СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОДЛОЖКИ "КРЕМНИЙ НА ИЗОЛЯТОРЕ" И ПОДЛОЖКА "КРЕМНИЙ НА ИЗОЛЯТОРЕ" Российский патент 2017 года по МПК H01L21/762 

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к технологиям изготовления полупроводниковых приборов, и в частности, к способу изготовления подложки "кремний на изоляторе" (SOI, КНИ) и подложке "кремний на изоляторе".

Уровень техники

Вместе с минимизацией и диверсификацией полупроводниковой интегральной микросхемы характерный размер прибора уменьшается и улучшается интеграция прибора, в тоже время возникают такие проблемы, как задержка сигнала и перекрестные помехи внутренних соединений. Вследствие высокого потребления мощности и потерь энергии, вызванных общим использованием электрического соединения с диэлектриком, требования полупроводниковой промышленности в отношении высокой производительности и низкой стоимости прибора уже не могут быть выполнены. Однако оптическое соединение может эффективно разрешить описанные выше проблемы и осуществлять множество новых функций для традиционной интегральной схемы. Поэтому фотоэлектрический прибор становится главным направлением для разработки полупроводникового прибора с высокой степенью интеграции.

В настоящее время широко применяемую подложку "кремний на изоляторе" (КНИ) получают путем введения захороненного слоя оксида между кремниевой подложкой верхнего слоя и кремниевой подложкой нижнего слоя. В частности, тонкая пленка полупроводника формируется на изоляторе, так что подложка "кремний на изоляторе" имеет преимущества по сравнению с объемной кремниевой подложкой. Например, КНИ-подложка может реализовать диэлектрический изолятор между компонентами в интегральной микросхеме, устраняя паразитный эффект фиксации уровня в КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) микросхеме с объемным кремнием. Интегральная микросхема, изготовленная с использованием КНИ-подложки имеет дополнительные преимущества, такие как маленькая паразитная емкость, высокая плотность интегрирования, высокая скорость, простая технология, незначительный короткоканальный эффект, при этом такая микросхема особенно подходит для низковольтной схемы с низким потреблением мощности. Поэтому КНИ-подложка, вероятно, станет главным направлением технологии для субмикронных, низковольтных и маломощных интегральных микросхем. Однако в процессе изготовления фотоэлектрического прибора или прибора с оптическим волноводом с использованием КНИ-подложки, необходимо, чтобы гетеропереход был эпитаксиально выращен. Например, соединение III-V эпитаксиально выращивается на кремниевом слое КНИ-подложки, при этом может быть получен материал подложки, имеющий хорошие фотоэлектрические характеристики и подходящий для того, чтобы служить в качестве материала подложки фотоэлектрического прибора.

В предшествующем уровне техники, когда гетероэпитаксиальный слой выращивается на кремниевом слое КНИ-подложки, в связи с несовпадением кристаллических решеток и термическим несоответствием между кремниевым слоем и гетероэпитаксиальным слоем, в подложке возникает проблема винтовых дислокаций высокой плотности, ухудшающих характеристики и надежность фотоэлектрического прибора.

Сущность изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают способ изготовления КНИ-подложки и КНИ-подложку, позволяющую разрешить существующую проблему, когда гетероэпитаксиальный слой выращивается на кремниевом слое КНИ-подложки, при этом между кремниевым слоем и гетероэпитаксиальным слоем имеется несоответствие решеток и термическое несоответствие, что приводит к возникновению винтовых дислокаций высокой плотности.

В соответствии с первым аспектом изобретения обеспечивает способ изготовления КНИ-подложки, включающий:

формирование структурированного слоя остановки травителя в слое оксида первой кремниевой подложки; и

сращивание поверхности, имеющей структурированный слой остановки травителя, первой кремниевой подложки с кремниевой поверхностью второй кремниевой подложки, и удаление части первой кремниевой подложки, чтобы сформировать структурированную КНИ-подложку.

В первом возможном способе реализации первого аспекта изобретения, формирование структурированного слоя остановки травителя первой кремниевой подложки включает в себя:

формирование первого слоя оксида на первой кремниевой подложке; и

формирование структурированного слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, формирование структурированного слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки включает в себя:

формирование слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки; и

формирование структурированной маски на слое остановки травителя, и получение структурированного слоя остановки травителя через травление, где структурированная маска включает в себя структурированный фоторезист, полученный с использованием фотолитографии в глубоком ультрафиолете (ЭУФ).

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, формирование структурированного слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки включает в себя:

формирование слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки; и

формирование структурированной маски на слое остановки травителя и получение структурированного слоя остановки травителя с помощью травления, при этом структурированная маска включает в себя пористую пленку оксида алюминия.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, после формирования структурированного слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки, способ дополнительно включает в себя:

выращивание второго слоя оксида на структурированном слое остановки травителя и выполнение процессов выравнивания и химической обработки поверхности на втором слое оксида.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, перед формированием структурированного слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки, способ дополнительно включает в себя:

выполнение ионной имплантации на первой кремниевой подложке и формирование дефектного слоя в кремниевом слое первой кремниевой подложки, при этом удаление части первой кремниевой подложки включает в себя удаление дефектного слоя в первой кремниевой подложке и кремниевого слоя на дефектном слое; и

после соединения поверхности, имеющей структурированный слой остановки травителя на первой кремниевой подложке, с поверхностью второй кремниевой подложки и удаления части первой кремниевой подложки, чтобы сформировать структурированную КНИ-подложку, способ дополнительно включает:

выполнение низкотемпературного отжига, для того чтобы соединенные впритык поверхности первой кремниевой подложки и второй кремниевой подложки прочно прикрепились друг к другу; и

