组合元件的分离方法和制作一种半导体基底的方法技术

为分离由多个键合元件组成的组合元件而不将其破坏或损坏，从喷嘴对着组合元件喷射流体，以便在与键合位置不同的位置将组合元件分离成多个元件。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于分离组合元件、分离元件、和半导体衬底的方法和装置及其生产方法。在一个衬底的绝缘表面上形成单晶Si半导体层被普遍称为绝缘体上形成半导体(SOI)技术，由于采用SOI技术生产的器件具有用于制造普通Si集成电路的大块Si衬底不能实现的许多优点，因此做出许多努力对该技术进行研究。SOI技术的使用提供了以下优点(1)易于进行介电分离以达到高集成度。(2)辐射电阻非常好。(3)降低杂散电容以实现高速度。(4)可省略阱形成工艺。(5)可防止闭锁超载。(6)可降低厚度以提供完全耗尽的场效应晶体管。为实现该器件的许多优点，已对形成SOI结构的方法研究了数十年。已知的方法之一是SOS(蓝宝石上形成硅)，在该方法中，通过CVD(化学气相沉积)在一单晶蓝宝石衬底上异质外延地形成Si。该技术已成功地作为最成熟的SOI技术，但其应用受到因Si层和蓝宝石衬底之间界面中晶格的不同轴性(misalignment)造成的大量晶体缺陷、从蓝宝石衬底到Si层的铝混合物以及特别是衬底的高成本和仍不足以增大器件面积的限制。最近，已对实施一种无蓝宝石衬底的SOI结构进行了尝试。该尝试大致可分成下面两种方法。1.在Si单晶衬底的表面氧化之后，在氧化膜中做出一个窗口，以露出一部分Si衬底表面，该部分作为允许水平外延生长以便在SiO2上形成Si单晶层的一个籽晶(这种情况下，Si层沉积在SiO2上)。2.Si单晶衬底作为一有源层，并且SiO2形成在该层下面(该方法不需要沉积硅层)。实现上面方法1的已知手段包括采用CVD允许单晶Si层的直接水平外延生长的方法，一种沉积非晶Si并通过热处理允许其以固相水平外延生长的方法，一种用诸如电子或激光束之类的会聚能束辐照非晶或多晶Si层，并通过熔融再结晶在SiO2上生长单晶层的方法，和采用棒形加热器以扫掠轨迹呈现带状(区域熔融再结晶)的方式扫掠熔融区的方法。虽然这些方法各具优缺点，但就他们的可控制性、产量、一致性和质量而论仍有许多问题，并且它们中任何一种方法还没有进入工业实用。例如，CVD方法需要牺牲氧化来提供平坦的膜。固相生长方法提供较差的结晶度。光束退火方法存在有关会聚光束扫描、和光束叠加控制、和聚焦所需时间的问题。在这些方法中，区域熔融再结晶方法是最成熟的，并且已用于在实验基础上生产相对大规模的集成电路，但它仍然造成大量的晶体缺陷，例如在器件中留有亚晶粒，因而不能制造小载流子器件和提供极好的晶体。上面不用Si衬底作为外延生长籽晶的方法2包括下面四种方法。(1)在带有在Si单晶衬底表面上各向异性腐蚀的V型槽Si单晶衬底上形成氧化膜，在氧化膜上沉积多晶Si层以使其与Si衬底一样厚，然后通过从Si衬底后面磨光在厚多晶Si层上形成由V型槽围绕的Si单晶区，以便介电分离。该方法提供极好的结晶度，但是沉积数百微米厚的多晶Si和从其背面磨光单晶Si衬底以便仅保留分离Si有源层的步骤在可控制性和产量方面存在问题。(2)SIMOX(离子注入氧分离)，该方法通过氧离子注入在Si单晶衬底上形成SiO2层，由于其与Si工艺极好的兼容性，该方法是目前最成熟的技术。然而，为形成SiO2层，必须注入1018离子/cm2或更多的氧离子，导致需要大量时间进行注入，从而使产量下降。另外，晶片的成本较高。