專利名稱：復(fù)合元件、襯底疊層及分離方法、層轉(zhuǎn)移及襯底制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到復(fù)合元件及其分離方法、鍵合襯底疊層及其分離方法，轉(zhuǎn)移層的轉(zhuǎn)移方法以及SOI襯底制造方法。
具有SOI(絕緣體上硅)結(jié)構(gòu)的襯底(SOI襯底)即在絕緣層上有單晶硅層的襯底。采用這種SOI結(jié)構(gòu)的器件具有普通硅襯底無法得到的許多優(yōu)點。這些優(yōu)點的例子如下(1)由于介電隔離容易而可提高集成度。
(2)可提高抗輻射能力。
(3)由于寄生電容小而可提高器件的工作速度。
(4)不需要阱臺階。
(5)可防止閉鎖。
(6)可用薄膜制作方法來制作完全耗盡的場效應(yīng)晶體管。
由于SOI結(jié)構(gòu)有上述各種優(yōu)點，故近幾十年對它的制作方法進行了各種研究。
作為一種SOI技術(shù)，用CVD(化學(xué)汽相淀積)方法在單晶藍寶石襯底上異質(zhì)外延生長硅的SOS(藍寶石上硅)技術(shù)，早已為人所知。這一SOS技術(shù)曾經(jīng)被認為是最成熟的SOI技術(shù)。但由于例如硅層與下方藍寶石襯底之間的界面中的晶格失配產(chǎn)生大量晶體缺陷、組成藍寶石襯底的鋁混雜在硅層中、襯底昂貴以及難以獲得大的面積，SOS技術(shù)至今未能得到實際應(yīng)用。
近來曾試圖不用任何藍寶石襯底來實現(xiàn)SOI結(jié)構(gòu)。這些努力粗略地分成二種方法。
在第一種方法中，對單晶硅襯底表面進行氧化，并在氧化膜(SiO2層)中制作窗口以局部暴露硅襯底。用暴露的部分作為子晶，橫向外延生長單晶硅，從而在SiO2上制作單晶硅層(在此方法中，硅層淀積在SiO2層上)。
在第二種方法中，單晶硅襯底本身被用作有源層，而SiO2層制作在襯底的下表面(在此方法中，不淀積硅層)。
已知的實現(xiàn)第一種方法的技術(shù)有用CVD從單晶硅層沿水平方向直接外延生長單晶硅的方法(CVD)、淀積非晶硅并借助于退火而在固相中橫向外延生長單晶硅的方法(固相外延生長)、用諸如電子束或激光束之類的聚焦能量束輻照非晶硅層或多晶硅層以便借助于熔化再結(jié)晶而在SiO2層上生長單晶硅層的方法(束退火)、或用棒狀加熱器掃描帶狀熔區(qū)的方法(區(qū)域熔化再結(jié)晶)。
所有這些方法都具有優(yōu)點和缺點以及許多控制、產(chǎn)率、均勻性和質(zhì)量方面的問題，因而在工業(yè)應(yīng)用的意義上一直未能得到實際應(yīng)用。例如，CVD為了制作平坦的薄膜而需要犧牲性氧化。固相外延生長的結(jié)晶性不好。在束退火中，掃描聚焦束所要求的工藝時間以及對束的疊加或聚焦點的調(diào)整的可控性都存在問題。區(qū)域熔化再結(jié)晶是最成熟的方法，并在試驗基礎(chǔ)上已經(jīng)制造了相當大規(guī)模的集成電路。但由于不希望有地殘留有大量諸如小晶粒邊界之類的晶體缺陷，無法制造少數(shù)載流子器件。
下列四種技術(shù)可用作上述的第二種方法即不使用硅襯底作為外延生長子晶的方法。
作為第一種技術(shù)，在具有用各向異性腐蝕方法制作在表面中的V型槽的單晶硅襯底上，制作氧化膜。在氧化膜上淀積厚度幾乎與單晶硅襯底相同的多晶硅層。然后，從下表面拋光單晶硅襯底，從而在厚的多晶硅層上形成具有被V形槽環(huán)繞和介電隔離的單晶硅區(qū)域的襯底。用這種技術(shù)可形成具有滿意結(jié)晶性的襯底。但存在與淀積厚度高達數(shù)百μm的多晶硅的工序或從下表面拋光單晶硅襯底以留下隔離的硅有源層相關(guān)的可控性和產(chǎn)率的問題。
第二種技術(shù)是SIMOX(用離子注入的氧進行分離)。在此技術(shù)中，氧離子被注入到單晶硅襯底之中以形成SiO2層。在此技術(shù)中，為了在襯底中形成SiO2層，氧離子的注入劑量必須為1018(離子/cm2)或更高。這一注入需要很長的時間，導(dǎo)致產(chǎn)率低而制造成本高。此外，由于產(chǎn)生了大量晶體缺陷，對于制造少數(shù)載流子器件來說，其質(zhì)量也太低了。
作為第三種技術(shù)，借助于對多孔硅層進行氧化形成介電隔離而制作SOI結(jié)構(gòu)。在此技術(shù)中，用質(zhì)子注入(見Imai等人的論文J.Crystal Growth，vol.63，547(1983))或外延生長和圖形化的方法，在p型單晶硅襯底表面上制作n型硅島。將此襯底在HF溶液中進行陽極氧化，以便只將n型硅島周圍的p型襯底轉(zhuǎn)變成多孔結(jié)構(gòu)。然后，用加速氧化的方法，對n型硅島進行介電隔離。在此技術(shù)中，由于在器件工序之前必須確定待要隔離的硅區(qū)域，故器件設(shè)計的自由度受到限制。
作為第四種技術(shù)，借助于用退火或粘合劑將單晶硅襯底鍵合到另一個熱氧化的單晶硅襯底而制作SOI結(jié)構(gòu)。在此技術(shù)中，用來制作器件的有源層必須均勻地薄。更具體地說是，厚度為數(shù)百μm的單晶硅襯底必須減薄到μm數(shù)量級或更薄。
