JP2008021992A - 接合界面安定化のための熱処理 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ドナー基板の厚さ方向の脆化領域を作製する工程;支持基板とドナー基板の接合工程;脆化領域のレベルにおいてドナー基板を分離して、ドナー基板の一部を支持基板上に転写し、支持基板上の薄層を形成する工程;支持基板上の薄層を含む構造物を、1回または複数回の急速熱アニーリング操作によって熱処理して、薄層と支持基板との間の接合界面を安定化する工程を含むことを特徴とする、基板上の半導体材料の薄層を含む構造物を製造するための方法。
【選択図】図2b
Description
・ ドナー基板の厚さ方向の脆化領域を作製する工程;
・ 支持基板とドナー基板の接合工程;
・ 脆化領域のレベルにおいてドナー基板を分離して、ドナー基板の一部を支持基板上に転写し、支持基板上の薄層を形成する工程;
・ 支持基板上の薄層を含む構造物を熱処理して、薄層と支持基板との間の接合界面を安定化する工程
を含む、基板上の半導体材料薄層を含む構造物を製造するための方法に関する。
また、本発明は、前述のプロセスによって得られる構造物に関する。
前述の方法は、支持基板上に有利に製造される半導体材料薄層を含む構造、特にSeOI(絶縁体上の半導体)構造を可能にし、ここで、絶縁性層は半導体材料薄層および支持基板の間に挿入される。
領域(3μmの幅を有する)あたり1つの欠陥が存在する界面は、弱く安定化されているものとみなされるであろう。しかしながら、この弱い安定化は本発明に用途の分野において満足すべきものであることが証明されるであろう。
最後に、領域(3μmの幅を有する)あたり2つ以上の欠陥が存在する界面は、安定化されていないものとみなされるであろう。
しかしながら、これらの解決法は、接合界面を安定化はさせない。安定化は、組み立てられた2つの基板間の原子結合(共有結合)の界面全体にわたる均一な確立を反映する微視的現象である。既に述べたように、Wright溶液を用いるエッチングは、これらの結合が確立されないこと、これらの結合の確立が非常に局所的であることさえも、化学的に顕在化させることができる。
言い換えると、安定化された接合界面は必然的に高い接合エネルギーを与えるが、その逆は真ではない。
以下の明細書においては、この種の長時間にわたる熱処理を「安定化アニーリング」と呼ぶ。
加えて、このような安定化アニーリングの例を示す特許文献1を参照されたい。
しかしながら、そのような長時間にわたる安定化アニーリングを実施して接合界面を安定化させることからなる解決法は、完全には満足すべきものではない。
・ ドナー基板の厚さ方向の脆化領域を作製する工程;
・ 支持基板とドナー基板の接合工程;
・ 脆化領域のレベルにおいてドナー基板を分離して、ドナー基板の一部を支持基板上に転写し、支持基板上の薄層を形成する工程;
・ 支持基板上の薄層を含む構造物を熱処理して、薄層と支持基板との間の接合界面を安定化する工程
を含み、接合界面を安定化させるための熱処理工程を1回または複数回の急速熱アニーリング操作を行うことによって実施することを特徴とする、基板上の半導体材料を含む構造物を製造する方法を提案する。
・ 分離の後に、本方法は、薄層の膜厚減少工程をさらに含む。
・ 膜厚減少工程は、第1の急速熱アニーリング操作の後に行われる。
・ 膜厚減少工程は、1000℃以下の温度において実施される熱処理操作を含む。
・ 膜厚減少工程の熱処理は、800℃と1000℃との間、好ましくは950℃の温度において実施される、分離後に得られる構造物の酸化である。
・ 分離後に得られる構造物の酸化に続いて、脱酸素化(desoxidation)を実施して、酸化操作中に形成された酸化物の層を除去する。
・ 接合界面を安定化させるための熱処理工程は、少なくとも2回の急速熱アニーリング操作を行うことによって実施され、膜厚減少工程は前記2回の急速熱アニーリング操作の間に実施される。
・ 急速熱アニーリング操作は、分離後に得られる構造物を、実質的に5〜60秒間にわたって、実質的に1200〜1250℃の温度にさらすことによって実施される。
・ さらに、本発明の方法は、分離の前に実施される接合エネルギー向上工程を含み、接合界面を安定化させるための熱処理工程は、少なくとも1回の急速熱アニーリング操作を行うことによって実施される。
・ 接合エネルギー向上工程は、接合前に行われ、接合される表面の一方および/または他方のプラズマ処理からなる。
・ プラズマへの暴露の継続時間は、5〜60秒間の間であり、優先的には約30秒間である。
・ プラズマは、150〜2800mW/cm2、優先的には約750mW/cm2の単位面積当たりの高周波電力の印加によって開始および維持される。
・ 急速熱アニーリングは、分離後に得られる構造物を、5〜60秒の間、優先的には約30秒の期間にわたって、実質的に1200℃に等しい温度にさらすことによって実施される。
この膜厚減少工程は、支持基板上に転写された半導体材料薄層の厚さを減少させて、半導体材料薄層を最終構造物において望ましい厚さにすることを可能にする。
加えて、いわゆる膜厚減少機能に加えて、膜厚減少工程は、特に引き続くRTA操作中の該層の平滑性の観点において、半導体材料薄層の表面を調整することも可能にする。
膜厚減少工程は、優先的には安定加熱処理工程の後に行われるが、それに限定されるものではない。
1000℃以下の温度で膜厚減少工程を行うことは、スリップラインの発生を限界内に留めることを可能にすることに注意されたい。
より正確には、ここで、2回のRTA操作は、安定化アニーリングが慣用的に実施される温度よりも高い温度によって行われる。
・ 1200℃超、典型的には約1250℃までの温度、および/または
