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Dokumentenidentifikation DE69231328T2 22.02.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0533551
Titel Verfahren zur Herstellung dünner Schichten aus Halbleitermaterial
Anmelder Commissariat à l'Energie Atomique, Paris, FR
Erfinder Bruel, Michel, F-38113 Veurey, FR
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69231328
Vertragsstaaten BE, DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 15.09.1992
EP-Aktenzeichen 924025208
EP-Offenlegungsdatum 24.03.1993
EP date of grant 09.08.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2001
IPC-Hauptklasse H01L 21/265
IPC-Nebenklasse H01L 21/76   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung dünner Schichten aus Halbleitermaterial, das sich vorzugsweise zum Herstellen monokristalliner Dünnschichten eignet.

Bekanntlich gibt es zur Erzeugung monokristalliner Halbleiter-Dünnschichten mehrere Methoden und Verfahren, deren Anwendung oft komplex und teuer ist, denn es ist sehr viel schwieriger, Dünnschichten aus monokristallinem Material herzustellen als solche aus polykristallinem oder amorphem.

Von den Verfahren zur Herstellung monokristalliner Dünnschichten kann man einige nennen, die für die Herstellung der sogenannten "Silicium-auf-Isolator"-Substrate angewandt werden, bei denen das angestrebte Ziel die Herstellung einer monokristallinen Siliciumschicht ist, die auf einem Substrat ruht, das elektrisch von der Schicht getrennt ist.

Die Heteroepitaxie-Methoden ermöglichen durch kristallines Wachstum einen Kristall, z. B. aus Silicium, als Dünnschicht auf einem monokristallinen Substrat von anderer Art aufwachsen zu lassen, dessen Maschenparameter dem des Siliciums nahe kommt, z. B.: Substrate aus Saphir (Al&sub2;O&sub3;) oder Kalziumfluorid (CaF&sub2;). (S. Ref. 5).

Ein Verfahren mit dem Namen "SIMOX" (in der Literatur übliche Bezeichnung) nutzt die Ionenimplantation mit einer starken Sauerstoffdosis in einem Siliciumsubstrat, um in dem Siliciumvolumen eine Siliciumoxidschicht zu erzeugen, die eine dünne Schicht aus monokristallinem Silicium von der Masse des Substrats trennt. (S. Ref. 1).

Andere Verfahren wenden das Prinzip der Verdünnung einer Platte mittels mechanisch-chemischer oder chemischer Abrasion an; die leistungsstärksten Verfahren dieser Kategorie wenden außerdem das Prinzip der Ätzstoppbarriere an ("etch-stop" in angelsächsischer Terminologie), die den Verdünnungsprozess der Platte stoppt, sobald die gewünschte Dicke erreicht ist, und die folglich eine Dickenhomogenität garantiert. Diese Technik besteht z. B. darin, das Substrat des n-Typs über die erwünschte Dicke der zu erzeugenden Dünnschicht einer p-Typ-Dotierung zu unterziehen und das Substrat chemisch anzugreifen mit einem für das Silicium des n-Typs aktiven und für das Silicium des p-Typs inaktiven chemischen Bad. (S. Ref. 2, 3).

Durch das Dokument Applied Physics Letters, Vol. 55, Nr 21, 20.11.89, SS. 2223- 2224, ist ebenfalls ein Verfahren zur Bildung eines in einem Halbleitersubstrat vergrabenen Isolierbereichs bekannt, das die Erzeugung von Mikrogasblasen durch eine Protonenimplantation, gefolgt von einer Wärmebehandlung, umfasst. Das Dokument GB-A-2 211 991 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer mittels Ionenimplantation in einem Halbleitersubstrat vergrabenen Schicht, dielektrisch oder von hoher Resistivität. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt der Implantatation von Wasserstoff- oder Inertgas- Ionen, um in dem Substrat Bläschen und/oder Vakuen zu bilden. Es folgt ein zweiter Implantationsschritt mit Sauerstoff- oder Stickstoffionen, um zunächst die Bläschen und/oder Vakuen in dem Substrat zu stabilisieren und dann eine Oxid- oder Nitridschicht zu bilden, die die Bläschen und/oder Vakuen in dem Substrat miteinander verbindet. Dieses Dokument lehrt (Seite 4, Zeilen 5 bis 11), dass es eine Obergrenze der Wasserstoff- oder Heliumionen gibt, die nicht überschritten werden darf, um zu vermeiden, dass die Bläschen und/oder Vakuen zusammenwachsen und einen kontinuierlichen Fehler bilden, der zur Ablösung des oberen Bereichs des Siliciumsubstrats führen würde. Das IBM-Dokument "Technical Disclosure Bulletin", Vol. 29, Nr. 3, August 1986, S. 1416, beschreibt ein Ionenimplantationsverfahren zur Erzeugung einer vergrabenen Isolierschicht unter der Oberfläche eines Halbleiters. Die implantierten Ionen sind Wasserstoff- oder Edelgasionen, vorzugsweise Wasserstoff- oder Heliumionen.

