DE102006041003B4

DE102006041003B4 - Verfahren zur Bestimmung einer Orientierung eines Kristallgitters eines ersten Substrats relativ zu einem Kristallgitter eines zweiten Substrats

Info

Publication number: DE102006041003B4
Application number: DE102006041003.3A
Authority: DE
Inventors: Inka Zienert; Jochen Rinderknecht; Thorsten Kammler
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: DE102006041003A1; US7421060B2; US20080056449A1

Abstract

Verfahren mit: Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, die ein erstes kristallines Substrat und ein zweites kristallines Substrat umfasst, die aus einem gleichen Material bestehen, das Silizium umfasst, wobei das erste Substrat eine erste Oberfläche aufweist und das zweite Substrat eine zweite Oberfläche aufweist, wobei die zweite Oberfläche parallel zu der ersten Oberfläche ist und sich eine Orientierung der ersten Oberfläche relativ zum Kristallgitter des ersten Substrats von einer Orientierung der zweiten Oberfläche relativ zum Kristallgitter des zweiten Substrats unterscheidet, wobei die erste Oberfläche eine {001}-Oberfläche ist und die zweite Oberfläche eine {011}-Oberfläche ist; Bestrahlen der Halbleiterstruktur mit einer Strahlung, wobei sowohl das erste kristalline Substrat als auch das zweite kristalline Substrat der Strahlung ausgesetzt wird; Messen mindestens eines Beugungsmusters eines Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats und eines Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats; und Bestimmen einer relativen Orientierung des Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats und des Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats aus dem mindestens einen Beugungsmuster.

Description

GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung integrierter Schaltkreise, insbesondere auf das Ausbilden von Halbleiterstrukturen, die ein erstes und ein zweites Substrat mit verschiedener Orientierung umfassen.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Die Druckschrift EP 1 705 705 B1 offenbartein Verfahren zur Messung von elastischen Spannungen in einem gebondeten verspannten Wafer, in dem mindestens eine elastisch verspannte Schicht durch ein Bonding-Verfahren auf einem einkristallinen Substrat gebildet ist. Bei dem Verfahren werden durch Röntgenstreuung Abbildungen einer (113)-Streuebene und einer (-1-1-3)-Streuebene im reziproken Raum bestimmt. Die Abbildung des reziproken Gitterraums umfasst Peaks, deren Position von der relativen Kristallorientierung der zwei unterschiedlichen Siliziumschichten abhängt.
Die Druckschrift DE 601 33 751 T2 offenbart periodische Gitterstrukturen, die bei der Herstellung von Halbleiterstrukturen zu Zwecken der Qualitätskontrolle verwendet werden.
Die Druckschrift DE 40 06 449 A1 offenbart eine Untersuchung von RHEED-Streumustern.
Integrierte Schaltkreise umfassen eine große Anzahl einzelner Schaltkreiselemente, wie beispielsweise Transistoren, Kondensatoren und Widerstände. Diese Elemente sind miteinander verbunden, um komplexe Schaltkreise, wie Speichervorrichtungen, Logikbausteine und Mikroprozessoren, auszubilden. Die Leistung integrierter Schaltkreise kann verbessert werden, indem die Anzahl von Funktionseinheiten pro Schaltkreis erhöht wird, um den Funktionsumfang des Schaltkreises zu erweitern und/oder indem die Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltkreiselemente erhöht wird. Eine Verringerung der Strukturgrößen ermöglicht das Ausbilden einer größeren Anzahl von Schaltkreiselementen aus derselben Fläche, wodurch der Funktionsumfang des Schaltkreises erweitert werden kann, sowie eine Verringerung von Signalausbreitungszeiten, wodurch eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit von Schaltkreiselementen ermöglicht wird.
In integrierten Schaltkreisen werden üblicherweise Feldeffekttransistoren als Schaltelemente verwendet. Sie stellen ein Mittel zum Steuern eines Stroms, der durch ein Kanalgebiet fließt, das sich zwischen einem Sourcegebiet und einem Draingebiet befindet, zur Verfügung. Das Sourcegebiet und das Draingebiet sind stark dotiert. In Transistoren vom n-Typ sind das Source- und das Draingebiet mit einer Dotiersubstanz vom n-Typ dotiert. Im Gegensatz dazu sind in Transistoren vom p-Typ das Source- und das Draingebiet mit einer Dotiersubstanz vom p-Typ dotiert. Die Dotierung des Kanalgebiet ist invers zur Dotierung des Sourcegebiets und des Draingebiets. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets wird durch eine Gatespannung gesteuert, die an eine Gateelektrode angelegt wird, die über dem Kanalgebiet ausgebildet ist und von diesem durch eine dünne Isolierschicht getrennt ist. Abhängig von der Gatespannung kann das Kanalgebet zwischen einem leitfähigen ”Ein”-Zustand und einem im Wesentlichen nichtleitenden ”Aus”-Zustand geschaltet werden.
Wenn die Größe von Feldeffekttransistoren verringert wird, ist es wichtig, eine hohe Leitfähigkeit des Kanalgebiets im ”Ein”-Zustand beizubehalten. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets im ”Ein”-Zustand hängt von der Dotierstoffkonzentration im Kanalgebiet, der Beweglichkeit der Ladungsträger, der Ausdehnung des Kanalgebiet in der Breitenrichtung des Transistors und dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der allgemein als ”Kanallänge” bezeichnet wird. Während eine Verringerung der Breite des Kanalgebiet zu einer Abnahme der Kanalleitfähigkeit führt, verbessert eine Verringerung der Kanallänge die Kanalleitfähigkeit. Eine Zunahme der Ladungsträgerbeweglichkeit führt zu einer Zunahme der Kanalleitfähigkeit.
Wenn die Strukturgrößen verringert werden, verringert sich auch die Ausdehnung des Kanalgebiets in der Breitenrichtung. Eine Verringerung der Kanallänge hat mehrere damit verbundene Probleme zur Folge. Zunächst müssen fortschrittliche Techniken der Fotolithografie und des Ätzens bereitgestellt werden, um Transistoren mit kurzen Kanallängen zuverlässig und reproduzierbar herzustellen. Außerdem werden im Sourcegebiet und im Draingebiet hoch entwickelte Dotierprotile benötigt, und zwar sowohl in der vertikalen Richtung als auch in der seitlichen Richtung, um einen niedrigen Schichtwiderstand und einen niedrigen Kontaktwiderstand in Kombination mit einer gewünschten Steuerbarkeit des Kanals bereitzustellen.
Im Hinblick auf die Nachteile, die mit einer weiteren Verringerung der Kanallänge verbunden sind, wurde vorgeschlagen, die Leistungsfähigkeit von Feldeffekttransistoren auch durch Vergrößern der Ladungsträgerbeweglichkeit im Kanalgebiet zu verbessern. Im Prinzip können mindestens drei Ansätze verfolgt werden, um die Ladungsträgerbeweglichkeit zu verbessern.
