlan; Kevin Fla. Hoopingarner
Original assignee: Intersil Americas LLC; Intersil Inc
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-06-26
Also published as: US20110186840A1; DE102010017600B4; TWI497652B; TW201126653A; CN102142363B; CN102142363A; US8815641B2

Abstract

Ein Verfahren und eine Struktur für eine Halbleitervorrichtung, die eine dünne Nitridschicht aufweist, welche zwischen einer Diamant-SOI-Schicht und einer Vorrichtungssiliziumschicht ausgebildet ist, um eine Diffusion von Ionen zu blockieren und die Lebensdauer des Vorrichtungssiliziums zu verlängern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/299,702, eingereicht am 29. Januar 2010, die hierin durch Verweis vollständig aufgenommen wird.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden Diamant-SOI-(SODOS – Silizium-auf-Diamant-auf-Silizium), Diamant-auf-Silizium- sowie Siliziumdünnschicht-auf-Diamantdickschicht-Prozesstechnologien entwickelt, um den Wärmefluss durch das Substrat für die Verwendung in Hochleistungsvorrichtungen zu verbessern. Im Fall von SODOS wird die eingebettete Diamantschicht als Wärmesenke verwendet – ein Wärmeverteiler, der die Temperatur von Halbleitervorrichtungen verringert, die mit hoher Leistung in dem obigen Vorrichtungssilizium betrieben werden. Die Wärmeleitfähigkeit von Diamant ist 10-mal besser als die von Silizium und 1000-mal besser als die von Oxid.
Trotz der Verwendung hochreiner Komponenten im HFCVD-Reaktor (Heißdrahtaktivierte chemische Dampfabscheidung) ist festgestellt worden, dass erhöhte Niveaus beweglicher Schwermetallionen aus der Diamant- und Keimschicht in die angrenzende Vorrichtungs-Siliziumschicht diffundieren und so die Qualität des Siliziums verringern und die Lebensdauer der Elektronen- und Loch-Ladungsträger verkürzen. Während nachfolgender Diffusionsvorgänge können diese Ionen aus den Diamant- und Siliziumschichten herausdiffundieren und eine Kreuzdotierung der Fertigungs-Prozessausrüstung verursachen.
Wünschenswert wären eine verbesserte Diamant-SOI-Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausbildung derselben, wobei eine Barriere zwischen der Diamant-SOI-Schicht und der Vorrichtungs-Siliziumschicht ausgebildet sein kann, um die Diffusion von Ionen zu blockieren und die Lebensdauer der Träger des Vorrichtungssiliziums zu verbessern.
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der Erfindung. Es zeigen:
1A bis 1E eine Diamant-SOI-Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Ausbildung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Lehren und
2A bis 2E eine weitere exemplarische Diamant-SOI-Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Ausbildung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Lehren.
Es wird darauf hingewiesen, dass manche Details der Figuren vereinfacht sind und eher so gezeichnet sind, dass sie das Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung erleichtern, als dass strikte strukturelle Exaktheit, Details und Maßstab gewahrt würden.
Es wird nun detailliert auf die vorliegenden Ausführungsformen (exemplarischen Ausführungsformen) der Erfindung Bezug genommen, für die Beispiele in den beigefügten Zeichnungen illustriert sind. Wo immer möglich, werden in den Zeichnungen durchgängig dieselben Bezugsziffern zur Bezeichnung derselben oder ähnlicher Teile verwendet. In der folgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen zur Illustration spezifische exemplarische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung angewendet werden kann. Diese Ausführungsformen werden hinreichend detailliert beschrieben, um dem Fachmann die Anwendung der Erfindung zu ermöglichen, und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Die folgende Beschreibung ist daher rein exemplarisch.
Ausführungsformen der vorliegenden Lehren können ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitstellen, in der eine zwischen der Diamant-SOI-Schicht und der Vorrichtungssiliziumschicht angeordnete dünne Nitridbarriere (Siliziumnitrid oder eines der anderen Nitride) die Diffusion von Ionen in die Vorrichtungsschicht blockiert und die Lebensdauer des Vorrichtungssiliziums verbessert. Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weisen eine Diamant-Keimschicht und die entsprechende gezüchtete Diamantschicht hohe Niveaus an metallischen und beweglichen Ionen-Kontaminanten auf. Die dünne Nitridschicht zwischen der Diamantschicht und dem Vorrichtungssilizium blockiert die Diffusion von Kontaminanten in die Vorrichtungssiliziumschicht über der Diamantschicht sowie einen Handle-Wafer oder ein Substrat unter der Diamantschicht und verbessert die Träger-Lebensdauer des Vorrichtungssiliziums.
