用于從單晶襯底轉移層的方法與流程
本發明涉及用于將層從稱為施主襯底的單晶襯底轉移至稱為受主襯底的另一襯底的方法，以及通過這種方法獲得的結構。
背景技術：
單晶襯底，特別是由諸如硅的半導體材料制成的單晶襯底，通常用于微電子領域。
通常地，從晶錠開始獲得這種襯底。
更準確地，這些襯底的制造包括以下步驟：
-例如，通過柴可拉斯基(Czochralski)法從晶種開始晶錠的生長，種子的定向決定晶錠的晶體定向，
-將晶錠切成多個區段，沿著基本上垂直于晶錠的軸線的平面執行所述切割，
-在每個區段的外周形成凹口，所述凹口在該區段的軸向上延伸，
-將每個區段切成多個晶圓，沿著基本上垂直于該區段的軸線的平面執行所述切割，
-執行精加工晶圓的處理，可以特別地包括拋光、清洗、和/或外周倒角的形成，以形成獨立的襯底。
這種單晶襯底的應用是從之后稱為“施主襯底”的該襯底將層轉移至稱為“受主襯底”的另一襯底上。用于這種轉移的已知的技術是智能切割(Smart CutTM)法，其中，通過在施主襯底內注入，創建限定將被轉移的層的弱區域，施主襯底被接合至受主襯底上并且該襯底以將所述層轉移至受主襯底上的方式沿著弱區域分離。
接著該轉移，與施主襯底的已經接合至受主襯底的表面相反的被轉移層的自由表面呈現出需要精加工處理步驟的高粗糙度。
確實，該粗糙度對形成在被轉移層中或被轉移層上的電子器件的性能特性有很大的影響。例如，高粗糙度導致在該層中或該層上制造的晶體管的閾值電壓的顯著變化。
為了修復該表面，已知的解決方法是應用旨在使表面平滑的各種精加工工藝，尤 其是熱退火。
然而，被轉移層的粗糙度不是最佳的并且需要被減小以改善打算在被轉移層中或被轉移層上制造的器件的性能特性。
技術實現要素：
本發明的一個目的是設計一種使得被轉移層的自由表面的粗糙度顯著減小的層轉移方法。
因此，本發明提供了一種用于將層從稱為施主襯底的單晶襯底轉移至受主襯底上的方法，所述方法包括以下步驟：
-提供單晶施主襯底，所述襯底具有在晶體的第一方向定向的凹口和限定將被轉移的層的弱區域。
-將單晶施主襯底接合至受主襯底上，相對于將被轉移的層與弱區域相反的施主襯底的主表面位于接合界面處，
-沿著弱區域分離施主襯底。
根據本發明，在接合至受主襯底上的主表面上，施主襯底具有基本上在晶體的不同于所述第一方向的第二方向上延伸的原子臺階的陣列。
短語“基本上在晶體的單一方向上延伸的原子臺階”，換言之，原子臺階基本上是一維的，應該理解為意味著，臺階在所述方向上的長度相對于所述臺階在正交方向上的長度是大的，換言之，所述長度之間的比率大于或等于2。例如，在硅襯底的情況下，認為在一個方向上具有大于0.6μm的長度和在另一方向上具有小于0.3μm的長度的臺階基本上是一維的。
憑借該方法，當施主襯底具有在一個方向上延伸的凹口使得在所述方向上單晶區段的切割的傾斜度將在襯底的表面處產生二維臺階時，就當在施主襯底的表面處的臺階是二維時源于具有基本上一維臺階的施主襯底的被轉移層的自由表面的修復而言，獲得更好的結果。
有利地，在所述第二方向上的原子密度大于在第一方向上的原子密度。
通常地，臺階在晶體的所述第二方向上具有的長度是在垂直于所述第二方向的另一方向上的長度的至少兩倍。
根據一個實施方式，將被轉移層的厚度大于或等于150nm。
優選地，施主襯底具有帶有心立方、面心立方或金剛石結構的晶格。
根據一個實施方式，通過切割單晶錠的區段獲得施主襯底，僅在晶體的第二方向上以一個傾斜度進行切割。
例如，所述區段的主表面是在具有法向<100>的平面內，凹口相對于方向<110>以45°的角度定向并且僅以方向<110>上的傾斜度按照原子臺階基本上在所述方向<110>上延伸的這種方式進行切割。
根據一個優選的實施方式，施主襯底由硅制成。
另一方面涉及一種在襯底上包括單晶層的結構，單晶層具有在晶體的第一方向上定向的凹口，其特征在于，與襯底相反的所述單晶層的主表面具有基本上在不同于所述第一方向的晶體的第二方向上延伸的原子臺階的陣列。
通常，所述臺階在所述晶體的第二方向上具有的長度是垂直于所述第二方向的另一方向上的長度的至少兩倍。
根據一個實施方式，單晶層具有帶有心立方、面心立方或金剛石結構的晶格。
根據一個具體的實施方式，單晶層由硅制成。
例如，凹口相對于晶體的方向<110>以45°的角度定向并且原子臺階基本上在所述方向<110>上延伸。
根據一個實施方式，單晶層的厚度大于或等于150nm。