Erstens kann die Dotierstoffkonzentration im Kanalgebiet verringert werden. Dadurch verringert sich die Wahrscheinlichkeit von Streuvorgängen von Ladungsträgern im Kanalgebiet, was zu einer Zunahme der Leitfähigkeit des Kanalgebiets führt. Eine Verringerung der Dotierstoffkonzentration im Kanalgebiet beeinträchtigt jedoch die Schwellspannung der Transistorvorrichtung erheblich. Dies macht die Verringerung der Dotierstoffkonzentration zu einem weniger attraktiven Ansatz.
Zweitens kann die Gitterstruktur im Kanalgebiet verändert werden, indem eine elastische Zug- oder Druckspannung erzeugt wird. Dies führt zu einer veränderten Beweglichkeit von Elektronen bzw. Löchern. Abhängig von der Stärke der elastischen Spannung kann eine elastische Zugspannung die Beweglichkeit von Löchern in einer Siliciumschicht deutlich verbessern und kann auch die Elektronenbeweglichkeit verbessern. Die Beweglichkeit der Elektronen kann auch erhöht werden, indem eine Siliciumschicht mit einer elastischen Zugspannung bereitgestellt wird.
Drittens kann die Beweglichkeit von Elektronen und Löchern im Kanalgebiet eines Feldeffekttransistors von der Orientierung der Längsrichtung des Kanals relativ zum Kristallgitter eines Substrats, in dem das Kanalgebiet ausgebildet ist, abhängen. Es wurde festgestellt, dass man eine relativ hohe Elektronenbeweglichkeit in Feldeffekttransistoren vom n-Typ erhalten kann, wenn die Transistoren auf einer {001}-Oberfläche eines Siliciumsubstrats ausgebildet werden. In Feldeffekttransistoren vom p-Typ kann man jedoch eine größere Beweglichkeit der Löcher im Kanalgebiet erreichen, wenn die Transistoren auf einer {001}-Oberfläche eines Siliciumsubstrats ausgebildet werden. Deshalb wurde vorgeschlagen, einen integrierten Schaltkreis in einer Halbleiterstruktur auszubilden, die ein erstes und ein zweites Substrat umfasst, wobei Oberflächen des ersten und des zweiten Substrats, auf denen Feldeffekttransistoren ausgebildet werden, relativ zum Kristallgitter des jeweiligen Substrats unterschiedlich orientiert sind. Dieser Ansatz, der auch mit einer Verringerung der Dotierstoffkonzentration im Kanalgebiet und/oder einem Bereitstellen einer elastischen Spannung im Kanalgebiet kombiniert werden kann, wird allgemein als Hybridorientierungs-Technik bezeichnet.
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterstruktur nach dem Stand der Technik, in dem die Hybridorientierungs-Technik verwendet wird, wird mit Bezug auf die 1a bis 1c beschrieben.
1a zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur 100 in einem ersten Stadium des Herstellungsprozesses nach dem Stand der Technik. Die Halbleiterstruktur 100 umfasst ein erstes Substrat 101. Das erste Substrat 101 umfasst eine Oberfläche 130, auf der eine Schicht 102 ausgebildet ist, die aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa Siliciumdioxid und/oder Siliciumnitrid besteht. Das erste Substrat 101 kann aus kristallinem Silicium bestehen und die Oberfläche 130 kann im Wesentlichen eine {001}-Oberfläche sein.
Ein zweites Substrat 103 wird bereitgestellt. Das zweite Substrat 103 kann aus demselben Material bestehen wie das erste Substrat 101, beispielsweise aus kristallinem Silicium, und hat eine Oberfläche 131, deren Orientierung relativ zum Kristallgitter des zweiten Substrats sich von der Orientierung der Oberfläche 130 relativ zum Kristallgitter des ersten Substrats 101 unterscheidet. In Beispielen von Verfahren nach dem Stand der Technik, in denen das Substrat 130 im Wesentlichen eine {001}-Oberfläche ist, kann die Oberfläche 131 im Wesentlichen eine {011}-Oberfläche sein.
Das zweite Substrat 103 wird an das erste Substrat 101 gebonded. Dies kann mit den Fachleuten wahlbekannten Waferbonding-Techniken, wie dem anodischen Bonden geschehen.
1b zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 100 in einem späteren Stadium des Herstellungsprozesses. Nach dem Banden des zweiten Substrats 103 an das erste Substrat 101 wird ein Teil des zweiten Substrats 103 entfernt, um eine geringere Dicke des zweiten Substrats 103 zu erhalten. Dies kann durch Spalten des zweiten Substrats 103 geschehen.
Vor dem Bonden des zweiten Substrats 103 an das erste Substrat 101 kann eine Implantation von Wasserstoff in das zweite Substrat 103 durchgeführt wenden. Zu diesen Zweck kann die Oberfläche 131 mit Wasserstoffionen bestrahlt werden. Die Wasserstoffionen dringen in das zweite Substrat 103 ein und kommen in einer Tiefe zum Stillstand, die von der Energie der Ionen und ihrem Einfallswinkel abhängen kann. Anschließend werden die Ionen neutralisiert und in das zweite Substrat 103 eingebaut. Die Ionenenergie und/oder der Einfallswinkel sind so ahgepasst, dass eine mäßig große Wasserstoffmenge in einer Tiefe eingebaut wird, die der gewünschten Dicke des Teils des zweiten Substrats 103, der auf dem ersten Substrat verbleibt, entspricht. Die Anwesenheit des Wasserstoffs verringert die mechanische Stabilität des zweiten Substrats 103. Der Spaltungsprozess kann beispielsweise durchgeführt werden, indem ein Wasserstrahl unter hohem Druck auf die Halbleiterstruktur 100 gerichtet wird. Dabei bricht das zweite Substrat 103 in der Tiefe, bis zu welcher der Wasserstoff implantiert wurde, auseinander.
Wenn das zweite Substrat 103 gespalten wird, bildet sich an der dem ersten Substrat 101 gegenüberliegenden Seite des zweiten Substrats 103 eine Oberfläche 140. Eine Orientierung der Oberfläche 140 relativ zum Kristallgitter des zweiten Substrats 103 kann der Orientierung der Oberfläche 131 entsprechen. Beispielsweise kann die Oberfläche 140 eine {011}-Siliciumoberfläche sein.
Nach dem Spalten des zweiten Substrats 103 wird in der Halbleiterstruktur 100 eine Grabenisolationsstruktur 106 ausgebildet. Die Grabenisolationsstruktur 106 sorgt für eine elektrische Isolation zwischen einem ersten Teil 104 und einem zweiten Teil 105 der Halbleiterstruktur 100. Beim Ausbilden der Isoliergrabenstruktur 106 können den Fachleuten wohlbekannte Verfahren der Fotolithografie, des Ätzens, der Oxidation und/oder der Abscheidung verwendet werden.
