DE112006003447B4

DE112006003447B4 - Prozess zur Ausbildung einer Anordnung, die eine Dünnschicht aufweist

Info

Publication number: DE112006003447B4
Application number: DE112006003447T
Authority: DE
Inventors: Eric Neyret; Alice Boussagol; Nadia Ben Mohamed
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2026-12-23
Also published as: FR2895563A1; DE112006003447T5; US20070148910A1; FR2895563B1; US7514341B2; KR20080068115A

Abstract

Prozess zur Ausbildung einer Anordnung, die eine Dünnschicht (8) aufweist, die aus einem Halbleitermaterial auf einem Substrat (7) besteht, mit folgenden Schritten: – Erzeugung einer verdünnten Zone (3) innerhalb der Dicke eines Donatorsubstrats (1); – Versetzen des Donatorsubstrats (1) in engen Kontakt mit einem Halterungssubstrat (7); – Ablösen des Donatorsubstrats (1) an der verdünnten Zone (3), um ein Teil (5) des Donatorsubstrats (1) auf das Halterungssubstrat (7) zu übertragen; – Behandlung des Teils (5) des Donatorsubstrats, das auf das Halterungssubstrat übertragen wurde, um die Dünnschicht (8) auszubilden, – wobei die Ablösung erzielt wird durch: den Einsatz einer Wärmebehandlung zum Entwickeln einer Verdünnung der verdünnten Zone (3), ohne eine Wärmeablösung des Teils des Donatorsubstrats einzuleiten, und Anlegen eines Energie-Impulses (10), der eine selbständig anhaltende Ablösung des Teils (5) des Donatorsubstrats hervorruft; – dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Teils (5) umfasst eine Abfolge...

Description

Das Gebiet der Erfindung betrifft die Ausbildung von Anordnungen, die eine Dünnschicht aufweisen, die aus einem Halbleitermaterial auf einem Halterungssubstrat hergestellt ist, durch Übertragung der Dünnschicht von einem Donatorsubstrat auf das Halterungssubstrat gemäß den Patentansprüchen.
Derartige Anordnungen werden normalerweise unter Verwendung eines Übertragungsprozesses erhalten, welcher Schritte umfasst, um:

– eine verdünnte Zone innerhalb der Dicke eines Donatorsubstrats zu erzeugen;
– das Donatorsubstrat in enge Berührung mit einem Halterungssubstrat zu versetzen;
– das Donatorsubstrat an der verdünnten Zone abzulösen, um einen Teil des Donatorsubstrats auf das Halterungssubstrat zu übertragen;
– das Teil des Donatorsubstrats zu behandeln, das auf das Halterungssubstrat übertragen wurde, um die Dünnschicht auszubilden, wobei die Behandlung aus einer Abfolge von Endbearbeitungs-Operationen besteht.

Aus der Druckschrift US 2004/0248380 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit mindestens einem Trägersubstrat und einer ultradünnen Schicht bekannt, das folgende Schritte umfasst: das Verbinden eines Trägersubstrats mit einem Quellesubstrat; das Lösen einer nützlichen Schicht entlang einer Schwächungszone, um eine Zwischenstruktur zu erhalten, die mindestens die übertragene nützliche Schicht und das Trägersubstrat umfasst; und das Behandeln der übertragenen nützlichen Schicht, um eine ultradünne Schicht auf dem Trägersubstrat zu erhalten.
Die Erfindung betrifft spezieller, ist jedoch nicht hierauf beschränkt, die Ausbildung von Anordnungen mit einer besonders dünnen Schicht, wobei anders ausgedrückt die Dicke der Dünnschicht typischerweise weniger als 100 nm (1000 Angström) beträgt, und speziell weniger als 50 nm (500 Angström).
Prozesse des Typs SMART CUT^(R) sind ein Beispiel für einen Übertragungsprozess zur Ausbildung von Anordnungen dieser Art, welche eine Dünnschicht aus Halbleitermaterial auf einem Halterungssubstrat aufweisen. Sie entsprechen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die so ausgebildeten Anordnungen können beispielsweise vom Typ SeOI (Halbleiter auf einem Isolator) sein. Es wird darauf hingewiesen, dass in diesem Fall eine Oxidschicht zwischen der Halterungsschicht und der Dünnschicht eingefügt ist.
Anordnungen, die durch derartige Prozesse erhalten werden, werden beispielsweise zum Einsatz in der Mikroelektronik, der Optik und/oder Optronik eingesetzt.
Nachdem das Donatorsubstrat an der verdünnten Zone abgelöst wurde, stellt sich heraus, dass zur Übertragung eines Teils des Donatorsubstrats auf das Halterungssubstrat es erforderlich ist, dass eine Behandlung des Teils, das auf das Halterungssubstrat übertragen wurde, erforderlich ist, um die Dünnschicht zu erzeugen. Eine derartige Behandlung ist speziell dazu ausgebildet, um:

– das Teil des Donatorsubstrats, das auf das Halterungssubstrat übertragen wurde, dünner auszubilden, um es auf die Soll-Dicke zu bringen, die für die Dünnschicht erforderlich ist;
– die Oberflächenrauhigkeit zu verringern, insbesondere um Vorgaben für den Oberflächenzustand zu erfüllen, die bei Anordnungen vorhanden sind, die in den voranstehend geschilderten Einsatzgebieten vorhanden sind;
– eine ausreichende Qualität in Bezug auf Defekte (Oberflächendefekte, Defekte, die durch die obere Schicht der SeOI-Anordnung hindurchgehen, usw.) sicherzustellen, und auch Vorgaben für die voranstehend geschilderten Einsatzgebiete zu erfüllen.

