[发明专利]制造用于生产三维集成结构的供体衬底的工艺及用于制造这种集成结构的工艺

说明书

本发明涉及一种用于生产供体衬底(20)的方法，所述供体衬底(20)用于制造三维集成结构(40)，所述方法包括以下步骤：‑提供半导体衬底(10)，所述半导体衬底(10)包括称为有源层的表面层(14)和包括多个空腔(12)的层(11)，所述空腔(12)在有源层下方延伸，每个空腔(12)通过隔离体(13)而与相邻的空腔分隔开，‑在与空腔(12)垂直的有源层(14)的区域(14A)中形成电子装置(15)，‑在有源层(14)上沉积保护掩膜(17)，以覆盖所述电子装置(15)，而同时暴露与每个隔离体(13)垂直的有源层的区域(16)，穿过被掩膜暴露的有源层的区域而植入原子物种，以在每个隔离体(13)中形成弱化区域(19)。

技术领域

本发明涉及称为“供体衬底”的衬底的制造，所述衬底用于生产绝缘体上半导体类型的三维集成结构。本发明还涉及一种通过将供体衬底的层转移到称为“受体衬底”的第二衬底来制造这种三维集成结构的工艺，所述三维集成结构由层(特别是设置有电子装置的层)的堆叠形成。

背景技术

三维集成结构(特别是绝缘体上半导体(SeOI)类型，特别是当半导体材料是硅时的绝缘体上硅(SOI)类型)包括多个层(特别是包括其中形成有称为“有源层”的电子装置或电路的层)的堆叠。制造这种集成结构的工艺通常特指为三维(3D)集成工艺。

在可能的集成工艺中，通过从供体衬底到受体衬底的层转移进行的3D集成使其本身成为堆叠有源层的极有前途的解决方案。

根据这种类型的工艺，在供体衬底中创建“弱化”区域，所述区域界定了待转移的层，将供体衬底粘合到受体衬底，然后将供体衬底沿着弱化区域分离，从而将层转移到受体衬底。

一种众所周知的层转移工艺是智能剥离(Smart Cut^TM)工艺，其中，通过将氢和/或氦原子植入供体衬底中的预定深度处来创建弱化区域，所述预定深度基本上对应于待转移的层的厚度。

Smart Cut^TM工艺是有利的，因为它使得可以在层转移之后将供体衬底再用于其他后续应用，并且使得可以均匀地转移薄层。

为了根据Smart Cut^TM工艺来转移非常厚的有源层，已经尝试进行了通过增加植入能量而在很深的深度植入离子。然而，植入能量越高，将要植入的离子的量必定越大，植入电流(电流密度)越低，这导致生产成本增加并且限制了该工艺的可行性。

此外，离子植入是通过将包含电子装置的供体衬底的有源面暴露于离子辐射来进行的。这种辐射导致有源层的电子装置损坏，因此有必要提供旨在修复被损坏的电子装置的额外步骤。当植入能量和将要植入的离子的量较高时，对电子装置造成的损害更大。

为了保持电子装置的电特性，可以考虑施加热预算(budget)以便去除氢并激活掺杂。但是，在这种情况下，温度必须高于700℃，这与通过堆叠有源层来制造3-D结构是不兼容的。为了降低热预算，已经设想进行固相外延生长。因此，在硅外延的情况下，可以达到略高于525℃的温度，温度仍然很高。为了达到475℃左右的温度，可以以热退火时间会大大增加并且变得明显长于24小时为代价来进一步降低热预算，这与工业生产率是不兼容的。

由于将必须小于离子的穿透深度，因此正面和背面上的电子装置的堆叠的总厚度将受到限制。然后，即使所使用的离子具有高能级，这也导致非常小的总厚度(小于或等于大约1或2微米)。

此外，待堆叠的层包括硅层，但也包括介电层和金属层。因此，进行足够深的离子植入需要高能量和很大量的植入离子，以便在以后的阶段能够良好地分离供体衬底。但是，由于离子植入电流可以随着能量而相应地减小，因此分离供体衬底和转移有源层所需的离子植入持续时间非常长，这是进行这种工艺的主要缺点。