用于在半導(dǎo)體材料中制造層的方法和設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在半導(dǎo)體材料中制造襯底的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：在初始溫度下從第一半導(dǎo)體材料中的供體襯底（30）開(kāi)始，使供體襯底（30）的表面（31）與在高于所述初始溫度的溫度下保持在液態(tài)的第二半導(dǎo)體材料的鍍液（20）接觸，第二半導(dǎo)體材料被選擇為使得其熔點(diǎn)等于或低于第一半導(dǎo)體材料的熔點(diǎn)，在所述表面（31）上固化鍍液材料，以利用固化層使供體襯底（30）變厚。本發(fā)明還涉及用于實(shí)施所述方法的設(shè)備。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于在半導(dǎo)體材料中制造層的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在半導(dǎo)體材料中制造襯底的方法。本發(fā)明還應(yīng)用于在硅、鍺或硅鍺化合物(該列舉不限于此)中制造襯底。
[0002]本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于制造半導(dǎo)體襯底的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]存在不同方法以用于制造半導(dǎo)體襯底。這些襯底一般以晶片的形式，該晶片可以是盤(pán)形(例如，具有200或300mm的直徑)，或不同形狀。
[0004]制造方法的選擇一般取決于半導(dǎo)體材料的類(lèi)型、預(yù)期的應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)限制。
[0005]例如，為了獲得用來(lái)制造光伏電池的硅襯底，可以利用熔融硅的重新固化方法來(lái)獲得所謂的多晶體(polycrystalline)娃或多晶(mult1-crystalline)娃,其有具有優(yōu)選取向方向的粗顆粒。雖然通常想要用于微電子應(yīng)用的單晶材料，但利用該方法，不可能獲得以單晶材料的襯底。
[0006]此外，該方法不適用于從其中已形成弱化區(qū)域的供體襯底來(lái)獲得襯底。
[0007]對(duì)于一些應(yīng)用，可能實(shí)際上希望以具有受控的厚度和質(zhì)量，并且包括在襯底的厚度中的同樣受控的深度處的弱化區(qū)域的半導(dǎo)體材料形成襯底。
[0008]在本文中，以“弱化區(qū)域”表示在襯底的正面下方(對(duì)于盤(pán)，在盤(pán)的一個(gè)面的下方)延伸并且平行于該面的區(qū)域，其在襯底的厚度中的恒定深度處并且其在加熱可選地與機(jī)械應(yīng)力結(jié)合的作用下將導(dǎo)致襯底在該區(qū)域處的脫離。
[0009]所述弱化區(qū)域可典型通過(guò)將離子(例如，氫和/或氦)和/或稀有氣體嵌入到襯底中，以在其中產(chǎn)生形成弱化區(qū)域的微腔。該嵌入可通過(guò)注入或甚至通過(guò)諸如物質(zhì)擴(kuò)散的其他方法實(shí)現(xiàn)。利用所述物質(zhì)的嵌入來(lái)創(chuàng)建弱化區(qū)域的一個(gè)已知示例是Smart-Cut?工藝。在熱量平衡的作用下，微腔之后可以在襯底中建立應(yīng)力，該應(yīng)力將單獨(dú)地或與弱化區(qū)域的任一側(cè)施加的機(jī)械應(yīng)力結(jié)合而導(dǎo)致脫離。
[0010]并且，本發(fā)明的一個(gè)有利應(yīng)用是制造包括允許半導(dǎo)體材料的層的脫離的弱化區(qū)域的襯底。以這種方式，本發(fā)明允許形成厚度可以非常精確地受控(甚至在例如大約50微米的低厚度值)的層。利用本發(fā)明，還可以以非常好質(zhì)量的單晶材料制造仍具有受控厚度并且可能非常窄厚度的半導(dǎo)體材料的層。
[0011]為了制備在微電子中應(yīng)用的硅襯底，已知使用允許制造單晶硅的鑄錠(ingot)的Czochralsky提拉工藝。
[0012]利用Czochralsky工藝的拉錠可能會(huì)引起問(wèn)題,特別是如果鑄錠為大直徑(例如，300mm或450mm)。當(dāng)想要增加鑄錠的直徑并因此從其獲得襯底時(shí)，從鑄錠的固化提取潛伏熱變得越來(lái)越困難。這限制了拉錠速度。此外，可能產(chǎn)生鑄錠內(nèi)的不均勻性。
