JP5518911B2 - 半導体材料製の多層構造を製造するための方法 - Google Patents
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Description
・(数Ω・cm程度の)低い抵抗率を有する単結晶シリコン製の能動層と、
・支持層は、典型的には1000Ω・cmを超える著しく(significantly)高い抵抗率を有するシリコン製とすることができる、
・これら2つの層間の電気絶縁層、たとえばSiO2層を備える。
・その能動層上で取り付けられた構成部品の良好な相互作用を可能にするために、その層部で(5から30Ω・cm程度の)低い電気抵抗率と、
・構造内の電気的損失を回避するために、この能動層を支持する層部ではるかに高い抵抗率とを有する。これを達成するために、本発明に関する構造(必ずしもそれだけではないが、典型的にはSOI)内の支持層は、典型的には、(たとえば、1000Ω・cmを超える)能動層よりはるかに高い抵抗率を有することになる。
・前記修正は、構造絶縁層と構造支持層の間の界面でキャリア・トラップの密度を増大することが意図され、
・前記修正は、構造の電気絶縁層内の電荷を減少させるように設計され、
・能動層は、支持層よりはるかに低い抵抗率を有するように選択され、
・本方法は、構造能動層を備える第1の基板と、構造支持層を備える第2の基板とを接着することを含み、
・前記第1の基板は、絶縁層を備え、
・第1の基板の前記絶縁層は、構造の絶縁層に相当し、
・構造支持層内の電気的損失を最小限に抑えるために、前記第1の基板と前記第2の基板が接着される前に、キャリア・トラップの密度が修正され、
・構造支持層内の電気的損失を最小限に抑えるために、前記接着される2枚の基板間に中間層を挿入することによってキャリア・トラップの密度が修正され、中間層は、第2の基板の支持層と接触することになり、前記中間層の材料は、前記支持層内の材料と関係(相関)付けられることによりキャリア・トラップの密度を増大するように選択され、
・前記中間層は、第1と第2の基板の前記接着の前に、前記第2の基板上で堆積され、
・前記支持層はシリコン製であり、前記中間層内で使用される材料は、窒化酸化物(nitrided oxide)であり、
・キャリア・トラップの密度は、前記支持層内の材料と関係付けられることによりキャリア・トラップの密度を増大し、構造支持層内の電気的損失を最小限に抑える傾向がある、前記第1と第2の基板を接着するための少なくとも1つの材料を使用して修正され、
・構造支持層内の電気的損失を最小限に抑えるために、前記第1と第2の基板が接着される前に、第2の基板の表面領域に、ある処理を適用することによってキャリア・トラップの密度が修正され、
・第2の基板の表面領域の前記処理は、第2の基板の表面状態の制御された劣化を含み、
・構造支持層内の電気的損失を最小限に抑えるために、前記第1と前記第2の基板が接着される前に、前記第1の基板内で行われる注入の特性を調整することによって、電荷が電気絶縁層内で修正され、
・前記注入のドーズ量が、電気絶縁層内の電荷を修正するように調整され、
・前記注入が、SMARTCUT(登録商標)タイプ・プロセスの弱化注入(weakening implantation)に相当し、
・構造支持層内の電気的損失を最小限に抑えるために、電気絶縁層内の電荷が、前記第1の基板上で行われる熱酸化のパラメータを調整し、その表面上で構造絶縁層を作成することによって修正され、
・前記パラメータは、温度および/または温度変動、ガス組成、アニール時間などを含み、
・構造支持層内の電気的損失を最小限に抑えるために、電気絶縁層内の電荷が、構造が形成された後で前記構造に適用される加熱処理のパラメータを調整することによって修正され、
・前記加熱処理のサーマル・バジェット(thermal budget)が、その構造の電気絶縁層内の電荷を減少させるように調整され、
・前記構造がSOIであり、
・本方法は、SMARTCUT(登録商標)タイプ・プロセスにおける諸ステップを使用する。
この構造に関連する損失を最小限に抑えるために、
・その構造の電気絶縁層内の電荷、
・および/または、(典型的には、絶縁層と構造支持層の間の界面で)キャリア・トラップの密度を修正する。