Die hauptsächlichen Anwendungen der monokristallinen Halbleiter-Dünnschichten sind die Silicium-auf-Isolator-Substrate, selbsttragende Silicium- oder Siliciumkarbid- Membranen zur Herstellung von Röntgenstrahlenlithographie-Masken, Sensoren, Solarzellen sowie integrierte Schaltungen mit mehreren aktiven Schichten.

Die diversen Methoden zur Herstellung monokristalliner Dünnschichten weisen Nachteile auf, die mit den Fabrikationstechniken zusammenhängen.

Die Heteroepitaxie-Verfahren werden durch die Natur des Substrats begrenzt; da der Maschenparameter des Substrats nicht genau dem des Halbleiters entspricht, umfasst die Dünnschicht viele Kristallfehler. Außerdem sind diese Substrate teuer und empfindlich und existieren nur in einschränkter Größe.

Das SIMOX-Verfahren erfordert eine Ionenimplantation mit einer sehr starken Dosis, was eine sehr schwere und komlexe Implantationsvorrichtung nötig macht. Dabei ist die Stückzahlleistung dieser Vorrichtungen gering und es ist kaum vorstellbar, dass sie sich nennenswert erhöhen lässt.

Die Verdünnungsmethoden sind hinsichtlich der Homogenität und der Qualität nur wettbewerbsfähig, wenn das Prinzip der Ätzstoppbarriere angewandt wird. Leider macht das Herstellen dieser Barriere das Verfahren komplex und kann in bestimmten Fällen den Einsatz der Dünnschicht einschränken. Wenn nämlich der Ätzstopp durch eine p-Typ-Dotierung eines Substrats des n-Typs erfolgt, muss bei der eventuellen Realisierung der elektronischen Vorrichtung in dieser Dünnschicht deren p-Typ-Natur berücksichtigt werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren von Dünnschichten aus Halbleitermaterial, das ermöglicht, sich freizumachen von den oben genannten Nachteilen, ohne dass man weder ein Ausgangssubstrat von einer anderen Art als der des gewählten Halbleiters noch sehr starke Implantationsdosen noch Ätzstoppbarrieren benötigt, und das dennoch die Erzeugung einer Dünnschicht von homogener und kontrollierter Dicke ermöglicht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, ein Dünnschichten- Herstellungsverfahren vorzuschlagen, bei dem eine Platte aus Halbleitermaterial mit einer ebenen Fläche, deren Ebene entweder, falls das Halbleitermaterial vollkommen monokristallin ist, im wesentlichen parallel zu einer kristallographischen Hauptfläche ist, oder die in Bezug auf eine kristallographische Hauptfläche leicht geneigt ist, falls das Material ein polykristalliner Halbleiter ist, der durch Körner gebildet wird, die alle eine gleiche kristallographische Hauptfläche aufweisen, die im wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Halbleiters ist, die folgenden drei Schritte durchläuft:

- einen ersten Schritt zur Implantation der Fläche der genannten Platte durch Ionenbeschuss, was in dem Volumen dieser Platte in einer ungefähr der mittleren Eindringtiefe dieser Ionen entsprechenden Tiefe zur Bildung einer Schicht aus Mikrogasblasen führt, die in dem Volumen der Platte einen unteren Bereich abgrenzen, der die Masse des Substrats bildet, sowie einen oberen Bereich, der die dünne Schicht bildet, wobei die Ionen zwischen Edelgas- oder Wasserstoffgasionen ausgewählt werden und die Dosis der implantierten Ionen ausreicht, um die Koaleszenz zwischen den Mikrobläschen thermisch auszulösen und während des dritten, thermischen Behandlungsschritts eine Spaltung der Platte in zwei Teile zu bewirken, wobei die Temperatur der Platte während der Implantation unter der Temperatur gehalten wird, bei der das durch die implantierten Ionen erzeugte Gas durch Diffusion aus dem Halbleitermaterial entweichen kann;

- einen zweiten Schritt zur Herstellung eines engen Kontakts der ebenen Fläche der genannten Platte mit einer Versteifung, gebildet durch wenigstens eine Schicht aus steifem Material, wobei dieser zweite Schritt bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger als die der Wärmebehandlung des dritten Schritts ist;

einen dritten Schritt zur thermischen Behandlung der Einheit aus Platte und Versteifung bei einer Temperatur, die höher als die Temperatur ist, bei der der Ionenbeschuss durchgeführt wurde, und ausreichend hoch ist, um durch einen kristallinen Umlagerungseffekt und durch den Druck in den Mikrobläschen eine Trennung zwischen der dünnen Schicht und der Masse des Substrats herbeizuführen, wobei die Versteifung und die ebene Fläche der Platte während dieses Schritts in engem Kontakt gehalten werden.

Die Erfindung betrifft also auch ein polykristallines Halbleiterprodukt, vorausgesetzt die dieses letztere bildenden Körner haben alle eine zu der Oberfläche des Halbleiters im Wesentlichen parallele kristallographische Hauptfläche (wobei diese Fläche bei allen Körnern des Halbleiters dieselben Indices, z. B. (1,0,0), hat). Von diesen Halbleitermaterialien kann man z. B. ZMRSOI nennen (ZMR = Zone-Melting-Recrystallization) (s. Ref. 4). Unter Implantationsschritt versteht man sowohl einen einzigen Implantationsschritt als auch eine Folge von Implantationen mit Dosen und/oder Energien und/oder Ionen, die unterschiedlich sein können.

Nach einer Anwendungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorteilhaft sein, die Ionenimplantation in einem Halbleitermaterial durch eine oder mehrere Materialschichten hindurch vorzunehmen, wobei diese "Verkapselungsschichten" so gewählt werden, dass die Ionen sie durchqueren und in den Halbleiter eindringen. Beispielsweise können diese Verkapselungsschichten als Mittel benutzt werden, die Eindringtiefe der Ionen in den Halbleiter zu reduzieren, um dünnere Membranen herzustellen, oder als Mittel, um die Halbleiter vor eventuellen Kontaminationen zu schützen, oder auch noch als Mittel zur Kontrolle des physikalisch-chemischen Zustands der Oberfläche des Halbleiters. Wenn das die Platte bildende Substrat Silicium ist, kann es vorteilhaft sein, eine Verkapselungsschicht aus thermischem Siliciumoxid zu wählen, deren Dicke z. B. zwischen 25 und 500 nm enthalten ist. Diese Verkapselungsschichten können nach dem Implantationsschritt erhalten bleiben oder entfernt werden.

Erfindungsgemäß wird die Temperatur der Platte, auf der man Ionenimplantation vornimmt, während dieser Operation so gesteuert, dass sie unter der kritischen Temperatur bleibt, bei der das durch implantierte Ion erzeugte Gas schnell diffundiert und aus dem Halbleiter entweicht. Diese kritische Temperatur beträgt z. B. ungefähr 500ºC bei einer Wasserstoffimplantation in Silicium. Über dieser Temperatur wird das Verfahren wirkungslos aufgrund des Fehlens von Mikrobläschenbildung. Für Silicium wählt man vorteilhafterweise eine zwischen 20ºC und 450ºC enthaltene Implantationstemperatur.