・ 5秒超、典型的には60秒までの継続時間
にも関する。
・ 分離前に実施される接合エネルギー向上工程、および
・ 分離後の少なくとも1回の急速熱アニーリング操作を行うことによって実施される接合界面の安定化工程
の組み合わせの実施により置換される。
したがって、この変形の範囲内において、ドナー基板(半導体材料薄層および支持基板の間に挿入される絶縁層として用いられる酸化物層を形成するような方法で酸化されるまたは酸化されていない)および/またはドナー基板(同様の理由で酸化されているまたは酸化されていない)を、接合するべき面を密着させる前に、プラズマにさらす。
プラズマに対する暴露の継続時間は、5秒と60秒との間であり、典型的には約30秒である。
純粋なガス(典型的にはO2、および可能であればN2、HeまたはAr)または気体状混合物を、50〜500sccmのオーダーの流速で、10〜200mTorr(典型的には50mTorr)の圧力を確立するような方法で、チャンバ内に導入する。
・ 図2a:(図1aと同様に)1100℃における2時間にわたる慣用の安定化の実施により高度に安定された酸化物/シリコン界面。
・ 図2b:第1の実施形態の優先的変形に準拠して、30秒間にわたる1200℃の温度における2回のRTA操作、その間に挿入される1000℃以下の温度にける熱酸化によって実施される膜厚減少工程の実施によって、弱く安定化された酸化物/シリコン界面。
・ 図2c:第1の実施形態の優先的変形に準拠して、プラズマ処理の形態の分離前の接合エネルギー向上工程、分離後のRTAシーケンス(1200℃/30秒)および1000℃以下の温度における熱酸化膜厚減少工程の実施によって、高度に安定化された酸化物/シリコン界面。
Claims (15)
- ・ ドナー基板の厚さ方向の脆化領域を作製する工程;
・ 支持基板とドナー基板の接合工程;
・ 脆化領域のレベルにおいてドナー基板を分離して、ドナー基板の一部を支持基板上に転写し、支持基板上の薄層を形成する工程;
・ 支持基板上の薄層を含む構造物を熱処理して、薄層と支持基板との間の接合界面を安定化する工程
を含み、接合界面を安定化するための熱処理工程は1回または複数回の急速熱アニーリング操作を行うことによって実施されることを特徴とする、基板上の半導体材料の薄層を含む構造物を製造するための方法。 - 前記薄層の膜厚減少工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記膜厚減少工程は、第1の急速熱アニーリング操作の後に行われることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記膜厚減少工程は、1000℃以下の温度で実施される熱処理を含むことを特徴とする請求項2または3に記載の方法。
- 前記膜厚減少工程のための熱処理は、800℃と1000℃との間、好ましくは950℃において実施される、分離後の構造物の酸化であることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記分離後の構造物の酸化に引き続いて、脱酸素化を実施して、酸化操作中に形成された酸化物の層を除去することを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 接合界面を安定化するための熱処理工程は少なくとも2回の急速熱アニーリングを行うことによって実施され、前記膜厚減少工程は前記2回の急速熱アニーリング操作の間に実施されることを特徴とする請求項2から6のいずれかに記載の方法。
- 急速熱アニーリング操作は、実質的に1200℃と1250℃との間の温度に、実質的に5秒と60秒との間の継続時間にわたって、脱離後に得られる構造物をさらすことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 分離前に実施される接合エネルギー向上工程をさらに含み、接合界面を安定化するための熱処理工程は少なくとも1回の急速熱アニーリングを行うことによって実施されることを特徴とする請求項2から6のいずれかに記載の方法。
- 前記接合エネルギー向上工程は、接合工程の前に実施され、および接合される表面の一方および/または他方のプラズマ処理から構成されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- プラズマに対する暴露の継続時間は5秒と60秒との間であり、優先的には約30秒であることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- プラズマは、150mW/cm2と2800mW/cm2との間、優先的には約750mW/cm2の単位面積当たりの高周波電力の印加によって開始および維持されることを特徴とする請求項10または11に記載の方法。
- 急速熱アニーリング操作は、実質的に1200℃に等しい温度に、5秒と60秒との間、優先的には約30秒の継続時間にわたって、分離後に得られる構造物をさらすことを特徴とする請求項9から12のいずれかに記載の方法。
- 接合界面を安定化するための1回または複数回の急速熱アニーリング操作の後に、温度を1000℃未満、または優先的には950℃未満に維持することを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の方法。
- 方法全体と接合界面を安定化するための1回または複数回の急速熱アニーリング操作との差に相当するプロセス工程において、温度を1000℃未満、または優先的には950℃未満に維持することを特徴とする請求項14に記載の方法。
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