[发明专利]一种用于制造半导体衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造半导体衬底的方法，特别涉及一种绝缘体上半导体(SOI)衬底，该SOI衬底包括附加掺杂层(特别是外延层)，适用于例如图像传感器的光电应用。

背景技术

在光电子学中，需要专用的衬底用于例如图像传感器，诸如背照式CMOS图像传感器(BCIS)，它们可以应用于摄像机或照相机。在这些衬底中，光子可以由形成在SOI衬底的器件层中的图像传感器收集。在一些器件中，包含图像传感器的SOI器件层被转移到最终衬底以暴露传感器的背面及便于有效收集光子。

在现有技术中，采用n型施主衬底制备这种专用的SOI衬底，以形成传统的Smart Cut^TM技术中的n型SOI层。这种方法典型地包括以下步骤：提供施主衬底(如硅片)，在施主衬底上提供绝缘层，以及通过将原子或离子(如氦或氢离子)注入到施主衬底来实现在施主衬底内部生成预定分离区域。在接下来的步骤中，将施主衬底键合到基础衬底(例如另外的硅片)上，使得绝缘层被夹在处理衬底及施主衬底之间。接着，紧随对预定分离区域的热和/或机械处理之后，在预定分离区域处将施主衬底的剩余部分与从键合的施主-基础衬底分离。结果，获得绝缘体上半导体(SOI)衬底。

然而，SOI衬底生产线中不同于第二类型掺杂物(例如p型)的第一类型掺杂物(例如n型)衬底的使用，会导致从具有在标准SOI衬底中使用的第二类型杂质掺杂物浓度的施主晶片到具有第一类型目标掺杂类型的其它晶片的交叉污染。甚至更坏的是，如果用于光电应用的专用衬底需要与标准衬底(例如p型(硼))相比不同类型的掺杂物(例如n型掺杂物(磷))，则该n型掺杂物可能污染生产线，由此降低标准SOI衬底的质量。这样导致在n型SOI晶片及标准p型SOI晶片中都不能得到满意的掺杂物分布。

在这种情况中空气污染带来的表面污染是需要特别注意的。在没有专门化学过滤的标准洁净室环境中，在约30分钟至2小时内通常具有1至几×10¹²原子/cm²范围内的硼或磷表面污染，这取决于空气循环速率。通过扩散，那些不需要的元素扩散进入衬底中，导致10¹⁶原子/cm³量级的体污染，当以n型或p型层作为目的时这是特别的问题。

另外，在Smart Cut^TM工艺过程中的后续的退火步骤中，反掺杂层的掺杂物扩散，更进一步地损坏衬底。

此外，与具有p型掺杂物结构的专用衬底相比，具有n型掺杂物的专用衬底显示了相当高密度的缺陷。这与其上将要生长附加外延层的n型原始衬底具有比p型衬底低的质量的事实有关，特别关于COP缺陷。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种可以克服污染问题的用于制造具有附加层的绝缘体上半导体衬底的方法。

使用根据权利要求1用于制造半导体衬底的、特别是绝缘体上半导体衬底的方法实现该目的。因此，该方法包括以下步骤：a)提供具有第一杂质类型的第一杂质浓度的第一半导体衬底，b)使第一半导体衬底经受第一热处理，从而降低与第一半导体衬底的一个主表面相邻的改性层中的第一杂质浓度，c)将具有降低的第一杂质浓度的改性层至少部分地转移到第二衬底上，从而获得改性的第二衬底，以及d)特别是通过外延生长，提供一具有不同于第一杂质类型的第二杂质类型的第二杂质浓度的层。

通过提供与最终衬底相比具有不同杂质类型的开始衬底，人们可以使用同一条生产线来将一个层从第一衬底转移到第二衬底，即使最终衬底与通常在同一条生产线制造的衬底相比具有不同种类的杂质也不会冒污染的危险。

此外，人们可以独立于最终杂质类型来选择具有更好质量的衬底作为开始材料。

术语“杂质类型”涉及n型或p型杂质。这里第二杂质类型的原子可以直接在附加层生长期间或者之后提供。

优选地，执行步骤d)，使得转移层具有第二杂质类型的第三杂质浓度。这也可以通过无意的扩散实现，或者通过自掺杂(因此，是有意的工艺)来实现。因此，转移层在该工艺期间改变它的杂质类型，并且它可以使最终的掺杂物分布符合期望应用的需要。

有利的是，该方法可以进一步包括在步骤c)之后且在步骤d)之前的附加步骤e)，该附加步骤e)用于使改性的第二半导体衬底经受第二热处理。这将进一步降低转移层中的第一杂质类型的掺杂物浓度。因此，即使在转移工艺期间，靠近第一衬底表面的层发生再次污染，这些污染物也可以在提供具有第二杂质浓度的层之前的第二热处理期间扩散出来。