[0013]上述兩種方法產(chǎn)生硅鑄錠，其之后必須通過(guò)鋸切來(lái)切割，以獲得襯底。通常還必須處理這些襯底的表面。
[0014]這些切割和處理操作相對(duì)成本較高。[0015]此外，它們具有消耗鑄錠塊的有效部分的缺點(diǎn)。
[0016]并且，它們只會(huì)導(dǎo)致難以-甚至不能-獲得薄襯底。
[0017]例如，通過(guò)鋸切鑄錠，不可能獲得具有例如50微米厚度的薄襯底。然而對(duì)于一些應(yīng)用，諸如光伏電池的制造，可能需要窄襯底厚度。
[0018]還已知，通過(guò)在單晶起始襯底上外延生長(zhǎng)、通過(guò)例如CVD類(lèi)型的真空沉積方法、或利用分子束外延方法(MBE)來(lái)獲得單晶材料的層。在良好的控制條件下，用于通過(guò)外延生長(zhǎng)制造層的方法可生產(chǎn)良好質(zhì)量的材料。這種類(lèi)型的方法的局限性是從工藝的緩慢以及其成本產(chǎn)生的。
[0019]本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)避免或限制上述缺點(diǎn)而生產(chǎn)窄厚度(例如，50微米)和更大厚度(例如，從500到1000微米)，以及具有大橫向尺寸(例如，300mm或甚至更大的直徑)的半導(dǎo)體襯底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]為了達(dá)到以上提出的目的，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出了一種用于在半導(dǎo)體材料中制造襯底的方法，其特征在于該方法包括步驟:
[0021 ]-在初始溫度下，從第一半導(dǎo)體材料中的供體襯底開(kāi)始；
[0022]-將供體襯底的一個(gè)表面與在高于所述初始溫度的溫度下保持液態(tài)的第二半導(dǎo)體材料的鍍液(bath)進(jìn)行接觸，選擇第二半導(dǎo)體材料使得其熔點(diǎn)等于或低于第一半導(dǎo)體材料的熔點(diǎn)；
[0023]-固化在所述表面上的鍍液材料以使供體襯底增厚了固化層。
[0024]該方法的優(yōu)選(但非限定性)方面如下:
[0025].第一半導(dǎo)體材料為硅、鍺或硅鍺，
[0026].第二半導(dǎo)體材料為硅、鍺或硅鍺，
[0027].所述鍍液包含在容器中，該容器的深度對(duì)應(yīng)于固化層所需的厚度，
[0028]?根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，相比于僅校準(zhǔn)加熱以將鍍液的材料保持在液態(tài)，鍍液的材料過(guò)熱幾度或幾十度，
[0029].在還原空氣中執(zhí)行該方法，
[0030].在使供體襯底與液體表面接觸之前，將供體襯底預(yù)熱至初始溫度，
[0031].在至少等于可以執(zhí)行具有所需質(zhì)量的外延的溫度的溫度下執(zhí)行預(yù)熱，
[0032].供體襯底包括弱化區(qū)域并且預(yù)熱的溫度允許若干秒的預(yù)熱持續(xù)時(shí)間，同時(shí)避免起泡的幻象(apparition),
[0033]?在基本上為襯底的起始溫度和所需初始溫度之差的每100°C—秒的時(shí)間內(nèi)，使供體襯底從處于起始溫度下的起始狀態(tài)變成與鍍液的液體材料接觸，
[0034].襯底朝向液體表面移動(dòng)的動(dòng)態(tài)被控制成使襯底在距離液體表面非常短的距離(小于Imm)所花費(fèi)的時(shí)間最少，
[0035]?襯底接近液體表面的速度為襯底與液體表面之間的距離的倒數(shù)的遞減函數(shù)，
[0036].就在與液相接觸順序之前應(yīng)用化學(xué)處理，
[0037].所述化學(xué)處理為利用稀釋HF的脫氧，
[0038].在供體襯底的表面與液體接觸的期間，在供體襯底的表面的每一點(diǎn)處，存在襯底的局部表面進(jìn)入液體的局部角度的符號(hào)(sign)的連續(xù)性，
[0039].測(cè)量供體襯底的表面變形，以便基于這些測(cè)量，在襯底的表面的每一點(diǎn)可確定襯底與液體局部接觸的角度，其將使得能夠滿(mǎn)足以下條件:在供體襯底表面與液體接觸期間，在每一點(diǎn)處存在襯底的局部表面進(jìn)入液體的局部角度的符號(hào)的連續(xù)性，
[0040].在保持處于液態(tài)的第二半導(dǎo)體材料的鍍液中產(chǎn)生液體材料的波，并且所述波與供體襯底的表面接觸，
[0041].波相對(duì)于襯底的表面移動(dòng)的速度為大約每秒幾厘米，