выполнение процесса полировки поверхности на структурированной КНИ-подложке.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, материал структурированного слоя остановки травителя является материалом, обладающим селективностью травления по отношению к слою оксида.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения размер структурного элемента структурированного слоя остановки травителя составляет менее 20 нм, а толщина структурированного слоя остановки травителя составляет менее 50 нм.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, способ дополнительно включает:

формирование структурированной маски на структурированной КНИ-подложке, чтобы открыть область формирования прибора;

травление области формирования прибора на структурированной КНИ-подложке, чтобы получить структурированный слой оксида на второй кремниевой подложке; и

эпитаксиальное выращивание соединения III-V в области формирования прибора, чтобы сформировать структуру прибора.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, травление области формирования прибора на структурированной КНИ-подложке для получения структурированного слоя оксида на второй кремниевой подложке включает:

травление кремниевого слоя, первого слоя оксида и части второго слоя оксида первой кремниевой подложки в области формирования прибора на структурированной КНИ-подложке для получения структурированного слоя оксида на второй кремниевой подложке и структурированного слоя остановки травителя, при этом структурированный слой оксида находится под структурированным слоем остановки травителя; и

удаление структурированного слоя остановки травителя в области формирования прибора на структурированной КНИ-подложке для получения структурированного слоя оксида на второй кремниевой подложке.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, эпитаксиальное выращивание соединения III-V в области формирования прибора, чтобы сформировать структуру прибора включает:

выращивание третьего слоя оксида на второй кремниевой подложке, на которой уже получен структурированный слой оксида, при этом третий слой оксида выращивается вне области формирования прибора; и

эпитаксиальное выращивание соединения III-V на структурированном слое оксида второй кремниевой подложки, на которой уже выращен третий слой оксида, чтобы сформировать структуру прибора, в которой эпитаксиально выращенное соединение III-V сращивается со второй кремниевой подложкой в структуре структурированного слоя оксида второй кремниевой подложки.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, соединение III-V включает в себя: фосфид алюминия (AlP), фосфид галлия (GaP), фосфид индия (InP), арсенид алюминия (AlAs), арсенид галлия (GaAs), арсенид индия (InAs), антимонид алюминия (AlSb), антимонид галлия (GaSb), антимонид индия (InSb), нитрид алюминия (AlN), нитрид галлия (GaN), нитрид индия (InN), или трехкомпонентные и четырехкомпонентные соединения указанных элементов.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, эпитаксиальное выращивание соединения III-V в области формирования прибора, для формирования структуры прибора, включает в себя:

наращивание соединения III-V в области формирования прибора с помощью технологии молекулярно-пучковой эпитаксии (МВЕ), технологии химического осаждения из паровой фазы (CVD), технологии осаждения атомного слоя (ALD), или вариаций из этих технологий, чтобы сформировать структуру прибора.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, способ дополнительно включает в себя:

выполнение отжига на структурированной КНИ-подложке, в которой уже сформирована структура прибора, чтобы уменьшать дефект, вызванный боковым эпитаксиальным наращиванием (ELO) соединения III-V в области формирования прибора.

В соответствии с возможным способом реализации первого аспекта изобретения, способ дополнительно включает в себя:

формирование структуры фотоэлектрического прибора в структуре прибора, при этом структура фотоэлектрического прибора включает в себя многослойную структуру.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечивается КНИ-подложка, при этом КНИ-подложка изготавливается с использованием способа изготовления КНИ-подложки, соответствующего вышеуказанным вариантам осуществления настоящего изобретения.

В соответствии с объектом способ изготовления КНИ-подложки и объектом КНИ-подложка, структурированный слой остановки травителя формируется в слое оксида первой кремниевой подложки, поверхность, имеющая структурированный слой остановки травителя первой кремниевой подложки сращивается с кремниевой поверхностью второй кремниевой подложки, часть первой кремниевой подложки удаляется, чтобы сформировать структурированную КНИ-подложку после обработки, таким образом решается существующая проблема, заключающаяся в том, что когда гетероэпитаксиальный слой выращивается на кремниевом слое КНИ-подложки, то между кремниевым слоем и гетероэпитаксиальным слоем возникает несоответствие решеток и термическое несоответствие, что в результате приводит к винтовым дислокациям с высокой плотностью. В структурированной КНИ-подложке, обеспечиваемой в вариантах осуществления изобретения, гетероэпитаксиальный слой без винтовых дислокаций может быть сформирован на кремниевой подложке, так что рабочие характеристики и надежность фотоэлектрического прибора при использовании улучшаются.

Краткое описание чертежей

В последующей части описания кратко описываются приложенные чертежи, требующиеся для описания вариантов осуществления изобретения или предшествующего уровня техники.

Фиг. 1 - схема последовательности операций способа изготовления КНИ-подложки, в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - структурная схема КНИ-подложки, в соответствии с предшествующем уровнем техники.

Фиг. 3А и 3В - схемы структуры подложки в способе изготовления КНИ-подложки, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 1.

Фиг. 4 - схема последовательности операций способа изготовления КНИ-подложки, в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5A-5G - схемы структуры подложки в способе изготовления КНИ-подложки, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг.4.

Фиг. 6 - схема последовательности операций способа выращивания гетероэпитаксиальной III-V структуры при использовании структурированной КНИ-подложки, в соответствии с вариантом 3 осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7А-7Е - схемы структуры подложки в способе изготовления КНИ-подложки, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 6.

Осуществление изобретения

В последующей части описываются технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, поясняющие варианты осуществления настоящего изобретения.