Diese Art der Behandlung der Anordnung, welche direkt nach der Ablösung erhalten wird, besteht typischerweise aus einer Abfolge von Endbearbeitungsvorgängen. Diese Abfolge führt notwendigerweise zu einem oder mehreren Schritten, die dazu gedacht sind, die nach dem Ablösen erhaltene Anordnung zu verdünnen, wobei ein Schritt oder mehrere Schritte dazu gedacht sind, die freie Oberfläche dieser Anordnung zu glätten.
Die Verdünnung des Teils des Donatorsubstrats, das nach dem Ablösen auf das Halterungssubstrat übertragen wurde, um die Soll-Dicke auszubilden, die für die Dünnschicht erforderlich ist, kann typischerweise durch eine oder mehrere Opferoxidations- und/oder Polier-Operationen durchgeführt werden.
Eine Polier-Operation ist allerdings normalerweise nicht wünschenswert. Eine derartige Operation verringert die Gleichförmigkeit der Dicke der übertragenen Schicht. Wenn eine Polier-Operation bei der Endbearbeitungsabfolge vorgesehen wird, ist es möglich, zu garantieren, dass die Standardabweichung der Dicke der übertragenen Schicht kleiner als 0,5 nm (5 Angström) ist, über die gesamte Dünnschicht.
Der Einsatz einer Opferoxidations-Operation ist begrenzt. Eine derartige Operation neigt dazu, dass einige vorher vorhandene Defekte hindurchgehen (was zur Ausbildung von HF-Typ-Defekten führt), insbesondere wenn ein großer Anteil der Dicke der übertragenen Schicht entfernt wird.
Um die Ausbildung derartiger Defekte zu begrenzen, wird normalerweise eine Zwischen-Wärmebehandlungs-Operation zwischen zwei Opferoxidationsschritten durchgeführt, wobei jeder dieser beiden Schritte nur dazu dient, eine Verdünnung zu begrenzen.
Als Beispiel für eine derartige Wärmebehandlung wird typischerweise eine schnelle Wärmebehandlung unter einer kontrollierten Atmosphäre durchgeführt, unter Einsatz einer Betriebsart, die normalerweise als RTA (schnelle Wärmebehandlung) bezeichnet wird.
Wie bereits von der Anmelderin im Dokument WO 03/009366 erwähnt, kann der Endbearbeitungsbehandlungsschritt auf der Grundlage einer ”grundlegenden” Abfolge (die wiederholt werden könnte) beruhen, welche eine Abfolge aufweist, die aus einer Opferoxidations-Operation, an welche sich eine RTA-Operation anschließt, besteht. Die Anmelderin hat erkannt, dass eine einzelne RTA-Operation nicht ausreichend sein kann, insbesondere in Bezug auf die Verringerung der Oberflächenrauhigkeit, wenn sie auf der Oberfläche durchgeführt wird, welche direkt nach dem Ablösen erhalten wird.
In dem Dokument WO 2005/013318 hat die Anmelderin vorgeschlagen, einen Schritt zur Erzeugung einer verdünnten Zone, die durch gleichzeitiges Implantieren ausgebildet wird, mit einem Endbearbeitungsbehandlungsschritt zu kombinieren, auf Grundlage einer ”grundlegenden” Abfolge (die möglicherweise wiederholt werden kann), die eine RTA-Operation, umfasst, an welche sich eine Opferoxidations-Operation anschließt.
Die Anmelderin hat weiterhin erkannt (wie in der internationalen Anmeldung geschildert, die am 28. Dezember 2004 als Nr. IB2004/004390 eingereicht wurde, und noch nicht veröffentlicht ist), dass es möglich ist, eine dicke Schicht zu übertragen, und dann diese dicke Schicht zu verdünnen, anstatt zu versuchen, eine Dünnschicht direkt zu übertragen, wenn es erforderlich ist, Anordnungen mit ”Dünnschicht auf einem Halterungssubstrat” auszubilden, mit einer besonders dünnen Schicht (einer Dicke von weniger als 100 nm oder 1000 Angström und speziell von weniger als 50 nm oder 500 Angström).
Aus den voranstehend geschilderten Anmerkungen wird deutlich, dass eine Endbearbeitungsbehandlung einer dicken Schicht mehrere Opferoxidations-Operationen erfordert (die jeweils nur für eine begrenzte Verdünnung ausgelegt sind), wobei RTA-Glättungs-Operationen zwischen den Opferoxidations-Operationen eingefügt sind.
Man erkennt leicht, dass der Einsatz einer großen Anzahl an Endbearbeitungs-Operationen eine negative Auswirkung auf die Gesamtkosten des Prozesses hervorruft.
Weiterhin führt die Ausbildung einer Anordnung mit einer festgelegten endgültigen Dicke zu einer zusätzlichen Kalibrierung einer Ausrichtung, die von der restlichen Dicke der zu behandelnden Schicht abhängt. Beispielsweise wird die Kalibrierung der Lampen eines Ofens des RTA-Typs (erforderlich zum gleichmäßigen Erwärmen eines Wafers) in Abhängigkeit von der Dicke der oberen Schicht einer SeOI-Anordnung kalibriert.
Wenn eine Endbearbeitungsbehandlung für eine übertragene Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung von 200 nm (2000 Angström) unmittelbar nach der Ablösung erforderlich ist, kann es daher erforderlich sein, mehrere RTA-Glättungs-Operationen zwischen mehreren Verdünnungs-Operationen durchzuführen, um eine endgültige Dünnschicht mit einer Dicke von 50 nm (500 Angström) zu erhalten. Dann kann es erforderlich sein, jede RTA-Glättungs-Operation an jede Dicke (die ursprüngliche, die mittlere und die endgültige) anzupassen, die bearbeitet wird. Eine derartige Anpassung kann die Komplexität einer Endbearbeitungsbehandlung mit mehreren Operationen erhöhen.
Daher wird ein Versuch unternommen, die Endbearbeitungs-Operation so weit wie möglich zu vereinfachen, ohne einen Kompromiss in Bezug auf die Qualität der endgültigen Anordnungen.
Im Zusammenhang der Ausbildung einer Dünnschichtanordnung besteht die Endbearbeitungs-Operationsabfolge, die als bevorzugt ausgewählt wird, aus Wiederholung der Abfolge einer schnellen Wärmebehandlungs-Operation mit einer Opferoxidations-Operation. Diese bevorzugte Abfolge, die auch als RTA/Sacrox/RTA/Sacrox bezeichnet wird (wobei ”Sacrox” eine Opferoxidation bezeichnet) weist den Vorteil auf, dass sie eine hohe Leistung in Bezug auf die Qualität aufweist. Allerdings ist hierbei der Nachteil vorhanden, dass eine große Anzahl an Operationen vorhanden ist.
Ein erster Zweck der Erfindung besteht in der Vereinfachung des Endbearbeitungsschrittes, speziell durch Verringerung der erforderlichen Anzahl an Operationen, ohne entsprechend die Qualität der endgültigen Anordnung zu beeinträchtigen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, exakter den Einsatz einer Endbearbeitungsbehandlung vorzugeben, die einfacher ist als die bevorzugte RTA/Sacrox/RTA/Sacrox-Abfolge, insbesondere bei Ausbildung einer Dünnschichtanordnung.
Um dies zu erzielen, schlägt die Erfindung einen Prozess zur Ausbildung einer Anordnung vor, die eine Dünnschicht aufweist, die aus einem halbleitenden Material auf einem Substrat hergestellt ist, mit den Schritten der Erzeugung einer verdünnten Zone innerhalb der Dicke eines Donatorsubstrats, um das Donatorsubstrat in enge Berührung mit einem Halterungssubstrat zu versetzen, um das Donatorsubstrat an der verdünnten Zone abzulösen, um ein Teil des Donatorsubstrats auf das Halterungssubstrat zu übertragen, um das Teil des Donatorsubstrats, das auf das Halterungssubstrat übertragen wurde, um die Dünnschicht auszubilden, zu behandeln, wobei eine Ablösung durch Einwirkung einer Wärmebehandlung zur Entwicklung einer Verdünnung oder Schwächung der verdünnten Zone erzielt wird, ohne eine Wärmeablösung des Teils des Donatorsubstrats einzuleiten; und durch Anlagen eines Energieimpulses, welcher eine selbständig anhaltende Ablösung des Teils des Donatorsubstrats hervorruft; wobei der Prozess dadurch gekennzeichnet ist, dass:

– die Behandlung des Teils eine Abfolge der Endbearbeitungs-Operationen umfasst, welche eine Abfolge ist, die dadurch vereinfacht ist, dass eine erste oder letzte Operation einer Abfolge weggelassen wird, die daraus besteht, dass die Schritte einer Glättungs-Operation der freien Oberfläche des Teils des Donatorsubstrats, das auf das Halterungssubstrat übertragen wird, gefolgt von einer Verdünnungs-Operation des Teils des Donatorsubstrats, das auf das Halterungssubstrat übertragen wird, wiederholt werden.

Einige bevorzugte, jedoch nicht einschränkende Aspekte dieses Prozesses sind wie folgt:

– die vereinfachte Abfolge wird dadurch erhalten, dass die erste Operation ausgeschaltet wird, und besteht aus einer Verdünnungs-Operation, die zwischen zwei Glättungs-Operationen eingeführt ist;
– die vereinfachte Abfolge wird dadurch erhalten, dass die letzte Operation ausgeschaltet wird, und besteht aus einer Glättungs-Operation, die zwischen zwei Verdünnungs-Operationen eingefügt ist;
– die Glättungs-Operation ist eine Wärmebehandlung;
– die Wärmebehandlung ist eine schnelle Wärmebehandlung (RTA);
– die beiden Glättungs-Operationen durch schnelle Wärmebehandlung (RTA) sind zu einer einzelnen abschnittsweisen Wärmebehandlungs-Operation vereinigt, mit einem Glättungseffekt, der zumindest zwei schnellen Wärmebehandlungs-RTA-Operationen entspricht, durchgeführt vor dem Verdünnungsvorgang;
– die Verdünnungs-Operation ist eine Opferoxidations-Operation;
– die Wärmebilanz der Behandlung zur Entwicklung einer Verdünnung entspricht 60% oder mehr (und vorzugsweise 80% oder mehr) der Wärmebilanz, die zu einer vollständig auf Wärme beruhenden Ablösung führt;
– die Wärmebehandlung zur Entwicklung einer Verdünnung ist eine isotherme Wärmebehandlung bei 350°C über eine Dauer von zwischen 2 und 3 Stunden;
– die verdünnte Zone wird durch Implantieren einer Spezies in die Dicke des Donatorsubstrats erzeugt, wobei die Implantierung durch Implantieren einer einzelnen Spezies oder durch gleichzeitiges Implantieren von zumindest zwei unterschiedlichen Spezies durchgeführt wird;
– die Verdünnung, die während der Abfolge der Endbearbeitungs-Operationen durchgeführt wird, ist so ausgelegt, dass die Dicke der Dünnschicht, die auf dem Halterungssubstrat ausgebildet wird, kleiner ist als 100 nm (1000 Angström), und speziell kleiner als 50 nm (500 Angström).