附圖說明
本發明的其它特征和優勢將從以下參照附圖更詳細的說明變得顯而易見，其中：
-圖1A和圖1B分別是具有在晶體的方向<110>上定向的凹口和相對于所述方向<110>以45°定向的凹口的單晶硅(100)的區段的頂視圖，
-圖2A是在硅襯底的表面處的一維臺階的立體圖；圖2B是所述臺階的截面圖，
-圖3是在硅襯底的表面處的二維臺階的立體圖，
-圖4A至圖4C示出了用于將層從單晶施主襯底轉移至受主襯底上的方法的連續步驟，
-圖5A和圖5B分別示出了針對呈現出2D臺階和1D臺階的施主襯底，在應用平滑退火之后被轉移層的自由表面的峰-谷幅度，
-圖6A和圖6B分別示出了針對呈現出2D臺階和1D臺階的施主襯底，在應 用平滑退火之后被轉移層的自由表面的粗糙度的標準差。
具體實施方式
本發明利用由發明人在單晶襯底的表面處的晶格的形態(一維或二維臺階)與被轉移單晶層的自由面的修復的質量之間建立的聯系。如下文中所解釋的，如在單晶襯底的表面上一樣，在被轉移層的自由表面上發現相同的形態。然而，發明人已經發現在將層從施主襯底轉移至受主襯底上之后應用的熱處理工藝期間，單晶材料的重構隨被轉移層的自由表面的形態呈現出不同的質量。這些熱處理工藝特別地是涉及約1100℃至1250℃的溫度的平滑退火工藝。
相對于晶錠的晶格的凹口的位置由包括被轉移層的襯底終端用戶施加，換言之，通常，將在被轉移層中或被轉移層上形成的電子組件的制造商。
根據該情況，可以在晶體的給定的方向上(例如，在硅(100)的情況下，在<110>的方向上)或在相對于所述給定的方向45°的方向上定向凹口。
凹口可以具有等腰三角形橫截面，并且凹口的定向由所述三角形的中線來限定。可以通過對電荷載流子遷移率的要求(其中，根據討論中的方向，所述遷移率可以是不同的)和/或與稍后執行的工藝相關聯的約束條件(例如，根據執行蝕刻步驟的襯底的晶體定向，蝕刻步驟可以給出不同的結果)來指示凹口的定向。
在也由本發明覆蓋的其它情況中，凹口由在施主襯底的圓周上形成的平面組成。
實際上，區段的切割不是根據與襯底的晶面嚴格對應的平面來執行，而是以在所述晶面的一個或兩個正交方向上的輕微的傾斜度來執行。該切割方法旨在控制襯底的表面的形態。
圖1A和圖1B是具有呈現出金剛石結構的來自元素周期表的IV族的單晶材料(例如，硅或鍺)的區段的法線方向<100>的平面的頂視圖。
在圖1A的情況中，區段具有在晶向<1 1 0>(換言之，晶體的共價鍵定向的方向)上定向的凹口N。
在圖1B的情況中，區段具有相對于由正交軸X和Y表示的晶向<110>45°(換言之，在方向<100>上)定向的凹口。
出于附圖的可讀性的原因，未按比例示出凹口。
在襯底的制造期間，針對X軸和Y軸中的每個指定相對于晶體平面的法線的切 割的傾斜度。
如圖2A(立體)和圖2B(橫截面)所示，當傾斜度僅存在X軸上時(因此，在Y軸上的傾斜度為零)，襯底的表面S呈現出在方向X上平行于Y軸的一系列的臺階，臺階的高度h通常對應襯底的材料的晶格參數。然后，這些臺階被稱為一維(由縮寫1D表示)臺階；傾斜度α的角度越大，臺階在X方向上的長度l越短。
如圖3所示，當在兩個軸X和Y上均存在傾斜度時，襯底的表面S呈現出平行于兩個軸X和Y的二維(2D)臺階的陣列。如上文所示，沿著一個軸的傾斜角越大，臺階在該方向上的長度越短。
當襯底旨在接收外延層時，呈現出1D臺階的表面是理想的[1]。這是因為，在2D臺階的垂直邊緣之間的交叉處，所述臺階呈現出可以在外延層中產生缺陷的奇異點。
結果，通常以沿著單一軸線的傾斜度執行切割，沿著另一軸線的傾斜度基本上為零。
然而，這證明了區段的切割被索引至凹口，換言之，襯底的制造商不認為軸X和Y是晶向，而是認為凹口的軸線和正交于所述凹口的軸線是晶向。
當沿著切割生成1D臺階的晶向定向凹口時(圖1A的情況)，在所述方向上發生切割的傾斜。因此，如圖2A中示意性地示出的，獲得1D臺階的陣列。
與此相對，當凹口相對于切割生成1D臺階(圖1B的情況)的晶向以45°定向時，在切割之后獲得的襯底的表面呈現出諸如圖3中示意性地示出的2D臺階的陣列。
發明人已經觀察到，當已經以在生成1D臺階的晶體的方向上的傾斜度切割施主襯底時比當已經以在與凹口的定向對應的單一方向上的傾斜度切割施主襯底(然后生成2D臺階)時更容易修復被轉移層的表面。