Вариант 1

Фиг. 1 является схемой последовательности операций способа изготовления КНИ-подложки в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения. Способ в этом варианте осуществления изобретения применим к сценарию изготовления полупроводниковой структуры прибора. Способ в этом варианте осуществления изобретения включает следующие операции:

S110: формирование структурированного слоя остановки травителя в слое оксида первой кремниевой подложки.

В настоящее время в структуре широко применяемой КНИ-подложки слой оксида вводится между кремниевой подложкой верхнего слоя и кремниевой подложкой нижнего слоя. Фиг. 2 является структурной схемой КНИ-подложки, в соответствии с известным уровнем техники. Для изготовления КНИ-подложки обычно необходимы две пластины-подложки, которые являются кремниевой подложкой А и кремниевой подложкой В. Слой оксида формируется на кремниевой подложке А, и кремниевая подложка А, имеющая слой оксида, переворачивается для соединения с кремниевой поверхностью кремниевой подложки В. А именно, слой оксида кремниевой подложки А сращивается с кремниевым слоем на поверхности кремниевой подложки В для формирования структуры подложки, которая имеет слой оксида между кремниевой подложкой верхнего слоя и кремниевой подложкой нижнего слоя. Хотя существующая КНИ-подложка имеет более хорошие характеристики, чем обычная кремниевая подложка, когда гетеропереход эпитаксиально выращивается на кремниевом слое существующей КНИ-подложки, дислокации все еще возникают в эпитаксиальном слое. В отличие от предшествующего уровня техники, в этом варианте осуществления изобретения в слое оксида между двумя кремниевыми подложками имеется структурированная пленка. Фиг. 3А является схемой структуры подложки в способе изготовления КНИ-подложки, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг.1. В конкретном процессе изготовления структурированный слой 130 остановки травителя может быть сформирован в слое оксида 120 первой кремниевой подложки 110, где структурированный слой 130 остановки травителя формируется в средней и верхней частях слоя оксида 120.

Следует отметить, что в этом варианте осуществления изобретения размер структурного элемента структурированного слоя 130 остановки травителя может составлять менее 20 нм, а толщина структурированного слоя 130 остановки травителя может составлять менее 50 нм. Аналогичным образом, толщина слоя оксида над структурированным слоем 130 остановки травителя также может быть менее 50 нм, а слои оксида выше и ниже структурированного слоя 130 остановки травителя в целом связаны.

В соответствии с теорией, предложенной Лурье (Luryi) и Сухир (Suhir), поле σ напряжений, вертикальное к эпитаксиальному слою на подложке, согласуется с экспоненциальным ослаблением в направлении z роста, как указано в следующем выражении (1):

В выражении (1) 2l является поперечным размером структуры, и понятно, что поле σ напряжений экспоненциально ослабевает по мере уменьшения размера структуры. Поэтому, пока размер структуры является достаточно небольшим, критическая толщина эпитаксиального слоя, в котором дислокации появляются, стремится к бесконечности, что эквивалентно тому, что на кремниевой подложке может быть сформирован гетероэпитаксиальный слой без винтовых дислокаций.

В соответствии со способом изготовления КНИ-подложки, в этом варианте осуществления изобретения, структурированный слой 130 остановки травителя, размер структуры которого является чрезвычайно маленьким, формируется в слое 120 оксида первой кремниевой подложки 110. КНИ-подложка, изготовленная этим способом, применима для выращивания материала, имеющего несоответствие кристаллической решетки с кремнием, и на кремниевой подложке может быть сформирован гетероэпитаксиальный слой, не имеющий винтовых дислокаций.

S120: сращивание поверхности, имеющей структурированный слой 130 остановки травителя первой кремниевой подложки, с кремниевой поверхностью второй кремниевой подложки, и удаление части первой кремниевой подложки для формирования структурированной КНИ-подложки.

В этом варианте осуществления изобретения, когда структурированный слой 130 остановки травителя уже сформирован в слое 120 оксида первой кремниевой подложки 110, на поверхности второй кремниевой подложки 210 может быть тонкий слой оксида, и этот слой оксида на поверхности второй кремниевой подложки 210 может быть естественным слоем оксида, или может быть сформирован с использованием технологии термического оксидирования. Когда процесс сращивания выполняется для первой кремниевой подложки 110 и второй кремниевой подложки 210, первая кремниевая подложка 110 может быть перевернута, так чтобы поверхность, имеющая структурированный слой 130 остановки травителя первой кремниевой подложки 110, сращивалась с поверхностью второй кремниевой подложки 210, а затем часть первой кремниевой подложки удаляется, чтобы получить структуру подложки, в которой слой оксида 120 существует между первой кремниевой подложкой 110 и второй кремниевой подложкой 210, т.е. структурированную КНИ-подложку 300. Фиг. 3В является схемой структуры подложки в способе изготовления КНИ-подложки, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 1. Кроме того, структурированный слой 130 остановки травителя находится в слое 120 оксида структурированной КНИ-подложки 300, обеспеченной в этом варианте осуществления изобретения.

В соответствии со способом изготовления КНИ-подложки по этому варианту осуществления изобретения, структурированный слой остановки травителя формируется в слое оксида первой кремниевой подложки, поверхность, имеющая структурированный слой остановки травителя первой кремниевой подложки, сращивается с кремниевой поверхностью второй кремниевой подложки, и часть первой кремниевой подложки удаляется для сформирования структурированной КНИ-подложки. Такая структура может решить проблему предшествующего уровня техники, когда гетероэпитаксиальный слой выращивается на кремниевом слое КНИ-подложки, и в гетероэпитаксиальном слое возникает большое количество винтовых дислокаций, вызванных несоответствием кристаллической решетки и термическим несоответствием между кремниевым слоем и гетероэпитаксиальным слоем. В соответствии со структурированной КНИ-подложкой, обеспеченной в этом варианте осуществления изобретения, гетероэпитаксиальный слой без винтовых дислокаций может быть сформирован на кремниевой подложке, улучшая рабочие характеристики при использовании и надежность фотоэлектрического прибора.