拋光或選擇性腐蝕可用來減薄襯底。
單晶硅襯底很難用拋光方法來均勻地減薄。特別是減薄到亞微米數(shù)量級時，變化范圍是百分之幾十。隨著晶片尺寸的增大，這一困難更明顯。
選擇性腐蝕可有效地用來均勻地減薄襯底。但選擇比低達約102，腐蝕之后的表面平整度很差，因而SOI層的結(jié)晶性不能令人滿意。
在制作諸如光接收元件或投影液晶顯示器件之類的接觸傳感器的過程中，以玻璃襯底為代表的透明襯底是重要的。為了實現(xiàn)具有傳感器或顯示器件的較高的密度和分辨率的高精密象素(圖象元件)，需要高性能的驅(qū)動元件。為此目的，已經(jīng)出現(xiàn)了對在透明襯底上制作具有優(yōu)異結(jié)晶性的單晶硅層的要求。
但當硅層被淀積在以玻璃襯底為代表的透明襯底上時，只得到非晶硅層或多晶硅層。這是由于透明襯底具有非晶結(jié)構(gòu)，制作在此襯底上的硅層反映了透明襯底晶體結(jié)構(gòu)的無序性。
本申請人在日本專利公開No.5-21338中公開了一種新的SOI技術(shù)。在此技術(shù)中，用在單晶硅襯底上制作多孔層并在其表面上制作無孔單晶層的方法得到的第一襯底，經(jīng)由絕緣層被鍵合到第二襯底。然后，此鍵合襯底疊層在多孔層處被分離成二個襯底，從而將無孔單晶層轉(zhuǎn)移到第二襯底。由于SOI層的薄膜厚度均勻性好、可降低SOI層中的晶體缺陷密度、SOI層的表面平整度好、不需要特別指標的昂貴制造裝置、且具有厚度約為數(shù)百埃到10μm的SOI膜的SOI襯底能夠用同一個制造裝置來制造，故此技術(shù)很有優(yōu)點。
本申請人還在日本專利公開No.7-302889中公開了一種技術(shù)，用來鍵合第一和第二襯底、從第二襯底分離第一襯底而不損壞第一襯底、整平分離的第一襯底的表面、再次在第一襯底上制作多孔層并重新使用此襯底。由于沒有浪費第一襯底，故此技術(shù)的優(yōu)點是大幅度降低了制造成本和簡化了制造工藝。
為了將鍵合襯底疊層分離成二個襯底同時又不損壞第一和第二襯底，例如，當沿垂直于鍵合界面的方向加力時，二個襯底沿相反的方向受拉，切應(yīng)力平行施加于鍵合界面(例如，二個襯底在平行于鍵合界面的平面內(nèi)沿相反方向被移動，或在沿圓周方向加力時沿相反方向旋轉(zhuǎn))，壓力沿垂直于鍵合界面的方向施加，諸如超聲波之類的波能量被加于分離區(qū)，剝離元件(例如刀之類的鋒利刀片)平行于鍵合界面從鍵合襯底疊層的側(cè)表面插入到分離區(qū)中，采用充滿用作分離區(qū)的多孔層的孔的物質(zhì)的膨脹能，用作分離區(qū)的多孔層被從鍵合襯底疊層的側(cè)表面熱氧化以使多孔層的體積膨脹并分離襯底，或用作分離區(qū)的多孔層被從鍵合襯底疊層的側(cè)表面選擇性地腐蝕以分離襯底。
多孔硅在1956年由正在研究半導(dǎo)體的電拋光的Uhlir等人發(fā)現(xiàn)(見Uhlir，Bell Syst.Tech.J.，vol.35，333(1956))。借助于在HF溶液中對硅襯底進行陽極氧化，能夠制作多孔硅。
Unagami等人研究了陽極氧化時硅的溶解反應(yīng)并報道，空穴對于硅在HF溶液中的陽極氧化反應(yīng)是必須的，且反應(yīng)如下(見T.Unagami，J.Electrochem.Soc.，vol.127，476(1980))。
或其中e+和e-分別表示空穴和電子，n和λ是溶解一個Si原子所需的空穴數(shù)。據(jù)此，當n＞2或λ＞4時，就形成多孔硅。
上面的事實意味著，具有空穴的p型硅被轉(zhuǎn)變成多孔硅而n型硅未被轉(zhuǎn)變。Nagano等人和Imai曾報道這種轉(zhuǎn)變的選擇性(見Nagano，Anno，Onaka，Kajiwara，IEICE Technical Report，vol.79，SSD79-9549(1979)；K.Imai，Solid-State Electronics，vol.24，159(1981))。
但也報道過n型在高濃度時轉(zhuǎn)變成多孔硅(見R.P.Holmstrom，J.Y.Chi，Appl.Phys.Lett.，vol.42，386(1983))。因此，選擇能夠獨立地轉(zhuǎn)變成多孔硅襯底的p型或n型襯底是重要的。
為了制作多孔層，除了陽極氧化外，可以將離子注入到硅襯底中。
例如，在日本專利公開No.5-21338所述的方法中，亦即在多孔層處分離借助于將具有諸如多孔層上的單晶硅層之類的無孔層的第一襯底經(jīng)由絕緣層鍵合到第二襯底而得到的襯底(以下稱為鍵合襯底疊層)，從而將形成在第一襯底側(cè)上的無孔層轉(zhuǎn)移到第二襯底的方法中，鍵合襯底疊層的分離技術(shù)是非常重要的。
例如，在分離鍵合襯底疊層的過程中，若在作為分離層的多孔層之外的地方發(fā)生分離，則待要用作有源層的無孔層(例如單晶硅層)被損壞，從而得不到所需的SOI結(jié)構(gòu)。
考慮到上述要求而提出了本發(fā)明，其目的是使得有可能在諸如多孔層之類的分離層處恰當?shù)胤蛛x諸如鍵合襯底疊層之類的復(fù)合元件。
