專利名稱：形成并控制粗糙界面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域是微結(jié)構(gòu)體制造以及半導(dǎo)體材料基片的處理。
技術(shù)背景在微電子學(xué)中，某些操作，例如結(jié)合操作，要求待結(jié)合的表面盡 可能光滑。但是某些設(shè)備(尤其是利用膜或移動性部件的類型)的制造 可能必須依靠彼此相對但不相互粘合的表面，從而能夠適當?shù)胤乐鼓?在所對表面上的不適時的結(jié)合并且能夠保持該膜的移動性。因此文獻FR 2857953公開了制造BSOI型結(jié)構(gòu)體的方法，其中 制成了所謂的結(jié)構(gòu)化區(qū)(structuredzone)，防止與另一表面結(jié)合。這種 類型的結(jié)構(gòu)體的意義在于MEMS (微電子機械系統(tǒng))制造，更具體 而言是在必須釋放表層硅膜從而制造傳感器的情況中。在釋放步驟(該步驟包括例如優(yōu)先的氧化物侵蝕)過程中，或在運 行傳感器的過程中，該膜與基片結(jié)合，從而引起元件的功能異常。如上述文獻中所說明，包含粗糙隱埋界面的BSOI基片可避免這 一問題；隱埋界面的粗糙性可防止膜和支持體之間的任何結(jié)合。在文獻FR 2857953中，通過各種技術(shù)來進行表面的粗糙化，例 如通過使用由"Smart Cut "法產(chǎn)生的"unibond⑧負片(negatives)"。 這種方法在FR 2681472或B. Aspar等的"The generic nature of the smart cut process for thin film transfer," J. of Elec. Material, 30巻,No. 7， 2001中有所描述。為了獲得適合于不同的抗粘結(jié)BSOI基片的隱埋粗糙度，因而有 必要供應(yīng)具有該特定粗糙度的負片。因而提出的問題是發(fā)現(xiàn)一種新的方法來制造具有特定表面粗糙度的所述基片或負片，在制造集成傳感器的膜或移動性部件過程中該 粗糙度可顯著地避免上述的結(jié)合效應(yīng)。發(fā)明內(nèi)容就供應(yīng)或制造具有特定粗糙度的基片而言，所提出的本發(fā)明還具 有更大的靈活性，這是因為它使得可以根據(jù)需要來調(diào)整基片的粗糙 度。本發(fā)明的方法通過使其表面粗糙度適應(yīng)于所需的MEMS應(yīng)用而 使"Unibond "晶片(也稱"負片")能夠再循環(huán)，所述應(yīng)用例如有制 造抗粘結(jié)BSOI的情況。本發(fā)明首先涉及在半導(dǎo)體基片中制造具有預(yù)定粗糙度R2的粗糙 界面的方法，所述方法包括-選擇半導(dǎo)體基片，所述基片具有的表面粗糙度R1〉R2，-對所述基片進行熱氧化步驟，直到獲得具有粗糙度R2的氧化物-半導(dǎo)體界面。熱氧化優(yōu)選以大于或等于0.2 pm或0.5 pm的厚度進行，并且例 如在干燥或濕潤氛圍下進行。選出的半導(dǎo)體基片具有例如5nm RMS 10 nm RMS的HF(高頻) 粗糙度和/或2nm RMS 10 nm RMS的LF(低頻)粗糙度。所述具有粗糙度Rl的半導(dǎo)體基片可以是負片，所述負片通過 Smart Cut TM工藝(基片斷裂技術(shù))由SOI結(jié)構(gòu)體的制造而產(chǎn)生。本發(fā)明還涉及具有粗糙隱埋界面的半導(dǎo)體元件的形成方法，所述 方法包括-根據(jù)例如以上說明的本發(fā)明的方法，在第一半導(dǎo)體基片中形成 具有預(yù)定粗糙度R2的粗糙氧化物/硅界面， -制備氧化表面以便于與第二基片組裝， -組裝所述氧化物表面和所述第二基片。