Вариант 2

Фиг. 4 является схемой последовательности операций способа изготовления КНИ-подложки, в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения. Фиг. 5A-5G - схемы структуры подложки в способе изготовления КНИ-подложки, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 4.

Способ изготовления КНИ-подложки в этом варианте включает в себя следующие операции:

S200: формирование первого слоя оксида на первой кремниевой подложке.

Как показано на фиг. 5А, в этом варианте сначала могут быть обеспечены две кремниевые подложки, которые конкретно являются первой кремниевой подложкой 110 и второй кремниевой подложкой 210 (которая не показана на фиг. 5А). Поскольку в базовой структуре КНИ-подложки слой оксида добавляется между двумя кремниевыми подложками, в конкретной реализации первый слой оксида 121 может быть сформирован на первой кремниевой подложке 110 в этом варианте, и обычно термическое оксидирование может быть выполнено на первой кремниевой подложке 110 для формирования первого слоя 121 оксида на кремниевой поверхности.

S210: выполнение ионной имплантации на первой кремниевой подложке и формирование дефектного слоя в кремниевом слое первой кремниевой подложки.

Как показано на фиг. 5В, ионная имплантация выполняется на первой кремниевой подложке 110, на которой уже выращен первый слой оксида 121, и в общем может быть выполнена высокоэнергетичная ионная имплантация, при которой ионный пучок 140а направляется на первую кремниевую подложку 110, используя определенное количество энергии, при этом ионный пучок может проходить через первый слой оксида 121 и часть первой кремниевой подложки 110 и далее он взаимодействует с кремнием в глубине первой кремниевой подложки 110, чтобы формировать дефектный слой 140 в глубине, причем глубина дефектного слоя 140 зависит от энергии падающего ионного пучка 140а.

S220: формирование структурированного слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки.

Для конкретной реализации S220 следует обратиться к операции S110 в варианте 1.

По выбору, операция S220 в этом варианте может включать в себя: формирование слоя 130 остановки травителя на первом слое оксида 121 первой кремниевой подложки 110 путем образования структурированной маски на слое 130 остановки травителя и получения структурированного слоя 130 остановки травителя с использованием технологии травления. Структурированная маска включает в себя структурированный фоторезист, полученный с использованием фотолитографии в глубоком ультрафиолете (ЭУФ), при этом может быть изготовлена структура с размером элемента менее 20 нм, используя фотолитографию с ЭУФ.

Как показано на фиг. 5С, в этом варианте структурированный слой 130 остановки травителя формируется с использованием технологии фотолитографии, а структурированная маска формируется на выращенном слое 130 остановки травителя. Конкретно, структура 150 фоторезиста, размер которой является чрезвычайно маленьким, может быть сформирована на слое 130 остановки травителя после того, как он облучается ЭУФ и проявляется. Как показано на фиг. 5D, первая кремниевая подложка 110 подвергается травлению с использованием структуры 150 фоторезиста в качестве маски, и часть слоя 130 остановки травителя, не покрытая структурой 150 фоторезиста, вытравливается для формирования структурированного слоя 130 остановки травителя.

Следует отметить, что материал структурированного слоя 130 остановки травителя является материалом, обладающим селективным травлением по отношению к первому слою 121 оксида, и может в общем включать такие материалы, как нитрид кремния, оксид алюминия, оксид титана, обогащенный кремнием оксид кремния, или обогащенный водородом нитрид кремния. Эти материалы могут иметь высокую степень селективности травления по отношению к первому слою 121 оксида.

В другой возможной реализации этого варианта структурированная маска также может быть пористой пленкой оксида алюминия. В этой реализации фотолитография не требуется и пористая пленка оксида алюминия непосредственно приклеивается на слой 130 остановки травителя для создания структуры. Аналогично описанному выше варианту осуществления изобретения, в этом варианте размер структуры структурированной маски может составлять менее 20 нм, и размер структуры структурированного слоя 130 остановки травителя также может составлять менее 20 нм.

S230: выращивание второго слоя оксида на структурированном слое остановки травителя и выполнение процессов выравнивания и химической обработки поверхности на втором слое оксида.

Как показано на фиг. 5Е, в этом варианте осуществления изобретения структурированный слой 130 остановки травителя, сформированный на первом слое оксида 121 первой кремниевой подложки 110 является структурой с мелким размером элементов, поверхность структуры выступает, и сращивание не может быть выполнено непосредственно между поверхностью структурированного слоя 130 остановки травителя и второй кремниевой подложкой 210. Поэтому второй слой оксида 122 может быть дополнительно выращен на структурированном слое 130 остановки травителя, и процессы выравнивания и химической обработки поверхности могут быть выполнены на дополнительно выращенном втором слое оксида 122, для того чтобы первая кремниевая подложка 110 имела гладкую поверхность.

Следует отметить, что первый слой оксида 121 и второй слой оксида 122 могут быть выполнены из оксида кремния, толщина второго слоя оксида 122 может составлять менее 50 нм, материалы пленки второго слоя оксида 122 и первого слоя оксида 121 обычно являются одинаковыми, а второй слой оксида 122 соединяется с первым слоем оксида 121 в области 130а окна структурированного слоя 130 остановки травителя, так чтобы сформировать слой оксида, имеющий интегральную структуру.

