制造含有粘接到目标基片上的薄层的叠置结构的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造含有至少一层粘接到一目标基片上的薄层的一叠置结构的方法，该方法包括如下步骤：ａ）用一个初始基片形成一层薄层，该薄层的自由面称作第一接触面；ｂ）使第一接触面与一个中间支撑的一个面进行粘结接触，得到的结构可兼顾以后初始基片的变薄；ｃ）将所述初始基片弄薄，从而显示出一个称作第二接触面的薄层自由面，该自由面与所述第一自由面对置；ｄ）使目标基片的一个面与所述第二接触面的至少一部分进行粘结接触，得到的结构可兼顾以后去掉所述中间支撑的全部或部分；ｅ）去掉所述中间支撑的至少一部分，这样就能得到所述的叠置结构。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造含有粘接于一目标基片上的一薄层的一叠置结构的方法。本专利技术主要用在半导体领域。
技术介绍
法国专利FR-A-2681472(对应于美国专利US5374564)描述了一种制造半导体材料薄膜的方法。该文献揭示了将稀有气体和/或氢气注入到一半导体材料基片中可形成可包括一些微腔或微泡(在英语术语中还称作“片晶”)的一脆化层，其厚度与注入的离子的平均穿透深度差不多。这种基片通过其被注入的表面与作为受力构件的一支撑紧密接触。此外，可以在足以使微腔或微泡之间导致相互作用(或聚集)的温度下进行热处理，使该半导体基片分离或分割成两部分一部分是粘接到受力构件上的半导体薄膜，另一部分是剩下的半导体基片，所剩的基片可被循环用作施主基片或用作支撑。该分割在存在微腔或微泡的地方发生，也就是说沿着该微腔层进行。该热处理的结果是由注入产生的微泡或微腔之间的相互作用使得薄膜和剩余基片之间出现分离。因此，薄膜就从一初始基片转移到一用作支撑该薄膜的受力构件上。我们通过离子注入表示上述定义的任何一种或多种类型的引入。我们可以列举离子轰击、离子扩散等等。除了半导体材料(导体材料或介电材料)、晶体或非晶体以外，这种方法还可以用来制造固体材料的薄膜。这种薄膜可以是单层或多层薄膜(例如参见FR-A-2748850)。这种方法可以通过将硅薄膜转移到一个涂覆有氧化层的硅基片上制造电子性能的价格便宜的薄片，例如SOI薄板。在E.C.S.Proc.Vol.99-3的出版物中，作者为H.MORICEAU等的文章《A newcharacterization process used to qualify SOI film》(p.173)中，揭示了可以将这种方法制成的SOI薄板粘到一个氧化硅基片上。在利用选择性的化学侵蚀法(例如以HF为基础)处理该SOI薄板的硅基片及其氧化层以后，就得到另一种反向硅膜的SOI薄板，因为该膜的自由面是粘贴在初始薄板SOI的被埋起来的氧化层上。这样操作的原因是可以检查硅膜的缺陷。事实上，这种研究的目的是为了确定薄膜厚度中的缺陷位置，而不是为了制造一种新的结构。在E.C.S.Proc.Vol.97-23的出版物中，作者为M.SUDOU等的文章《Evaluation of defects In surface Si near Si/BOX Interface In SIMOX wafers》(p.119)中，以及在E.C.S.Proc.Vol.95-7的出版物中，作者为A.J.AUBERTON等的文章《SIMOX technology and application to wafer bonding》(p.12)中，揭示了将由SIMOX方法得到的薄板SOI直接粘贴到硅或纯硅石上的试验。该方法只有粘贴一个步骤，接下来就是取下薄片SOI的基片。这些实验的目的也是为了检查硅膜的缺陷。在Material Science and Engineering，B73(2000)的出版物中，作者为F.FOURNEL等的文章“Ultra thin silicon films directly bonded onto siliconwafers”(第42页-46页)中使用了一种类似的方法，以便一交界面中形成一个位错网，该交界面在薄膜与硅单晶基片接触时确定。