此外，该方法造成大量的晶体缺陷将留在器件中，并且不能在工业上提供满意的质量来制造小载流子器件。(3)通过多孔Si氧化由介电分离形成SOI结构的方法。在该方法中，通过质子离子注入(参见Imai等人在J.晶体生长第63卷547页(1983))或通过外延生长和图形化将一N型Si层象岛一样形成在一P型Si单晶衬底的表面上。以多孔区从表面围绕该Si岛的方式用HF溶液通过阳极氧化法仅把P型Si衬底制成多孔，并高速氧化N型Si岛以便介电分离。在该方法中，要在器件步骤之前确定分离Si区，从而限制了器件设计的自由度。(4)采用热处理或粘合将Si单晶衬底键合在被热氧化的不同Si单晶衬底上形成SOI结构的方法引起注意。该方法需要形成器件有源层作为均匀薄膜。就是说，数百微米厚的Si单晶衬底的厚度必须降低到微米或更低的等级。可使用下面两种方法提供更薄的膜。1)通过磨光降低厚度2)通过有选择的腐蚀降低厚度在1)中，磨光不易提供均匀的薄膜。特别是，如果厚度降低到亚微米等级，厚度变化将是百分之几十，导致提供均匀性的严重问题。实现均匀度的难度随着衬底尺寸的增加进一步增加。另外，在2)中，虽然腐蚀在提供均匀薄膜方面是有效的，但存在下列问题。.选择比最大为102并且是不够的。.腐蚀后获得的表面较差。.由于在高浓度B掺杂Si层上采用离子注入或外延或异质外延生长而造成SOI层的结晶度较差。通过键合形成的半导体衬底需要两个衬底，衬底之一主要是通过磨光和腐蚀被去掉和除去，因而浪费了有限的全球资源。因此，目前键合的SOI在其可控制性、均匀性、和成本方面存在许多问题。另外，一般由于用玻璃代表的透光衬底的晶体结构的缺陷，在衬底上沉积的薄膜Si层仅能根据衬底的缺陷形成非晶体层或多晶层，因此不能生产高性能器件。其原因是由于衬底的非晶体结构是非晶体，简单地沉积一层Si不能获得极好的单晶层。透光衬底在生产接触传感器或作为接收光元件的投射液晶图象显示器件中是重要的。不仅是像素的改善而且高性能驱动元件都要求在传感器或显示器件中达到更高密度、更高分辨率、和更细的像素清晰度。因此，为在透光衬底上提供元件，需要极好结晶度的单晶层。在这种SOI衬底生产方法中，如日本专利申请特开No5-21338中所公开的，在多孔层上形成非单晶半导体层并通过一绝缘层将该层传送到支撑衬底上的方法因SOI层的均匀厚度非常好、易于将SOI层的晶体缺陷密度保持在较低水平的能力、SOI层表面的平坦性、不需要专门技术要求制造所需的昂贵设备、和使用相同设备制造范围从约数百埃至10微米的各种SOI膜厚度的能力而非常优秀。此外，通过把上述方法与日本专利申请特开No.7-302889中公开的方法组合，就是说，通过在第一衬底上形成的多孔层上形成无孔单晶半导体层、通过绝缘层将无孔单晶层键合到第二衬底上、在无破坏的情况下通过多孔层分离第一衬底和第二衬底和使第一衬底的表面平滑并再次形成多孔层重新使用，第一衬底可被使用多次。该方法可明显降低生产成本和简化生产步骤。存在着几种分离相互键合的衬底以便在不破坏的情况下分成第一衬底和第二衬底的方法。例如，方法之一是在与键合表面垂直的方向拉衬底。另一种方法是与键合表面平行施加剪切力(例如，在与键合表面平行的平面内以相反方向移动衬底或在圆周上以相反方向转动衬底)。可在垂直方向向键合表面施加压力。此外，可向分离区施加诸如超声波之类的波能。也可从键合衬底的侧面与键合表面平行将一个剥离元件(例如象刀那样的利刃)插入分离区。此外，可使用穿过起分离区作用的多孔层的材料的扩展能量。也可从键合衬底的侧面热氧化起分离区作用的多孔层以扩大该层的体积。