Die dünne Nitridschicht hat minimale Auswirkungen auf die Wärmeleitfähigkeit der Diamant-SOI-Schicht. In bestimmten Ausführungsformen fördert eine Polysiliziumschicht auf der dünnen Nitridschicht die Keimdichte, wenn eine Grabenreinigung (die Grabenreinigung ist eine B-Reinigung, wie unten beschrieben, mit einer längeren HCL-Spülung) zum Entfernen von dotierenden Ionen aus der Diamantkeimschicht verwendet wird. Außerdem vereinfacht die dünne Nitridschicht einen nachfolgenden Grabenisolierungsprozess beträchtlich.
Durch die Verwendung einer dünnen Nitridschicht zwischen der Diamantschicht und dem Vorrichtungssilizium kann die Oxidation der Diamantschicht blockiert werden und außerdem ein guter Ätzstopp für die Silizium-Grabenätzung bereitgestellt werden, einen nachfolgenden Vorgang, der zum seitlichen Isolieren von Vorrichtungen auf der Oberfläche des Wafers verwendet werden kann.
1A bis 1E zeigen eine Diamant-Silizium-auf-Isolator-(SOI-)-Vorrichtung (z. B. 100 in 1E) und ein entsprechendes Verfahren zur Ausbildung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Lehren. Für den Durchschnittsfachmann dürfte leicht ersichtlich sein, dass die Vorrichtung 100 und das Verfahren, die in 1A bis 1E dargestellt sind, eine verallgemeinerte, schematische Illustration darstellen und dass andere Schritte und Komponenten hinzugefügt werden können oder vorhandene Schritte und Komponenten entfernt oder modifiziert werden können.
In 1E kann die Vorrichtungsstruktur 100 einen Handle-Wafer 110, ein planarisiertes Polysilizium 120 auf dem Handle-Wafer 110, eine Diamantschicht 140 auf dem planarisierten Polysilizium 120, eine dünne Nitridschicht 150 auf der Diamantschicht 140, eine auf der dünnen Nitridschicht 150 ausgebildete Vorrichtung 170 und einen Polysilizium-Verkapselungsstoff 180 aufweisen, wobei der Polysilizium-Verkapselungsstoff 180 wie dargestellt planarisiert und von der Vorrichtungsseite entfernt ist.
In 1A ist der für die exemplarischen Ausführungsformen geeignete Handle-Wafer 110 dargestellt. Der Handle-Wafer 110 kann ein Oxidmaterial aufweisen. Der Handle-Wafer kann ein Oxidmaterial oder Schichten auf einem Teil seiner oder auf allen seinen Oberflächen aufweisen. Der Handle-Wafer 110 kann in einem Prozess ausgebildet sein, der beispielsweise die Schritte Rotations-Spül-Trocknung (Spin-Rinse-Dry, SRD), BW-Rückseitenbehandlung (BW Backtouch), Kaliumhydroxid-(KOH-)-Reinigung, Ritzen, Nach-Rückseitenbehandlungs-Reinigung (wobei HF Oxid von dem Handle-Wafer ablöst, Schwefel-, SC1-Reinigung, SC2-Reinigung) sowie Bondreinigung aufweist.
Ein exemplarischer Vorrichtungswafer 170 ist in 1B dargestellt. Der Vorrichtungswafer 170 kann eine dünne Nitridschicht 150 auf einer Oberfläche des Vorrichtungswafers, eine Diamantschicht 140 auf einer Oberfläche der dünnen Nitridschicht 140 sowie eine Polysiliziumbeschichtung 120 auf der Diamantschicht 140 und der gegenüberliegenden Oberfläche des Vorrichtungswafers 170 aufweisen.
Der Vorrichtungswafer 170 kann ein Substrat, einen Wafer oder eine Epitaxieschicht, Silizium- oder andere Halbleiterschicht umfassen. Generell kann die Halbleiterschicht aus jedem Material bestehen, das den Bedingungen der Diamantzucht (beispielsweise Temperaturen von über 700°) standhalten kann. Zum Beispiel kann der Halbleiter wenigstens einen der Stoffe Silizium, SiGe, SiC, GaN, InP, GaAs, AlGaN, InAlN, AlGaN oder Kombinationen daraus umfassen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Handle- oder Vorrichtungswafer je nach Anwendung entweder vom Typ N oder vom Typ P sein können und eine niedrige oder hohe Dotierungskonzentration aufweisen können.