S240: сращивание поверхности, имеющей структурированный слой 130 остановки травителя первой кремниевой подложки, с кремниевой поверхностью второй кремниевой подложки и удаление части первой кремниевой подложки для формирования структурированной КНИ-подложки.

Для конкретной реализации процесса связывания на этапе S240 может быть сделана ссылка на операцию S120 в варианте 1 осуществления изобретения.

Как показано на фиг. 5F, в этом варианте в глубине кремниевого слоя первой кремниевой подложки 110 имеется дефектный слой 140, и полупроводниковая структура, сформированная в этом варианте, является структурой подложки, в которой существует слой оксида между первой кремниевой подложкой 110 и второй кремниевой подложкой 210. Конкретно, между первым слоем 121 оксида и вторым слоем 122 оксида имеется структурированный слой 130 остановки травителя.

Как показано на фиг. 5G, в этом варианте на первой кремниевой подложке 110, на которой уже выращен первый слой оксида 121, выполняется ионная имплантация, и поэтому в кремниевом слое первой кремниевой подложки 110 формируется дефектный слой 140. Поскольку молекулярная связь между дефектным слоем 140 и кремниевым слоем 110а в первой кремниевой подложке 110, в которой дефектный слой 140 уже сформирован, является ослабленной, кремниевый слой 110а может быть удален из дефектного слоя 140, т.е. верхний кремниевый слой 110а может быть удален и дефектный слой 140 также удаляется, оставляя только часть под дефектным слоем 140 первой кремниевой подложки 110. Как показано на фиг. 5F и 5G, кремниевый слой 110b первой кремниевой подложки 110 остается после процесса удаления и получается структурированная КНИ-подложка 300. Кроме того, кремниевый слой 110а, который удаляется из первой кремниевой подложки 110, может быть использован снова для изготовления кремниевой подложки с применением полировальной технологии, повторно реализуя кремниевую подложку, уменьшая производственные затраты и увеличивая преимущества изготовления.

S250: выполнение низкотемпературного отжига для сращивания примыкающих поверхностей первой кремниевой подложки и второй кремниевой подложки.

S260: выполнение полирования поверхности на структурированной КНИ-подложке.

В этом варианте осуществления изобретения отжиг выполняется на уже сформированной структурированной КНИ-подложке 300, для того чтобы осуществить сращивание соединенных встык поверхностей двух кремниевых подложек, т.е. поверхности второго слоя оксида 122 первой кремниевой подложки 110 и второй кремниевой подложки 210. Кроме того, поскольку кремниевый слой 110а первой кремниевой подложки 110 в структурированной КНИ-подложке 300 удаляется, различные виды обработки полирования поверхности могут быть выполнены на структурированной КНИ-подложке 300 после удаления кремниевого слоя 110а, поскольку гладкая структура поверхности облегчает выполнение различных видов обработки при формировании прибора.

В соответствии со способом изготовления КНИ-подложки, обеспечиваемом в этом варианте осуществления изобретения, структурированный слой остановки травителя формируется в слое оксида первой кремниевой подложки, поверхность, имеющая структурированный слой остановки травителя первой кремниевой подложки, сращивается с кремниевой поверхностью второй кремниевой подложки и часть первой кремниевой подложки удаляется, чтобы сформировать структурированную КНИ-подложку, которая разрешает существующую проблему, когда при выращивании гетероэпитаксиального слоя на кремниевом слое КНИ-подложки между кремниевым слоем и гетероэпитаксиальным слоем возникает большое количество винтовых дислокаций в эпитаксиальном слое вследствие несоответствия кристаллической решетки и термического несоответствия. В соответствии со структурированной КНИ-подложкой, обеспечиваемой в этом варианте осуществления изобретения, на кремниевой подложке может быть сформирован гетероэпитаксиальный слой без винтовых дислокаций, при этом улучшаются рабочие характеристики и надежность фотоэлектрического прибора при использовании.

Вариант 3

Фиг. 6 является схемой последовательности операций способа выращивания гетероэпитаксиальной III-V структуры при использовании структурированной КНИ-подложки, в соответствии с вариантом 3 осуществления настоящего изобретения. Фиг. 7А-7Е схематично представляют технологический процесс, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 6.

Способ, обеспечиваемый в этом варианте осуществления изобретения, применим для случая, в котором гетероэпитаксиальная структура формируется на структурированной КНИ-подложке, полученной в вышеописанном варианте осуществления изобретения. Как показано на фиг. 6, способ, соответствующий этому варианту, может включать в себя:

S310: формирование структурированной маски на структурированной КНИ-подложке, чтобы открыть для облучения область формирования прибора.

Как показано на фиг. 7А, структурированная КНИ-подложка 300 гетероэпитаксиально наращивается, для того чтобы получить структуру, которая применима для изготовления фотоэлектрического прибора. В обычных условиях, на этой пластине может быть сформировано множество независимых приборов, при этом они отделены друг от друга. Поэтому сначала получают область 400 формирования прибора в структурированной КНИ-подложке 300, в соответствии со структурой прибора, который должен быть изготовлен, при этом фотоэлектрический прибор, который должен быть изготовлен, использует область 400 формирования прибора в качестве подложки, а часть структурированной КНИ-подложки 300, которая находится вне области 400 формирования прибора, используется для разделения приборов, т.е. является разделяющей областью 410 прибора. Структурированная КНИ-подложка 300 обрабатывается с помощью структурированной маски с использованием технологии фотолитографии, так чтобы область 400 формирования прибора формировалась в окне структурированной маски, т.е. в части, которая не покрыта фоторезистом 160.