Während des Wärmebehandlungsschritts der gesamten Platte und ihrer Versteifung vollzieht sich nach der durch die Ionenimplantation selbst verursachten Unordnung eine kristalline Umlagerung. Die Trennung zwischen der Dünnschicht und dem Substrat erfolgt zugleich aufgrund der kristallinen Umlagerung und der Koaleszenz der Bläschen, die alle beide Makroblasen erzeugen, entstanden während des Wärmebehandlungsschritts. Unter der Wirkung des Gasdrucks im Innern dieser Blasen ist die Oberfläche des Halbleiters großen Spannungen ausgesetzt. Wenn man eine Verformung der Oberfläche und die Bildung von Blasen bzw. Blistern ("blisters" in angelsächsischer Terminologie) vermeiden möchte, die den gebildeten Makroblasen entsprechen, muss man diese Spannungen unbedingt kompensieren. Diese Blister können nämlich platzen, ehe die Makroblasen ihre volle Größe erreicht haben und miteinander verwachsen. Dies ist der Grund dafür, dass man die während der Wärmebehandlungsphase auftretenden Spannungen kompensieren muss, wenn man eine durchgehende Halbleiter-Dünnschicht erhalten will. Erfindungskonform erzielt man diese Kompensierung, indem man einen engen Kontakt zwischen der Oberfläche der Halbleiterplatte und einer Versteifung herstellt. Die Rolle dieser Versteifung besteht darin, durch ihren Kontakt mit der Oberfläche und aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften die Wirkung der durch die Makroblasen erzeugten Spannungen zu kompensieren. Die Halbleiterschicht bleibt also während der gesamten Wärmebehandlungsphase, bis zu ihrer Endabspaltung, eben und intakt.

Erfindungsgemäß hängen die Wahl der Herstellungsmethode dieser Versteifung und ihre Art von der jeweils vorgesehenen Verwendung der Dünnschicht ab. Wenn die vorgesehene Verwendung die Herstellung eines Silicium-auf-Isolator-Substrats ist, kann die Versteifung vorteilhafterweise durch eine Siliciumplatte gebildet werden, die von wenigstens einer dielektrischen Schicht überzogen ist, z. B. einer Nitridschicht oder einer Oxidschicht, wobei das Dielektrikum der Versteifung einen engen Kontakt mit der Platte hat, mit der man die Dünnschicht realisieren will, und diese Platte eine Verkapselungsschicht - z. B. aus Siliciumoxid - umfasst oder nicht.

Die Versteifung kann entweder an der Halbleiterplatte angebracht oder auf dieser Platte mit Hilfe diverser Techniken erzeugt werden, z. B. durch Aufdampfen, Sputtern, Gasphasenabscheidung, plasma- oder photonenunterstützt oder nicht, wenn die für die Versteifung gewählte Dicke mäßig ist, d. h. in der Größenordnung von einigen Mikrometern bis einigen Dekamikrometern.

Unter engem Kontakt versteht man einen Kontakt, der durch einen Druck entsteht, den die Versteifung auf die Platte ausübt, z. B. einen Druck des elektrostatischen Typs, und/oder einen Kontakt des haftenden Typs.

Diese Versteifung kann erfindungskonform auch auf die Platte geklebt werden, entweder mittels eine sowohl an der Versteifung als auch an der Platte haftenden Substanz, oder - wenn die Verwendung haftender Substanzen unerwünscht ist -, durch die Wirkung einer Vorbehandlung wenigstens einer der zu verklebenden Flächen und einer thermischen und/oder elektrostatischen Behandlung, eventuell ergänzt durch eine Wahl des Drucks, um die interatomaren Bindungen zwischen der Versteifung und der Halbleiterplatte zu begünstigen.

Das Festmachen der Versteifung an der Platte kann auch mit Hilfe eines elektrostatischen Drucks realisiert werden.

Bei den Anwendungen zur Herstellung selbsttragender Membranen ist es sinnvoll, die Eigenschaften der Versteifung so zu wählen, dass man diese Versteifung leicht und selektiv von der Dünnschicht lösen kann. Beispielsweise kann man zur Herstellung einer Membran aus monokristallinem Silicium eine Versteifung aus Siliciumoxid wählen, das man anschließend in einem Flusssäurebad eliminiert, nach dem Wärmebehandlungsschritt des Verfahrens.

