一种在基板上转移制作薄膜的方法技术

一种薄膜转移材料的制作方法，其特征在于所述方法包含下列步骤：　　　　提供一种原始基板；　　　　利用离子注入法，在所述原始基板内形成离子分离层，使得该原始基板通过所述离子分离层形成：　　　　一层薄膜层，该薄膜层为该原始基板中承受离子注入的区域；和　　　　一层余质层，该余质层为该原始基板中未注入离子的区域；　　　　利用晶圆键合法，将目标基板键合于该原始基板，使所述目标基板和该原始基板键结成键合结构体；以及　　　　将所述键合结构体加热至高于室温且使该构造体的介电常数和损耗因子产生转变的转变温度，施以高频交替电场或磁场照射处理该键合结构体，来分离该薄膜层与该余质层，使该薄膜层能够自该原始基板表面转移至该目标基板上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体材料的薄膜转移方法，具体地说，涉及转移与该原始基板等面积、纳米等级厚度、高度膜厚均匀度、低缺陷密度的薄膜转移方法。
技术介绍
晶圆键合方法能将两晶格常数相差甚远的单晶晶圆片相结合，中间的键合接口不需使用任何胶，保持完全洁净，却仍能得到和基板强度一样的键合强度，以满足电子及光电材料对接口属性严格的要求。一九八八年美国的马舒拉(Dr.W.Maszara)应用一种P+型腐蚀停止层(Etch Stop Layer)，来制作次微米厚度的键合式绝缘层硅晶圆(Bonding Etch-Back Silicon on Insulator；BESOI)，使得该技术(BESOI)应用范围扩充至电子材料、光电材料及微机电系统(MEMS)领域。然而该技术仍然有腐蚀停止层在各点的停止腐蚀机构工作时间不一，影响膜厚均匀度(Total Thickness Variation，TTV)的缺点，成为该材料应用于高度集成电路制作最大的障碍。此外，该方法十分费时，不但浪费原始基板，而且其所产生的废弃溶液也易造成环境污染问题，使得制作成本居高不下。同一时期，IBM应用氧离子直接注入法(Separation byImplantation Oxygen，SIMOX)来制作SOI材料方法，也得到迅速发展。由于SIMOX有绝佳的薄膜厚度均匀度，使得BESOI技术在制作高度集成电路领域的应用几乎被淘汰。一九九二年，法国的布鲁尔(Dr.M.Bruel)专利技术一种薄膜转移技术，即“智切法”(Smart CutProcess)。智切法能使键合式SOI材料薄膜厚度亦具有如SIMOX优异的均匀度。依据布鲁尔于美国专利5,374,564的权利要求书中所述，该工艺步骤是先于一种原始基板中注入高剂量如氢、惰性气体等气体的离子，然后与另一目标基板键合成一体，接着再施以加热处理，使这些离子在注入层中聚合，产生许多微气泡(microbubbles)。随后这些微气泡连成一片，进而分离上下材质，产出薄膜。智切法所得的薄膜均匀度十分良好，缺陷密度小，且无腐蚀液产生，氢气逸出后也无毒无害，没有环境污染问题，且可以回收原始基板材料。智切法伴随有高温加热处理所产生的热应力以及低生产效率等缺失问题。因为在智切法的薄膜转移技术中的升温加热处理，利用各种加热源，输入热能来升高基板温度，以激发这些注入的氢离子的动能，进而聚合成气泡，终致撕裂开分离层，达到薄膜转移目的。然而，上述方法具有以下四项重大缺点(1)在键合强度未达到足以抵抗氢离子在注入层聚合产生微气泡，生成巨大剥离力之前，温度需控制在使氢离子产生气泡的温度下(约450℃)。因此初步键合的晶圆必须控制于低温状态下进行退火，这将使得该退火加热的等待时间延长，消耗大量时间，成为整个薄膜转移制程的瓶颈，影响产量；(2)该试料需整体在高温中加热，需约在500℃之上，才能确保有预期的薄膜分离的结果。假若两键合材料的热膨胀系数存在差异，易在高温下产生极大的热应力，破坏两材料的键合结构；此法在转移异材质材料过程中，往往在尚未产生薄膜分离前，即因热应力过大而使键合结构体破裂；(3)以退火方式将热能转换成动能的热效率低，须耗大量外加能量来进行，增加营运成本；(4)对某些材料而言，如氧化铝或氧化铝镧基板等等，利用智切法所公开的方法来进行氢离子注入以及后续的高温加热处理等步骤时，无法产生明显的微细气泡来达到分离薄膜的目的。2000年，台湾的李天锡(Dr.T.-H.Lee)发展了一种非热方法(Non-thermal Process；即Nova CutProcess)，利用高频交替电场或磁场，例如微波，来直接激发基板内部注入离子或分子离子(MolecularIons)，产生动能，增加碰撞频率，使微细气泡急剧产生且膨胀，发生注入层撕裂效应，进而将薄膜自原始基板中分离转移至目标基板表面(美国专利6,486,008)。这种方法能有效提高产能、降低时间成本。但是应用此方法在大面积晶圆片上，由于(1)各点产生突发性高热点不均匀，使得试料内部各点产生的瞬间温度有差距，导致在各瞬间薄膜分离点的分离时间不一致，生成内部应力，造成转移面粗糙化，甚至产生许多的细微裂缝；(2)微波照射均匀度不易控制，伴随产生的温度分布不均匀，对工艺稳定性有一定的负面影响；(3)注入的离子彼此分布间距大，能量吸收效率低，因此该方法被局限于小尺寸晶圆制作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种薄膜转移方法。所述方法能够产生转移大尺寸晶圆片等面积大小、纳米等级厚度、高均匀度膜厚、维持原有晶体结构的半导体材料薄膜能力。本专利技术提供一种薄膜转移材料的制作方法，该方法包含下列步骤提供一种原始基板；利用离子注入法，在所述原始基板内形成离子分离层，使得该原始基板通过所述离子分离层形成一层薄膜层，该薄膜层为该原始基板中承受离子注入的区域；和一层余质层，该余质层为该原始基板中未注入离子的区域；利用晶圆键合法，将目标基板键合于该原始基板，使所述目标基板和该原始基板键结成键合结构体；以及将所述键合结构体加热至高于室温且使该构造体的介电常数和损耗因子产生转变的转变温度，施以高频交替电场或磁场照射处理该键合结构体，来分离该薄膜层与该余质层，使该薄膜层能够自该原始基板表面转移至该目标基板上。