用于薄膜转移的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于薄膜转移的方法，可以有效的将薄膜从一个衬底分离并转移到另外一个衬底上，同时减少或者避免对薄膜可能产生的损伤。本发明专利技术针对薄膜转移工艺中经常出现的键合面缺陷、以及由键合面缺陷导致的转移层缺陷问题，采用了在键合片裂片过程之前对键合片施加压力、以及一个任选的在加压的条件下对键合片进行热处理的工艺来提高键合强度，减少或消除键合面缺陷。本发明专利技术适用于半导体行业及其它行业中薄膜转移工艺，主要应用于绝缘层上硅(silicon on insulator,SOI)晶圆的生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，可以有效的将薄膜从一个衬底分离并转移到另外一个衬底上，同时减少或者避免对薄膜可能产生的损伤。本专利技术针对薄膜转移工艺中经常出现的键合面缺陷、以及由键合面缺陷导致的转移层缺陷问题，采用了在键合片裂片过程之前对键合片施加压力、以及一个任选的在加压的条件下对键合片进行热处理的工艺来提高键合强度，减少或消除键合面缺陷。本专利技术适用于半导体行业及其它行业中薄膜转移工艺，主要应用于绝缘层上硅(silicon?on?insulator,SOI)晶圆的生产。【专利说明】 专利
本专利技术涉及一种适用于半导体行业及其它行业中薄膜转移工艺，主要可应用于绝 缘层上硅晶圆的生产。 专利技术背景 绝缘层上娃（silicon on insulator, SOI)作为一种新型半导体材料，已经得到日 益广泛的应用。附图1A为SOI的示意图，附图1B为SOI横截面的示意图。如附图1B所示， S0I的组成通常包括顶层单晶硅层100、绝缘层105、及底层基体110Α0Ι的生产目前主要采 用键合回蚀（bonded and etch-back SOI, BES0I)、注氧隔离（separation by implantation of oxygen，SM0X)和智能切割（SMART⑶T)等几种工艺路线。其中，智能切割法对于生产 薄膜S0I (通常顶层单晶硅层100厚度小于1微米）具有明显技术优势。 5, 374, 564号美国专利描述了智能切割法的主要工艺。附图2为现有技术中智能 切割法的主要流程。附图3为附图2流程图中主要步骤的示意图。智能切割法的工艺过程 可以概括如下：（1)提供一硅片（A) 300 (S200)，将硅片300氧化（S205)，在硅片300表面 形成一氧化层310,然后对氧化后的娃片300进行氢离子注入（S210)，在娃片300表面下一 定深度(通常小于1微米）处形成一个富氢层315,同时在氧化层310和富氢层315之间留 下一层单晶娃316 ; (2)提供一衬底片（B) 305 (S215)，将衬底片305与翻转后的注氢娃片 320键合在一起（S220)，得到键合片330,衬底片305与翻转后的注氢硅片320之间的接触 面为键合面325 ; (3)通过加热使键合片330沿着富氢层315裂开（S225)，使原注氢硅片320 上富氢层315以上的单晶硅层316和氧化层310从硅片320转向衬底片305,此转移层335 与衬底片305构成S0I340 (S230) ; (4)对S0I片340进行后加工，如热处理、表面抛光、清 洁等。 上述工艺中使用的衬底片305通常为另一硅片，但是其他材料也可以用来做衬底 片305,比如2002-170942号日本专利提出使用玻璃做衬底片305材料。衬底片305的表面 可以为硅表面自然形成的原生氧化层，也可以为用化学或者物理方法沉积或者生长的氧化 层，也可以是其他薄膜，比如2002-170942号日本专利在衬底片305上使用一层氮化硅来防 止衬底片305里的杂质扩散到单晶硅层316里。智能切割法的裂片过程S225通常由加热 引发，也可以由其它能量输入方式引发，如7, 459, 025号美国专利使用电磁波辐射来引发 裂片过程S225。 虽然智能切割法已经成功实现产业化，但是它的成品率仍然较低，这主要表现在 裂片步骤S225后，转移层335经常出现缺陷，包括的大面积未转移区400 (示意图见附图 4A)和微小凹坑缺陷405 (示意图见附图4B)。大面积未转移区400通常通过目测即可发 现，微小凹坑缺陷405通常需要用光学检测仪发现。