[0042]?供體襯底包括通過(guò)將原子嵌入所述供體襯底的厚度中形成的弱化區(qū)域，
[0043].在實(shí)施該方法之前，執(zhí)行模擬以確保由弱化區(qū)域接收的熱量將不會(huì)產(chǎn)生任何供體襯底的起泡，
[0044].所述模擬用于驗(yàn)證積分的值:
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種用于在半導(dǎo)體材料中制造襯底的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: -在初始溫度下從第一半導(dǎo)體材料中的供體襯底(30)開(kāi)始， -使所述供體襯底(30)的表面(31)與在高于所述初始溫度的溫度下保持在液態(tài)的第二半導(dǎo)體材料的鍍液(20)接觸，所述第二半導(dǎo)體材料被選擇為使得其熔點(diǎn)等于或低于所述第一半導(dǎo)體材料的熔點(diǎn)， -在所述表面(31)上固化所述鍍液材料，以利用固化層使所述供體襯底(30)變厚。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體材料為硅、鍺或硅鍺。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體材料為硅、鍺或娃鍺。
4.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述鍍液包含在容器中，所述容器的深度對(duì)應(yīng)于所述固化層所需的厚度。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，相比于僅校準(zhǔn)加熱以將所述鍍液的材料保持在液態(tài)，所述鍍液的材料過(guò)熱幾度或幾十度。
6.根據(jù)前述權(quán)利 要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在還原大氣中執(zhí)行所述方法。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述供體襯底與所述液體表面接觸之前，將所述供體襯底預(yù)熱至初始溫度。
8.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在至少等于能夠執(zhí)行具有所需質(zhì)量的外延的溫度的溫度下執(zhí)行預(yù)熱。
9.根據(jù)前兩項(xiàng)權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述供體襯底包括弱化區(qū)域，以及預(yù)熱的溫度允許幾秒的預(yù)熱持續(xù)時(shí)間，同時(shí)避免起泡的幻象。
10.根據(jù)前三項(xiàng)權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在基本上是所述襯底的起始溫度和所需的初始溫度之差的每100°c—秒的時(shí)間內(nèi)，使所述供體襯底從在起始溫度下的起始狀態(tài)變成與所述鍍液的液體材料接觸。
11.根據(jù)前四項(xiàng)權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底朝向所述液體表面移動(dòng)的動(dòng)態(tài)被控制成最小化襯底在距離所述液體表面非常短的距離(小于Imm)處所花費(fèi)的時(shí)間。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底接近所述液體表面的速度為所述襯底和所述液體表面之間的距離的倒數(shù)的遞減函數(shù)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，就在與液相接觸順序之前應(yīng)用化學(xué)處理。
14.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)處理為利用稀釋的HF的脫氧。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述供體襯底的表面與所述液體接觸期間，在所述供體襯底的表面的每一點(diǎn)處存在襯底的局部表面進(jìn)入液體的局部角度的符號(hào)的連續(xù)性。