根據(jù)本發(fā)明的第一情況，提供了一種分離復(fù)合元件的方法，在此復(fù)合元件的結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部具有分離層的第一元件與第二元件緊密接觸，此方法的特征是，復(fù)合元件具有突出部分，第一元件的外邊沿在此處突出到第二元件的外邊沿外面，且此方法包含從突出部分開始分離復(fù)合元件，然后在分離層處將復(fù)合元件分離成二個元件的分離步驟。
在根據(jù)本發(fā)明的第一情況的復(fù)合元件分離方法中，第一元件的主表面最好例如具有與第二元件相同的形狀，且在復(fù)合元件的結(jié)構(gòu)中，第一元件的主表面與第二元件的主表面，在中心位置彼此偏離的情況下緊密接觸。
在根據(jù)本發(fā)明的第一情況的復(fù)合元件分離方法中，第二元件的主表面最好例如小于第一元件的主表面，且在復(fù)合元件的結(jié)構(gòu)中，第一元件的主表面與第二元件的主表面緊密接觸。
在根據(jù)本發(fā)明的第一情況的復(fù)合元件分離方法中，分離步驟最好例如包含對突出部分進行處理以形成分離開始部分的預(yù)分離步驟，以及從分離開始部分開始分離復(fù)合元件，然后基本上僅僅擊破分離層，以便在分離層處將復(fù)合元件分離成二個元件的主分離步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第二情況，提供了一種復(fù)合元件制造方法，其特征是包含將內(nèi)部具有分離層的第一元件與第二元件緊密接觸，以便制造具有突出部分的復(fù)合元件，第一元件的外邊沿在此突出部分處突出到第二元件的外邊沿外面。
根據(jù)本發(fā)明的第三情況，提供了一種將第一元件表面上的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移到第二元件的方法，其特征是包含將具有內(nèi)部分離層和分離層上的轉(zhuǎn)移層的第一元件與第二元件緊密接觸以制備其中第一元件的外邊沿突出到第二元件的外邊沿外面的復(fù)合元件的準備步驟，以及從突出部分開始分離復(fù)合元件，并在分離層處將復(fù)合元件分離成二個元件，從而將第一元件的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移到第二元件的分離步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第四情況，提供了一種將鍵合襯底疊層分離成二個襯底的分離方法，此鍵合襯底疊層的結(jié)構(gòu)借助于使具有內(nèi)部分離層和分離層上的轉(zhuǎn)移層的第一襯底的轉(zhuǎn)移層與第二襯底緊密接觸而形成，此方法的特征是，鍵合襯底疊層具有突出部分，第一襯底的外邊沿在此處突出到第二襯底的外邊沿外面，且此分離方法包含從突出部分開始分離鍵合襯底疊層，然后在分離層處將鍵合襯底疊層分離成二個襯底的分離步驟。
在根據(jù)本發(fā)明第四情況的鍵合襯底疊層分離方法中，第一襯底最好例如具有與第二襯底相同的尺寸，且在鍵合襯底疊層的結(jié)構(gòu)中，第一襯底與第二襯底，在中心位置彼此偏離的情況下緊密接觸。
在根據(jù)本發(fā)明第五情況的鍵合襯底疊層分離方法中，在鍵合襯底疊層的結(jié)構(gòu)中，最好第一襯底與小于第一襯底的第二襯底緊密接觸。
在根據(jù)本發(fā)明第五情況的鍵合襯底疊層分離方法中，第二襯底最好例如具有一個定向平面或缺口，且鍵合襯底疊層具有作為突出部分的在有第二襯底的定向平面或缺口時暴露第一襯底的部分。
在根據(jù)本發(fā)明第五情況的鍵合襯底疊層分離方法中，各個第一襯底和第二襯底最好例如具有一個定向平面或缺口，且借助于使第一襯底與第二襯底彼此緊密接觸而不必使第一襯底的定向平面或缺口與第二襯底的定向平面或缺口一致，來制作鍵合襯底疊層，并具有作為突出部分的在有第二襯底的定向平面或缺口時暴露第一襯底的部分。
根據(jù)本發(fā)明第六情況，提供了一種鍵合襯底疊層制造方法，其特征是包含將具有內(nèi)部分離層和分離層上的轉(zhuǎn)移層的第一襯底的轉(zhuǎn)移層鍵合到第二襯底，以便制造鍵合襯底疊層，此鍵合襯底疊層具有突出部分，第一襯底的外邊沿在此處突出到第二襯底的外邊沿外面。
根據(jù)本發(fā)明第七情況，提供了一種將第一襯底表面上的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移到第二襯底的轉(zhuǎn)移方法，其特征是包含將具有內(nèi)部分離層和分離層上的轉(zhuǎn)移層的第一襯底的轉(zhuǎn)移層鍵合到第二襯底，以便制備鍵合襯底疊層的準備步驟，此鍵合襯底疊層具有突出部分，第一襯底的外邊沿在此處突出到第二襯底的外邊沿外面，以及從突出部分開始分離鍵合襯底疊層，然后在分離層處分離鍵合襯底疊層，從而將第一襯底的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移到第二襯底的分離步驟。