也可从键合衬底的侧面有选择地腐蚀起分离区作用的多孔层以分离衬底。最后，可使用为提供微腔而通过离子注入形成的层作为分离区，然后用激光束从键合表面的法线方向辐照衬底，以加热包含用于分离的微腔的分离区。然而，这些用于分离两个相互键合衬底的方法在理想情况下非常优秀，但它们都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在与多个元件的键合位置不同的位置分离具有相互键合的多个元件的组合元件的方法，包括对着组合元件的侧表面喷射流体以分离该组合元件。

【技术特征摘要】
JP 1997-3-27 075498/97;JP 1997-5-28 138477/971.一种在与多个元件的键合位置不同的位置分离具有相互键合的多个元件的组合元件的方法，包括对着组合元件的侧表面喷射流体以分离该组合元件。2.根据权利要求1所述的方法，其中组合元件在其多个元件之一的内部具有一个包含微腔的分离区，对着分离区周围喷射流体，以便在分离区周围将其分离成多个元件。3.根据权利要求2所述的方法，其中在分离区附近形成一个凹陷部分，该凹陷部分接受流体以扩展分离区。4.根据权利要求2所述的方法，其中分离区的机械强度比键合位置的机械强度低。5.根据权利要求2所述的方法，其中分离区包括通过阳极氧化形成的多孔层。6.根据权利要求2所述的方法，其中分离区可提供通过离子注入形成的微腔。7.根据权利要求1所述的方法，其中作为喷射流体的方法是采用从喷嘴喷射高压水流的水力喷射方法。8.根据权利要求1的分离方法获得的元件。9.一种生产半导体衬底的方法，包括步骤在一个衬底上制备具有多孔单晶半导体层的第一衬底，和在多孔单晶半导体层上设置无孔单晶半导体层；将第一衬底键合到第二衬底以形成一个组合元件；和向组合元件的多孔单晶半导体层附近喷射流体，以便在多孔单晶半导体层分离组合元件。10.根据权利要求9所述的方法，其中在组合元件的多孔单晶半导体层附近形成一个凹陷部分，该凹陷部分接受流体以扩展多孔单晶半导体层。11.根据权利要求9所述的方法，其中多孔单晶半导体层的机械强度比第一和第二衬底之间键合表面的机械强度低。12.根据权利要求9所述的方法，其中多孔单晶半导体层通过阳极氧化形成。13.根据权利要求9所述的方法，其中作为喷射流体的方法是采用从喷嘴喷射高压水流的水力喷射方法。14.根据权利要求9所述的方法，其中通过使单晶硅衬底局部产生多孔以形成多孔单晶硅层，并使无孔单晶硅层在多孔单晶硅层上外延生长来形成第一衬底。15.根据权利要求14所述的方法，其中第一和第二衬底经由至少一层绝缘层相互键合，该绝缘层是通过氧化无孔单晶硅层的表面形成的。16.根据权利要求9所述的方法，其中第二衬底包括一层透光衬底。17.根据权利要求9所述的方法，其中第二衬底包括一层硅衬底。18.一种生产半导体衬底的方法，包括步骤向包括单晶半导体的第一衬底的预定深度注入离子形成一层离子注入层，以得到微腔层；将第一衬底和第二衬底经它们之间的绝缘层相互键合，以形成组合元件；和对着组合元件的离子注入层附近喷射流体，以便在离子注入层分离组合元件。19.根据权利要求18所述的方法，其中在组合元件的离子注入层附近形成一个凹陷部分，该凹陷部分接受流体以扩展离子注入层。20.根据权利要求18所述的方法，其中离子注入...

【专利技术属性】
技术研发人员：近江和明，米原隆夫，坂口清文，柳田一隆，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]