Anschließend wird eine Maskenschicht 107, die beispielsweise Siliciumdioxid umfassen kann, über dem zweiten Substrat 103 ausgebildet. Dies kann mit Hilfe bekannter Abscheideverfahren, wie etwa der chemischen Dampfabscheidung und/oder der plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidung geschehen. Alternativ kann die Maskenschicht 107 durch Oxidieren eines Teils des zweiten Substrats 103 an dessen Oberfläche ausgebildet werden. Die Verringerung der Dicke des zweiten Substrats 103 kann im Voraus berücksichtigt werden, indem das zweite Substrat 103 mit einer größeren Dicke bereitgestellt wird.
Im zweiten Teil 105 der Halbleiterstruktur 100 werden die Maskenschicht 107, das zweite Substrat 103 und die Schicht 102 aus elektrisch isolierendem Material entfernt. Dies kann mit Hilfe bekannter Techniken der Fotolithografie und des Ätzens geschehen.
Eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 100 in einem weiteren Stadium des Herstellungsprozesses ist in 1c gezeigt.
Ein selektiver epitaktischer Aufwachsprozess wir durchgeführt, um über dem zweiten Teil 105 der Halbleiterstruktur 100 eine Materialschicht 122 auszubilden. Wie die Fachleute wissen, ist das selektive epitaktische Aufwachsen eine Variante der plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidung, bei der Parameter des Abscheideprozesses so angepasst werden, dass nur auf der Oberfläche 130 des ersten Substrats 101, die im zweiten Teil 105 der Halbleiterstruktur 100 freiliegt, Material abgeschieden wird, während auf der Oberfläche der Isoliergrabenstruktur 106 und der Maskenschicht 107 im Wesentlichen keine Abscheidung von Material stattfindet. Die Materialschicht 122 kann das gleiche Material enthalten wie das erste Substrat 101. Beim Ausbilden der Materialschicht 122 passt sich die Kristallstruktur der Materialschicht 122 an die des darunter liegenden ersten Substrats 101 an. Deshalb ist eine Oberfläche 150 der Materialschicht 122 im Wesentlichen genauso orientiert wie die Oberfläche 130 des ersten Substrats 101.
Anschließend wird die Maskenschicht 107 entfernt und ein erstes Transistorelement 110 und ein zweites Transistorelement 111 werden im ersten 104 bzw. im zweiten 105 Teil der Halbleiterstruktur 100 ausgebildet. Dies kann mit Hilfe den Fachleuten wohlbekannter Verfahren geschehen.
Das erste Transistorelement 110 umfasst eine Gateelektrode 112, die von dem zweiten Substrat 103 durch eine Gate-Isolierschicht 116 getrennt ist und die von einer Seitenwandabstandshalterstruktur 114 flankiert wird. Neben der Gateelektrode 112 sind ein Sourcegebiet 118 und ein Draingebiet 119 ausgebildet. In Beispielen von Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik, in denen die Oberfläche 140 des zweiten Substrats 103 eine Silicium-{011}-Oberfläche ist, kann das erste Transistorelement 110 ein Feldeffekttransistor vom p-Typ sein.
Ähnlich wie das erste Transistorelement 110 umfasst das zweite Transistorelement 111 eine Gateelektrode 113, die von der Materialschicht 122 durch eine Gate-Isolierschicht 117 getrennt ist und von einer Seitenwandabstandshalterstruktur 115 flankiert wird, sowie ein Sourcegebiet 120 und ein Draingebiet 121. In Beispielen von Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik, in denen die Oberfläche 150 der Materialschicht 122 eine Silicium-{001}-Oberfläche ist, kann das zweite Transistorelement 111 ein Feldeffekttransistor vom n-Typ sein.
Ein Nachteil des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterstruktur nach dem Stand der Technik ist, dass die Leistungsfähigkeit der Halbleiterstruktur 100 stark von der Genauigkeit der Ausrichtung des ersten Transistorelements 110 zum Kristallgitter des zweiten Substrats 103 und der Genauigkeit der Ausrichtung des zweiten Transistorelements 111 zum Kristallgitter der Materialschicht 122 abhängen kann. Die Genauigkeit der Ausrichtung des ersten Transistorelements 110 und des zweiten Transistorelements 111 kann von der relativen Orientierung der Kristallgitter des zweiten Substrats 103 und der Materialschicht 122 abhängen, wobei die Orientierung des Kristallgitters in der Materialschicht 122 im Wesentlichen identisch zu der des Kristallgitters des ersten Substrats 101 ist. In fotolithografischen Prozessen und anderen Prozessen, die bei der Herstellung des ersten Transistorelements 110 und des zweiten Transistorelements 111 durchgeführt werden, kann es schwierig sein, eine Fehlausrichtung zwischen dem ersten Substrat 101 und dem zweiten Substrat 103 auszugleichen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, eine relative Orientierung zwischen einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat in einer Halbleiterstruktur zu bestimmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, die ein erstes kristallines Substrat und ein zweites kristallines Substrat umfasst. Die Halbleiterstruktur wird mit einer Strahlung bestrahlt. Sowohl das erste kristalline Substrat als auch das zweite kristalline Substrat werden der Strahlung ausgesetzt. Mindestens ein Beugungsmuster eines Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats und eines Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats wird gemessen. Eine relative Orientierung des Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats und des Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats wird anhand des mindestens einen Beugungsmusters bestimmt.
Gemäß einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, die ein erstes kristallines Substrat und ein zweites kristallines Substrat umfasst. Das erste kristalline Substrat und das zweite kristalline Substrat enthalten das gleiche Material. Die Halbleiterstruktur wird mit einer Strahlung bestrahlt. Eine Polfigur, die eine Abhängigkeit einer Intensität der von einer vorbestimmten Netzebene des ersten und des zweiten kristallinen Substrats reflektierten Strahlung von einer Orientierung der Halbleiterstruktur relativ zu einer Einfallsrichtung der Strahlung repräsentiert, wird anhand einer von der Halbleiterstruktur gebeugten Strahlung bestimmt. In der Polfigur wird eine Position mindestens eines Reflexes vom ersten Substrat und eine Position mindestens eines zweiten Reflexes vom zweiten Substrat bestimmt. Eine relative Orientierung zwischen einem Kristallgitter des ersten Substrats und einem Kristallgitter des zweiten Substrats wird aus der Position des mindestens eines ersten Reflexes und der Position des mindestens einen zweiten Reflexes berechnet.