Beim erfindungsgemäßen Prozess wird eine SeOI-Anordnung mit einer Dünnschicht hergestellt, die aus einem Halbleitermaterial auf einem Halterungssubstrat besteht, einer Isolierschicht, die zwischen die Dünnschicht und das Substrat eingefügt ist, wobei die Dicke der Dünnschicht geringer ist als 100 nm (1000 Angström), und speziell geringer ist als 50 nm (500 Angström), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte von HF-Defekten in der Dünnschicht kleiner ist als 0,3/cm², und insbesondere kleiner ist als 0,2/cm².
Einige bevorzugte, jedoch nicht einschränkende Aspekte der vorliegenden Erfindung sind folgendermaßen:

– die Oberflächenrauhigkeit der Dünnschicht, gemessen durch Scannen über eine Oberfläche mit einem Gesamtbereich gleich 10·10 μm² ist niedriger als 5 Å in Bezug auf den mittleren quadratischen Fehler (RMS), über der gesamten Oberfläche;
– die Standardabweichung der Dicke der Dünnschicht ist kleiner als 5 Å über der gesamten Oberfläche.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach Kenntnis der folgenden, detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung deutlich werden, wobei dies ein nicht einschränkendes Beispiel darstellt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, wobei:
1 eine Darstellung ist, welche das Vorhandensein von Durchgangsdefekten in einer Dünnschicht einer Anordnung erläutert, die durch Einsatz eines Prozesses gemäß dem Stand der Technik erhalten wird, insbesondere am Rand des Wafers;
2 eine Darstellung ist, welche die kleine Anzahl an Durchgangsdefekten in einer Dünnschicht erläutert; die durch Einsatz einer möglichen Ausführungsform des Prozesses gemäß der Erfindung erzielt wird;
3a bis 3d die unterschiedlichen Schritte bei dem Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung erläutern;
4 eine Darstellung ist, welche die Verbesserung in Bezug auf die Rauhigkeit erläutert, die durch Einsatz einer möglichen Ausführungsform des Prozesses gemäß der Erfindung erzielt wird.
Wie voranstehend geschildert, besteht die Abfolge, wenn eine Dünnschichtanordnung (mit einer Dicke von weniger als 100 nm oder 1000 Angström, und speziell weniger als 50 nm oder 500 Angström), ausgebildet wird, die Abfolge der Endbearbeitungs-Operationen, die als bevorzugt ausgewählt werden, darin, die Abfolge einer schnellen Wärmebehandlungs-Operation (RTA-Operation) mit einer Opferoxidations-Operation zu wiederholen. Diese bevorzugte Abfolge wird auch als RTA/Sacrox/RTA/Sacrox bezeichnet.
Wie voranstehend geschildert, erscheint es als unmöglich, diesen Endbearbeitungsschritt zu vereinfachen, ohne das Risiko, die Oberflächenrauhigkeit zu beeinträchtigen, wobei Defekte des Durchgangstyps auftreten.
Eine erste Vereinfachung könnte darin bestehen, die letzte Operation in der bevorzugten RTA/Sacrox/RTA/Sacrox-Abfolge wegzulassen, um eine erste, vereinfachte RTA/Sacrox/RTA-Sequenz einzusetzen.
Allerdings ist diese erste, vereinfachte Abfolge nicht zufriedenstellend, insbesondere in Bezug auf die Ausbildung einer Anordnung mit einer Dünnschicht. Diese vereinfachte RTA-Sacrox/RTA-Abfolge könnte Defekte des Typs ”HF” erzeugen, mit einer Tiefe, die größer ist als die Dicke der Dünnschicht der endgültigen Anordnung (so genannte Durchgangsdefekte).
Wie in 1 gezeigt, sind diese Defekte insbesondere in einer dichten Zone Zd vorhanden, die sich am Rand des Wafers befindet.
Diese Durchgangsdefekte zeigen das Vorhandensein von Löchern auf der Oberfläche der übertragenen Schicht auf, in der dichten Zone, direkt nach dem Ablösen. Die Rauhigkeit dieser dichten Zone nach dem Ablösen ist größer als die Rauhigkeit des Restes des Wafers.
Die Intensität dieses Effektes ändert sich, abhängig von Betriebsbedingungen der Schritte zur Ausbildung der verdünnten Zone und zur Ablösung. Je dünner die Dünnschicht der endgültigen Anordnung wird, desto starker wird offensichtlich dieser Effekt.
Die dichte Zone Zd entspricht der Zone an dem Rand des Wafers, an welchem eine Ablösung eingeleitet wird. Daher stellt sie eine rauere Zone dar als der Rest des Wafers, und kann dies nicht vollständig durch die erste RTA-Glättungs-Operation ausgeglichen werden.
Das zu starke Ausdünnen, das auch während einer einzigen Opferoxidations-Operation geschieht, so dass das erhaltene Endergebnis eine Dünnschicht mit einer festgelegten, geringen Dicke darstellt, führt zur Ausbildung von Durchgangsdefekten des HF-Typs. Normalerweise können derartige Durchgangsdefekte nicht durch Wärmebehandlung des RTA-Typs ausgeglichen werden. Speziell können die Defekte, die durch die Verdünnungs-Operation hervorgerufen werden, nicht durch die endgültige RTA-Glättungs-Operation ausgeglichen werden.
Eine zweite Vereinfachung könnte darin bestehen, die erste Operation in der bevorzugten RTA/Sacrox/RTA/Sacrox-Abfolge auszuschalten, um sie durch eine zweite vereinfachte RTA/Sacrox/RTA-Abfolge zu ersetzen.
Allerdings ist diese zweite, vereinfachte Abfolge ebenfalls nicht zufriedenstellend. Abgesehen von moglichen Problemen in Bezug auf Durchgangsdefekte kann diese zweite, vereinfachte Abfolge ebenfalls Probleme in Bezug auf die Rauhigkeit hervorrufen, insbesondere am Rand des Wafers.
Wie voranstehend geschildert, wird eine dichte, raue Zone am Rand des Wafers unmittelbar nach dem Ablösen beobachtet. Der Einsatz einer einzigen RTA-Glättungs-Operation kann nicht diese Randrauhigkeit an der dichten Zone Zd ausgleichen.
Man sieht, dass diese Rauhigkeitsprobleme, die bei dieser zweiten, vereinfachten Abfolge auftreten, in engem Zusammenhang mit Problemen stehen, die durch Oberflächenlöcher hervorgerufen werden, die bei der ersten, vereinfachten Abfolge auftreten.
Es wird nunmehr wiederum die vorliegende Erfindung beschrieben, wobei die 3a–3c die unterschiedlichen Schritte bei einer möglichen Ausführungsform des Prozesses gemäß der Erfindung zeigen.
3a zeigt daher ein Donatorsubstrat 1, beispielsweise ein Siliciumsubstrat, das auf seiner Oberfläche 4 oxidiert ist, und bei welchem eine schematisch durch Pfeile dargestellte Implantierung durchgeführt werden kann, mit einer Spezies, um eine verdünnte Zone 3 innerhalb der Dicke des Donatorsubstrats 1 zu erzeugen.
Das Implantieren der Atom-Spezies kann eine einfache Implantierung sein (also das Implantieren einer einzelnen atomaren Spezies), beispielsweise Implantieren von Wasserstoff, Helium oder Edelgasen.
Das Implantieren der atomaren Spezies kann auch eine gleichzeitige Implantierung von atomaren Spezies sein (beispielsweise aufeinander folgende oder gleichzeitige Implantierung von zumindest zwei unterschiedlichen atomaren Spezies), beispielsweise eine gleichzeitige Implantierung von Wasserstoff und Helium.
Einige Beispiele für Implantierungsbedingungen umfassen folgendes:
• Implantierung nur von Wasserstoff:

Allgemein liegt die Dosis zwischen 5 und 7 × 10¹⁶ cm^–2, und liegt die Energie zwischen 10 und 200 keV. Vorzugsweise beträgt die Dosis 5,7 × 10¹⁶ cm^–2, und die Energie 37 keV,

• Gleichzeitiges Implantieren von Helium und Wasserstoff:

Allgemein liegt bei Helium die Dosis zwischen 0,5 × 10¹⁶ cm^–2 und 3 × 10¹⁶ cm^–2, und liegt die Energie zwischen 10 und 200 keV (vorzugsweise liegt die Dosis zwischen 1 × 10¹⁶ cm^–2 und 2 × 10¹⁶ cm^–2, und die Energie bei etwa 50 keV); und liegt für Wasserstoff die Dosis zwischen 0,5 × 10¹⁶ cm^–2 und 3 × 10¹⁶ cm^–2, und liegt die Energie zwischen 10 und 200 keV (vorzugsweise liegt die Dosis zwischen 1 × 10¹⁶ cm^–2 und 2 × 10¹⁶ cm^–2, und beträgt die Energie etwa 30 keV).

3b zeigt den Schritt, in welchem das Donatorsubstrat 1 in enge Berührung mit einem Halterungssubstrat 7 über seine Oberfläche 4 versetzt wird.
Das Donatorsubstrat 1 wird dann an der verdünnten Zone 3 abgelöst, um einen Teil des Donatorsubstrats 1 auf das Halterungssubstrat 7 zu übertragen.
Im Zusammenhang von Prozessen nach dem Stand der Technik umfasst der Ablösungsschritt normalerweise eine Wärmebehandlung, während derer eine spontane Ablösung auftritt. Anders ausgedrückt ist dies eine vollständig auf Wärmeeinwirkung beruhende Ablösung.
Es wird darauf hingewiesen, dass ebenfalls vorgeschlagen wurde, eine vollständig mechanische Ablösung durchzuführen, speziell dadurch, dass eine Schneidklinge zur Bewegung entlang der verdünnten Zone 3 veranlasst wird.
Die vorliegende Erfindung schlägt den Einsatz einer anderen Ablösebetriebsart vor, nämlich eine Ablösung, die erfolgt durch:

– Einwirkung einer Wärmebehandlung, um so eine Entwicklung der Verdünnung der verdünnten Zone 3 zu ermöglichen, ohne eine Wärmeablösung einzuleiten;
– Anlegen eines Energie-Impulses so, dass eine selbständig anhaltende Ablösung eines Teils 5 des Donatorsubstrats 1 provoziert wird, begrenzt zwischen der Oberfläche 4 und der verdünnten Schicht 3, in Bezug auf den Rest 6 des Donatorsubstrats.