・その構造の電気絶縁層内の電荷を減少させること。この点に関して、出願人らは、その構造の絶縁層(換言すれば、SOIの場合には、埋込み酸化物層)に関連する電荷に対応するパラメータQBOXの値によって損失がどのように影響を受けるかという実証を使用した。
・および/または、キャリア・トラップの密度を、より具体的には、その構造の絶縁層とその支持層の間の界面で増大すること。この点に関して、出願人らは、キャリア・トラップの密度に対応するパラメータDitの値によって損失がどのように影響を受けるかという実証を使用した。
・第1に、その構造の絶縁層内の電荷と、
・第2に、絶縁層と構造支持層の間の界面でのキャリア密度とを選択的に修正した。
・以下による構造の準備、すなわち、
→ エッチング深さを埋込み酸化物絶縁層部で停止して、その構造の能動層の選択エッチング(この説明で論じられる諸例は、SOIに関することを銘記されたい)、
→ 導電金属を用いた埋込み酸化物の上方の、構造上のソリッド・プレート金属堆積(solid plate metallic deposit)。したがって、1ミクロン厚のアルミニウムを堆積することができる、
→ テスト・パターン、実際には(導波路を形成する)並列導電金属化ライン(parallel conducting metallised lines)を形成するように、堆積後金属のドライおよび選択エッチング。
・金属化ラインの1本に対する電気信号の印加。この信号VAは、DC電圧VDCおよび低振幅AC電圧VACの重畳からなる。これは、前記ラインに印加され、以下を修正することができる。すなわち、
→ DC成分VDCの振幅
→ AC成分VACの周波数
・導波路の端部での放射、伝送、反射された電力の測定を利用して、損失の計算(α=導体内の損失αCOND+エッチングによって除去される前の能動層の下方に位置する層内の損失αSUB)。
→ αSUBは、αと、印加信号の所与の周波数について固定であると考えられるαCONDの推定値との値から抽出される。
・埋込み酸化物絶縁層の(すなわち内の)電荷QBOX
・キャリア・トラップの密度Dit
・損失を測定するためにその構造上で形成された金属化ラインの幾何形状、
・その構造の埋込み酸化物層(絶縁層)の厚さ、
・金属化ライン上で印加された電圧VA(考慮された分極電圧および周波数)、を考慮するために活動化される。
・(SMARTCUT(登録商標)プロセスの後で)どの特定の処理もなしに出願人らによって得られたSOI構造(実線で示されている、曲線41)。
・その構造の埋込み酸化物絶縁層と支持層の間の界面でパラメータDitの値を減少させることに向けられた特定の処理にかけられた同様の構造(破線、曲線42)。この処理は、432℃程度の温度で30分間の、水素5%および窒素95%からなる混合物下でのアニールであり得る。
・QBOXが低い、たとえば1.5×1010cm−2程度の構造(それ自体SMARTCUT(登録商標)プロセスで知られるやり方で得られたSOIに対応する曲線51)、
・および、QBOXがより高い、6×1010cm−2程度の構造(汚染物質、たとえば金属汚染物質を含む炉内での酸化された高抵抗率Siウェハに対応する曲線52)について、損失の特徴付け中に印加された定電圧の関数としてこれらの損失の変動を表す。
・第2の基板の支持層と接触するように設計された中間層を、接着される2枚の基板間に挿入することによるキャリア・トラップの密度の修正。前記中間層の材料は、支持層ができている材料と関係付けられることによりキャリア・トラップの密度の増大を容易にするように選択される。
> この場合には、前記中間層は、接着前に第2の基板上で堆積することができる。
> 本発明の一応用例では、支持層はシリコン製とすることができ、中間層材料は、窒化酸化物とすることができる。
・前記第1と第2の基板を接着するための少なくとも1つの材料を使用する、キャリア・トラップの密度の修正。これは、支持層ができている材料と関係付けられた結果として、キャリア・トラップの密度の増大を容易にする。
・前記第1と第2の基板が接着される前に、第2の基板の表面領域内で、ある処理を適用することによるキャリア・トラップの密度の修正。
> 第2の基板の表面領域の、このタイプの処理は、特に、この第2の基板の表面状態の制御された劣化(エッチングによるその粗さの劣化)を含むことができる。