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，準備步驟最好例如包含，在中心位置偏離的情況下，將第一襯底與尺寸相同的第二襯底彼此緊密接觸，以便制備鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，準備步驟最好例如包含將第一襯底與小于第一襯底的第二襯底緊密接觸，以便制備鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，準備步驟最好例如包含將第一襯底與具有一個定向平面或缺口的第二襯底緊密接觸，以便制備具有作為突出部分的在有第二襯底的定向平面或缺口時暴露第一襯底的部分的鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，準備步驟最好例如包含制備各具有一個定向平面或缺口的第一襯底和第二襯底，并使第一襯底與第二襯底彼此緊密接觸而第一襯底的定向平面或缺口不必與第二襯底的定向平面或缺口一致，以便制備鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，分離步驟最好例如包含處理突出部分以形成分離開始部分，并從分離開始部分開始分離鍵合襯底疊層，然后基本上僅僅擊破分離層，以便在分離層處將鍵合襯底疊層分離成二個襯底的預(yù)分離步驟。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含將流體噴射到突出部分，以便用流體形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含將楔形元件插入到突出部分處的第一襯底與第二襯底之間的間隙中，以便形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含將振動能量饋送到突出部分，以便形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含將突出部分浸入流體中并通過流體將振動能量饋送到突出部分，以便形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，例如最好用水作為流體。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，例如最好用腐蝕劑作為流體。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含腐蝕突出部分處的轉(zhuǎn)移層和分離層，以便形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，分離步驟最好例如包含將流體噴射到突出部分，以便在鍵合襯底疊層上形成分離開始部分，并在改變流體注入的位置的情況下繼續(xù)分離。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，分離步驟最好例如包含將楔形元件插入到突出部分處的第一襯底與第二襯底之間的間隙中，以便分離鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，分離開始部分最好例如是分離層具有最易碎的結(jié)構(gòu)的部分。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，分離開始部分最好例如是轉(zhuǎn)移層被清除且轉(zhuǎn)移層下方的分離層被暴露的部分。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，分離開始部分最好例如是分離層被暴露，且分離層的外邊沿位于鍵合襯底疊層內(nèi)部的部分。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，分離層最好例如是多孔層。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，第一襯底最好例如是借助于對襯底進行陽極氧化以形成作為分離層的多孔層并形成分離層上轉(zhuǎn)移層而形成的襯底。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，第一襯底最好例如具有用離子注入方法形成的作為分離層的多孔層。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，轉(zhuǎn)移層最好例如包括單晶硅層。
在根據(jù)本發(fā)明第七情況的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移方法中，轉(zhuǎn)移層最好例如相繼具有單晶硅層和作為轉(zhuǎn)移層的絕緣層。