該現象似乎可以通過以下事實解釋：單晶層的自由表面在該單晶層轉移至受主襯底上之后呈現出與施主襯底的表面的臺階的陣列類似的臺階的陣列，該施主襯底的表面對應于與自由面相反的表面。換言之，被轉移層的自由表面具有與來自于單晶區段的切割的相對表面相同的傾斜度，由于切割的傾斜度的原因，整個單晶體是取向混亂的。
此外，單晶層的自由表面的形態影響通過平滑退火獲得的表面的修復質量。確實，當所述表面呈現出2D臺階的陣列時從平滑退火得到的粗糙度實質上比當該表面呈現 出1D臺階的陣列時從平滑退火得到的粗糙度更高。
假定在斷裂之后被轉移層的自由表面的高頻粗糙度非常大，不考慮施主襯底的主表面的形態(后者等效于低頻粗糙度)，對修復的質量的形態的這種影響是不期望的。
轉移執行以下步驟。
參照圖4A，提供具有限定將被轉移的層11的弱區域10的施主襯底1。施主襯底1是單晶體并且具有在切割的傾斜度將產生2D臺階的方向定向(通常相對于切割的傾斜度將產生1D臺階的晶體方向45°定向)的凹口(未示出)。施主襯底1不必須是塊狀襯底：其可以包括多層各種單晶(或其它)襯底，多層各種單晶襯底中的至少一層包括將被轉移的單晶層，后者襯底具有所述凹口。
例如，在來自元素周期表IV族的具有金剛石結構的單晶材料(例如，硅或鍺)、具有法向<100>的襯底情況下，相對于方向<110>45°定向凹口，換言之，在方向<100>上定向凹口，并且在方向<110>上執行切割。
在相對于將被轉移的層與弱區域相反的施主襯底的主表面12上，施主襯底呈現出基本上一維原子臺階(換言之，基本上在晶體的單一方向上延伸)的陣列。
為了該目的，通過以在所選的晶體的單一方向上的傾斜度執行切割單晶錠的區段，來獲得施主襯底以便產生1D臺階。因此，該測量方法與相對于生成2D臺階的凹口傾斜該切割的通常方法形成對比。
通過在施主襯底的給定深度處注入原子粒種有利地形成弱區域，以便執行智能切割(Smart CutTM)法。在這個問題上，可以參考文件US 5,374,564。然而，可以執行用于使施主襯底的弱化的其它技術，尤其是諸如文件US 2003/0087503中描述的LTRANTM方法。
參照圖4B，將施主襯底1接合至受主襯底2上，相對于將被轉移的層與弱區域相對并且具有基本上一維的臺階的施主襯底的主表面12位于接合界面處。在接合界面的側面上，施主襯底和/或受主襯底可能地被涂有電介質的層。
在施主襯底和受主襯底已經接觸以后，接下來可以進行用于加固粘附的熱處理。
參照圖4C，沿著弱區域分離施主襯底。在該步驟之后，層11保持接合至受主襯底2上，分離并且可能重新使用施主襯底的剩余部分13。可以通過在弱區域的水平面上斷裂施主襯底來執行分離，其中，例如可以機械地或熱地產生所述斷裂。
被轉移至受主襯底2上的層11的自由表面14呈現出一維原子臺階，類似于在施 主襯底的主表面上觀察到的原子臺階。
被轉移層的厚度通常大于或等于150nm。
隨后，執行熱退火旨在使被轉移層的自由表面平滑(未示出步驟)。在1100℃和1250℃之間的范圍內的溫度下執行退火持續幾分鐘的時間。
在適當情況下，可以執行用于精加工被轉移層的自由表面的其它步驟(諸如，拋光步驟、清洗步驟等)。
如可以從圖5A至圖5B和圖6A至6B中所見，平滑退火在呈現出利用本發明獲得的一維臺階的陣列的自由表面上比在自由表面呈現出二維臺階的陣列的情況下更有效。
圖5A和圖5B分別示出了，針對具有法向<100>、呈現出2D臺階(已經在相對于生成1D臺階的方向45°定向的凹口的方向上切割的晶錠的區段)和1D臺階(根據本發明，已經在生成1D臺階的晶體的單一方向(因此相對于凹口的定向呈45°)上切割的錠晶的區段)的施主硅襯底，在應用諸如上文描述的平滑退火之后被轉移層的自由表面的粗糙度的峰-谷幅度。通過利用88×66μm2的場的DRM(微分反射顯微鏡的縮略)技術執行粗糙度的測量。
在2D臺階情況下，平均峰-谷為并且在1D臺階情況下，平均峰-谷為意味著由于本發明，減小了20％。
圖6A和圖6B分別示出了針對顯示2D臺階和1D臺階的施主襯底，在應用平滑退火之后被轉移層的自由表面的粗糙度的標準差。
在2D臺階情況下，平均標準差為并且在1D臺階情況下，平均標準差為或由于本發明或減小約17％。
參考文獻
US 2009/0304994
US 5,374,564
US 2003/0087503
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