Gemäß noch einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, die ein erstes kristallines Substrat und ein zweites kristallines Substrat umfasst. Die Halbleiterstruktur wird mit einer Strahlung bestrahlt. Eine Intensität einer von der Halbleiterstruktur gebeugten Strahlung wird gemessen. Anhand der gemessenen Intensität wird eine erste Abbildung des reziproken Raums, die mindestens einen Reflex von einer Netzebene eines Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats umfasst und eine zweite Abbildung des reziproken Raums, die mindestens einen zweiten Reflex von einer Netzebene eines Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats umfasst, bestimmt. Eine relative Orientierung zwischen dem Kristallgitter des zweiten Substrats und dem Kristallgitter des ersten Substrats wird auf Grundlage einer Position des mindestens einen ersten Reflexes und einer Position des mindestens einen zweiten Reflexes bestimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen definiert und werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung besser ersichtlich, wenn diese mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verwendet wird. Es zeigen:
1a bis 1c schematische Querschnittsansichten einer Halbleiterstruktur in Stadien eines Herstellungsprozesses, bei dem eine Hybridorientierungs-Technik nach dem Stand der Technik verwendet wird;
2a zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung, die in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
2b zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur, die Netzebenen in einem ersten und einem zweiten Substrat veranschaulicht:
2c zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Halbleiterstruktur, die eine relative Orientierung zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat veranschaulicht;
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Polfigur; und
4 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung, die in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die in der folgenden ausführlichen Beschreibung veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben wird, sollte verstanden werden, dass die folgende ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen veranschaulichenden Ausführungsformen, die offenbart werden, einzuschränken, sondern dass vielmehr die beschriebenen veranschaulichenden Ausführungsformen lediglich Beispiele für die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung geben, deren Umfang durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Verfahren bereit, die es ermöglichen, die relative Orientierung der Kristallgitter eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats in einer Halbleiterstruktur zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird die Beugung einer Strahlung, wie etwa Röntgenstrahlen und/oder Elektronen und/oder Neutronen, an der Halbleiterstruktur untersucht. Während in manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Drehwinkel zwischen einer bestimmten Gitterrichtung im ersten Substrat und einer entsprechenden Gitterrichtung im zweiten Substrat bestimmt werden kann, kann in anderen Ausführungsformen eine Verkippung zwischen einer ersten vorbestimmten Netzebene im ersten Substrat und einer zweiten vorbestimmten Netzebene im zweiten Substrat untersucht werden.
Dadurch kann eine Ausrichtungsgenauigkeit zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat untersucht werden, bevor weitere Verfahrensschritte wie die, die beim Ausbilden von Feldeffekttransistoren auf dem ersten und dem zweiten Substrat verwendet werden, durchgeführt werden. Somit können Zeit und Kosten für diese zusätzlichen Verfahrensschritte eingespart werden. Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können beispielsweise von Herstellern von Wafern, die aneinander gebondete Substrate umfassen, durchgeführt werden, um die Qualität solcher Wafer zu verbessern, oder sie können von Herstellern integrierter Schaltkreise verwendet werden, um das gelieferte Material zu über prüfen.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die 2a bis 2c und 3 beschrieben.
2a zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung 200, die in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Die Vorrichtung 200 umfasst eine Strahlungsquelle 201, die dafür ausgelegt ist, eine Strahlung 203 zu emittieren. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Strahlungsquelle 201 eine Röntgenquelle, beispielsweise eine Röntgenröhre eines den Fachleuten wohlbekannten Typs sein. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Strahlungsquelle 201 dafür ausgelegt sein, eine Teilchenstrahlung wie etwa Elektronen und/oder Neutronen auszusenden.
Die Vorrichtung 200 umfasst ferner einen Detektor 202, der dafür ausgelegt ist, Strahlung des von der Strahlungsquelle 201 ausgesandten Typs zu detektieren. Somit kann in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Strahlungsquelle 201 dafür ausgelegt ist, Röntgenstrahlen auszusenden, der Detektor 202 ein Röntgendetektor sein, beispielsweise ein Halbleiterdetektor eines bekannten Typs oder ein Geierzählrohr, während in anderen Ausführungsformen, in denen die Strahlung 203 Teilchen, wie etwa Elektronen oder Neuronen umfasst, der Detektor 202 dafür ausgelegt sein kann, Teilchen des jeweiligen Typs zu detektieren.
Die Vorrichtung 200 kann ferner Mittel zum Drehen (nicht gezeigt) einer Halbleiterstruktur 206 um eine erste Achse 204 und eine zweite Achse 205 umfassen, die in Form eines Goniometers eines den Fachleuten bekannten Typs bereitgestellt werden können. in manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Strahlungsquelle 201, der Detektor 202 und die Mittel zum Drehen der Halbleiterstruktur 206 Teile einer den Fachleuten wohlbekannten Röntgenbeugungs-Messvorrichtung sein.
Ähnlich wie die oben mit Bezug auf die 1a bis 1c beschriebene Halbleiterstruktur 100 umfasst die Halbleiterstruktur 206 ein erstes Substrat 208 und ein zweites Substrat 210, die aneinander gebondet sein können. Zwischen dem ersten Substrat 208 und dem zweiten Substrat 210 kann eine Schicht 209 aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid bereitgestellt werden. In anderen Ausführungsformen kann das zweite Substrat 210 jedoch direkt an das erste Substrat 208 gebondet sein, ohne dass eine elektrisch isolierende Schicht 209 die Substrate 208, 210 voneinander trennt. Eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 210 ist in 2b gezeigt, während eine schematische perspektivische Ansicht der Halbleiterstruktur 210 in 2c gezeigt ist.
Das erste Substrat 208 umfasst eine erste Oberfläche 230, auf der sich die Schicht 209 aus elektrisch isolierendem Material und/oder das zweite Substrat 210 befinden. Das zweite Substrat 210 umfasst eine zweite Oberfläche 231. Die zweite Oberfläche 231 kann sich auf einer Seite des zweiten Substrats 210, die dem ersten Substrat 208 gegenüber liegt, befinden und kann zu der ersten Oberfläche 230 im Wesentlichen parallel sein.
Das erste Substrat 208 und das zweite Substrat 210 können eine kristalline Struktur aufweisen und aus dem gleichen Material bestehen. Die Kristallorientierung der ersten Oberfläche 230 kann von der Kristallorientierung der zweiten Oberfläche 231 verschieden sein. In 2c bezeichnet das Bezugszeichen 219 Gittervektoren des Kristallgitters des ersten Substrats 208, während das Bezugszeichen 218 Gittervektoren des Kristallgitters des zweiten Substrats 210 bezeichnet. Die Gittervektoren 218 haben eine andere Orientierung als die Gittervektoren 219, während die erste Oberfläche 230 und die zweite Oberfläche 231 zueinander im Wesentlichen parallel sind. Koordinatenachsen 215, 216, 217 können verwendet werden, um die relative Orientierung des ersten Substrats 208 und des zweiten Substrats 210 zu charakterisieren, was unten genauer erläutert wird.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können das erste Substrat 208 und das zweite Substrat 210 Silicium enthalten. In solchen Ausführungsformen kann die erste Oberfläche 230 im Wesentlichen eine {001}-Oberfläche sein, während die zweite Oberfläche 231 im Wesentlichen eine {011}-Oberfläche sein kann.
Die von der Strahlungsquelle 201 ausgesandte Strahlung 203 wird auf die Halbleiterstruktur 200 gerichtet. Die Strahlung 203 kann mindestens eines von dem ersten Substrat 208 und dem zweiten Substrat 210 durchdringen, so dass beide Substrate 208, 210 der Strahlung 203 ausgesetzt sind. Ein Teil der Strahlung 203 wird an der Halbleiterstruktur 206 gebeugt, was in 2a schematisch durch die Pfeile 207 angedeutet wird.