・接着前に前記第1の基板内で行われる注入の特性を調整することによる電荷の修正。
> この場合には、注入のドーズ量が、電気絶縁層内の電荷値を修正するように調整されることが好ましい。
> この注入はまた、弱化注入がSMARTCUT(登録商標)タイプ・プロセスを使用して行われるステップに対応することができる。この場合には、第1の基板は、酸化表面を介して注入が行われる前に酸化される表面を有する単結晶シリコン基板とすることができ、第2の基板は、前記第1の基板に接着されることになる支持材または補強材に対応する−次いで、この第1の基板は、注入ステップで画定された厚さを有する弱化領域(weakening area)で分離され、所望の多層構造になる。
・その基板の絶縁層をその表面部で作成するために、接着前に第1の基板上で行われる熱酸化のパラメータを調整することによる、電気絶縁層内の電荷の修正。
> 処置がとられるパラメータは、特に、温度(絶対値)および/またはその変動(特に、温度上昇勾配の特性)、ガス組成、ならびにアニール時間を含む。
> この場合も、前記熱酸化は、酸化物層がSMARTCUT(登録商標)タイプ・プロセスを使用して作成されるステップに対応することができる。
Claims (7)
- 能動層と、支持層と、前記能動層と前記支持層の間の電気絶縁層とを備える、半導体材料製の多層構造を製造するための方法であって、
前記方法は、第1の基板と第2の基板とを接着することを含み、前記第1の基板は、前記能動層と前記電気絶縁層とを有し、前記第2の基板は、前記支持層を有し、
前記方法は、前記支持層内の電気的損失を最小限に抑える修正を備え、
前記修正は、
前記多層構造の前記電気絶縁層内の電荷を減少させること、および、
前記電気絶縁層と前記電気絶縁層の下の前記支持層との間の界面で、キャリア・トラップの密度を増大すること、を含み、
前記キャリア・トラップは、前記多層構造に存在する固定電荷により運動させられている電荷を捕らえる電気的なトラップであり、
前記キャリア・トラップの密度を増大させることは、前記第1と第2の基板が接着される前に、前記第2の基板の表面領域をエッチングすることにより、前記第2の基板の表面領域の粗さを劣化することを含む
ことを特徴とする方法。 - 前記能動層が、前記支持層の抵抗率より低い前記抵抗率を有するように選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記支持層がシリコン製であり、前記キャリア・トラップの密度を増大することは、前記第1の基板と前記第2の基板との接着の前に、窒化酸化物の中間層を前記第2の基板上に堆積する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 前記多層構造の前記電気絶縁層内の電荷を減少させることは、前記第1と第2の基板が接着される前に、前記第1の基板内で行われる注入のドーズ量を調整することを含む
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記注入は、プロセスの弱化注入に相当し、前記プロセスにおいて、前記第1の基板は、酸化された表面を介して注入が行われる前に前記酸化された表面を有する単結晶シリコン基板であり、前記第2の基板は、前記第1の基板に接着される補強材になり、前記第1の基板は、前記注入で画定された厚さを有する弱化領域で分離され、結果として前記多層構造になり、
前記電気絶縁層は、前記酸化された表面を含み、且つ、前記能動層は、前記分離後に前記第2の基板に接着された前記第1の基板の一部である
ことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 前記多層構造の前記電気絶縁層内の電荷を減少させることは、前記第1の基板の表面上で前記電気絶縁層を作成するための、前記第1の基板上で行われる熱酸化の、温度および/または温度変動、ガス組成、アニール時間を調整することを含むことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記多層構造がSOIであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の方法。
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