根據(jù)本發(fā)明的第八情況，提供了一種制造SOI襯底的方法，其特征是包含使內(nèi)部具有多孔層和包括多孔層上的單晶硅層的轉(zhuǎn)移層的第一襯底的表面與第二襯底緊密接觸，以制備鍵合襯底疊層的準備步驟，此鍵合襯底疊層具有突出部分，第一襯底的外邊沿在此處突出到第二襯底的外邊沿外面；從突出部分開始分離鍵合襯底疊層，并在多孔層處分離鍵合襯底疊層，從而將第一襯底的轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移到第二襯底的分離步驟；以及清除分離之后殘留在第二襯底表面上的多孔層的清除步驟。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，第一襯底最好例如不僅具有單晶硅層而且具有單晶硅層上的絕緣層作為轉(zhuǎn)移層。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，第二襯底最好例如具有表面上的絕緣層。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，準備步驟最好例如包含，在中心位置偏離的情況下，使第一襯底與尺寸相同的第二襯底彼此緊密接觸，以形成鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，準備步驟最好例如包含使第一襯底與小于第一襯底的第二襯底緊密接觸，以制備鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，準備步驟最好例如包含，在中心位置彼此一致的情況下，使第一襯底與第二襯底緊密接觸。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，準備步驟最好例如包含使第一襯底與具有定向平面或缺口的第二襯底緊密接觸，以制備具有作為突出部分的，在有第二襯底的定向平面或缺口時暴露第一襯底的部分的鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，準備步驟最好例如包含制備各具有定向平面或缺口的第一襯底和第二襯底，并使第一襯底與第二襯底彼此緊密接觸，而不必使第一襯底的定向平面或缺口與第二襯底的定向平面或缺口一致，以制備鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，分離步驟最好例如包含對突出部分進行處理以形成分離開始部分，并從分離開始部分開始對鍵合襯底疊層進行分離，然后基本上僅僅擊破多孔層，以便在多孔層處將鍵合襯底疊層分離成二個襯底的預(yù)分離步驟。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含將流體噴射到突出部分，以便用流體形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含將楔形元件插入到突出部分處的第一襯底與第二襯底之間的間隙中，以便形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含將振動能量饋送到突出部分，以便形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含將突出部分浸入流體中，并通過流體將振動能量饋送到突出部分，以便形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，例如最好用水作為流體。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，例如最好用腐蝕劑作為流體。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，預(yù)分離步驟最好例如包含腐蝕突出部分處的轉(zhuǎn)移層和多孔層，以便形成分離開始部分。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，分離步驟最好例如包含將流體噴射到突出部分，以便在鍵合襯底疊層上形成分離開始部分，并在改變流體注入的位置的情況下繼續(xù)分離。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，分離步驟最好例如包含將楔形元件插入到突出部分處的第一襯底與第二襯底之間的間隙中，以便分離鍵合襯底疊層。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，分離開始部分最好例如是多孔層具有最易碎的結(jié)構(gòu)的部分。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，分離開始部分最好例如是轉(zhuǎn)移層被清除且轉(zhuǎn)移層下方的多孔層被暴露的部分。
在根據(jù)本發(fā)明第八情況的SOI襯底制造方法中，分離開始部分最好例如是多孔層被暴露，且多孔層的外邊沿位于鍵合襯底疊層內(nèi)部的部分。
根據(jù)本發(fā)明的第九情況，提供了一種復(fù)合元件，在其結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部具有分離層的第一元件與第二元件緊密接觸，其特征是包含突出部分，第一元件的外邊沿在此處突出到第二元件的外邊沿外面。
