[发明专利]半导体基板表面制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备半导体基板的表面的方法，更特别是涉及一种提供无氧化物(oxide-free)的半导体基板表面的方法。

背景技术

对于某些应用而言，必须提供已去除了自然氧化物层的半导体基板。例如，一种这样的情况出现在所谓的直接硅键合(Direct Silicon Bonding，DSB)技术中，在这种技术中，通常将第一基板的(100)硅表面直接键合到第二基板的(110)硅表面上，而不会介入氧化物层。为了能够成功键合这两个基板，重要的是在键合界面处去除所有可能的氧或氧化物的源，以防止产生会限制所获得的DSB基板的质量的氧化物或氧沉淀物。例如，键合表面存在这样的氧沉淀物或氧化物将造成低键合能，导致两个键合基板之间的粘接力不足。

相同类型的问题也出现在形成应变硅层的工艺中。为了产生应变硅层，人们通常开始于单晶硅支撑基板，在该基板上经由缓冲层产生弛豫的硅锗(SiGe)层。该缓冲层是具有不同晶格参数的两种结晶结构之间的中间层，在一个界面的区域中具有与第一结构(硅基板)大致相同的晶格参数而在其他界面的区域中具有与第二结构(弛豫的SiGe层)大致相同的晶格参数。通常，缓冲层是SiGe层，在SiGe层中锗含量逐渐地或阶跃式地随着厚度而增加。然后，在弛豫的缓冲层上生长薄的第二层(通常厚度大约200)，这使其晶格常数适应于下面的弛豫SiGe层的晶格常数，并成为应变硅层(sSi)。与前面的情况一样，应变硅层的结晶质量受到在弛豫SiGe层的表面上存在氧或氧化物的消极影响。

在现有技术中，上述问题的解决方案在于HF处理，该HF处理导致疏水表面状态，这避免了自然氧化物层的生长。但是，可以看到，即使利用HF处理，在DSB应用中也仅获得了较低的键合能，并且应变硅层应用仍然存在缺陷，例如所谓的“水印”。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的半导体基板表面制备方法，利用该方法可以在DSB应用中增加键合能，并且利用该方法可以按照提高的结晶质量来获得应变硅结晶层。

利用根据权利要求1的方法来实现该目的。根据该方法，在从半导体基板的表面上去除氧化物(步骤b)之前，预先执行将自然氧化物转变为人工氧化物的额外步骤(步骤a)。

令人惊讶地发现，通过将自然氧化物转变为人工氧化物随后去除人工氧化物，获得了超疏水表面，从而与使用直接应用于自然氧化物的HF处理的表面制备方法相比可以更好地抑制自然氧化物层的生长。

优选地，步骤b)可以是还原步骤，特别是为液体处理，更特别是为HF处理。因而，可以使用与现有技术相同的化学还原处理来去除氧化物，并且可以获得有关表面制备的上述改善。

另选或另外地，步骤b)可以包括气体处理，特别是为还原等离子体或还原气氛中的热处理，以除去人工氧化物。利用干式处理，基板表面上的氧量也可以被还原，与液体处理相比已观察到改善的键合结果。

有利地，还原等离子体可以包括还原气体等离子体和惰性气体等离子体。惰性气体的添加得到了与没有惰性气体相比改善了的表面粗糙度质量，由此处理基板的键合能力得到了进一步提高。因此，例如包括氢和氩的还原等离子体适合于实现本发明的方法。

根据优选实施方式，半导体基板可以是(110)硅或(100)硅基板或具有SiGe缓冲层以及SiGe弛豫层或应变硅层的硅基板。对于这种半导体基板，本发明的方法得到了改善的疏水表面。

有利地，可以执行步骤a)，从而将自然氧化物变成化学计量的(stoechiometric)二氧化硅。因而，不是对自然氧化物(其成分是不稳定的)进行处理，现在通过将自然氧化物变成化学成分已知的人工氧化物，即二氧化硅，可以应用最优化的氧化物去除处理，从而可以获得上述改善的疏水表面。

优选地，本发明的方法还包括：步骤c)，在无氧化物基板表面上提供应变硅(sSi)层。得益于改善的疏水表面，特别是应变硅层下面的上述弛豫SiGe层，可以改善应变硅层的表面质量。

根据又一有利的变体，本发明可以包括：步骤d)，将该半导体基板以其无氧化物基板表面侧，特别是通过键合而附接到第二半导体基板上。与上面已提到的一样，由于去除人工氧化物之后改善了疏水表面质量，所以可以优化键合能。

优选地，第二半导体基板也可以根据本发明方法来处理。因而，由于两个表面都被优化，键合能可进一步提高。

附图说明

图中示出了本发明的优选实施方式，下面将详细地解释。

图1a-1c例示了根据本发明的第一实施方式。

图2a和2b例示了应对直接硅键合的第二实施方式。