S320: травление области формирования прибора на структурированной КНИ-подложке, для получения структурированного слоя оксида на второй кремниевой подложке.

Как показано на фиг. 7В, в этом варианте осуществления изобретения, область 400 формирования прибора структурированной КНИ-подложки 300 не покрывается фоторезистом 160, и поэтому, когда структурированная КНИ-подложка 300 подвергается травлению, кремниевый слой 110b, первый слой оксида 121 и часть второго слоя оксида 122 первой кремниевой подложки 110 в области 400 формирования прибора сначала подвергаются травлению для получения структурированного слоя оксида 123 на второй кремниевой подложке 210 и структурированного слоя 130 остановки травителя, где структурированный слой оксида 123 находится под структурированным слоем 130 остановки травителя. Как показано на фиг. 7С, далее удаляется структурированный слой 130 остановки травителя в области 400 формирования прибора структурированной КНИ-подложки 300 для получения структурированного слоя оксида 123 на второй кремниевой подложке 210.

Следует отметить, что материалы подвергаемого травлению кремниевого слоя 110b, первого слоя оксида 121 и части второго слоя оксида 122 первой кремниевой подложки 110 в области 400 формирования прибора являются оксидами кремния, а материал структурированного слоя 130 остановки травителя может быть материалом, обладающим селективностью при травлении, и в общем может включать такие материалы, как нитрид кремния, оксид алюминия, оксид титана, обогащенный кремнием оксид кремния, или обогащенный водородом нитрид кремния. В конкретном варианте реализации может быть выбран газ для травления, имеющий высокий коэффициент селективности по отношению к оксиду кремния, таким образом структурированный слой 130 остановки травителя протравливается лишь в небольшой степени, когда оксид кремния подвергается травлению. Газ для травления в целом может включать добавку газа на основе фтора, имеющего высокое содержание углерода, например, такой как C₂F₂ или CHF₃, или в газе для травления может быть увеличенное содержание водорода. Поэтому структурированный слой оксида 123 на второй кремниевой подложке 210 и структурированный слой 130 остановки травителя могут быть сформированы после травления оксида кремния, при этом структурированный слой оксида 123 является частью второго слоя оксида 122, а конкретно, частью, покрытой структурированным слоем 130 остановки травителя второго слоя оксида 122. В описанном примере материал структурированного слоя 130 остановки травителя является нитридом кремния. Аналогичным образом выбирается газ для травления, имеющий высокий коэффициент селективности по отношению к нитриду кремния, так чтобы осуществить травление таким образом, что структурированный слой оксида 123 едва вытравливается, в то время как вытравливается структурированный слой 130 остановки травителя. Поэтому структурированный слой оксида 123, имеющий структуру небольшого размера, окончательно получается в области 400 формирования прибора структурированной КНИ-подложки 300, при этом структура имеет такой же размер, как и размер структуры структурированного слоя 130 остановки травителя в описанном выше варианте осуществления изобретения, и в общем составляет менее 20 нм. Следует дополнительно отметить, что нижнее отверстие окна структурированного слоя оксида 123, которое формируется с помощью травления в общем меньше или равно верхнему отверстию окна, т.е. окно имеет вертикальную или наклонную боковую стенку.

S330: эпитаксиальное выращивание соединения III-V в области формирования прибора для формирования структуры прибора.

Как показано на фиг. 7D, в этом варианте осуществления изобретения существует структурированный слой оксида 123, имеющий чрезвычайно малый размер структуры на второй кремниевой подложке 210 в области 400 формирования прибора структурированной КНИ-подложки 300, и поэтому в области 400 формирования прибора может быть выращен гетероэпитаксиальный слой. В описанном примере соединение III-V эпитаксиально выращено в этом варианте осуществления изобретения. В частном варианте реализации третий слой оксида 124 может быть выращен на второй кремниевой подложке 210, на которой уже получен структурированный слой оксида 123. Третий слой оксида 124 выращивается за пределами области 400 формирования прибора и используется для того, чтобы обеспечивать функцию маски для области 400 формирования прибора, когда соединение III-V эпитаксиально выращивается, т.е. соединение III-V не выращивается в области, расположенной за пределами области 400 формирования прибора. Как показано на фиг. 7Е, соединение III-V эпитаксиально выращивается на структурированном слое оксида 123 на второй кремниевой подложке 210, на которой уже выращен третий слой оксида 124, так чтобы сформировать структуру 170 прибора, при этом эпитаксиально выращенное соединение III-V связывается со второй кремниевой подложкой 210 в структуре структурированного слоя оксида 123 на второй кремниевой подложке 210. В частности, поскольку существует структурированный слой оксида 123 на второй кремниевой подложке 210, в области 400 формирования прибора может быть сформирован эпитаксиальный слой соединения III-V без винтовых дислокаций.

Следует отметить, что соединение III-V в этом варианте осуществления изобретения может включать в себя, например, АlР, GaP, InP, AlAs, GaAs, InAs, AlSb, GaSb, InSb, AlN, GaN, InN, или трехкомпонентные и четырехкомпонентные соединения этих элементов. Способ эпитаксиального выращивания соединения III-V в области 400 формирования прибора может включать в себя, например, технологию молекулярно-пучковой эпитаксии (МВБ), технологию химического осаждения из паровой фазы (CVD), технологию осаждения атомного слоя (ALD), или вариации этих технологий. Например, вариант технологии CVD может включать в себя: осаждение металлоорганических соединений из паровой фазы (MOCVD), плазмохимическое осаждение из газовой фазы (PECVD), химическое осаждение из паровой фазы при низком давлении (LPCVD), химическое осаждение из паровой фазы в сверхвысоком вакууме (UHVCVD), и химическое осаждение из паровой фазы при пониженном давлении (RPCVD).