Die Intensität der gebeugten Strahlung 207 kann eine Richtungsabhängigkeit aufweisen, so dass eine Intensität der gebeugten Strahlung, die von dem Detektor 202 gemessen wird, von der Position des Detektors 202 relativ zur Halbleiterstruktur 206 abhängen kann. Wie die Fachleute wissen, kann die Richtungsabhängigkeit der gebeugten Strahlung von der Anordnung der Atome in den Kristallgittern des ersten Substrats 208 und des zweiten Substrats 210 verursacht werden.
In 2b bezeichnet das Bezugszeichen 213 Netzebenen des Kristallgitters des ersten Substrats 208, während das Bezugszeichen 214 Netzebenen des Kristallgitters des zweiten Substrats 210 bezeichnet. Die Netzebenen 213, 214 werden durch gleiche Miller-Indizes {hkl} gekennzeichnet, so dass die Netzebenen 213 und die Netzebenen 214 im Wesentlichen den gleichen Abstand d_hkl voneinander haben. Wegen der unterschiedlichen Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats 208 und des Kristallgitters des zweiten Substrats 210 sind die Netzebenen 213, 214 um einen Winkel φ relativ zueinander verdreht.
Wie die Fachleute wissen, wird Strahlung mit einer Wellenlänge λ von Netzebenen mit einem Abstand d_hkl zu dem Detektor 202 hin gebeugt, wenn ein Einfallswinkel ϑ zwischen der Richtung 211 der einfallenden Strahlung 203 und den Netzebenen 213 im Wesentlichen gleich zu einem Winkel zwischen den Netzebenen und der Richtung 212 von der Halbleiterstruktur 206 zum Detektor 202 ist und die Wellenlänge λ, der Winkel ϑ und der Abstand d_hkl zwischen den Netzebenen eine Bragg-Bedingung 2d_hklsin ϑ / 2 = mλ erfüllen, wobei m eine ganze Zahl größer als 0 ist. Wenn die Bragg-Bedingung erfüllt ist, kann von dem Detektor 202 eine relativ hohe Intensität gebeugten Lichts gemessen werden, während andernfalls eine destruktive Interferenz zwischen den von den einzelnen Atomen des Kristalls emittierten Teilwellen auftritt, so dass vom Detektor 202 nur eine relativ schwache Intensität gebeugten Lichts gemessen werden kann.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Anordnung der Strahlungsquelle 201 und des Detektors 202 so ausgelegt sein, dass die Bragg-Bedingung für eine spezielle Netzebene des zu untersuchenden Materials erfüllt ist, vorausgesetzt, dass die Netzebenen derart angeordnet sind, dass zwischen der einfallenden Strahlung und den Netzebenen sowie zwischen den Netzebenen und der Richtung von der Halbleiterstruktur 206 zum Detektor 202 ein gleicher Winkel ϑ auftritt. Zu diesem Zweck können die Richtung 211 der einfallenden Strahlung 203 und die Richtung von der Halbleiterstruktur 206 zum Detektor 202 einen Winkel 180° – 2ϑ einschließen, wobei ϑ die Bragg-Bedingung erfüllt. Eine Gleichheit des Winkels zwischen der Richtung 211 und den Netzebenen 213, 214 und des Winkels zwischen den Netzebenen 213, 214 und der Richtung 212 kann anschließend hergestellt werden, indem die Orientierung der Halbleiterstruktur 206 variiert wird, beispielsweise durch Drehen der Halbleiterstruktur 206 um eine oder beide Achsen 204, 205.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Strahlungsquelle 201 und der Detektor 202 so angeordnet sein, dass die Bragg-Bedingung für Netzebenen eines Siliciumkristalls mit Miller-Indizes {hkl} = {011} erfüllt werden kann, wobei die ganze Zahl m gleich 4 ist. Die Wellenlänge λ kann gleich der Wellenlänge der K_α-Linie des Kupfers sein, die ungefähr 1,54 Å beträgt. Wie die Fachleute wissen, können Röntgenstrahlen mit einer derartigen Wellenlänge mit Hilfe einer Röntgenröhre, die eine Antikathode aus Kupfer enthält, leicht erzeugt werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Halbleiterstruktur 206 um die erste Achse 204 und die zweite Achse 205 gedreht werden, während sie mit der Strahlung 203 bestrahlt wird, um die Orientierung der Halbleiterstruktur 206 relativ zur Strahlungsquelle 201 und zum Detektor 202 zu verändern. Der Detektor 202 wird verwendet, um die Intensität der gebeugten Strahlung in Abhängigkeit von der Orientierung der Halbleiterstruktur 206 aufzuzeichnen, die durch Werte eines Drehwinkels der Halbleiterstruktur 206 um die Achse 204 und eines Drehwinkels der Halbleiterstruktur 206 um die Achse 205 beschrieben werden kann.
Werte der gemessenen Intensität der gebeugten Strahlung können in einem Diagramm dargestellt werden, das die Intensität der gebeugten Strahlung in Abhängigkeit von den Drehwinkeln um die Achse 204 und die Achse 205 wiedergibt. Wie die Fachleute wissen, wird diese Art von Diagramm allgemein als ”Polfigur” bezeichnet.
3 stellt eine schematische Darstellung einer Polfigur 300 dar, die erhalten werden kann, indem die Halbleiterstruktur 206 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung untersucht wird, in der die Oberfläche 230 des ersten Substrats 208 im Wesentlichen eine {001}-Oberfläche ist und die Oberfläche 231 des zweiten Substrats 210 im Wesentlichen eine {011}-Oberfläche ist, und in der die Detektorposition derart ausgelegt ist, dass die Bragg-Bedingung für die {011}-Netzebene und m = 4 erfüllt ist.
In der Polfigur 300 wird durch eine erste Koordinatenachse 301, die Werte eines Drehwinkels der Halbleiterstruktur 206 um eine erste Achse bezeichnet und eine zweite Koordinatenachse 302, die Werte eines Drehwinkels der Halbleiterstruktur 206 um eine zweite Achse bezeichnet, ein Koordinatensystem dargestellt. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Koordinatensystem eine stereografische Projektion der Winkelverteilung der Intensität der gebeugten Strahlung, die von dem Detektor 202 gemessen wird, umfassen. Die Drehwinkel können derart transformiert werden, dass eine Position der Halbleiterstruktur 206, in der die Bragg-Bedingung für Strahlung 203, die von einer vorbestimmten Netzebene des Kristallgitters des zweiten Substrats 206, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 231 des zweiten Substrats ist, zum Detektor 202 gebeugt wird, sich am Ursprung des von der ersten Koordinatenachse 301 und der zweiten Koordinatenachse 302 gebildeten Koordinatensystems befindet. Somit kann sich am Ursprung ein Reflex 303, an dem eine hohe Intensität gebeugten Lichts gemessen wird, befinden. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die zweite Oberfläche 231 des zweiten Substrats 210 im Wesentlichen eine Silicium-{011}-Oberfläche ist, kann der Ursprung des Koordinatensystems einer Position der Halbleiterstruktur 206 entsprechen, an der Strahlung, die von einer {011}-Netzebene zum Detektor 202 gebeugt wird, die Bragg-Bedingung erfüllt.