Der Vorrichtungswafer 170 kann in einem Prozess ausgebildet sein, in dem der Wafer typischerweise z. B. in SC1/SC2-Lösungen vorgereinigt wird und in dem Siliziumnitrid über einen LPCVD-Prozess (chemische Dampfabscheidung bei niedrigem Druck) zu einer Dicke von ca. 1000 Å abgelagert wird. Nach der Ausbildung des Vorrichtungswafers 170 kann eine Diamantkeimschicht durch Eintauchen in eine Kolloidlösung chemisch abgelagert werden, die Diamantstaub-Nanopartikel (nicht dargestellt) enthält, aus welchen die Diamantschicht 140 auf ca. 1,5 μm gezüchtet werden kann. Nach der Ausgestaltung der Diamantschicht 140 kann das Polysilizium 120 auf ca. 2 μm über wenigstens der Vorrichtungs- 170 -seite und der Diamant-140 -seite abgelagert werden. Außerdem kann das Polysilizium 120 die Struktur, wie in 1B gezeigt, einkapseln. Das über der Diamantschicht 140 abgelagerte Polysilizium 120 kann durch einen chemisch-mechanischen Polier-(CMP-)-prozess planarisiert werden (120a), wonach eine Bondreinigung durchgeführt werden kann.
Die dünne Nitridschicht 150 kann zu einer Dicke mit geeigneter Ionenblockierungswirkung abgelagert oder anderweitig dazu ausgebildet sein. Die Nitridschicht kann aus einem der Stoffe Si3N4, SixN, AlN, TaN, TiN und Silizium-Oxynitrid bestehen. Bestimmte metallische Barrieren können TiW und TiWN als potentielle ”metallische” Barrieren aufweisen. Wie in 1C dargestellt, kann das CMP-planarisierte Polysilizium 120a an den Handle-Wafer 110 gebondet sein, wie ebenfalls dem Fachmann bekannt. Nach dem Verbonden der Vorrichtungswafer- 170 -Struktur mit dem Handle-Wafer 110 wird die gebondete Wafer-Struktur zur Weiterverarbeitung umgekehrt, wie im Weiteren gezeigt und beschrieben.
In 1D können das Polysilizium 120 auf der Vorrichtungs- 170 -seite und der Vorrichtungswafer selbst behandelt sein, um ihre Dicke bis innerhalb ca. 15 μm von der Diamant-Silizium-Grenzfläche zu reduzieren. Die Behandlung kann einen Schleifvorgang, wie dem Fachmann bekannt, umfassen, gefolgt von einer KOH-Reinigung, einer Nachpoliturreinigung und einer B-Reinigung. Die B-Reinigung besteht aus H2SO4/H2O2 (zum Entfernen organischer Stoffe), 10:1 HF verdünnt mit DI H2O, SC1 (NH4OH/H2O2 zum Entfernen von Partikeln) und SC2 (HCL/H2O2 zum Entfernen metallischer Stoffe). Außerdem kann wiederum eine Polysiliziumschicht 120 auf dem dickenreduzierten Vorrichtungs- 170 -silizium ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Polysilizium zu einer Dicke von ca. 2 μm ausgebildet sein. Es sei darauf hingewiesen, dass Polysilizium gleichzeitig auf der Vorder- und der Rückseite des Wafers abgelagert ist. Das Polysilizium auf der Rückseite dient der Kontrolle über Materialspannungen, um Verwerfungen des Wafers zu verringern.
Wie in 1E dargestellt, kann die Vorrichtungs- 170 -seite poliert werden, um die Polysiliziumschicht 120 zu entfernen, was eine Dicke des Vorrichtungssiliziums von ca. 3 bis ca. 7 μm ergibt. Um diese Dicke des Vorrichtungssiliziums zu erreichen, können durch Polieren ca. 7 bis ca. 10 μm des Polysiliziums 120 und des Vorrichtungs- 170 -Siliziums entfernt werden.
In 1D und 1E kann die dünne Nitridschicht 150 ein Siliziumnitrid mit einer Dicke von ca. 0,1 μm aufweisen, und die Diamantschicht 140 kann bei einer Dicke von ca. 1,5 μm liegen. In bestimmten Ausführungsformen kann zum Trennen der Wafer nach dem Bonden Wasserstoffimplantation (Smartcut) verwendet werden. Hier erfolgt die Implantation vor dem Bonden der Wafer. Nach dem Bonden spaltet ein thermischer Schritt den Wafer an der Spitze der Implantation. Diese Wasserstoffimplantation kann neben Schleifen und Polieren bei der Bildung von dünnen Silizium-auf-Diamant-auf-Silizium-Schichten verwendet werden. Bei diesem Ansatz ist generell dünneres Vorrichtungssilizium im Bereich von ca. 0,1 bis ca. 1,5 Mikrometern möglich, je nach der Wasserstoffimplantationsenergie.