Weitere Einzelheiten dieser Ablösungsbetriebsart sind in den internationalen Anmeldungen beschrieben, der vorliegenden Anmelderin, die gemäß WO 2005/043615 und WO 2005/043616 veröffentlicht wurden.
Anders als eine reine Wärmeablösung wird die hier eingesetzte Wärmebehandlung zur Entwicklung einer Verdünnung unterbrochen, bevor die Ablösung eingeleitet wird.
Allgemein ist die Verdünnungs-Entwicklungswärmebehandlung, die innerhalb des Umfangs der Erfindung eingesetzt wird, so ausgebildet, dass eine Wärmebilanz (ein Paar aus der Dauer und der Temperatur) nahe an der Wärmebilanz eingesetzt wird, die dazu erforderlich ist, dass eine reine Wärmeablösung erzielt wird.
Daher entspricht die Wärmebilanz, die im Zusammenhang der Erfindung eingesetzt wird, 60% oder mehr, und vorzugsweise 80% oder mehr, der Wärmebilanz, die zu einer reinen Wärmeablösung führt.
Beispielsweise wird die Wärmebehandlung zur Entwicklung einer Verdünnung in Form einer isothermen Wärmebehandlung bei 350°C über eine Dauer zwischen 2 und 3 Stunden durchgeführt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Wärmebehandlung zur Entwicklung einer Verdünnung, die während des Ablösens eingesetzt wird, auch eine Verdichtung der Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Donatorsubstrat und dem Halterungssubstrat in enger Berührung miteinander ermöglicht.
3c zeigt das tatsächliche Ablösen eines Teils des Donatorsubstrats 3 in Bezug auf den Rest 6 des Donatorsubstrats 1, unter Einsatz eines zugefügten Energie-Impulses, vorzugsweise mit kurzer Dauer und begrenzter Amplitude. Das Teil 5 wird so auf das Halterungssubstrat 7 übertragen.
Diese Energiezufuhr kann beispielsweise aus einer mechanischen Beanspruchung bestehen, die schematisch durch den Pfeil 10 in 3c dargestellt ist.
Eine nicht einschränkende Art und Weise zur Hervorrufung dieser mechanischen Zufuhr besteht darin, eine Einrichtung einzusetzen, die ähnlich jener ist, die herkömmlich dazu verwendet wird, um Wafer nach Einwirkung einer rein thermischen Ablösung zu trennen (es wird auch der Begriff einer automatischen Trennmaschine verwendet). Die mechanische Kraft, die durch eine derartige Trenneinrichtung einwirkt, kann dazu ausreichend sein, eine selbständig anhaltende Ablösung hervorzurufen.
Die Ablösung, die erhalten wird, ist eine selbständig anhaltende Ablösung, speziell in jenem Sinn, dass anders als bei einer rein mechanischen Ablösung keine Bewegung eines Werkzeugs entlang der verdünnten Zone auftritt.
Da die Ablösung sich selbst aufrechterhält, tritt keine tatsächliche Ausbreitung einer Bruchwelle in Schritten auf, welche zu einer Oberflächenwelligkeit führen könnten. Da keine Bewegung eines Werkzeugs entlang neu erzeugter Oberflächen vorhanden ist, ist darüber hinaus keine Beeinträchtigung des Oberflächenzustands der so freigelegten Oberflächen vorhanden.
Daher weisen diese Oberflächen eine relativ glatte Oberflächenbeschaffenheit auf, und weist insbesondere die freie Außenfläche 9 der Dünnschicht 5, die auf das Donatorsubstrat übertragen wird, eine erheblich geringere Rauhigkeit auf als bei klassischen Lösungen, die eine spontane Ablösung während einer Wärmebehandlung (einer reinen Wärmebehandlung) einsetzen, oder eine rein mechanische Ablösung.
Insbesondere hat die Anmelderin festgestellt, dass die Oberflächenrauhigkeit der freien Außenfläche 9 und die Dichte von Löchern auf der Oberfläche der freien Außenfläche 9 signifikant am Rand des Wafers verringert sind, in der dichten Zone Zd, die in 1 gezeigt ist.
Daher hat die Anmelderin festgestellt, dass der Einsatz dieser Art und Weise der Ablösung eine Maßnahme zur Durchführung einer vereinfachten Endbearbeitungsbehandlung zur Verfügung stellt, und insbesondere eine Endbearbeitungsbehandlung gemäß entweder der ersten oder zweiten vereinfachten Abfolge, die voranstehend geschildert wurde, ohne Beeinträchtigung der Oberflächenrauhigkeit oder Erzeugung irgendwelcher Durchgangsfehler.
Die Erfindung schlägt daher vor, zu kombinieren:
die voranstehend geschilderte Art und Weise der Ablösung, welche kombiniert:

• ”gesteuerte” Verdünnung durch Wärmeeinwirkung (insbesondere unterbrochen, bevor die Ablösung eingeleitet wird) und
• lokales Einsetzen zusätzlicher Energie, welche eine ”selbständig anhaltende” Ablösung entlang der verdünnten Zone auslöst, mit einem Behandlungsschritt für die Anordnung, die nach dem Ablösen erhalten wird, der aus einer Abfolge vereinfachter Endbearbeitungs-Operationen besteht.