В соответствии со способом, обеспечиваемом в этом варианте осуществления изобретения, структурированный слой 130 остановки травителя формируется в слое оксида первой кремниевой подложки, поверхность, имеющая структурированный слой остановки травителя первой кремниевой подложки сращивается с поверхностью второй кремниевой подложки и часть первой кремниевой подложки удаляется для формирования структурированной КНИ-подложки; кроме того, слой оксида, имеющий структуру малого размера на второй кремниевой подложке, формируется в области формирования прибора на структурированной КНИ-подложке с помощью функции остановки травителя структурированного слоя остановки травителя и гетероэпитаксиальный слой без винтовых дислокаций может быть выращен в области формирования прибора с использованием этого структурированного слоя оксида на второй кремниевой подложке, таким образом, разрешатся проблема, существующая в уровне техники, заключающаяся в том, что когда гетероэпитаксиальный слой выращивается на кремниевом слое КНИ-подложки, при этом большое количество винтовых дислокаций вследствие несоответствия кристаллической решетки и термического несоответствия между кремниевым слоем и гетероэпитаксиальным слоем возникает в эпитаксиальном слое. Вследствие решения этой проблемы улучшаются рабочие характеристики при использовании и надежность фотоэлектрического прибора. Кроме того, в соответствии со способом, обеспечиваемом в этом варианте осуществления изобретения, гетероэпитаксиальный слой без винтовых дислокаций может быть выращен путем выполнения фотолитографии в области формирования прибора только один раз, что улучшает совместимость этого способа с технологией КМОП.

Кроме того, в этом варианте осуществления изобретения на структурированной КНИ-подложке 300, на которой уже сформирована структура 170 прибора, может дополнительно выполняться обработка отжигом, с тем чтобы уменьшить дефект, вызванный процессом бокового эпитаксиального наращивания (ELO) соединения III-V в области 400 формирования прибора.

В этом варианте осуществления изобретения гетероэпитаксиальный слой без винтовых дислокаций формируется в области 400 формирования прибора структурированной КНИ-подложки 300, и поэтому структура фотоэлектрического прибора может быть сформирована в области 400 формирования прибора, т.е. на структуре 170 прибора, причем структура фотоэлектрического прибора обычно включает в себя многослойную структуру.

Фиг. 3В также является схемой КНИ-подложки, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения. КНИ-подложка может быть изготовлена с использованием способа изготовления КНИ-подложки, показанного на фиг. 1, при этом выполняемые процессы и положительные эффекты являются аналогичными и повторно здесь на описываются.

Фиг. 5G является схемой другой КНИ-подложки, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения. КНИ-подложка может быть изготовлена с использованием способа изготовления КНИ-подложки, показанного на фиг. 4, при этом выполняемые процессы и положительные эффекты являются аналогичными и повторно здесь на описываются.

Фиг. 7Е является схемой еще одной КНИ-подложки, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения. КНИ-подложка быть изготовлена с использованием способа изготовления КНИ-подложки, показанного на фиг. 6, при этом выполняемые процессы и положительные эффекты являются аналогичными и повторно здесь на описываются.

И последнее, следует отметить, что приведенные выше варианты осуществления изобретения предназначаются только для раскрытия технических решений настоящего изобретения, но не ограничивают настоящее изобретение. Хотя настоящее изобретение подробно описывается со ссылкой на описанные ранее варианты осуществления изобретения, специалисты в данной области техники понимают, что могут быть выполнены модификации в отношении технических решений, описанных в приведенных примерах, или сделаны эквивалентные замены некоторых или всех технических признаков этих решений, не выходя за пределы объема технических решений вариантов осуществления настоящего изобретения.

Способ изготовления КНИ-подложки и КНИ-подложка, где способ включает формирование структурированного слоя остановки травителя в слое оксида первой кремниевой подложки, сращивание поверхности, имеющей структурированный слой остановки травителя первой кремниевой подложки, с поверхностью второй кремниевой подложки и удаление части первой кремниевой подложки для формирования структурированной КНИ подложки. Изобретение обеспечивает улучшение характеристик и повышение надежности получаемых на подложке приборов. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ изготовления подложки «кремний на изоляторе» (КНИ), включающий:

формирование структурированного слоя остановки травителя в слое оксида первой кремниевой подложки;

сращивание поверхности слоя оксида первой кремниевой подложки с поверхностью второй кремниевой подложки, и

удаление части первой кремниевой подложки для формирования КНИ подложки с захороненной структурой.

2. Способ по п. 1, в котором при формировании структурированного слоя остановки травителя в слое оксида первой кремниевой подложки

формируют первый слой оксида на первой кремниевой подложке; и

формируют указанный структурированный слой остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки.

3. Способ по п. 2, в котором при указанном формировании структурированного слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки

формируют слой остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки; и

формируют структурированную маску на указанном слое остановки травителя, и

получают указанный структурированный слой остановки травителя после того, как выполнено травление указанного слоя остановки травителя в соответствии с указанной структурированной маской, при этом структурированная маска содержит структурированный фоторезист, полученный с использованием фотолитографии в глубоком ультрафиолете (ЭУФ), или пористую пленку оксида алюминия.

4. Способ по п. 2, в котором после указанного формирования структурированного слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки дополнительно:

выращивают второй слой оксида на структурированном слое остановки травителя.