造成转移层335缺陷的原因之一是注 氢硅片320与衬底片305键合过程S220中，注氢硅片320与衬底片305之间的键合面325 产生缺陷，键合强度不足。注氢硅片320与衬底片305之间的键合可以通过氢键的形成、低 温热处理、使用胶粘剂、旋涂玻璃（Spin-on-Glass)、静电作用等完成。当衬底片305为硅片 或者表面有氧化层的硅片时，键合主要通过氢键的形成来实现。以硅晶圆衬底片为例，键合 前，通常需要对注氢硅片320与衬底片305进行彻底的清洗，使其表面具有很高的亲水性。 常用的清洗方法如RCA清洗工艺。硅片也可以用浓硫酸和过氧化氢制成的溶液清洗。清洗 过的硅片要求具有很高的亲水性，表面富氢氧基集团、通常有水分子吸附。如果经过清洗的 注氢硅片320与衬底片305的表面足够平坦、光滑、亲水，当它们被放在一起时，由于氢键的 作用，在室温下注氢硅片320与衬底片305即会被比较牢固的键合在一起。然而，生产过程 中，由于硅片表面可能存在缺陷、清洗不充分、键合环境中存在尘埃等等原因，可能出现键 合面325有缺陷、键合强度不足的问题。这些问题直接导致裂片过程S225后SOI片340上 出现缺陷。 针对此缺陷问题，制造商通常采用不同的方法来改进键合工艺，提高注氢硅片320 与衬底片305之间的键合强度，减少键合缺陷。常用的方法比如在键合后对键合片330在 常压(约1个大气压绝对压强)、400° C以下进行低温热处理S500 (见附图5)。8, 198, 173 和8, 211，780号美国专利通过在键合前对器件硅片320和衬底片305表面进行等离子处理 来提高键合强度。这些方法虽然不同程度的提高了键合强度，但效果都有限，键合面325仍 然存在缺陷，键合强度仍然不理想，智能切割法的成品率仍然较低。
技术实现思路
鉴于上述问题，半导体工业界急需一种能够改善智能切割法中键合强度、减少或 消除键合面缺陷从而大幅度提1?良品率的SOI晶圆的新制造方法。 因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有高良品率的SOI晶圆的新制造方法。 本专利技术的另一个目的是提供一种适合于应用于半导体行业的薄膜转移新工艺方 法，其能有效地避免薄膜转移过程中的薄膜损伤。 因此，本专利技术一方面提供了一种，包括： a)向用于提供薄膜的由半导体材料构成的第一衬底注入粒子从而在衬底表面下 方形成粒子富集层的步骤； b)将已注入粒子的第一衬底与用于接受薄膜的第二衬底键合在一起，形成键合片 的步骤； c)对键合片施加压力和任选的在加压的条件下对键合片进行热处理的的步骤； d)通过减压或者通过加热、电磁波辐射或者其它能量输入方式或这些方式的组合 来引发第一衬底的粒子富集层至第一衬底表面之间的薄层从第一衬底裂开而转移至第二 衬底的步骤(被转移的薄层不包括粒子富集层本身）。 根据本专利技术的的一个实施方式，所述第一衬底的材料选自： 硅（Si)、锗（Ge)、锗硅（SiGe)、砷化镓（GaAs)、氮化镓（GaN)、磷化铟（InP)、碳化硅（SiC)， 或者所述第一衬底是由硅（Si)、锗（Ge)、锗硅（SiGe)、砷化镓（GaAs)、氮化镓（GaN)、磷化 铟（InP)、碳化硅（SiC)中的两种或多种材料以薄膜或者层状结构或者其他方式组合在一 起的复合衬底。 根据本专利技术的的一个实施方式，本专利技术的薄膜转移方法还包 括在步骤a)之前或者在步骤b)之前向第一衬底表面提供覆盖薄膜的步骤，所述覆盖薄膜 也被转移至第二衬底。所述覆盖薄膜可以是氧化物膜或其他绝缘薄膜，例如氮化物膜、聚氨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于薄膜转移的方法，包括：a)向用于提供薄膜的由半导体材料构成的第一衬底注入粒子从而在衬底表面下方形成粒子富集层的步骤；b)将已注入粒子的第一衬底与用于接受薄膜的第二衬底键合在一起，形成键合片的步骤；c)对键合片施加压力和任选的在加压的条件下对键合片进行热处理的的步骤；d)通过减压或者通过加热、电磁波辐射或者其它能量输入方式或这些方式的组合来引发第一衬底的粒子富集层至第一衬底表面之间的薄层从第一衬底裂开而转移至第二衬底的步骤。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高地，
申请(专利权)人：高地，
类型：发明
国别省市：辽宁;21