Nach einer Durchführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht die Wahl der Temperaturen während des Schritt der Herstellung des engen Kontakts zwischen der Platte und der Versteifung und des Wärmebehandlungsschritts den in der Folge genannten Bedingungen. Das Anbringen der Versteifung an der Platte ist nicht mit Temperaturen verbunden, die die Prozesse des Wärmebehandlungsschritts auslösen könnten. Man führt daher bei dieser Ausführungsart den Kontaktherstellungsschritt des Verfahrens mit einer Temperatur durch, die niedriger als die des Wärmebehandlungsschritts ist. Die Wärmebehandlung erfolgt bei dieser Ausführungsart der Erfindung mit einer Temperatur, bei der die kristalline Umlagerung und die Koaleszenz der Bläschen effektiv stattfinden können. Beispielsweise ist im Falle von Silicium eine Temperatur von mehr als ungefähr 500ºC notwendig, damit die kristalline Umlagerung und die Koaleszenz der Bläschen mit einer ausreichenden Kinetik stattfinden kann.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die zur Implantation durch Ionenbeschuss verwendeten Ionen meistens - aber nicht ausschließlich - H&spplus;-Ionen. Das Prinzip der Methode gilt nämlich auch für Wasserstoff-Molekularionen oder Edelgasionen, z. B. des Heliums, Neons, Kryptons und Xenons, getrennt oder kombiniert. Bei den industriellen Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens empfehlen sich vorzugsweise die Halbleiter der Gruppe IV, und man kann z. B. auf Silicium, Germanium, Siliciumkarbid sowie die Silicium-Germanium-Legierungen zurückgreifen.

Die Erfindung wird besser verständlich durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung eines erläuternden und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, bezogen auf die beigefügten Fig. 1 bis 4:

- die Fig. 1 zeigt das Konzentrationsprofil der Wasserstoffionen als Funktion der Eindringtiefe;

- die Fig. 2 zeigt die monokristalline Halbleiterplatte, die bei der Erfindung als Ausgangsprodukt für die monokristalline Dünnschicht verwendet wird, im Schnitt, wie sie einem H&spplus;- Ionenbeschuss unterzogen wird, wobei in ihrem Innern eine Mikrogasblasenschicht entsteht, erzeugt durch die implantierten Teilchen;

- in der Fig. 3 ist die Halbleiterplatte der Fig. 2 mit einer Versteifung versehen;

- die Fig. 4 zeigt die Halbleiterplatte und die Versteifung der Fig. 3 am Ende der Wärmebehandlungsphase, wenn die Spaltung zwischen der Dünnschicht und der Masse des Substrats stattfindet.

Das in der Folge mit Bezug auf diese Figuren beschriebene Beispiel betrifft die Abspaltung einer Dünnschicht von einer Platte aus monokristallinem Silicium mit Hilfe von H&spplus;- Ionen-Implantationen.

Das Implantieren von H&spplus;-Ionen (Protonen) mit 150 keV in eine monokristalline Siliciumplatte, deren Oberfläche einer kristallographischen Hauptfläche entspricht, z. B. einer Fläche (1,0,0), drückt sich bei den schwachen Implantationsdosen (< 10¹&sup6; cm&supmin;²) durch ein Wasserstoffkonzentrationsprofil C als Funktion der Eindringtiefe P aus, das bei einer Eindringtiefe Rp ein Konzentrationsmaximum aufweist, so wie dargestellt in der Fig. 1. Im Falle einer Protonenimplantation in Silicium beträgt Rp ungefähr 1,25 um.

Bei den Dosen in der Größenordnung von 10¹&sup6; cm&supmin;² beginnen die implantierten Wasserstoffionen Bläschen zu bilden, die in einer zur Oberfläche parallelen Ebene entstehen. Die Ebene der Oberfläche entspricht einer kristallographischen Hauptfläche und dasselbe gilt für die Ebene der Mikroblasen, die folglich eine Spaltungsebene ist.