Daher ist, unter Bezugnahme auf 3c, die Anordnung, die nach der Ablösung erhalten wird, behandelt durch diese vereinfachte Abfolge, jene Anordnung, welche das Halterungssubstrat 7 und das Teil 5 des Donatorsubstrats 1 enthält, das auf das Donatorsubstrat 7 übertragen wurde.
Speziell besteht der Zweck dieser Abfolge darin, das Teil 5 zu verdünnen, um die gewünschte Dicke für die Dünnschicht zu erzielen, um die Oberflächenrauhigkeit zu verringern, und eine zufrieden stellende Qualität in Bezug auf Defekte sicherzustellen. Das endgültige Ergebnis nach dieser Behandlung ist die erforderliche endgültige Anordnung, welche die Dünnschicht 8 (insbesondere mit der erwünschten Dicke) auf dem Halterungssubstrat 7 enthält (siehe 3d).
Gemäß einer speziellen Ausführungsform ist die vereinfachte Abfolge die voranstehend erwähnte erste, vereinfachte Abfolge, nämlich die RTA/Sacrox/RTA-Abfolge.
Nunmehr wird darauf hingewiesen, dass diese erste Vorgehensweise im Zusammenhang der Ausbildung von Anordnungen mit einer Dünnschicht (mit einer Dicke von weniger als 100 nm oder 1000 Angström und speziell weniger als 50 nm oder 500 Angström) vorteilhaft ist, insbesondere deswegen, da sie eine Maßnahme zum Verhindern des Auftretens von Durchgangsfehlern zur Verfügung stellt.
Insbesondere kann die Verwendung dieser ersten Ausführungsform zur Ausbildung einer SOI-Anordnung mit einem Durchmesser von 300 mm führen, bei welcher die Silicium-Dünnschicht 35 nm (350 Angström) dick ist, und bei welcher die Dichte von Fehlern des Typs ”HF” kleiner ist als 0,3 Fehler/cm² oder sogar kleiner als 0,2 Fehler/cm².
Die Durchführung einer RTA-Wärmebehandlung unmittelbar nach einer ”selbständig anhaltenden” Ablösung stellt eine Maßnahme zum Verhindern des Auftretens von Löchern zur Verfügung, die sich nach Einsatz der Opferoxidations-Operation öffnen könnten. Die zweite RTA-Wärmebehandlung kann dann die Heilung restlicher Fehler bewirken, während die Oberflächenrauhigkeit der Dünnschicht geringfügig weiter verringert wird.
Die Verwendung dieser ersten Ausführungsform kann typischerweise eine Rauhigkeit von weniger als 0,5 nm oder 5 Angström (effektiver Mittelwert) erzielen (gemessen durch einen Scan von 10·10 μm²).
2 ist eine ähnliche Darstellung wie 1 und zeigt die kleine Anzahl an Durchgangsfehlern in einer besonders dünnen Schicht (Dicke von 35 nm oder 350 Angström), die durch Einsatz dieser ersten möglichen Ausführungsform erhalten wird.
Als eine Variante dieser ersten Ausführungsform umfasst die Erfindung auch, eine einzelne Wärmebehandlungs-Operation einzusetzen, anstatt von zwei RTA-Wärmebehandlungs-Operationen; wobei diese einzelne Wärmebehandlungs-Operation zu einem entsprechenden oder sogar besseren Glättungseffekt führt als zwei RTA-Operationen.
Anders ausgedrückt werden zwei RTAs in einer einzelnen Ofen-Wärmebehandlungs-Operation kombiniert, die vor der Verdünnungs-Operation eingesetzt wird, wobei diese Wärmebehandlungs-Operation in dem Ofen zu einem Glättungseffekt führt, der zumindest zwei RTAs entspricht.
Eine derartige einzelne Wärmebehandlungs-Operation kann beispielsweise aus der Wärmebehandlung in einem Ofen bestehen (auch bezeichnet als ”Wärmebehandlung mit einmaliger Beschickung”). Die vereinfachte Abfolge besteht dann aus einer Wärmebehandlungs-Operation mit einmaliger Beschickung, an welche sich eine Opferoxidations-Operation anschließt.
Beispielsweise kann die ”Wärmebehandlung mit einmaliger Beschickung” in einer Atmosphäre aus Wasserstoff und/oder Argon über eine Zeit von zwischen fünf Minuten und vier Stunden durchgeführt werden.
Gemäß einer zweiten, möglichen Ausführungsform ist die vereinfachte Abfolge die voranstehend erwähnte, zweite vereinfachte Abfolge, nämlich die Sacrox/RTA-Sacrox-Abfolge.
Es wird darauf hingewiesen, dass abgesehen von der Tatsache, dass diese Ausführungsform das Auftreten von Durchgangsfehlern verhindert, sie auch eine Maßnahme zum Erzielen einer besonders niedrigen Rauhigkeit am Rand des Wafers zur Verfügung stellt.
Der Einsatz der voranstehend erläuterten ”selbständig anhaltenden” Ablösung gemäß der Erfindung führt zu einer Verringerung der Dichte und der Tiefe von Löchern am Rand des Wafers. Diese Verringerung wird begleitet von einer Verringerung der Rauhigkeit am Rand des Wafers (wobei die Rauhigkeit im Zentrum nur geringfügig geändert wird).
Da nicht mehr irgendwelche Probleme in Bezug auf Löcher und Rauhigkeit am Rand des Wafers vorhanden sind, wird ermöglicht, die Sacrox/RTA/Sacrox-Abfolge einzusetzen.
4 zeigt eine Messung der Rauhigkeit R, die durch einen Scan über einen Bereich von 30·30 μm² der Dünnschicht der endgültigen Anordnung erhalten wird, unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops, am Rand des Wafers (siehe die runden Zeichen) und im Zentrum des Wafers (siehe die quadratischen Zeichen).
Genauer gesagt ist die Dünnschicht eine Siliciumschicht mit einer SOI-Anordnung mit einer Dicke von 100 nm (1000 Angström).
4 zeigt einen Vergleich der Oberflächenrauhigkeit der Dünnschicht während des Einsatzes der vereinfachten Sacrox/RTA/Sacrox-Endbearbeitungsabfolge bei einer Ablösung entsprechend der Erfindung (Fall A, links in 4), und bei einer reinen Wärmeablösung (Fall B, rechts in 4).
Man sieht, dass der Einsatz der Erfindung keine spezielle Verbesserung in Bezug auf die Rauhigkeit im Zentrum zur Verfügung stellt.
Andererseits sieht man, dass der Einsatz der Erfindung eine vorteilhafte Auswirkung am Rand des Wafers mit sich bringt. Die Rauhigkeit am Rand des Wafers ist nicht zu hoch, so dass die vereinfachte Sacrox/RTA/Sacrox-Abfolge als eine Endbearbeitungsabfolge eingesetzt werden kann.
Auf jeden Fall wird festgestellt, dass eine homogene Rauhigkeit über der gesamten Oberfläche des Wafers beobachtet wird, nachdem die vereinfachte Abfolge eingesetzt wurde.
Innerhalb des Umfangs der Erfindung wird die schnelle Wärmebehandlungs-RTA-Operation herkömmlich über eine Dauer von einigen wenigen Sekunden oder wenige zehnfache Sekunden in einer gesteuerten Atmosphäre durchgeführt.
Um eine RTA-Wärmebehandlung der nach dem Ablösen erhaltenen Anordnung durchzuführen, wird diese Anordnung bei hoher Temperatur wärmebehandelt, beispielsweise in der Größenordnung von 900°C bis 1300°C über 1 bis 16 Sekunden.
Die gesteuerte Atmosphäre kann eine Atmosphäre sein, die aus einer Mischung aus Argon und Wasserstoff besteht, oder eine Atmosphäre aus reinem Argon, oder eine Atmosphäre aus reinem Wasserstoff.
Innerhalb des Umfangs der Erfindung wird die Opferoxidations-Operation auf eine an sich herkömmlich bekannte Art und Weise auf einen Oxidationsschritt und einen Desoxidationsschritt unterteilt, wobei eine Wärmebehandlung zwischen dem Oxidationsschritt und dem Desoxidationsschritt eingefügt ist.
Der Oxidationsschritt wird vorzugsweise bei einer Temperatur von zwischen 700°C und 1100°C durchgeführt.
Er kann durch ein trockenes Verfahren (beispielsweise unter gasförmigem Sauerstoff) oder ein nasses Verfahren (beispielsweise in einer wasserdampfhaltigen Atmosphäre) durchgeführt werden.
Die Oxidationsatmosphäre kann auch Salzsäure enthalten, sowohl bei dem trockenen als auch bei dem nassen Verfahren.
Der Oxidationsschritt führt zu der Ausbildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche der Dünnschicht.
Die Wärmebehandlung kann bei konstanter oder sich ändernder Temperatur durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1200°C in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt.
Der Desoxidationsschritt, der nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird, entfernt die Oxidschicht, die während des Oxidationsschritts ausgebildet wurde. Dies erfolgt beispielsweise durch Eintauchen der Anordnung in eine Lösung von 10%iger bis 20%iger Flusssäure über wenige Minuten.
Voranstehend wurde eine Opferoxidation als eine bevorzugte Art und Weise einer Verdünnungs-Operation erwähnt. Allerdings ist die Erfindung keinesfalls auf diese bevorzugte Vorgehensweise beschränkt, und umfasst andere Arten von Verdünnungsoperationen, beispielsweise Trockenätzungs-Operationen (beispielsweise Plasma-Ätzung) oder Nassätzungs-Operationen (ein Chemikalienbad, das zum Ätzen ausgebildet ist, beispielsweise von Silicium; insbesondere ein Bad aus SCl, KOH, TMAH, usw.).
Aus den voranstehenden Ausführungen wird deutlich, dass gemäß der Erfindung eine vereinfachte Abfolge als eine Endbearbeitungsabfolge bei jeder dieser unterschiedlichen Ausführungsformen eingesetzt werden kann.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass keine Polier-Operation in der Endbearbeitungsabfolge bei jeder der unterschiedlichen Ausführungsformen vorhanden ist. Es wird daher ermöglicht, Dünnschichten auszubilden, bei welchen garantiert wird, dass die Standardabweichung der Dicke weniger als 5 Å beträgt.
Offensichtlich werden im erfindungsgemäßen Prozess auch Anordnungen mit ”Dünnschicht auf einem Halterungssubstrat”, erhalten, und insbesondere SeOI-Anordnungen, die durch Einsatz des Prozesses gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erhalten werden.