所述第二基片可以是大塊基片，或甚至是由例如以上說明的本發(fā) 明的方法獲得的基片。隨后可以侵削兩個基片中的一個，例如通過機械技術(shù)和/或化學(xué)技術(shù)和/或基片的斷裂。這一最終結(jié)構(gòu)體隨后可被用于例如制造抗粘結(jié)結(jié)構(gòu)體，所述抗粘 結(jié)結(jié)構(gòu)體是具有粗糙隱埋界面的BSOI結(jié)構(gòu)體。在制造最終結(jié)構(gòu)體上 的元件、尤其是移動性部件和膜的過程中，可以消除氧化物或經(jīng)氧化 的材料的至少一部分，這種消除例如通過經(jīng)由生成于兩個基片中的一 個內(nèi)的至少一個開口(通常位于SOI基片的表層中)的蝕刻來進行。


圖1A和圖1B表示獲得"Unibond"型負片或粗糙基片。圖2A-2C代表本發(fā)明的一個實施方式。圖3表示霧度(haze)隨所形成的氧化物的厚度的演變。圖4A和圖4B表示本發(fā)明的基片與另一基片的組裝。圖5A和圖5B表示兩塊本發(fā)明的基片的組裝。圖6表示根據(jù)本發(fā)明而獲得的元件，該元件具有隱埋于膜下的空具體實施方式
首先我們將說明可以如何獲得粗糙基片。在所選的實例中，其將 是通過Smart CutTM法或基片斷裂而獲得的被稱為負片的"Unibond "曰th如圖1A中所圖示，選擇了第一半導(dǎo)體基片6。該基片6可以是 例如"大塊"硅。通過例如熱氧化在所述基片上生成絕緣區(qū)域或絕緣層4，其(將 以二氧化硅Si02作為實例)所具有的典型厚度為約數(shù)百nm，例如 畫nm 500nm。在所述半導(dǎo)體基片6中進行原子或離子注入，形成基本平行于基 片6的表面11而延伸的薄層8。實際上，所形成的脆化層或脆化面 或者斷裂層或斷裂面在基片6的體積內(nèi)劃定了下部區(qū)域10和上部區(qū) 域13的界限，下部區(qū)域10應(yīng)包含薄膜，而上部區(qū)域13包含基片6 的主體。這種注入通常為氫注入，但也可以通過使用其它物質(zhì)甚或H/He共注入來進行。隨后通過分子結(jié)合技術(shù)將如此制備的所述基片6與例如為硅的 第二基片2組裝。對于所述結(jié)合技術(shù)，可以參考Q.Y Tong和U. Goesele 的著作"Semi-conductor Wafer Bonding," (Science and Technology), Wiley Interscience Publications 。隨后通過可使斷裂沿著脆化面8進行的處理將基片6的一部分分 離。這一技術(shù)的實例在A. J. Auberton-Herv6等的下述文章中有所描 述，"Why can Smart-Cut change the fbture of microelectronics "干'J于 International Journal of High Speed Electronics and Systems,第10巻, No. 1 (2000)， 131頁畫146頁。由于斷裂， 一方面形成了具有粗糙表面14的半導(dǎo)體元件或部件 12，另一方面形成了具有粗糙表面14的基片6的剩余部分16。在以 下的其余說明中，該剩余部分包含粗糙的起始基片。根據(jù)圖2A 2C中所圖示的本發(fā)明的一個實施方式，選擇了由例 如以上所說明的方法獲得的粗糙基片16或"Unibond "負片。因此 這是在通過"Smart CutTM"技術(shù)進行的層轉(zhuǎn)移后的基片的被剝離的部分。例如，它可為硅。所述基片16的表面14具有某一粗糙度Rl (圖2A)。該粗糙度在 高頻域例如在5 nm RMS 10 nm RMS (由原子力顯微鏡法(AFM)在 5*5 nm2測定)之間變化，在低頻域例如在2 nm RMS 10 nm RMS (由 機械表面粗糙度測定裝置測定，以2)im點、500 pm掃描)之間變化。