在一种优选实施方式中，所述离子注入法选自等离子体浸泡离子注入法和不同注入温度的分段离子注入法。在另一种优选实施方式中，所述的注入离子选自氢离子和氢分子离子。在另一种优选实施方式中，所述晶圆键合法选自直接键合法、阳极键合法、低温键合法、真空键合法和等离子体强化键合法。在另一种优选实施方式中，所述晶圆键合法还包含表面离子化处理，使该原始基板与该目标基板的键合面能够获得足够的键合强度。在另一种优选实施方式中，在所述离子分离层形成之后且在键合之前还包含预热程序，以初步聚合注入的离子或分子离子，产生晶界裂纹，使该原始基板表面处于欲形成气泡的高应力临界状态。在另一种优选实施方式中，所述高频交替电场或磁场照射处理利用能够产生高频交替电场或磁场的相关装置来产生高频交替电场或磁场，所述产生高频交替电场或磁场的相关装置选自微波、射频、感应耦合场产生装置和其它足以直接激发该键合结构体内的注入离子或分子离子或这些离子与基板原子的反应产物的动能的装置。在另一种优选实施方式中，所述转变温度高于室温，且低于900℃或低于智切法在同一时段内完成所需的温度。在另一种优选实施方式中，所述原始基板为硅衬底片时，该转变温度高于室温，且低于450℃。在另一种优选实施方式中，所述原始基板还包含不同搀杂原子浓度层，以利用该原始基板中的不同搀杂原子浓度层来形成不同载流子浓度层，以在该高频交替电场或磁场照射时，产生选择性感应能量。在另一种优选实施方式中，所述原始基板的不同搀杂原子浓度层利用离子注入，或分子束外延成长，或液相外延成长，或气相外延成长等方式形成。在另一种优选实施方式中，所述高频交替电场或磁场照射处理所使用的微波系统选自固定频率的微波系统和可转变频率的微波系统，所述固定频率微波系统的微波使用2.45GHz或900MHz的频率。在另一种优选实施方式中，所述微波照射时间大于一分钟。在另一种优选实施方式中，所述原始基板的材料选自硅、锗、碳化硅、砷化镓、氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜转移材料的制作方法，其特征在于所述方法包含下列步骤提供一种原始基板；利用离子注入法，在所述原始基板内形成离子分离层，使得该原始基板通过所述离子分离层形成一层薄膜层，该薄膜层为该原始基板中承受离子注入的区域；和一层余质层，该余质层为该原始基板中未注入离子的区域；利用晶圆键合法，将目标基板键合于该原始基板，使所述目标基板和该原始基板键结成键合结构体；以及将所述键合结构体加热至高于室温且使该构造体的介电常数和损耗因子产生转变的转变温度，施以高频交替电场或磁场照射处理该键合结构体，来分离该薄膜层与该余质层，使该薄膜层能够自该原始基板表面转移至该目标基板上。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述离子注入法选自等离子体浸泡离子注入法和不同注入温度的分段离子注入法。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的注入离子选自氢离子和氢分子离子。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述晶圆键合法选自直接键合法、阳极键合法、低温键合法、真空键合法和等离子体强化键合法。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述晶圆键合法还包含表面离子化处理，使该原始基板与该目标基板的键合面能够获得足够的键合强度。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述离子分离层形成之后且在键合之前还包含预热程序，以初步聚合注入的离子或分子离子，产生晶界裂纹，使该原始基板表面处于欲形成气泡的高应力临界状态。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述高频交替电场或磁场照射处理利用能够产生高频交替电场或磁场的相关装置来产生高频交替电场或磁场，所述产生高频交替电场或磁场的相关装置选自微波、射频、感应耦合场产生装置和其它足以直接激发该键合结构体内的注入离子或分子离子或这些离子与基板原子的反应产物的动能的装置。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述转变温度高于室温，且低于900℃或低于智切法在同一时段内完成所需的温度。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述原始基板为硅衬底片时，该转变温度高于室温，且低于450℃。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述原始基板还包含不同搀杂原子浓度层，以利用该原始基板中的不同搀杂原子浓度层来形成不同载流子浓度层，以在该高频交替电场或磁场照射时，产生选择性感应能量。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述原始基板的不同搀杂原子浓度层利用离子注入，或分子束外延成长，或液相外延成长，或气相外延成长等方式形成。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述高频交替电场或磁场照射处理所使用的微波系统选自固定频率的微波系统和可转变频率的微波系统，所述固定频率微波系统的微波使用2.45GHz或900MHz的频率。13.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘青，熊夏幸，李天锡，
申请(专利权)人：联合晶圆公司，
类型：发明
国别省市：