该文章没有指出本专利技术描述的获得叠置结构薄层的方法。法国专利文献FR-A-2725074(对应于美国专利US5863830)揭示了一种含有半导体薄膜的结构的制造方法，该半导体薄膜被粘贴到一个目标基片上。开始时利用第一粘结能量将该薄膜粘结到起始基片上。然后利用可以克服第一粘结能量和薄膜在目标基片上的粘贴力的拔出力将该薄膜从起始基片转移到目标基片，薄膜的这种转移可以用一个中间基片或一个操作设备完成，而中间基片本身通过拔出力与薄膜分离。这种方法要求控制与薄膜相连的各不同结合界面之间的粘贴能量，以便能够按顺序拔出。缩写字母为BESOI的公知技术没有利用通过注入气体的方法分离薄膜。其主要特征之一是使用一层晶体阻滞层，该晶体阻滞层可以进行所谓的选择性化学侵蚀，并同时对单晶层，特别对硅单晶层，进行支撑。这种阻滞层是一单晶层或一外延层。它可以是一掺杂的硅层，将特性与薄膜(例如SixGe1-x)特性不同的硅材料外延后得到的一薄层，在硅基片的实心部分实施的，多孔的一单晶硅层。如果要求在该阻滞层上沉积单晶薄膜，则这种技术就不能用非晶质阻滞层。该技术没有提出使用中间基片。在法国专利文献FR-A-2681472中描述的制造薄层结构称作直接法的已知方法是以注入氢气，与一最终的支撑进行的分子附着，在注入区域中和/或附近进行分离为基础，但这种方法不能很容易地和/或具有足够品质地获得某些具有一些特定性能的结构。在下面的这些情况中，不适于简单地使用直接法，根据该方法的简单改变也不能导出本专利技术试图提供的技术方案。第一种情况就是制造薄的和/或很薄的叠置薄膜结构，这种薄膜具有的一晶体层处在一非晶质层的表面上。第一个例子是制造小于几十纳米厚度的薄膜，例如在20nm厚的SiO2薄膜上的硅膜的厚度为20nm，并将其粘贴到实心硅支撑上。在直接法的分离步骤中，常常显示出粘贴的缺陷，当该方法使用的分离步骤包括低温热处理(例如低于500℃)含或不含机械处理时，其缺陷可能会非常明显。在第二个例子中，使具有特定性能的该薄膜结构经受高温热处理，该温度高于这些所用的基片中的一个变薄前、变薄期间或变薄以后的热处理的温度(例如通过直接法使其变薄)。粘贴的缺陷，例如充有气体的泡可能会对结构的质量造成危害。第二种情况是在结构制造中，用直接法进行分离的步骤之前的粘结力非常小。例如，对于接触前进行的表面准备(清理，得到某种表面粗糙度的元件制造方法的水平，等等)的某些条件来说，在最终的支撑和待转移的薄膜的发生器板之间的粘贴力很小。因而该直接法的分离步骤不能实现。第三种情况涉及制造热膨胀系数很不同的材料的叠置结构。如果待转移的薄膜材料和最终的基片材料具有差异很大的热膨胀系数，那么在通过直接法进行该分离前，如果使用热处理进行粘结，该粘结将会停止。例如热膨胀系数为两个数量级的比值的硅和蓝宝石就是这种情况。第四种情况涉及在结构制造中，在通过直接法进行分离的步骤后，粘贴力应当较小或很小。可能期望将叠置结构的结合能量在通过直接法进行分离的步骤后保持较小，甚至小于该分离所需要的能量，以便在以后对粘贴界面进行剥离。其尤其应用于当各种处理可以增强结合界面之时。在第一个例子中对应于使用可拆卸的目标基片以便可回收，通过在950℃下对结构SOI的表面硅膜提供氧化，变薄以后就使高于1J/m2的结合能量增加，这对于以后对目标基片的叠置结构的分离是不利的。在第二个例子中，可能希望对某一薄膜的全部或部分进行处理(各种热扩散，确定氧化部位等)，因为这些操作用于增强结合能量，这对叠置结构的剥离不利。还可能希望该最终结构中的结合能量很小，例如希望在该结构上进行沉积时就是这样，这种沉积相对于叠置结构和目标基片的全部或部分来讲具有更强的应力。所以，该脆化的界面起到的是调整应力的区域的作用。这种应用在支撑的柔度范围进行。第五种情况涉及制造异质材料的叠置结构。