Wegen der Symmetrie des Kristallgitters des zweiten Substrats 210 können weitere Reflexe 308, 309, 310, 311 von weiteren {011}-Netzebenen im Kristallgitter des zweiten Halbleitersubstrats 206 beobachtet werden. Die Positionen solcher weiterer Reflexe können dabei helfen, die Orientierung von einer oder mehreren speziellen Gitterrichtungen im Kristallgitter des zweiten Substrats 210 zu bestimmen. Beispielsweise kann die Orientierung einer <011>-Richtung des Kristallgitters des zweiten Substrats 210 berechnet werden. Solche Berechnungen können mit Hilfe den Fachleuten bekannter Verfahren durchgeführt werden.
Da die Strahlung 203 auch von dem ersten Substrat 208 gebeugt wird, umfasst die Polfigur 300 auch Reflexe 304, 305, 306, 307, die von Netzebenen im ersten Substrat 208 verursacht werden. Die Positionen der Reflexe 304, 305, 306, 307 vom ersten Substrat 208 können bestimmt werden und aus den Positionen der Reflexe 304, 305, 306, 307 kann eine Orientierung von einer oder mehreren speziellen Gitterrichtungen des Kristallgitters des ersten Substrats 208, die den einen oder mehreren speziellen Gitterrichtungen entsprechen, deren Orientierung für das Kristallgitter des zweiten Substrats 210 bestimmt wunde, berechnet werden. Für solche Berechnungen können den Fachleuten bekannte Verfahren verwendet werden.
Aus der Orientierung der einen oder mehreren speziellen Gitterrichtungen im ersten Substrat 208 und im zweiten Substrats 210 kann anschließend die relative Orientierung des Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats und des Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats bestimmt werden. Insbesondere kann die relative Orientierung zwischen dem ersten Substrat 208 und dem zweiten Substrat 210 einen Drehwinkel der <011>-Richtung des Kristallgitters des zweiten Substrats 210 um eine vertikale Achse 217 2c) umfassen, die im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen 230, 231 des ersten Substrats und des zweiten Substrats ist, wobei der Drehwinkel relativ zur <011>-Richtung des Kristallgitters des ersten Substrats 208 gemessen wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass der Drehwinkel zwischen der <011>-Richtung des zweiten Substrats 210 und der <011>-Richtung des ersten Substrats 208 mit einer Genauigkeit von ungefähr 1° oder weniger bestimmt werden kann.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die 4 beschrieben.
4 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung 400, die in einem Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Vorrichtung 400 umfasst eine Strahlungsquelle 401, die dafür ausgelegt ist, eine Strahlung 402 bereitzustellen, die auf die Halbleiterstruktur 206 gerichtet werden kann. Während in manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Strahlung 402 Röntgenstrahlen umfassen kann, kann die Strahlung 402 in anderen Ausführungsformen Elektronen und/oder Neutronen umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Strahlung 402 zusätzlich zu Röntgenstrahlen Elektronen und/oder Neutronen enthalten.
Die Vorrichtung 400 umfasst ferner einen Detektor 404, der dafür ausgelegt ist, eine von der Strahlungsquelle 401 ausgesandte und an der Halbleiterstruktur 206 gebeugte Strahlung zu detektieren. Der Detektor 404 kann in Form einer fotografischen Platte oder eines Films, oder auch in Form eines Halbleiterdetektors, eines Geigerzählrohrs oder eines anderen Detektortyps, der für den von der Strahlungsquelle 401 emittierten Strahlungstyp empfindlich ist, bereitgestellt werden. Während in manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Detektor 401 relativ zu der Strahlungsquelle 401 und/oder der Halbleiterstruktur 206 beweglich sein kann, kann in anderen Ausführungsformen der Detektor 401 an einer festen Position relativ zur Strahlungsquelle 401 und/oder der Halbleiterstruktur 206 bereitgestellt werden.
In einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine erste Abbildung des reziproken Raums, die mindestens ein Reflex von einer Netzebene des Kristallgitters des ersten Substrats 208 der Halbleiterstruktur 206 umfasst, bestimmt.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die erste Abbildung des reziproken Raums ein Laue-Diagramm umfassen. Wie die Fachleute wissen, kann bei der Bestimmung eines Laue-Diagramms mit Hilfe der Röntgenbeugung eine Strahlung 402, die eine Vielzahl von Wellenlängen umfasst, auf die Halbleiterstruktur 206 gerichtet werden. An Netzebenen des Kristallgitters des zweiten Substrats werden Röntgenstrahlen zum Detektor 404 reflektiert, vorausgesetzt, dass für eine der Vielzahl von Wellenlängen der Abstand zwischen benachbarten Netzebenen und die relative Orientierung des ersten Substrats 208 und des Detektors 404 eine Bragg-Bedingung erfüllen.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die von der Strahlungsquelle 401 emittierte Strahlung 402 im Wesentlichen monochromatische Strahlung umfassen, beispielsweise Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge von ungefähr 1,54 Å, die mit Hilfe einer Röntgenröhre, die eine Antikathode aus Kupfer enthält, leicht erzeugt werden kann. in solchen Ausführungsformen können der Detektor 404 und/oder die Halbleiterstruktur 206 relativ zueinander bewegt werden, um die erste Abbildung des reziproken Raums zu bestimmen.
In der ersten Abbildung des reziproken Raums wird die Position von mindestens einem Reflex vom ersten Substrat 208 identifiziert und eine Orientierung des Kristallgitters der ersten Halbleiterstruktur 208 wird anhand der Position des mindestens einen Reflexes bestimmt Zu diesem Zweck können den Fachleuten bekannte Verfahren der Röntgenbeugung verwendet werden.
Eine zweite Abbildung des reziproken Raums, die mindestens einen Reflex von einer Netzebene des Kristallgitters des zweiten Substrats 210 umfasst, wird bestimmt.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die erste Abbildung des reziproken Raums und die zweite Abbildung des reziproken Raums gleichzeitig aufgezeichnet werden. Zu diesem Zweck können das erste Substrat 208 und das zweite Substrat 210 gleichzeitig der von der Strahlungsquelle 401 ausgesandten Strahlung 402 ausgesetzt werden. Reflexe vom Kristallgitter des ersten Substrats 208 und Reflexe vom Kristallgitter des zweiten Substrats 210 können anhand einer Abschätzung der relativen Orientierung der Kristallgitter des ersten 208 und des zweiten 210 Substrats identifiziert werden, wobei die Abschätzung auf einer gewünschten Orientierung der Kristallgitter beruhen kann.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die erste Abbildung des reziproken Raums und die zweite Abbildung des reziproken Raums nacheinander bestimmt werden. In solchen Ausführungsformen kann bei der Bestimmung der ersten Abbildung des reziproken Raums die Strahlung 402 selektiv auf das erste Substrat 208 gerichtet werden und bei der Bestimmung der zweiten Abbildung des reziproken Raums kann die Strahlung 402 selektiv auf das zweite Substrat 208 gerichtet werden. Zu diesem Zweck kann die Halbleiterstruktur 206 zunächst so ausgerichtet werden, dass die Strahlung 402 aus einer seitlichen Richtung, die zu der ersten Oberfläche 230 im Wesentlichen parallel ist, auf dem ersten Substrat 208 auftrifft, während die erste Abbildung des reziproken Raums bestimmt wird. Anschließend wird die Halbleiterstruktur 206 bewegt, beispielsweise in einer Richtung, die zu der ersten Oberfläche 230 im Wesentlichen parallel ist, so dass die Strahlung 402 auf dem zweiten Substrat 210 aus der seitlichen Richtung auftrifft. Die Bewegung der Halbleiterstruktur 206 kann im Wesentlichen ohne eine Drehung der Halbleiterstruktur 206 stattfinden, so dass Winkel zwischen den Netzebenen und der Einfallsrichtung der Strahlung 402 während der Messung der ersten und der zweiten Abbildung des reziproken Raums im Wesentlichen nicht verändert werden. Dadurch wird ein Offset der Drehwinkel der Halbleiterstruktur 206 durch die Bewegung der Halbleiterstruktur 206 nicht verändert.