2A bis 2E zeigen eine Diamant-Silizium-auf-Isolator-(SOI-)-Vorrichtung (z. B. 200 in 2E) und ein entsprechendes Verfahren zur Ausbildung gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Lehren. Für den Durchschnittsfachmann dürfte leicht ersichtlich sein, dass die Vorrichtung 200 und das Verfahren, die in 2A bis 2E dargestellt sind, eine verallgemeinerte, schematisierte Illustration darstellen und dass andere Schritte und Komponenten hinzugefügt oder vorhandene Schritte und Komponenten entfernt oder modifiziert werden können.
In 2E kann die Vorrichtungsstruktur 200 einen Handle-Wafer 210, ein planarisiertes Polysilizium 220 auf dem Handle-Wafer 210, eine Nitridbarriere 230 auf dem planarisierten Polysilizium 220, eine Diamantschicht 240 auf der Nitridschicht 230, eine dünne Polysiliziumschicht 260 (von ca. 300 Å zur Förderung der Keimbildung) auf der Diamantschicht, eine dünne Nitridschicht 250 auf der Polysiliziumschicht 260, eine dünne Pad-Oxidschicht 290 (von ca. 650 Å) in der Nitridschicht 250, die Vorrichtung 270 auf der Pad-Oxidschicht 290 und einen Polysilizium-Verkapselungsstoff 280 aufweisen, wobei der Polysilizium-Verkapselungsstoff 280, wie dargestellt, planarisiert und von der Vorrichtungsseite entfernt ist.
In 2A ist der für die exemplarischen Ausführungsformen geeignete Handle-Wafer 210 dargestellt. Der Handle-Wafer 210 kann ein Oxidmaterial umfassen. Der Handle-Wafer 210 kann in einem Prozess ausgebildet sein, der beispielsweise die Schritte Rotations-Spül-Trocknung (Spin-Rinse-Dry, SRD), BW-Rückseitenbehandlung (BW Backtouch), KOH-Reinigung, Ritzen, Nach-Rückseitenbehandlungs-Reinigung und Bondreinigung aufweist.
Ein exemplarischer Vorrichtungswafer 270 ist in 2B dargestellt. Der Vorrichtungswafer 270 kann aufweisen: eine dünne Oxidschicht 290 auf einer Oberfläche des Vorrichtungswafers, eine dünne Nitridschicht 250 auf einer Oberfläche der Oxidschicht 290 (hier kann zur Förderung der Keimbildung eine dünne (300 Å) Polysiliziumschicht 260 eingefügt sein), eine Diamantschicht 240 auf einer Oberfläche der dünnen Nitridschicht 250 und eine Polysiliziumbeschichtung 220 sowohl auf der Diamantschicht 240 als auch auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Vorrichtungswafers 270. Zusätzlich kann eine dünne Schicht Polysilizium (ca. 300 Å) auf dem Nitrid abgelagert sein, um die Keimbildung zu fördern. In der Zeichnung weist die Schicht 250 eine dünne Oxidschicht 290 zwischen der dünnen Nitridschicht 250 und der Vorrichtung 270 auf. In bestimmten Ausführungsformen kann eine zusätzliche Nitridschicht 230 auf der Diamantschicht 240 ausgebildet sein. Die zusätzliche Nitridschicht 230 kann eine Nitridbarriere auf dem Diamant 240 (d. h. zwischen der Diamantschicht 240 und dem planarisierten Polysilizium 220a) sein, um die Diamantfilmschicht 240 vollständig einzukapseln.
Der Vorrichtungswafer 270 kann ein Substrat, einen Wafer oder eine Epitaxieschicht, Silizium- oder andere Halbleiterschicht aufweisen. Generell kann die Halbleiterschicht aus jedem Material bestehen, das den Bedingungen der Diamantzucht (z. B. Temperaturen von mehr als 700°C) standhalten kann. Beispielsweise kann der Halbleiter wenigstens einen der Stoffe Silizium, SiGe, SiC, GaN, InP, GaAs, AlGaN, InAlN, AlGaN oder Kombinationen daraus umfassen.