Bei einer Implantationsdosis von > 10¹&sup6; cm&supmin;² (z. B. 5 · 10¹&sup6; cm&supmin;²) kann man thermisch die Koaleszenz zwischen den Bläschen auslösen, die eine Spaltung des Siliciums in zwei Teile bewirkt, nämlich die obere Schicht mit 1,2 um Dicke (die Dünnschicht) einerseits und die Masse des Substrats andererseits.

Die Wasserstoffimplantation ist ein vorteilhaftes Beispiel, denn der Bremsprozess dieser Ionen in dem Silicium ist im Wesentlichen die Ionisierung (elektronische Bremsung), wobei die Bremsung des nuklearen Typs mit Atomumlagerungen sich nur am Ende des Wegs ereignet. Daher erzeugt man nur sehr wenige Fehler in der Oberflächenschicht des Siliciums und die Bläschen konzentrieren sich mit geringer Streuung um die Tiefe Rp herum (Tiefe der maximalen Konzentration). Dies erhöht die Effizienz der Methode bei mittleren Implantationsdosen (5 · 10¹&sup6; cm&supmin;²), wobei man nach der Trennung der Oberflächenschicht eine Oberfläche mit geringer Rauhigkeit erhält.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht außerdem, durch die Wahl der Implantationsenergie die Dicke der Dünnschicht aus einem großen Dickenbereich auszuwählen. Diese Charakteristik trifft umso mehr zu, je kleiner die Atomnummer z des implantierten Ions ist. Als Beispiel ist in der folgenden Tabelle die Dicke der erwünschten Dünnschicht in Abhängigkeit von der Implantationsenergie für H&spplus;-Ionen (z = 1) angegeben:

In der Fig. 2 sieht man, wie die Halbleiterplatte 1, eventuell von einer Verkapselungsschicht 10 überzogen, durch die ebene Fläche 4 hindurch, die zu einer kristallographischen Hauptfläche parallel ist, einem H&spplus;-Ionenbeschuss 2 unterzogen wird, wobei die Mikroblasenschicht 3 parallel zu der Fläche 4 dargestellt ist. Die Schicht 3 und die Fläche 4 begrenzen die Dünnschicht 5. Der Rest 6 des Halbleitersubstrats bildet die Masse des Substrats.

In der Fig. 3 sieht man die Versteifung 7, die engen Kontakt zu der Fläche 4 der Halbleiterplatte 1 hat. Bei einem interessanten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Implantation in dem Material durch eine Verkapselungsschicht (110) aus thermischem Siliciumoxid hindurch, und die Versteifung (7) wird durch eine Siliciumplatte gebildet, die von wenigstens einer dielektrischen Schicht überzogen ist.

Bei einem anderen Anwendungsbeispiel dient ein elektrostatischer Druck zum Festmachen der Versteifung auf dem Halbleitermaterial. In diesem Beispiel wurde eine Siliciumversteifung gewählt, die eine Siliciumoxidschicht von z. B. 500 nm Dicke umfasst. Man bringt die ebene Fläche der Platte in Kontakt mit dem Oxid der Versteifung und erzeugt zwischen der Platte und der Versteifung eine Potentialdifferenz von einigen Dekavolt. Die erzielten Drücke betragen dann einige 10&sup5; bis 10&sup6; Pascal.

In der Fig. 4 sieht man die Dünnschicht 5, die fest mit der Versteifung 7 verbunden und durch den Abstand 8 von der Masse des Substrats 6 getrennt ist.

In dem vorangehenden Text wurden folgende Referenzen angegebenen:

(1) SIMOX SOI for Integrated Circuit Fabrication, von Hon Wai Lam, IEEE Circuits and Devices Magazine, Juli 1987, SS. 6-11.

(2) Silicon on Insulator Wafer Bonding Wafer Thinning Technological Evaluation, von Haisma, Spierings, Biermann und Pals, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 28, Nr. 8, August 1989, SS. 1426-1443.

(3) Bonding of silicon wafer for silicon insulator, von Maszara, Goetz, Caviglia und McKitterick, Journal of Applied Physics 64 (10), 15. Nov. 1988, SS. 49434950.