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)例如MEMS類型(應(yīng)用類型、傳感器類型、膜 的尺寸和特性等)調(diào)整所選的基片16的粗糙度。出于這一目的，優(yōu)選進行負片基片16的脫氧化。隨后通過CARO RCA或臭氧RCA型清潔對其進行清潔。可以進行TMAH (四甲基氫 氧化銨化學(xué)蝕刻步驟)清潔來侵削約2nm 3 pm，從而消除受注入步 驟干擾的區(qū)域。隨后在干燥或濕潤氛圍下將基片16氧化例如0.2pm 2jim、優(yōu)選約0.5pm的厚度。對于基片16的表面14的粗糙度，氧化前沿22具有無規(guī)性，因一部分傳遞到氧化物/硅界面，該界面在基片16 內(nèi)，其深度取決于氧化條件，尤其取決于溫度和進行氧化的持續(xù)時間。圖2B和圖2C分別表示了氧化時間tl之后和氧化時間t2(t2 > tl)之后 的同一基片16，這些氧化在相同溫度下進行。第一種情況的氧化物 層20所具有的厚度el小于第二種情況的氧化物層20'的厚度e2，而 相應(yīng)的粗糙度為 R'2<R2<R1 。通過控制所生成的氧化物的厚度e，可以控制位于氧化物/硅界面 水平的所需最終粗糙度(R2)的空間頻率和幅度(RMS， PV)。根據(jù)所生成的氧化物20、 20'的厚度，粗糙度相應(yīng)或多或少地降 低，這使得能夠控制在氧化物/硅界面水平上所得到的粗糙度(R2)。圖3表示以TENCOR (6200)表面掃描型設(shè)備測定的硅表面(氧化 物去除后)上的"霧度"隨著氧化步驟后所獲得的氧化物的厚度e的 演變。"霧度"與表面所散射的光有關(guān)，因而表示了該表面的粗糙度。 因而"霧度"使得可以根據(jù)所形成的氧化物的厚度獲得關(guān)于表面粗糙 度的信息。可以看出，在0.5 pm 2 |_im或1 pm 2 pm的厚度范圍內(nèi)， 甚至在超過2 pm的厚度，在氧化物厚度增加的同時粗糙度急劇下降。 但對于大于0.2pm的厚度，可能也會獲得效果。因而可以鑒于其對于制造不同類別的元件的應(yīng)用，來處理初始粗 糙基片16。根據(jù)本發(fā)明而處理的、包含預(yù)定粗糙隱埋氧化物/硅界面的這種 基片可以被用于不同的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明而處理的基片因而可被用于作為"頂"基片和/或支 持基片來制造抗粘接BSOI基片?？梢赃M行經(jīng)氧化的基片與粗糙界面的結(jié)合。推薦的是隨后制備氧 化物的表面；可選的是，還可以進行機械性外周邊沿去除步驟從而消 除未被氧化消除的冠(crown)。如圖4A所示，可以進行機械拋光步驟從而恢復(fù)氧化物層20(或 20')的良好的表面粗糙度(即適合此時結(jié)合的粗糙度)。如圖4B所示，隨后可在第二基片34(例如為大塊硅)上進行結(jié)合，例如直接結(jié)合或分子粘接結(jié)合。隨后可以侵削所述第二基片34。可 以采用任何侵削技術(shù)，例如機械技術(shù)、化學(xué)技術(shù)或機械化學(xué)技術(shù)或"Smart CutTM"法。還可以在第二基片44上進行直接結(jié)合，第二基片44自身具有粗 糙隱埋界面42(圖5A)。這一基片優(yōu)選根據(jù)上述方法獲得。隨后，可以對所組裝的結(jié)構(gòu)體進行用于強化結(jié)合界面的熱處理和 一個或多個侵削步驟直到獲得包含一個或兩個粗糙氧化物/硅界面的 BSOI結(jié)構(gòu)體46。圖5B代表了這樣的結(jié)構(gòu)體具有2個粗糙界面22、 42以及第二基片的一個殘留層45。在制造集成傳感器膜或移動性部件的過程中，隨后可以經(jīng)由殘留 層45中形成的開口 111、 113進行蝕刻，從而局部地去除氧化物20 的一部分。因而可以在膜下局部地生成空腔。粗糙界面42防止該膜 不適時地結(jié)合或粘合在基片14上。因此圖6表示了在經(jīng)由層45的開口 111、 113蝕刻氧化物層20 之后，基片46中的這種空腔50，層45的位于空腔50之上的一部分 形成膜。以上給出的實例采用了硅基片。但本發(fā)明可應(yīng)用于所有可被氧化 的半導(dǎo)體基片，特別是單晶Si、多晶Si、無定形Si、 SiC。