Der Vorrichtungswafer 270 kann in einem Prozess ausgebildet sein, in dem der Wafer typischerweise z. B. in SC1/SC2-Lösungen vorgereinigt wird, ein Pad-Oxid zu einer Dicke von ca. 300 Å gezüchtet wird (die Erfinder haben festgestellt, dass 625 Å Pad-Oxid als Ätzstopp an der Grabenätzung erforderlich sein können) und ein LPCVD-(chemische Dampfabscheidung bei Niederdruck)-Siliziumnitrid zu einer Dicke von ca. 1000 Å abgelagert wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Pad-Oxiddicke im Bereich von ca. 100 Å bis ca. 1000 Å liegen. Ein Pad-Oxid am dünneren Ende des Bereiches kann den thermischen Widerstand minimieren; aber je nach Prozessarchitektur und -ablauf kann auch ein Pad-Oxid an einem dickeren Ende des Bereiches genutzt werden. Es kann eine Diamantkeimschicht (nicht dargestellt) abgelagert sein, aus welcher die Diamantschicht 240 zu einer Dicke von ca. 1,5 μm gezüchtet werden kann. In bestimmten Ausführungsformen kann die Diamantschicht im Bereich von ca. 0,1 μm bis ca. 100 Mikrometern liegen. Erhöhte Wärmeleitfähigkeit lässt sich am höheren Ende des exemplarischen Bereiches erzielen. Nach der Gestaltung der Diamantschicht 240 kann das Polysilizium 220 zu einer Dicke von ca. 2 μm über wenigstens der Vorrichtungs- 270 -seite und der Diamant- 240 -seite abgelagert werden. Zusätzlich kann das Polysilizium 220 die Struktur einkapseln, wie in 2B gezeigt. Das über der Diamantschicht 240 abgelagerte Polysilizium 220 kann durch einen CMP-Prozess planarisiert (220a) werden, worauf eine Bondreinigung durchgeführt werden kann. In bestimmten Ausführungsformen kann das Polysilizium undotiert sein, sofern es nicht wünschenswert ist, eine dotierte Schicht vorzusehen, um eine ”eingebettete Schicht mit niedrigem Widerstand” auszubilden, was für einige Ansätze wie NPN-Bipolarflüsse von Vorteil sein kann.
Die dünne Nitridschicht 250 und die Nitridschicht 230 können zu einer Dicke mit geeigneter Ionenblockierungswirkung abgelagert oder anderweitig dazu ausgebildet sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die zusätzliche Nitridbarriere 230 an der Grenzfläche der Diamantschicht 240 und der Polysiliziumschicht 220 ausgebildet sein. Mit der zusätzlichen Nitridbarriereschicht 230 kann die Diamantschicht 240 vollständig eingekapselt sein.
Die dünne Nitridschicht 250 und die zusätzliche Nitridbarriereschicht 230 können zu einer Dicke mit geeigneter Ionenblockierungswirkung abgelagert oder anderweitig dazu ausgebildet sein. Die Nitridbarriereschicht kann eine Dicke von ca. 500 Å bis ca. 3000 Å aufweisen. Ferner kann die Nitridbarriereschicht eine Dicke von ca. 1000 Å aufweisen. Die dünne Nitridschicht 250 und die Nitridbarriereschicht 230 können aus einem der Stoffe Si3N4, SixN, AlN, TaN und TiN bestehen.
Wie in 2C dargestellt, kann das CMP-planarisierte Polysilizium an den Handle-Wafer 210 gebondet sein, wie dem Fachmann bekannt. Im Anschluss an das Verbonden der Struktur aus 2B mit dem Handle-Wafer 210 wird die gebondete Wafer-Struktur zur Weiterverarbeitung umgekehrt, wie im Weiteren gezeigt und beschrieben.
In 2D können das Polysilizium 220 auf der Vorrichtungs- 270 -seite und der Vorrichtungswafer selbst behandelt sein, um seine Dicke bis innerhalb ca. 15 μm von der Diamant-Silizium-Grenzfläche zu reduzieren. Die Behandlung kann ein Schleifen, wie dem Fachmann bekannt, umfassen, gefolgt von einer KOH-Reinigung, einer Nachpoliturreinigung und einer B-Reinigung. Weiter kann eine Polysiliziumschicht 220 auf der dickenreduzierten Vorrichtung 270 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das Polysilizium 220 zu einer Dicke von ca. 2 μm ausgebildet sein.
Wie in 2E gezeigt, kann die Vorrichtungs- 270 -seite poliert sein, um die Polysiliziumschicht 220 zu entfernen, was eine Dicke des Vorrichtungssiliziums von ca. 3 bis ca. 7 μm ergibt. Um diese Dicke des Vorrichtungssiliziums zu erreichen, können durch Polieren ca. 7 bis ca. 10 μm des Polysiliziums und der Vorrichtungssiliziumstruktur entfernt werden.
In 2D und 2E kann das dünne Nitrid 250 ein Siliziumnitrid mit einer Dicke von ca. 0,1 μm aufweisen, und die Diamantschicht 240 kann bei einer Dicke von ca. 1,5 μm liegen.