(4) Zone melting recrystallization silicon on insulator technology, von Bor Yeu Tsaur, IEEE Circuits and Devices Magazine, Juli 1987, SS. 12-16.

(5) 1986 IEEE SOS/SOI Technology Workshop, 30. Sept.- 2. Okt. 1986, South seas plantation resort and yacht Harbour, Captiva Island, Florida.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung dünner Schichten aus Halbleitermaterial, darin bestehend, eine Platte (1) aus einem Halbleitermaterial mit einer planen Fläche, deren Ebene entweder, falls das Halbleitermaterial vollkommen monokristallin ist, im wesentlichen parallel zu einer kristallographischen Hauptfläche ist oder in Bezug auf eine kristallographische Hauptfläche leicht geneigt ist, falls das Material ein polykristalliner Halbleiter ist, der durch Körner gebildet wird, die alle eine gleiche kristallographische Hauptfläche aufweisen, die im wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Halbleiters ist, der folgenden drei Schritten auszusetzen:

- einen ersten Schritt zur Implantation der Fläche (4) der genannten Platte (1) durch Beschuss mit Ionen (2), was in dem Volumen der genannten Platte (1) in einer ungefähr der mittleren Eindringtiefe dieser Ionen entsprechenden Tiefe zur Bildung einer Schicht (3) aus Mikrogasblasen führt, die in dem Volumen der Platte (1) einen unteren Bereich (6) abgrenzen, der die Masse des Substrats bildet, und einen oberen Bereich (5), der die dünne Schicht bildet, wobei die Ionen zwischen den Edelgas- oder den Wasserstoffgas- Ionen ausgewählt werden, die Dosis der implantierten Ionen ausreicht, um die Koaleszenz zwischen den Mikroblasen thermisch auszulösen und während des dritten, thermischen Behandlungsschritts eine Spaltung der Platte in zwei Teile zu bewirken, wobei die Temperatur der Platte (1) während der Implantation unter der Temperatur gehalten wird, bei der das durch die implantierten Ionen erzeugte Gas durch Diffusion aus dem Halbleitermaterial entweichen kann;

- einen zweiten Schritt zur Herstellung eines innigen Kontakts der planen Fläche (4) der genannten Platte (1) mit einer Versteifung (7), gebildet durch wenigstens eine Schicht aus steifem Material;

- einen dritten Schritt zur thermischen Behandlung der Einheit aus der Platte (1) und der Versteifung (7) bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur, bei der der Ionenbeschuss (2) durchgeführt wurde und die ausreicht, um durch einen kristallinen Umlagerungseffekt und durch den Druck in den Mikroblasen eine Trennung zwischen der dünnen Schicht (5) und der Masse des Substrats (6) herbeizuführen, wobei die Versteifung (7) und die plane Fläche (4) der Platte (1) während dieses Schritts in innigem Kontakt gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Implantationsschritt die Ionen in dem Halbleitermaterial durch eine oder mehrere Materialschichten hindurch implantiert werden, deren Art und Dicke so ist, dass sie von den Ionen durchquert werden können.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter ein Halbleiter mit kovalenten Bindungen der Gruppe IV ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter das Silizium ist, das implantierte Ion ein Wasserstoffgas-Ion ist, die Implantationstemperatur zwischen 20ºC und 450ºC enthalten ist und die Temperatur des Wärmebehandlungsschritts höher als 500ºC ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantation durch eine thermische Einkapselungsschicht aus Siliziumoxid hindurch erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung eine mit wenigstens einer Siliziumoxidschicht überzogene Siliziumplatte ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Herstellung des innigen Kontakts der planen Fläche (4) der genannten Platte mit der Versteifung (7) durch Anwendung eines elektrostatischen Drucks realisiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung durch eine oder mehrere der Techniken abgeschieden wird, die enthalten sind in der Gruppe: Aufdampfung, chemische Gasphasenabscheidung mit oder ohne Plasmaunterstützung oder Photonenunterstützung, Sputtern.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung mittels einer haftenden Substanz an der genannten Platte festgeklebt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung durch eine Behandlung an der Platte haftet, die die interatomaren Bindungen begünstigt.







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