根據(jù)本發(fā)明的第十情況，提供了一種鍵合襯底疊層，在其結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部具有分離層和分離層上的轉(zhuǎn)移層的第一襯底與第二襯底緊密接觸，其特征是包含突出部分，第一襯底的外邊沿在此處突出到第二襯底的外邊沿外面。
根據(jù)本發(fā)明的第十一情況，提供了一種借助于將內(nèi)部具有多孔層和包括多孔層上的單晶硅層的轉(zhuǎn)移層的第一襯底的表面鍵合到第二襯底而形成的鍵合襯底疊層，其特征是包含突出部分，第一襯底的外邊沿在此處突出到第二襯底的外邊沿外面。
從參照附圖對本發(fā)明的實施例進行的下列詳細描述中，本發(fā)明的進一步目的、特點和優(yōu)點將變得明顯。


圖1A是示意圖，用來解釋根據(jù)本發(fā)明最佳實施例制造SOI襯底的方法中形成多孔層的步驟；圖1B是示意圖，用來解釋根據(jù)本發(fā)明最佳實施例制造SOI襯底的方法中形成單晶硅層的步驟；圖1C是示意圖，用來解釋根據(jù)本發(fā)明最佳實施例制造SOI襯底的方法中的鍵合步驟；圖1D是示意圖，用來解釋根據(jù)本發(fā)明最佳實施例制造SOI襯底的方法中形成分離開始區(qū)的步驟(預(yù)分離步驟)；圖1E是示意圖，用來解釋根據(jù)本發(fā)明最佳實施例制造SOI襯底的方法中的分離步驟(主分離步驟)；圖1F是示意圖，用來解釋根據(jù)本發(fā)明最佳實施例制造SOI襯底的方法中的清除第二襯底側(cè)和SOI襯底上的多孔層的步驟；圖1G是示意圖，用來解釋根據(jù)本發(fā)明最佳實施例制造SOI襯底的方法中的清除第一襯底側(cè)上的多孔層的步驟；圖2是透視圖，示出了具有突出部分的用鍵合第一和第二襯底的方法形成的鍵合襯底疊層的例子，第一和第二襯底的中心位置被偏離；圖3示意地示出了圖2所示鍵合襯底疊層上的分離開始部分的形成；圖4示意地示出了圖3所示鍵合襯底疊層的分離；圖5示出了借助于使第一襯底與小于第一襯底的第二襯底彼此緊密接觸而形成的具有突出部分的鍵合襯底疊層的例子；圖6示意地示出了圖5所示鍵合襯底疊層上的分離開始部分的形成；圖7示意地示出了圖6所示鍵合襯底疊層的分離；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一最佳實施例的處理裝置的示意安排；以及圖9示出了根據(jù)本發(fā)明又一最佳實施例的處理裝置的示意安排。
下面參照附圖來描述本發(fā)明的最佳實施例。
圖1a-1E是示意圖，用來解釋根據(jù)本發(fā)明最佳實施例的制造SOI襯底的方法。
在圖1A所示的步驟中，制備了單晶硅襯底11，并用例如陽極氧化方法，在單晶硅襯底11的表面上制作多孔硅層12。
在圖1B所示的步驟中，用外延生長方法，在多孔硅層12上制作無孔單晶硅層13。對無孔單晶硅層13的表面進行氧化，以形成絕緣層(SiO2層)14。用此工藝制作第一襯底10。
可以用例如將氫、氦或惰性氣體注入到單晶硅襯底11中(離子注入)的方法，來制作多孔硅層12。用此方法制作的多孔硅層具有大量的微空洞，因而被稱為微空洞層。
在圖1C所示的步驟中，制備由單晶硅組成的第二襯底20，并在室溫下使之與第一襯底10緊密接觸，同時使得到的層14正對著第二襯底20，從而形成鍵合襯底疊層。
在本發(fā)明的最佳實施例中，制作了鍵合襯底疊層30。鍵合襯底疊層30具有一個部分(以下稱為突出部分)，其中具有多孔層12作為分離層的第一襯底的外邊沿，部分地位于第二襯底20的外面。最好采用例如下列方法來制作這一鍵合襯底疊層30。
(1)使第一襯底10與第二襯底20緊密接觸，此第二襯底的尺寸與第一襯底相同，而二個襯底的中心位置偏離。
(2)使第一襯底10與小于第一襯底10的第二襯底20緊密接觸。
(3)具有缺口或定向平面的襯底被用作第二襯底20。第一襯底10的表面暴露于第二襯底的缺口或定向平面部分。此時，在第二襯底20的缺口或定向平面部分處，第一襯底10的外邊沿從第二襯底20的外邊沿向外突出。
(4)在鍵合第一襯底10與第二襯底20之后，對第二襯底的外邊沿部分進行局部或完全研磨。
在方法(3)中，當具有缺口或定向平面的襯底被用作第一襯底10時，襯底還被層疊成第一襯底10的缺口或定向平面不對應(yīng)于第二襯底的缺口或定向平面。
圖1C示意地示出了使第一襯底10與尺寸相同的第二襯底20在其中心位置偏離的情況下彼此緊密接觸的方法的例子。部分第一襯底10的突出量D僅僅需要大約0.1-0.5mm，并可以更大。
圖2是透視圖，示意地示出了圖1C所示的鍵合襯底疊層30的例子。圖5是透視圖，示出了借助于使第一襯底10與小于第一襯底10的第二襯底20在其中心位置一致的情況下彼此緊密接觸而形成的鍵合襯底疊層30的例子。
只要在使第一和第二襯底彼此緊密接觸時得到圖1C所示的狀態(tài)，就可以在單晶硅層13側(cè)上、在第二襯底20上、或在單晶硅層13和第二襯底20二者上制作絕緣層14。但當絕緣層14制作在用作有源層的單晶硅層13側(cè)上時，能夠得到高質(zhì)量的SOI襯底。這是由于第一襯底10與第二襯底20之間的鍵合界面能夠同有源層隔開。