Claims

Prozess zur Ausbildung einer Anordnung, die eine Dünnschicht (8) aufweist, die aus einem Halbleitermaterial auf einem Substrat (7) besteht, mit folgenden Schritten: – Erzeugung einer verdünnten Zone (3) innerhalb der Dicke eines Donatorsubstrats (1); – Versetzen des Donatorsubstrats (1) in engen Kontakt mit einem Halterungssubstrat (7); – Ablösen des Donatorsubstrats (1) an der verdünnten Zone (3), um ein Teil (5) des Donatorsubstrats (1) auf das Halterungssubstrat (7) zu übertragen; – Behandlung des Teils (5) des Donatorsubstrats, das auf das Halterungssubstrat übertragen wurde, um die Dünnschicht (8) auszubilden, – wobei die Ablösung erzielt wird durch: den Einsatz einer Wärmebehandlung zum Entwickeln einer Verdünnung der verdünnten Zone (3), ohne eine Wärmeablösung des Teils des Donatorsubstrats einzuleiten, und Anlegen eines Energie-Impulses (10), der eine selbständig anhaltende Ablösung des Teils (5) des Donatorsubstrats hervorruft; – dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Teils (5) umfasst eine Abfolge von Endbearbeitungs-Operationen welche eine Abfolge ist, die dadurch vereinfacht ist, dass eine erste oder letzte Operation einer Abfolge weggelassen wird, die daraus besteht, dass folgende Schritte wiederholt werden: eine Glättungs-Operation der freien Oberfläche (9) des Teils (5) des Donatorsubstrats, das auf das Halterungssubstrat (7) übertragen wurde, gefolgt von einer Verdünnungs-Operation des Teils (5) des Donatorsubstrats, das auf das Halterungssubstrat übertragen wurde.
Prozess nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vereinfachte Abfolge dadurch erhalten wird, dass die erste Operation weggelassen wird, und aus einer Verdünnungsoperation besteht, die zwischen zwei Glättungs-Operationen eingefügt wird.
Prozess nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vereinfachte Abfolge dadurch erhalten wird, dass die letzte Operation weggelassen wird, und aus einer Glättungs-Operation besteht, die zwischen zwei Verdünnungs-Operationen eingefügt wird.
Prozess nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättungs-Operation eine Wärmebehandlung ist.
Prozess nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung eine schnelle Wärmebehandungs-RTA ist.
Prozess nach Anspruch 5 in Kombination mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Glättungs-Operationen durch schnelle Wärmebehandlungs-RTA zu einer einzelnen Wärmebehandungs-Operation mit einmaliger Beschickung vereinigt sind, mit einem Glättungseffekt, der zumindest zwei schnellen Wärmebehandungs-RTA-Operationen entspricht, durchgeführt vor der Verdünnungs-Operation.
Prozess nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnungs-Operation eine Opferoxidations-Operation ist.
Prozess nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebilanz der Behandlung zur Entwicklung einer Verdünnung 60% oder mehr, und vorzugsweise 80% oder mehr, der Wärmebilanz beträgt, die zu einer rein thermischen Ablösung führt.
Prozess gemäß dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung zur Entwicklung einer Verdünnung eine isotherme Wärmebehandlung bei 350°C über eine Dauer von zwischen zwei und drei Stunden ist.
Prozess nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verdünnte Zone (3) durch Implantieren einer Spezies in die Dicke des Donatorsubstrats (1) erzeugt wird, wobei die Implantierung durch Implantieren einer einzelnen Spezies oder durch gleichzeitige Implantierung von zumindest zwei unterschiedlichen Spezies durchgeführt wird.
Prozess nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnung, die während der Abfolge von Endbearbeitungs-Operationen durchgeführt wird, so ausgelegt ist, dass die Dicke der Dünnschicht (8), die auf dem Halterungssubstrat (7) ausgebildet wird, kleiner ist als 100 nm, und speziell kleiner als 50 nm.