In anderen Ausführungsformen kann Strahlung eines unterschiedlichen Typs verwendet werden, um die erste Abbildung des reziproken Raums und die zweite Abbildung des reziproken Raums zu bestimmen. Beispielsweise können Röntgenstrahlen verwendet werden, um die erste Abbildung des reziproken Raums zu bestimmen und Elektronen können verwendet werden, um die zweite Abbildung des reziproken Raums zu bestimmen, was unten genauer beschrieben wird.
Eine relative Orientierung zwischen dem Kristallgitter des ersten Substrats 208 und dem Kristallgitter des zweiten Substrats 210 kann aus der ersten Abbildung des reziproken Raums und der zweiten Abbildung des reziproken Raums bestimmt werden.
Zu diesem Zweck kann für eine gewünschte relative Orientierung zwischen dem Kristallgitter des ersten Substrats und dem Kristallgitter des zweiten Substrats und die bestimmte Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats eine theoretische Position von mindestens einem Reflex von einer Netzebene des Kristallgitters des zweiten Substrats bestimmt werden. Beispielsweise kann es in manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wünschenswert sein, dass das erste Substrat 208 eine erste Oberfläche 230 hat, die im Wesentlichen parallel zu einer {001}-Netzebene des Siliciums ist und das zweite Substrat 210 eine zweite Oberfläche 231 hat, die im Wesentlichen parallel zu einer {011}-Netzebene des Siliciums ist. Die theoretische Position des mindestens einen Reflexes von der Netzebene des Kristallgitters kann anhand der Bragg-Bedingungen oder anhand entsprechender Laue-Gleichungen, die den Fachleuten wohlbekannt sind, berechnet werden.
Anschließend wird eine Abweichung zwischen der theoretischen Position des mindestens einen Reflexes von der Netzebene des zweiten Substrats und einer gemessenen Position des mindestens einen Reflexes, die anhand der zweiten Abbildung des reziproken Raums bestimmt wurde, bestimmt. Die relative Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats und des Kristallgitters des zweiten Substrats können anschließend aus der Abweichung zwischen der theoretischen Position des mindestens einen Reflexes und der gemessenen Position des mindestens einen Reflexes bestimmt werden, beispielsweise, indem Bragg-Gleichungen und/oder Laue-Gleichungen für eine oder mehrere Netzebenen, die zu dem mindestens einen Reflex gehören, nach Parametern, die die relative Orientierung des ersten Substrats 208 und des zweiten Substrats 210 charakterisieren, aufgelöst werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die relative Orientierung zwischen den Kristallgittern des ersten Substrats 208 und des zweiten Substrats 210 in Form einer Verkippung einer <011>-Achse des ersten Substrats relativ zu einer <001>-Achse des zweiten Substrats bestimmt werden. Die Verkippung kann durch einen ersten Drehwinkel um eine erste Achse 205 und einen zweiten Drehwinkel um eine zweite Achse 216 (2c) ausgedrückt werden. Da in einem Siliciumkristall die <001>-Achse im Wesentlichen senkrecht auf der {001}-Netzebene steht und die <011>-Achse im Wesentlichen senkrecht auf der {011}-Netzebene steht, ist die Verkippung zwischen der <001>-Achse und der <011>-Achse repräsentativ für die Verkippung zwischen der {011}-Netzebene im zweiten Substrat und der {001}-Netzebene im ersten Substrat.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass das oben beschriebene Verfahren eine Bestimmung der Verkippung zwischen {011}-Netzebenen im zweiten Substrat 210 und den {001}-Netzebenen im ersten Substrat 208 mit einer Genauigkeit von ungefähr 0,05° ermöglicht.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Verfahren zum Bestimmen einer relativen Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats 208 und des Kristallgitters des zweiten Substrats 210 vor einem Spaltungsprozess ähnlich dem, der bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur, das oben mit Bezug auf die 1a bis 1c beschrieben wurde, durchgeführt wird, angewendet werden. Vorteilhafterweise kann dies dabei helfen, eine höhere Intensität der Reflexe vom zweiten Halbleitersubstrat 210 zu erhalten, da in der Halbleiterstruktur 206 eine größere Dicke des Materials des zweiten Substrats 210 vorhanden ist. In anderen Ausführungsformen kann das zweite Substrat 210 jedoch gespalten werden, bevor die relative Orientierung der Kristallgitter des ersten Substrats 208 und des zweiten Substrats 210 bestimmt wird. In manchen dieser Ausführungsformen können Feldeffekttransistorelemente ähnlich den Feldeffekttransistorelementen 110, 111 in der oben mit Bezug auf die 1a bis 1c beschriebenen Halbleiterstruktur 100 über dem ersten Substrat 208 und dem zweiten Substrat 210 ausgebildet werden, bevor die relative Orientierung der Kristallgitter bestimmt wird.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Strahlung 203, 402, die auf die Halbleiterstruktur 206 gerichtet wird, sowohl Röntgenstrahlen als auch Elektronen umfassen. Die Halbleiterstruktur 206 kann relativ zur Einfallsrichtung der Strahlung so ausgerichtet werden, dass die Strahlung zuerst auf die Oberfläche 231 des zweiten Substrats 210 auftrifft, während die Strahlung das erste Substrat 208 erst erreicht, nachdem sie das zweite Substrat 210 durchdrungen hat.
Die Wechselwirkung zwischen kristalliner Materie und Elektronen mit einer Wellenlänge in der gleichen Größenordnung wie der Abstand zwischen Atomen im Kristallgitter kann stärker sein als die Wechselwirkung zwischen der kristallinen Materie und Röntgenstrahlen, deren Wellenlänge die gleiche Größenordnung hat. Somit kann selbst dann, wenn das zweite Substrat 210 relativ dünn ist, beispielsweise da vor der Untersuchung der Halbleiterstruktur 206 ein Spaltungsprozess durchgeführt wurde, eine relativ hohe Intensität von Elektronen, die am zweiten Substrat 210 gebeugt wurden, beobachtet werden. Da ein relativ großer Anteil der Elektronen auch im Fall einer relativ geringen Dicke des zweiten Substrats 210 im zweiten Substrat 210 absorbiert werden kann, kann eine relativ geringe Intensität von Elektronen, die am ersten Substrat 208 gebeugt wurden, beobachtet werden. Die Röntgenstrahlen können jedoch das zweite Substrat 210 durchdringen und werden im ersten Substrat 208 gebeugt.