在圖1D所示的步驟中，在突出部分處形成作為開始分離的部分的分離開始部分40。更具體地說，在第一襯底10的突出部分的區(qū)域中的至少部分轉(zhuǎn)移層(單晶硅層13和絕緣層14)被清除，從而也能夠清除轉(zhuǎn)移層下方的多孔層，以便形成分離開始部分40。為了形成分離開始部分40，最好采用例如下列方法。
(1)將流體噴射到突出部分，以便擊破并清除此部分處的轉(zhuǎn)移層和下方的多孔層12。
(2)將楔形插入到突出部分處的鍵合界面(第一襯底10與第二襯底20之間的鍵合界面)附近，從而擊破并清除轉(zhuǎn)移層和下方的多孔層12。
(3)將超聲波之類的振動能量施加到突出部分，以便擊破此處的多孔層12并剝離多孔層12上的轉(zhuǎn)移層。
(4)將突出部分浸入腐蝕劑中，用腐蝕作用將轉(zhuǎn)移層和下方的多孔層12清除。
參照圖1D，參考號12a表示制作分離開始部分40之后的多孔層；13a表示制作分離開始部分40之后的單晶硅層，而14a表示制作分離開始部分40之后的絕緣層。
分離開始部分40的結(jié)構(gòu)最好僅僅使多孔層12被擊破，以便在后續(xù)分離步驟中將鍵合襯底疊層分離成二個襯底。作為變通，分離開始部分40最好是多孔層12在機械上比單晶層13a、絕緣層14a、第二襯底20、單晶硅襯底以及各個層或襯底之間的界面更易碎的部分。
更具體地說，在分離開始部分40的結(jié)構(gòu)中，最好多孔層12被暴露于鍵合襯底疊層的側(cè)表面。如圖1D所示，多孔層12的外邊沿位于轉(zhuǎn)移層的外邊沿以內(nèi)則更好。
當制作具有突出部分的鍵合襯底疊層30時，可以容易地清除此處的轉(zhuǎn)移層和下方的多孔層。這是因為突出部分處的轉(zhuǎn)移層比殘留部分處的轉(zhuǎn)移層暴露得更多。因此，當制作具有突出部分的鍵合襯底疊層時，能夠容易地形成分離開始部分。
當制作分離開始部分40時，能夠選擇性地擊破多孔層12，以便在后續(xù)步驟中分離鍵合襯底疊層。這有效地防止了分離步驟中的缺陷。
在圖1E所示的步驟中，對于具有分離開始部分40的鍵合襯底疊層，在分離開始部分40的多孔層12處開始分離。最后，鍵合襯底疊層在多孔層12處被完全分離成二個襯底。為了分離鍵合襯底疊層，最好使用例如下列方法。
(1)用流體分離將流體(例如水之類的液體或者空氣或氮氣之類的氣體)流，注射到鍵合襯底疊層外邊沿部分處的間隙中。此鍵合襯底疊層在多孔層12處被流體分離成二個襯底。
(2)用楔形物分離當例如由樹脂組成的薄的楔形物被逐漸插入到鍵合襯底疊層外邊沿處的間隙中時，此鍵合襯底疊層在多孔層12處被分離成二個襯底。
(3)用剝離方法分離將鍵合襯底疊層的一個表面固定，而用柔性帶之類沿鍵合襯底疊層的軸向拉另一個表面，從而在多孔層處分離此鍵合襯底疊層。
(4)用剪應(yīng)力分離將鍵合襯底疊層的一個表面固定，并對另一個表面施加力，以便沿鍵合襯底疊層的平面方向移動另一個表面，從而用剪應(yīng)力在多孔層處分離此鍵合襯底疊層。
可以用一個處理裝置來連續(xù)地執(zhí)行圖1D所示的分離開始部分形成步驟(預(yù)分離步驟)和圖1E所示的分離步驟(主分離步驟)。例如，最好使用水射流裝置(使用流體的分離裝置)，從而用水之類的流體來連續(xù)地執(zhí)行分離開始部分形成步驟(預(yù)分離步驟)和分離步驟(主分離步驟)。此時，在突出部分處開始分離處理，并繼續(xù)到鍵合襯底疊層被完全分離。
如上所述，當制作分離開始部分，然后從分離開始部分開始分離處理時，可以基本上僅僅在多孔層處分離鍵合襯底疊層。因此，能夠防止單晶層13a、絕緣層14a、第二襯底20和單晶硅襯底11以及各個層或襯底之間的界面被擊破(產(chǎn)生缺陷)。
在具有突出部分的鍵合襯底疊層的使用中，當首先在突出部分形成分離開始部分，并從分離開始部分開始整個分離時，可以基本上僅僅在多孔層處分離鍵合襯底疊層。因此，能夠防止單晶層13、絕緣層14、第二襯底20和單晶硅襯底11以及各個層或襯底之間的界面被擊破。
當要直接分離借助于使第一襯底10與尺寸相同的第二襯底20在其缺口或定向平面一致的情況下彼此緊密接觸而形成的鍵合襯底疊層(正常鍵合襯底疊層)時，可能擊破單晶硅層13、絕緣層14、第二襯底20和單晶硅襯底11以及各個層或襯底之間的界面，從而產(chǎn)生缺陷。這可能是由下列機制產(chǎn)生的。
在鍵合襯底疊層中，理想的情況是多孔層12最易碎。實際上，由于例如多孔層12、單晶硅層13、絕緣層14和第二襯底20之間的應(yīng)力作用或鍵合失效，可能產(chǎn)生與多孔層12同樣易碎的局部區(qū)域或比多孔層12更易碎的區(qū)域(以下將這些部分稱為缺陷引入部分)。
這種缺陷引入部分最容易在分離處理過程中被擊破，從而引起缺陷。在分離處理開始的部分，亦即首先被施加分離力的部分，容易產(chǎn)生缺陷。在分離處理開始的部分，亦即鍵合襯底疊層的外邊沿處，同樣的力作用在多孔層12、單晶硅層13、絕緣層14和第二襯底20上。因此，若存在缺陷引入部分，則極有可能在多孔層12之前被擊破。隨著分離處理的進行，分離力集中作用在平均強度最易碎的多孔層12上，而分離力很難作用在其余的部分上。因此，多孔層12被選擇性地分離而與缺陷引入部分是否存在無關(guān)。
如在本實施例中那樣，最好制作具有突出部分的鍵合襯底疊層30、在突出部分處形成分離開始部分、并從分離開始部分40開始后續(xù)的分離處理。