使用例如硅或加热氧化物的性能不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造含有至少一层粘接到一目标基片（１５）上的薄层的一叠置结构的方法，该方法包括如下步骤：ａ）用一个初始基片（１）形成一层薄层（７），该薄层（７）的自由面称作第一接触面（８）；ｂ）使第一接触面（８）与一个中间支撑（１０）的一个面（ １１）进行粘结接触，得到的结构适用于以后对初始基片的变薄；ｃ）将所述初始基片（１１）弄薄，从而显示出一个称作第二接触面（１４）的薄层自由面，该自由面与所述第一自由面（８）对置；ｄ）使目标基片（１５）的一个面与所述第二接触面（１４）的 至少一部分进行粘结接触，得到的结构适用于以后去掉所述中间支撑的全部或部分；ｅ）去掉所述中间支撑（１０）的至少一部分，这样就能得到所述的叠置结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2000-11-6 00/141701.一种制造含有至少一层粘接到一目标基片(15)上的薄层的一叠置结构的方法，该方法包括如下步骤a)用一个初始基片(1)形成一层薄层(7)，该薄层(7)的自由面称作第一接触面(8)；b)使第一接触面(8)与一个中间支撑(10)的一个面(11)进行粘结接触，得到的结构适用于以后对初始基片的变薄；c)将所述初始基片(11)弄薄，从而显示出一个称作第二接触面(14)的薄层自由面，该自由面与所述第一自由面(8)对置；d)使目标基片(15)的一个面与所述第二接触面(14)的至少一部分进行粘结接触，得到的结构适用于以后去掉所述中间支撑的全部或部分；e)去掉所述中间支撑(10)的至少一部分，这样就能得到所述的叠置结构。2.根据权利要求1的方法，其特征在于目标基片只是一种用于薄层的临时支撑，所述方法的各步骤全部或部分重复进行，目标基片与初始基片或中间支撑相似。3.根据权利要求1的方法，其特征在于在步骤b)和/或步骤d)中，所述结构的相容性可以在步骤a)中通过形成一层薄层得到，在步骤c)的变薄过程中和在步骤e)的去掉过程中，该薄层可以分别防止粘结缺陷。4.根据权利要求3的方法，其特征在于所述相容性来自于薄层的给定厚度和/或构成所述薄层的一种或多种材料。5.根据权利要求3的方法，其特征在于选择中间支撑和/或目标基片与薄层的接触性能，以便防止因所选结构的材料的状态变化而造成的不相容性。6.根据权利要求3的方法，其特征在于选择中间支撑和/或目标基片与薄层的接触性能，以便防止因所获得结构的材料的异质而造成的不相容性。7.根据权利要求3的方法，其特征在于选择中间支撑和/或目标基片与薄层的接触性能，以便防止因与薄层的热膨胀系数不同而造成的不相容性。8.根据权利要求3的方法，其特征在于薄层和/或中间支撑和/或目标基片含有至少一个附加层，该附加层有一个(或多个)接触面。9.根据权利要求8的方法，其特征在于在步骤d)之前，该附加层配备至少一种元件的全部或部分。10.根据权利要求8的方法，其特征在于所述附加层由氧化物或多晶硅或非晶质硅构成。11.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤a)和c)可以使得薄层和/或中间支撑的第一接触面分别比其第二接触面和/或目标基片的第二接触面的粗糙度低，由于薄层的第二接触面的粘结接触以及去掉中间支撑，因此也就得到步骤d)的结构相容性。12.根据权利要求3的方法，其特征在于可以在步骤b)和/或步骤d)中实现相容性的薄层的第一接触面和/或第二接触面的粘结接触是通过使用能够粘结接触的处理得到的。13.根据权利要求12的方法，其特征在于可以粘结接触的处理包括下面的一种处理或多种处理的结合机械—化学和/或离子抛光、在薄层的一个相应接触面和中间支撑或目标基片之间插入一个中间层、热处理或化学处理。...

【专利技术属性】
技术研发人员：H莫里切奥，B阿斯帕，E亚拉圭尔，F勒特尔特雷，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]