權(quán)利要求
1.一種形成具有粗糙隱埋界面的半導(dǎo)體元件的方法，所述方法包括a)在第一半導(dǎo)體基片(16)中形成具有預(yù)定粗糙度R2的粗糙界面(22、22′)，其中包括選擇半導(dǎo)體基片(16)，所述基片的表面(14)的粗糙度R1＞R2，對所述基片進行熱氧化步驟，直到獲得具有粗糙度R2的氧化物-半導(dǎo)體界面(22、22′)，b)制備所述第一半導(dǎo)體基片的氧化表面，以便于與第二基片(34、44)組裝，c)組裝所述第一基片的氧化物的表面和所述第二基片(34、44)的表面。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，所述熱氧化以大于或等于0.2pm的厚 度進行。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，所述熱氧化在干燥或濕潤氛圍下 進行。
4. 如權(quán)利要求1 3中任一項所述的方法，選出的所述半導(dǎo)體基片 具有5nmRMS 10nmRMS的HF粗糙度。
5. 如權(quán)利要求1 4中任一項所述的方法，選出的所述半導(dǎo)體基片 具有2 nm RMS 10 nm RMS的LF粗糙度。
6. 如權(quán)利要求1 5中任一項所述的方法，具有粗糙度R1的所述半 導(dǎo)體基片通過初始基片(6)的斷裂而獲得。
7. 如權(quán)利要求1 6中任一項所述的方法，所述第二基片是未加工 的半導(dǎo)體基片或大塊半導(dǎo)體基片(34)。
8. 如權(quán)利要求1 6中任一項所述的方法，所述第二基片(44)本身通 過權(quán)利要求1 6中任一項所述的方法而獲得。
9. 如權(quán)利要求1 8中任一項所述的方法，隨后通過例如機械技術(shù) 和/或化學(xué)技術(shù)、和/或基片斷裂對兩個所述基片中的一個進行侵削。
10. 如權(quán)利要求1 9中任一項所述的方法，消除形成于所述第一半導(dǎo)體基片或第二半導(dǎo)體基片中的所述氧化物的至少一部分。
11. 如權(quán)利要求io所述的方法，經(jīng)由形成于兩個所述基片中的一個 內(nèi)的至少一個開口(lll、 113)進行蝕刻，從而進行所述氧化物的一部分的 所述消除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成具有隱埋粗糙界面的半導(dǎo)體元件的方法，所述方法包括a)在第一半導(dǎo)體基片(16)中形成具有預(yù)定粗糙度R2的粗糙界面(22)，其中包括選擇半導(dǎo)體基片(16)，所述基片的表面(14)的粗糙度R1＞R2；對所述基片進行熱氧化步驟，直到獲得粗糙度為R2的氧化物-半導(dǎo)體界面(22)，b)制備所述第一半導(dǎo)體基片的氧化表面，以便于與第二基片組裝，c)組裝所述氧化物的所述表面和所述第二基片的表面。
文檔編號B81C1/00GK101578230SQ200880001417
公開日2009年11月11日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者伯納德·阿斯帕, 克里斯特勒·拉加赫·布蘭查德, 尼古拉斯·蘇薩貝 申請人:硅絕緣體技術(shù)有限公司