In der beschriebenen Ausführungsform ist ersichtlich, dass die Polysiliziumschicht auf dem Nitrid zur Förderung der Keimbildung vorgesehen sein kann. Das Polysilizium hat bessere Wärmeleitfähigkeit als Dielektrika, so dass eine Maximierung der Dicke der Nitridbarriere selbst ermöglicht wird (weil das Oxidienen des Nitrids zur Verbesserung der Nukleation die Barriereneigenschaften verringert und den thermischen Widerstand erhöht). Außerdem hat Polysilizium ähnliche Nukleationseigenschaften wie Silizium (besser als Grabengereinigtes Nitrid). Durch Ablagern des Polysiliziums auf nur einer Seite kann die Diamantablagerung an derjenigen Seite reduziert werden, die nicht Polysilizium-beschichtet ist, wenn z. B. die darunter liegende Schicht Nitrid ist. Weiterhin kann das Polysilizium als Getterungsschicht wirken (es kann Verunreinigungen in Korngrenzen aufnehmen). Zusätzlich kann eine Grabenätzung verwendet werden, um metallische Kontaminanten aus der Keimschicht auszuwaschen, wenn Polysilizium auf der Nitridschicht verwendet wird. Darüber hinaus blockiert die beschriebene dünne Nitridschicht zwischen der Diamantkeimschicht und dem Vorrichtungssilizium die Oxidation der Diamantschicht und stellt einen guten Ätzstopp für die Grabenätzung bereit. Eine Pad-Oxiddicke von 650 Å auf dem Nitrid stellt einen besseren Ätzstopp bereit und sorgt dafür, dass die gesamte Dicke des Nitrids nach der Grabenätzung erhalten bleibt. Dies kann das Problem lösen, dass die Integration von Grabenisolierung durch die Entflammbarkeit der Diamantschicht problematisch ist, wenn diese normalen thermischen Oxidationsbedingungen ausgesetzt ist. Die beschriebenen Ausführungsformen lösen außerdem Verfahrensprobleme für die Diamant-SOI-Integration bei minimalem Verlust an Wärmefluss, da die Nitrid- und Pad-Ox-Schichten dünn sind. Die Wärmeleitfähigkeit für durch LPCVD gebildetes stöchiometrisches Siliziumnitrid beträgt 25–36 W/m-K. Zum Vergleich: Siliziumdioxid = 1,3, Silizium bei Raumtemperatur = 148 und Diamant = 1300 W/m-K.
In jeder der beschriebenen Ausführungsformen kann in dem Diamantreaktor eine In-Situ-Ablagerung von Nitrid und/oder Polysilizium durchgeführt werden, um zu verhindern, dass nachfolgende Nitrid- und/oder Polysiliziumablagerungssysteme einer Kreuzdotierung ausgesetzt werden.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Handle-Wafer als Vorrichtungswafer verwendet werden. Dieser Ansatz kann eine mögliche Kreuzdotierung auf andere Fertigungsausrüstung verhindern.
Ungeachtet dessen, dass die Zahlenbereiche und Parameter, in denen der breite Umfang der Erfindung dargelegt ist, Näherungen sind, sind die in den spezifischen Beispielen dargelegten Zahlenwerte so genau wie möglich angegeben. Inhärent enthält jedoch jeder Zahlenwert bestimmte Fehler, die sich zwangsläufig aus der Standardabweichung ergeben, welche in den jeweiligen Testmessungen zu finden ist. Darüber hinaus sind alle hier offenbarten Bereiche so zu verstehen, dass sie alle und jegliche darin zusammengefassten Teilbereiche umfassen. Beispielsweise kann ein Bereich von ”weniger als 10” alle und jegliche Teilbereiche zwischen dem (und einschließlich des) Minimalwert null und dem Maximalwert 10 aufweisen; d. h. alle und jegliche Teilbereiche mit einem Minimalwert gleich oder größer als null und einem Maximalwert gleich oder kleiner als 10, z. B. 1 bis 5. In bestimmten Fällen können die für den Parameter angegebenen Zahlenwerte negative Werte annehmen. In diesem Fall kann der Beispielwert eines Bereiches, der mit ”kleiner als 10” angegeben ist, negative Werte annehmen; z. B. –1, –2, –3, –10, –20, –30 usw.