5. Способ по п. 4, в котором после указанного выращивания второго слоя оксида на структурированном слое остановки травителя

выполняют процессы выравнивания и химической обработки поверхности на втором слое оксида.

6. Способ по п. 2, в котором перед формированием структурированного слоя остановки травителя на первом слое оксида первой кремниевой подложки

выполняют ионную имплантацию на первой кремниевой подложке для формирования дефектного слоя в кремниевом слое первой кремниевой подложки, при этом удаленная часть первой кремниевой подложки включает указанный дефектный слой в первой кремниевой подложке и кремниевый слой на дефектном слое.

7. Способ по п. 2, в котором после удаления части первой кремниевой подложки для сформирования КНИ-подложки с захороненной структурой

выполняют низкотемпературный отжиг, с тем чтобы обеспечить прочное связывание примыкающих поверхностей первой кремниевой подложки и второй кремниевой подложки; и

выполняют процесс полировки поверхности на структурированной КНД-подложке.

8. Способ по п. 1, в котором материал структурированного слоя остановки травителя является материалом, обладающим селективностью травления по отношению к слою оксида первой кремниевой подложки.

9. Способ по п. 1, в котором размер структурного элемента указанного структурированного слоя остановки травителя составляет менее 20 нм, а толщина структурированного слоя остановки травителя составляет менее 50 нм.

10. Способ по п. 4, в котором дополнительно

формируют структурированную маску на КНИ-подложке с захороненной структурой, чтобы открыть область формирования прибора;

выполняют травление указанной области формирования прибора на КНИ-подложке с захороненной структурой для получения структурированного слоя оксида на второй кремниевой подложке; и

выполняют эпитаксиальное выращивание соединения III-V в области формирования прибора, с тем чтобы сформировать структуру прибора.

11. Способ по п. 10, в котором при травлении области формирования прибора на КНИ-подложке с захороненной структурой для получения структурированного слоя оксида на второй кремниевой подложке

выполняют травление кремниевого слоя, первого слоя оксида и части второго слоя оксида первой кремниевой подложки в области формирования прибора на КНИ-подложке с захороненной структурой для получения структурированного слоя оксида на второй кремниевой подложке и структурированного слоя остановки травителя, при этом структурированный слой оксида находится под структурированным слоем остановки травителя; и

удаляют структурированный слой остановки травителя в области формирования прибора на КНИ-подложке с захороненной структурой для получения структурированного слоя оксида на второй кремниевой подложке.

12. Способ по п. 10, в котором при выполнении эпитаксиального выращивания соединения III-V в области формирования прибора для формирования структуры прибора

выращивают третий слой оксида на второй кремниевой подложке, на которой уже получен структурированный слой оксида, при этом третий слой оксида выращивают вне указанной области формирования прибора; и

выполняют эпитаксиальное наращивание указанного соединения III-V на структурированном слое оксида второй кремниевой подложки, на которой уже выращен третий слой оксида, с тем чтобы сформировать указанную структуру прибора, при этом эпитаксиально выращенное соединение III-V сращивают со второй кремниевой подложкой в структуре указанного структурированного слоя оксида второй кремниевой подложки.

13. Способ по п. 10, в котором соединение III-V содержит фосфид алюминия (AlP), фосфид галлия (GaP), фосфид индия (InP), арсенид алюминия (AlAs), арсенид галлия (GaAs), арсенид индия (InAs), антимонид алюминия (AlSb), антимонид галлия (GaSb), антимонид индия (InSb), нитрид алюминия (AlN), нитрид галлия (GaN), нитрид индия (InN), или трехкомпонентные и четырехкомпонентные соединения указанных элементов.

14. Способ по п. 10, в котором при выполнении эпитаксиального наращивания соединения III-V в области формирования прибора для формирования структуры прибора

наращивают указанное соединение III-V в области формирования прибора с помощью технологии молекулярно-пучковой эпитаксии (МВЕ), технологии химического осаждения из паровой фазы (CVD), технологии осаждения атомного слоя (ALD), или вариаций из указанных технологий, с тем чтобы сформировать указанную структуру прибора.

15. Способ по п. 10, в котором также

выполняют отжиг на КНИ-подложке с захороненной структурой, в которой уже сформирована указанная структура прибора, с тем чтобы уменьшить дефект, вызванный боковым эпитаксиальным наращиванием (ELO) соединения III-V в области формирования прибора.

16. Способ по п. 10, в котором дополнительно

формируют структуру фотоэлектрического прибора в указанной структуре прибора, при этом структура фотоэлектрического прибора является многослойной структурой.

17. КНИ-подложка, содержащая

первую кремниевую подложку;

слой оксида первой кремниевой подложки, сформированный на одной поверхности первой кремниевой подложки;

структурированный слой остановки травителя, сформированный в слое оксида первой кремниевой подложки;

вторую кремниевую подложку, сформированную на слое оксида первой кремниевой подложки.

18. КНИ-подложка по п. 17, в которой слой оксида первой кремниевой подложки содержит

первый слой оксида, сформированный на первой кремниевой подложке;

структурированный слой остановки травителя, сформированный на первом слое оксида первой кремниевой подложки, полученный путем травления слоя остановки травителя в соответствии со структурированной маской на указанном слое остановки травителя;

второй слой оксида, выращенный на указанном структурированном слое остановки травителя.

19. КНИ-подложка по п. 17, в которой материал указанного структурированного слоя остановки травителя является материалом, обладающим селективностью травления по отношению к слою оксида первой кремниевой подложки.

20. КНИ-подложка по п. 17, в которой структурный размер указанного структурированного слоя остановки травителя составляет менее 20 нм, а толщина структурированного слоя остановки травителя составляет менее 50 нм.