[发明专利]用于在绝缘体上硅晶圆中溶解埋置氧化物的方法

说明书

本发明涉及一种用于在绝缘体上硅晶圆中溶解埋置氧化物的方法，该方法包括以下步骤：设置绝缘体上硅晶圆(100、300、400、500)，该绝缘体上硅晶圆具有经由埋置氧化物层(102、302、402、502)附接至载体衬底(103、303、403、503)的硅层(101、301、401、501)，并且对所述绝缘体上硅晶圆(100、300、400、500)进行退火以至少部分地溶解所述埋置氧化物层(102、302、402、502)。本发明方法还包括在所述退火步骤之前在所述硅层(101、301、401、501)上或上方设置氧清除层(104、304、404、504)的步骤。

技术领域

本发明涉及通过对绝缘体上硅(SOI)晶圆进行退火的埋置氧化物溶解方法。

背景技术

为了对具有超薄埋置氧化物(BOX)层(即，具有厚度大约50nm或更小的BOX层)的绝缘体上硅(SOI)晶圆进行多项改进，特别是为了使能利用比最终目标更厚的氧化物实现粘合(为了减少缺陷)，并且为了提高BOX的电气可靠性，已知将SOI晶圆提交至BOX溶解退火步骤。

通常情况下，已知在环境大气中氧的存在高于某一阈值可阻止发生溶解过程。因此，在已知的BOX溶解方法中，有必要使用闭氧的炉子以确保退火环境大气中的低氧分压。

另外，如果SOI晶圆具有薄硅层，例如，具有厚度大约150nm或更小的硅层，那么在高温退火期间，已知可发生所谓的去润湿(de-wetting)或硅球化(silicon ball-up)现象，由此晶圆变得不再可用。因而，在已知的BOX溶解方法中，有必要在BOX层的顶部上设置具有厚硅层(通常厚度大约200nm)的SOI晶圆。

此外，已知的BOX溶解方法受到来自BOX层的氧扩散通过硅层的限制，从而通过从SOI晶圆表面邻域去除SiO，已知会导致最终层厚度的不均匀性。具体来说，如WO 2014/155166 A1中所公开的，在已知的BOX溶解方法中，残余氧含量必须低于10ppm。而且，已知的BOX溶解方法需要高温(通常为1150℃至1200℃)。在这方面，关于温度均匀性或气流适应性的炉子的具体设计已知可提供部分解决方案，但这意味着已知的BOX溶解方法的动力学取决于具体的炉设计。换句话说，非闭氧的标准炉无法与已知的BOX溶解方法一起使用。

而且，通常已知BOX溶解反应是纯时间控制的，并且已知反应速度与温度有关。从而，最终的溶解厚度取决于本地温度，已知会导致额外的不均匀性。

在金属氧化物半导体(CMOS)集成技术中，高电容率(permittivity)或高介电常数(高k)材料通常被用于氧化物栅极电介质以防止漏电流。界面层清除，即，直接在氧化物栅极电介质上淀积氧清除层，是利用更高k氧化物的已知替代品(Ultimate Scaling ofHigh-k Gate Dielectrics:Higher-k or Interfacial Layer Scavengingby T.Ando；Materials,2012,Vol.5,p.478-500)。

界面层清除的示例可以在US 2010/0244206 A1中找到，其公开了一种形成具有界面氮化的高k金属栅极晶体管(MOSFET)的方法，以调制阈值电压并改善驱动电流。该文献公开了一种高k介电栅极结构，其包括：衬底、衬底上的氮化界面层、氮化界面层上的高k介电层，以及高k介电层上的氧清除层。在本文所公开的方法中，在高k介电层上淀积氧清除层之后执行退火。

发明内容

鉴于前述问题，本发明的目的是，提供一种改进的BOX溶解方法，还在SOI晶圆具有薄硅层时，特别允许执行BOX溶解退火步骤，即，当SOI晶圆的硅层的厚度低于150nm甚或更低时，并且可能不需要闭氧炉或专门设计的高温炉。