Somit kann die Intensität gebeugter Elektronen verwendet werden, um die Orientierung des Kristallgitters des zweiten Substrats 210 zu bestimmen, während die Intensität gebeugter Röntgenstrahlen verwendet werden kann, um die Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats 208 zu bestimmen. In solchen Ausführungsformen können zwei Strahlungsquellen und zwei Detektoren bereitgestellt werden.

Claims

Verfahren mit: Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, die ein erstes kristallines Substrat und ein zweites kristallines Substrat umfasst, die aus einem gleichen Material bestehen, das Silizium umfasst, wobei das erste Substrat eine erste Oberfläche aufweist und das zweite Substrat eine zweite Oberfläche aufweist, wobei die zweite Oberfläche parallel zu der ersten Oberfläche ist und sich eine Orientierung der ersten Oberfläche relativ zum Kristallgitter des ersten Substrats von einer Orientierung der zweiten Oberfläche relativ zum Kristallgitter des zweiten Substrats unterscheidet, wobei die erste Oberfläche eine {001}-Oberfläche ist und die zweite Oberfläche eine {011}-Oberfläche ist; Bestrahlen der Halbleiterstruktur mit einer Strahlung, wobei sowohl das erste kristalline Substrat als auch das zweite kristalline Substrat der Strahlung ausgesetzt wird; Messen mindestens eines Beugungsmusters eines Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats und eines Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats; und Bestimmen einer relativen Orientierung des Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats und des Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats aus dem mindestens einen Beugungsmuster.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Messung des Beugungsmusters ein Bestimmen einer Polfigur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Bestimmen der Polfigur umfasst: Bereitstellen eines Detektors an einer vorbestimmten Detektorposition, wobei die Detektorposition derart ausgewählt ist, dass für die Strahlung eine Bragg-Bedingung erfüllt ist, wenn sie von einer vorbestimmten Netzebene des ersten und des zweiten kristallinen Substrats zu der Detektorposition gebeugt wird; Drehen der Halbleiterstruktur um eine erste Achse und eine zweite Achse, um eine Orientierung der Halbleiterstruktur zu verändern; und Verwenden des Detektors zum Aufzeichnen einer Intensität gebeugter Strahlung in Abhängigkeit von der Orientierung der Halbleiterstruktur.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Bestimmen der relativen Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats und des Kristallgitters des zweiten Substrats ein Bestimmen einer Position von Reflexen vom ersten kristallinen Substrat und einer Position von Reflexen vom zweiten kristallinen Substrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Messung des mindestens einen Beugungsmusters umfasst: Bestimmen einer ersten Abbildung des reziproken Raums, die mindestens einen Reflex von einer Netzebene des Kristallgitters des ersten Substrats umfasst; und Bestimmen einer zweiten Abbildung des reziproken Raums, die mindestens einen Reflex von einer Netzebene des Kristallgitters des zweiten Substrats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Bestimmen der relativen Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats und des Kristallgitters des zweiten Substrats umfasst: Bestimmen einer Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats auf Grundlage der ersten Abbildung des reziproken Raums; Berechnen einer theoretischen Position von mindestens einem Reflex von einer Netzebene des Kristallgitters des zweiten Substrats für eine gewünschte relative Orientierung zwischen dem Kristallgitter des ersten Substrats und dem Kristallgitter des zweiten Substrats und die bestimmte Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats; und Bestimmen der relativen Orientierung des Kristallgitters des ersten Substrats und des Kristallgitters des zweiten Substrats auf Grundlage einer Abweichung zwischen der theoretischen Position des mindestens einen Reflexes und einer gemessenen Position des mindestens einen Reflexes, die anhand der zweiten Abbildung des reziproken Raums bestimmt wurde.
Verfahren mit: Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, die ein erstes kristallines Substrat und ein zweites kristallines Substrat umfasst, wobei das erste kristalline Substrat und das zweite kristalline Substrat ein gleiches Material enthalten, das Silizium umfasst; Bestrahlen der Halbleiterstruktur mit einer Strahlung; Bestimmen einer Polfigur, die eine Abhängigkeit einer Intensität von Strahlung, die an einer vorbestimmten Netzebene des ersten und des zweiten kristallinen Substrats reflektiert wurde, von einer Orientierung der Halbleiterstruktur relativ zu einer Einfallsrichtung der Strahlung repräsentiert, anhand der von der Halbleiterstruktur gebeugten Strahlung; Bestimmen einer Position mindestens eines ersten Reflexes vom ersten Substrat und einer Position mindestens eines zweiten Reflexes vom zweiten Substrat in der Polfigur; und Berechnen eines Drehwinkels zwischen einer <011>-Richtung des Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats und einer <011>-Richtung des Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats anhand der Position des mindestens einen ersten Reflexes und der Position des mindestens einen zweiten Reflexes.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das erste kristalline Substrat eine erste Oberfläche umfasst und das zweite kristalline Substrat eine zweite Oberfläche umfasst, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche zueinander parallel sind und sich eine Orientierung der ersten Oberfläche relativ zum Kristallgitter des ersten Substrats von einer Orientierung der zweiten Oberfläche relativ zum Kristallgitter des zweiten Substrats unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die erste Oberfläche eine {001}-Oberfläche ist und die zweite Oberfläche eine {011}-Oberfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Netzebene eine {011}-Ebene umfasst.
Verfahren mit: Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, die in erstes kristallines Substrat und ein zweites kristallines Substrat umfasst; Bestrahlen der Halbleiterstruktur mit einer Strahlung; Messen einer Intensität einer Strahlung, die an der Halbleiterstruktur gebeugt wurde; Bestimmen einer ersten Abbildung des reziproken Raums, die mindestens einen ersten Reflex von einer Netzebene eines Kristallgitters des ersten kristallinen Substrats umfasst und einer zweiten Abbildung des reziproken Raums, die mindestens einen zweiten Reflex von einer Netzebene eines Kristallgitters des zweiten kristallinen Substrats umfasst anhand der gemessenen Intensität; und Bestimmen einer Verkippung einer <011>-Achse des zweiten kristallinen Substrats relativ zu einer <001>-Achse des ersten kristallinen Substrats auf Grundlage einer Position des mindestens einen ersten Reflexes und einer Position des mindestens einen zweiten Reflexes.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das erste kristalline Substrat und das zweite kristalline Substrat aus Silizium bestehen.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das erste kristalline Substrat eine {001}-orientierte erste Oberfläche aufweist und das zweite kristalline Substrat eine {011}-orientierte zweite Oberfläche aufweist.