16.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，測(cè)量所述供體襯底的表面變形，使得基于這些測(cè)量，在襯底的表面的每一個(gè)點(diǎn)處能夠確定襯底與液體的局部接觸角度，所述局部接觸角度使得能夠滿(mǎn)足以下的條件:在所述供體襯底表面與所述液體接觸期間，在每一點(diǎn)處存在襯底的局部表面進(jìn)入液體的局部角度的符號(hào)的連續(xù)性。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在保持在液態(tài)的所述第二半導(dǎo)體材料的鍍液中產(chǎn)生液體材料的波，并且所述波與所述供體襯底的表面接觸。
18.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述波相對(duì)于所述襯底的表面的移動(dòng)速度為大約幾厘米每秒。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述供體襯底包括通過(guò)將原子嵌入所述供體襯底的厚度中形成的弱化區(qū)域。
20.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在實(shí)施所述方法之前，進(jìn)行模擬以確保通過(guò)所述弱化區(qū)域接收的熱量不產(chǎn)生所述供體襯底的起泡。
21.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述模擬用于驗(yàn)證積分的值
22.一種用于實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)的方法的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括: ?容器，所述容器用于容納所述液體鍍液， ?加熱裝置，所述加熱裝置將所述鍍液的材料變成液態(tài)并將其保持在液態(tài)。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述加熱裝置包括燈，以及所述設(shè)備包括用于單獨(dú)地調(diào)節(jié)饋送至所述加熱裝置的每個(gè)燈的功率的裝置。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述加熱裝置通過(guò)附加的加熱系統(tǒng)完成。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述附加的加熱系統(tǒng)為位于所述容器下方的通過(guò)感應(yīng)的加熱系統(tǒng)。
26.根據(jù)前三項(xiàng)權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括: -用于電絕緣所述供體襯底的裝置， -用于測(cè)量電容的裝置，所述裝置具有待與所述襯底的背側(cè)接觸的一個(gè)電極，和待與所述鍍液的材料接觸的另一個(gè)電極， -用于改變所述襯底的表面相對(duì)于所述液體鍍液的表面的傾斜的裝置。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于確定待給出的所述襯底相對(duì)于所述液體鍍液的表面的傾斜的角度的處理裝置。
28.根據(jù)前五項(xiàng)權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括: -臂系統(tǒng)(41)， -主頂起系統(tǒng)(42)，所述主頂起系統(tǒng)(42)附接在所述臂系統(tǒng)的下方， -“精細(xì)”致動(dòng)器的系統(tǒng)(43)，所述系統(tǒng)(43)附接在所述主頂起系統(tǒng)下方，所述“精細(xì)”致動(dòng)器的系統(tǒng)承載所述供體襯底， 所述臂系統(tǒng)使得能夠快速帶動(dòng)所述主頂起系統(tǒng)和所述精細(xì)致動(dòng)器，并因此使得所述襯底能夠到在例如幾mm的良好校準(zhǔn)的距離處的所述液體表面之上，所述主頂起系統(tǒng)能夠相對(duì)于所述臂系統(tǒng)垂直移動(dòng)，并且在通過(guò)所述臂系統(tǒng)被帶到所述液態(tài)表面上之后使得能夠以經(jīng)編程的速度和精度將所述供體襯底的中心降低至所述液體表面， “精細(xì)”致動(dòng)器的系統(tǒng)允許所述供體襯底的表面的角度改變，并因此允許相對(duì)于所述液體表面調(diào)節(jié)所述襯底的定向。
【文檔編號(hào)】H01L21/20GK103733306SQ201280037068
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月25日
【發(fā)明者】M·布呂埃爾 申請(qǐng)人:Soitec公司