Die Erfindung ist zwar in Bezug auf eine oder mehrere Umsetzungen illustriert worden, jedoch können Änderungen und/oder Modifikationen an den illustrierten Beispielen vorgenommen werden, ohne von dem Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Außerdem kann, auch wenn ein besonderes Merkmal der Erfindung möglicherweise mit Bezug auf nur eine von mehreren Umsetzungen offenbart ist, ein solches Merkmal mit einem oder mehreren Merkmalen der anderen Umsetzungen kombiniert werden, wie es für eine gegebene oder besondere Funktion gewünscht oder vorteilhaft ist. Darüber hinaus sind, soweit die Ausdrücke ”einschließlich”, ”schließt ein”, ”aufweisend”, ”weist auf”, ”mit” oder Varianten davon in der ausführlichen Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, diese Ausdrücke auf ähnliche Weise einschließend zu verstehen wie der Ausdruck ”umfassend”. Der Ausdruck ”wenigstens eine(r/s) der” gibt an, dass einer oder mehrere der aufgeführten Gegenstände ausgewählt werden können. Weiterhin bedeutet der Ausdruck ”auf”, in Bezug auf zwei Materialien verwendet, in der vorliegenden Erläuterung und den vorliegenden Ansprüchen zumindest eine gewisse Berührung zwischen den Materialien, während ”über” bedeutet, dass die Materialien zwar nahe beieinander, aber möglicherweise mit einem oder mehreren zusätzlichen Materialien dazwischen angeordnet sind, so dass Berührung möglich, aber nicht erforderlich ist. Weder ”auf” noch ”über” implizieren gemäß der vorliegenden Verwendung irgendeine Richtung. Der Ausdruck ”konform” beschreibt ein Beschichtungsmaterial, bei dem Winkel des darunterliegenden Materials durch das konforme Material erhalten bleiben. Der Ausdruck ”ca.” gibt an, dass der angeführte Wert etwas verändert werden kann, sofern die Änderung nicht zu fehlender Konformität des Prozesses oder der Struktur mit der illustrierten Ausführungsform führt. ”Exemplarisch” schließlich gibt an, dass die Beschreibung als Beispiel verwendet wird, und impliziert nicht, dass es sich um eine Idealform handelt. Andere Ausführungsformen der Erfindung werden für den Fachmann aus der Erwägung der Beschreibung und der Anwendung der hier offenbarten Erfindung deutlich. Die Beschreibung und die Beispiele sind als lediglich exemplarisch anzusehen, während ein tatsächlicher Umfang und Gedanke der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben wird.
Ausdrücke für die relative Position sind gemäß ihrer Verwendung in dieser Anmeldung auf Basis einer Ebene definiert, die parallel zu der üblichen Ebene oder Arbeitsfläche eines Wafers oder Substrates liegt, unabhängig von der Lage des Wafers oder Substrates. Der Ausdruck ”horizontal” oder ”lateral” ist gemäß seiner Verwendung in dieser Anmeldung definiert als eine Ebene, die parallel zu der üblichen Ebene oder Arbeitsfläche eines Wafers oder Substrates liegt, unabhängig von der Lage des Wafers oder Substrates. Der Ausdruck ”vertikal” bezeichnet eine senkrecht zur Horizontalen verlaufende Richtung. Ausdrücke wie ”auf”, ”Seite” (beispielsweise in ”Seitenwand”), ”höher”, ”tiefer”, ”über”, ”oben” und ”unter” sind bezüglich dessen definiert, dass die übliche Ebene oder Arbeitsfläche sich auf der oberen Fläche des Wafers oder Substrates befindet, unabhängig von der Lage des Wafers oder Substrates.

Claims

Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Ablagern einer dünnen Nitridschicht zwischen einer Diamant-SOI-Schicht und einer Vorrichtungsschicht, um einen Vorrichtungswafer auszubilden; Ablagern einer Polysiliziumschicht auf dem Vorrichtungswafer; Planarisieren des Polysiliziums auf einer aktiven Seite des Vorrichtungswafers; und Anbringen der planarisierten Seite des Vorrichtungswafers an einem Handle-Wafer, um eine Vorrichtungsstruktur auszubilden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: Ablagern von Polysilizium auf der Handle-Wafer-Seite der Vorrichtungsstruktur; und Polieren der Vorrichtungsseite der Vorrichtungsstruktur.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtungsschicht Silizium umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Polieren umfasst, die Vorrichtungsseite der Vorrichtungsstruktur bis innerhalb ca. 3 bis ca. 7 μm von einer Diamant-Silizium-Grenzfläche des Vorrichtungswafers zu polieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die dünne Nitridschicht Siliziumnitrid umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die dünne Nitridschicht eine Dicke von ca. 0,1 μm umfasst.
Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Ausbilden eines Vorrichtungswafers durch das Verfahren, welches umfasst: Ausbilden einer Oxidschicht auf einer Vorrichtungssiliziumschicht, Ausbilden einer Nitridbarriereschicht auf der Oxidschicht, Ausbilden einer Diamantschicht auf der Nitridbarriereschicht, Ablagern einer dünnen Nitridschicht auf der Diamantschicht, Ablagern einer Polysiliziumschicht auf dem Vorrichtungswafer und Planarisieren des Polysiliziums auf einer aktiven Seite des Vorrichtungswafers; Anbringen des Vorrichtungswafers an einem Handle-Wafer, um eine Vorrichtungsstruktur auszubilden; Ablagern von Polysilizium auf der Handle-Wafer-Seite der Vorrichtungsstruktur und Polieren der Vorrichtungsseite der Vorrichtungsstruktur bis innerhalb ca. 3 bis ca. 7 μm von einer Diamant-Silizium-Grenzfläche des Vorrichtungswafers.
Verfahren gemäß Anspruch 7, weiterhin umfassend: Anordnen einer Nitridbarriere an einer Grenzfläche der Diamantschicht und des Polysiliziums, wobei die Nitridbarriere die Diamantschicht vollständig einkapselt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Nitrid Siliziumnitrid umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die dünne Nitridschicht eine Dicke von ca. 0,1 μm umfasst.
Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Ablagern eines dünnen Pad-Oxids und einer dünnen Nitridbarriereschicht auf einem Siliziumwafer; Ausbilden einer Barriere-Keimschichtoberfläche, um das Wachstum von Diamant zu fördern; Züchten einer Diamantschicht aus der Keimschicht; Ablagern einer dünnen Nitridbarriereschicht auf der Diamantschicht; Ablagern von Polysilizium auf der dünnen Nitridbarriereschicht; Polieren der Polysiliziumschicht; selektives Bonden der Halbleitervorrichtung an eine Siliziumschicht, wenn ein Silizium-auf-Diamant-auf-Silizium-(SODOS-)-Wafer gestaltet ist.
Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Ablagern eines dünnen Pad-Oxids und einer dünnen Nitridbarriere auf einem Siliziumwafer; Ablagern einer dünnen Polysiliziumschicht auf der Nitridbarriere, um das Wachstum von Diamant zu fördern; Züchten einer Keimbildung auf der Oberfläche, um das Wachstum von Diamant zu fördern; Züchten einer Diamantschicht aus der Keimschicht; Ablagern einer dünnen Nitridbarriereschicht auf der Diamantschicht; Ablagern von Polysilizium auf der dünnen Nitridbarriereschicht; Polieren der Polysiliziumschicht; selektives Bonden an eine Siliziumschicht, wenn ein SODOS-Wafer gestaltet ist.
Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Diamantschicht auf einer Halbleiterstruktur und eine Barriereschicht zwischen der Diamantschicht und der Halbleiterstruktur, wobei die Barriereschicht eine Dicke umfasst, die so gestaltet ist, dass sie dünn genug ist, um den thermischen Widerstand zu minimieren, und dick genug ist, um Diffusion von Kontaminanten aus der Diamantschicht in die Halbleiterstruktur zu blockieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, weiterhin eine zweite Barriereschicht auf einer äußeren Oberfläche der Diamantschicht umfassend, wobei die Barriereschichten die Diamantschicht vollständig einkapseln.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Barriereschicht eine Dicke im Bereich von ca. 500 Å bis ca. 3000 Å umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Barriereschicht einen der Stoffe Si3N4, SixN, AlN, TaN und TiN umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Halbleiterstruktur wenigstens einen der Stoffe Silizium, SiGe, SiC, GaN, InP, GaAs, AlGaN, InAlN, AlGaN oder Kombinationen daraus umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Halbleiterstruktur Silizium-auf-Diamant-auf-Silizium-Strukturen umfasst.
Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Vorrichtungswafer, der eine dünne Nitridschicht zwischen einer Diamant-SOI-Schicht und einer Vorrichtungsschicht umfasst; eine Polysiliziumschicht auf dem Vorrichtungswafer, wobei das Polysilizium auf einer aktiven Seite des Vorrichtungswafers planarisiert ist; und eine polierte Polysiliziumschicht auf einer Handle-Wafer-Seite der kombinierten Struktur.
Halbleitervorrichtung, umfassend: eine dünne Nitridschicht zwischen einer Diamant-SOI-Schicht und einer Vorrichtungssiliziumschicht.
Verfahren gemäß Anspruch 20, weiterhin eine Nitridbarriereschicht auf einer Oberfläche der Diamant-SOI-Schicht umfassend, die der dünnen Nitridschicht gegenüberliegt, wobei die Diamantschicht von der dünnen Nitridschicht und der Nitridbarriereschicht vollständig eingekapselt ist.
Halbleitersubstrat, umfassend: eine eingebettete Diamantschicht, die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche durch eine Nitridschicht geschützt ist.