[发明专利]通过热处理使表面平滑化的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及利用热处理对第一基板的粗糙表面平滑化的工艺，该第一基板在该表面包括基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种元素的半导体合金。

背景技术

由半导体材料制造的基板通常通过对由相同半导体材料制造的锭切片获得。切片工艺产生具有粗糙表面并且包括诸如晶格中的位错的结构缺陷的基板。也存在包含半导体材料的薄膜转移的技术，称为Smart Cut^TM。该技术通常包括三个步骤：第一步骤，离子注入氢和/或稀有气体以在初始基板中产生弱化的埋设层；第二步骤，固定初始基板与接收器基板(或者加强器)；第三步骤，热处理以在弱化区域的位置获得剥离。通过施加机械力可有助于此弱化步骤。分裂后获得的表面，特别是在转移镓砷合金(GaAs)或铟磷合金(InP)的薄层的情况下，存在大的粗糙度，与目标应用不兼容。

在切片工艺后以及在Smart Cut^TM工艺后，必需在使用(特别是用于制造微电子装置)前降低基板的表面粗糙度。表面粗糙度通常由原子力显微镜(Atomic Force Microscopy，缩写为AFM)评估。此装置能测量RMS(均方根)粗糙度，其对应于粗糙度的均方差(mean quadratic deviation)。在几个μm²的扫描表面上，RMS粗糙度量化粗糙度峰和谷的高度作为相对于平均高度的均值。除非另有说明，下面提供的粗糙度值为通过AFM在5μm x5μm的扫描表面测量的RMS。

为了降低半导体材料基板的表面粗糙度，化学机械抛光(CMP)是微电子领域中最广泛采用的方案之一。然而，该方案是冗繁的，并且对于非常粗糙的表面需要相对长的实施时间。为了降低基板的粗糙度，也可实施采用热平滑化的可替换方案。此方案包括在高温下执行基板的热处理。该热处理能使表面原子被给予一迁移率，这能使表面能量减小而降低粗糙度。此方案主要用于硅基板。然而，此热平滑化技术对半导体合金基板(例如由GaAs或由InP制造的基板的调换)尚且难以实现。

实际上，当在高温下执行热处理时，对于GaAs和InP典型地在500℃以上，这些半导体合金可以分解。这一现象可通过在特定的气氛中执行热处理而避免。Smith等人在标题为“Surface topography changes during the growth of GaAs by molecular beam epitaxy”，Applied Physics Letters,59(25),(1991)的文章中，例如描述了在包含砷的气氛中采用热处理以改善GaAs基板的粗糙度。然而，这种类型的热处理要求处理危险气体，例如砷(AsH₃)，并且意味着必须建立昂贵的特定设备。

法国专利申请FR 2867307还描述了在通过Smart Cut^TM工艺获得分裂步骤后执行特定热处理以加热晶体结构。此工艺应用于所有的半导体材料，特别是基于硅锗合金(SiGe)的半导体。此热处理也具有平滑化分裂后获得表面的效果尽管表面仍处于接触中。在执行该热处理时必须预防接触，特别是在热预算(热处理时间和温度耦合)方面，从而防止接触的两个表面以不可逆的方式彼此再接合。此外，由于表面在分裂后仍保持接触，划痕可能呈现在表面上。实际上，划痕可能源自面对的表面之间发生分裂时出现的材料的峰或粒子的存在。

发明内容

在某些微纳米技术领域中，需要提供基板，该基板至少在表面上呈现基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种元素的半导体合金，具有根据工艺获得的平滑表面，该工艺容易实施、不昂贵且避免采用危险气体。

此需求倾向于通过提供一种方法而满足，该方法用于平滑化半导体合金制造的第一基板的粗糙表面，半导体合金基于选自Ga、As、Al、In、P和N的至少两种元素，其中第二基板放置为面对第一基板使得第一基板的粗糙表面面对第二基板的表面。两个基板分开的距离d至少等于10μm，第一和第二基板的面对部分因此限定限制空间。所述平滑化方法还包括第一基板的加热步骤，从而部分地解吸所述合金的一种元素并在限制空间中达到此元素的饱和蒸气压，并且获得足以降低粗糙表面的粗糙度的表面原子迁移率。

附图说明

其它的优点和特征从下面本发明特定实施例的描述将变得更加清楚明显，本发明的具体实施例仅以非限制性示例的目的给出且表示在附图中，其中：

图1示意性地示出了通过接近帽的基板热处理方法的实施例的截面图；