[发明专利]在应变硅层中具有提高的结晶度的应变绝缘体上硅（SSOI）结构

说明书

技术领域

本发明总体上涉及应变绝缘体上硅(SSOI)结构。更具体地，本发明涉及一种SSOI结构，其中应变硅层具有提高的结晶度。本发明还涉及一种用于制造这种结构的方法。

背景技术

绝缘体上硅(SOI)结构通常包含操作晶片(handle wafer)、半导体器件层和位于该操作晶片和器件层之间的介电绝缘层。通过使SOI结构的器件层与操作晶片绝缘，器件层产生减小的泄漏电流和较低的电容。用于半导体器件的应变绝缘体上硅(SSOI)结构将SOI工艺的这些优点与应变硅工艺相结合，其中应变硅层提高了载流子迁移率。

应变绝缘体上硅结构可以多种方式制造或加工。例如，在一种方法中，使用本领域内已知的下列多种技术之一在绝缘体上形成松弛硅锗(SiGe)层，例如(i)注入氧分离(称为“SIMOX”，参见例如美国专利No.5436175)；(ii)晶片键合/结合，然后进行背面蚀刻；(iii)晶片键合，然后进行氢剥离层转移；或(iv)非晶态材料再结晶。在此之后，在SiGe层上外延淀积或生长应变硅层。松弛的绝缘体上SiGe层用作在Si层内引起应变的模板，所引起的应变通常大于大约10^-3。

但是，这种结构存在局限性。例如，它并不有助于生产全耗尽型应变绝缘体上半导体器件，其中绝缘材料上的层必须足够薄(例如，小于300埃)以使在器件运行期间该层完全耗尽。另外，松弛SiGe层增加了绝缘材料上的层的总厚度，从而难以实现全耗尽型绝缘体上硅器件制造所需的厚度。

如果应变SOI结构具有直接设置在绝缘材料上的应变Si层，则可缓解这种问题(参见例如公开的美国专利申请No.2004/0005740)。这可通过例如使用晶片键合和注入分离技术两者实现。特别地，例如松弛SiGe层可在一个晶片或衬底的表面上形成。然后应变硅层可通过例如外延淀积在松弛层的表面上形成。然后，可根据本领域公知的任何技术例如美国专利No.6790747内公开的工艺将氢离子注入松弛层以在其中限定分裂或分离平面。然后可将所得到的结构键合在第二晶片或衬底上，该第二晶片或衬底的表面上具有介电绝缘层，其中应变层的表面与该介电层的表面结合。一旦结合，则可将得到的结构沿该分裂或分离平面分离，以得到应变绝缘体上硅结构。

不管制备SSOI结构的具体过程如何，采用晶片键合的典型过程使用高温退火。但是，这种高温退火并不与应变材料完全相容，这是因为它可能破坏应变层的有利特性。例如，高温退火可能导致应变硅层松弛，或者可能导致Ge通过扩散从顶部SiGe层扩散到应变硅层内。相反，如果省略热退火或者在低于大约950℃的温度下执行热退火，则由于例如应变Si层的结晶结构的品质低于预期，SSOI结构的特性也会受限。

发明内容

因此，简而言之，本发明涉及一种用于制备应变绝缘体上硅结构的方法，该结构包含操作晶片、应变硅层和位于该操作晶片和应变硅层之间的介电层，该方法包括在一定温度下对该应变绝缘体上硅结构退火一段时间，以便应变硅层的结晶度与操作晶片的结晶度相差小于大约10％。

本发明的方法还包括在施主晶片的表面上形成松弛含硅层；在该松弛含硅层上形成应变硅层；在该操作晶片的表面上形成介电层；将该施主晶片的应变硅层键合到操作晶片的介电层以形成键合晶片，其中在应变硅层和介电层之间形成键合界面；沿该松弛含硅层内的分离平面分离该键合晶片，从而所述操作晶片上的应变硅层在表面上具有残余松弛含硅层；以及，蚀刻该残余松弛含硅层以从该应变硅层基本除去所述残余松弛含硅层。

在另一方面，本发明涉及一种应变绝缘体上硅结构，该结构包含操作晶片、应变硅层和位于该操作晶片和应变层之间的氧化物层，所述应变层的结晶度与操作晶片的结晶度相差小于大约10％。

本发明的其它目标和特征部分将是显而易见的，部分将在下文指出。

附图说明

图1A是施主晶片12的示意性剖视图，该施主晶片12在表面上具有松弛含硅层13和应变硅层14。松弛含硅层13中的虚线17代表其中存在的分离或分裂平面。

图1B是在与1A的晶片键合之前的操作晶片16的示意性剖视图，该操作晶片16在表面上具有介电层15。

图2是键合结构20的示意性剖视图，该键合结构是通过使施主晶片(图1A内所示)的应变硅层14的表面与操作晶片(图1B内所示)的介电层15的表面接触获得的。