利用圖1E所示的分離步驟，分離之后的第一襯底10′具有的結(jié)構(gòu)中，多孔硅層12b被形成在單晶硅襯底11上。另一方面，分離之后的第二襯底20′具有由多孔層12c/單晶硅層13b/絕緣層14b/單晶硅襯底20組成的多層結(jié)構(gòu)。
亦即，利用上述工藝，能夠?qū)⒌谝灰r底的多孔層12上的單晶硅層13和絕緣層14轉(zhuǎn)移到第二襯底。多孔層12是分離層的例子，而單晶硅層13和絕緣層14是待要從第一襯底轉(zhuǎn)移到第二襯底的轉(zhuǎn)移層的例子。
在圖1F所示的步驟中，分離之后的第二襯底20′的表面上的多孔層12c被選擇性地清除。利用此工藝，能夠獲得具有由單晶硅層13b/絕緣層14b/單晶硅襯底20組成的多層結(jié)構(gòu)的SOI襯底亦即SOI結(jié)構(gòu)50。
在圖1G所示的步驟中，分離之后的第一襯底10′的單晶硅襯底11上的多孔層12b被例如腐蝕作用選擇性地清除。用此法得到的單晶硅襯底11可以被重新用作襯底，再次用來制作第一襯底10或第二襯底20。
如上所述，根據(jù)本實施例，制作具有突出部分的鍵合襯底疊層，并在開始分離處理時，在突出部分處形成分離開始部分。在后續(xù)的分離處理中，由于分離開始部分最容易被擊破，故能夠防止缺陷。
下面描述適合于執(zhí)行圖1D和1E所示的分離開始部分制作步驟(預(yù)分離步驟)和分離步驟(主分離步驟)的處理裝置。圖3、4、6和7示意地示出了根據(jù)本發(fā)明最佳實施例的鍵合襯底疊層處理裝置的安排。圖3和4示出了圖2所示的鍵合襯底疊層30的處理例子。圖6和7示出了圖5所示的鍵合襯底疊層30的處理例子。
圖3、4、6和7所示的處理裝置100具有一對襯底固定部分103和104。鍵合襯底疊層30被襯底固定部分103和104從二側(cè)加壓并固定。襯底固定部分103和104分別被連接到軸向旋轉(zhuǎn)支持的轉(zhuǎn)軸101和102。
轉(zhuǎn)軸101和102中的至少一個被連接到傳動裝置(例如汽缸)，以便將壓力加到鍵合襯底疊層30和增大/減小襯底固定部分103與襯底固定部分104之間的間距。轉(zhuǎn)軸101和102中的至少一個被連接到旋轉(zhuǎn)源(例如馬達)的轉(zhuǎn)軸。借助于旋轉(zhuǎn)源產(chǎn)生的驅(qū)動力，能夠旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30。
這一處理裝置100具有噴嘴105，用來噴射水之類的液體或者空氣或氮氣之類的氣體，亦即流體。噴嘴105的直徑最好是例如大約0.1mm。使用水作為流體的裝置特稱為水射流裝置。
當要在圖1D所示的分離開始部分制作步驟(預(yù)分離步驟)中使用這一處理裝置100時，如圖3或6所示，在保持鍵合襯底疊層30的突出部分正對著噴嘴105的情況下，固定鍵合襯底疊層30。此時，將流體從噴嘴105噴射到鍵合襯底疊層30的突出部分。
當要在圖1E所示的分離步驟(主分離步驟)中使用這一處理裝置100時，如圖4或7所示，具有分離開始部分40的鍵合襯底疊層30被安置成分離開始部分40正對著噴嘴105。此時，將流體從噴嘴105噴射到分離開始部分40。然后，在旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30的情況下繼續(xù)分離。
當要在分離開始部分制作步驟(預(yù)分離步驟)和分離步驟(主分離步驟)中連續(xù)使用處理裝置100時，如圖3或6所示，首先固定鍵合襯底疊層，并在此時將流體從噴嘴105噴射到鍵合襯底疊層30的突出部分。當形成分離開始部分40時，如圖4或7所示，旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30，以便將工序轉(zhuǎn)到分離步驟(主分離步驟)。然后，在旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30的情況下，鍵合襯底疊層30在多孔層處被完全分離。圖8示意地示出了根據(jù)本發(fā)明另一個最佳實施例的鍵合襯底疊層處理裝置的安排。圖8所示的處理裝置200具有支持平臺201，它具有用來支持鍵合襯底疊層30的支持部分203、用來將鍵合襯底疊層30壓向支持部分203的彈性體202、以及楔形物210。
當要在圖1D所示的分離開始部分制作步驟(預(yù)分離步驟)中使用這一處理裝置200時，鍵合襯底疊層30的突出部分的相反的側(cè)由支持部分203支持。此時，在突出部分處靠近鍵合襯底疊層的鍵合界面附近，將楔形物210適度地插入預(yù)定的深度。突出部分處的多孔層和多孔層上的轉(zhuǎn)移層被擊破，從而在鍵合襯底疊層30上形成分離開始部分。
當要在圖1E所示的分離步驟(主分離步驟)中使用這一處理裝置200時，具有分離開始部分的鍵合襯底疊層30被支持部分203支持在分離開始部分反側(cè)上的部分處。此時，將楔形物210適度地插入分離開始部分。然后，推入楔形物210以繼續(xù)分離。
圖8示出了圖2所示的鍵合襯底疊層30上的分離開始部分的形成。但對于圖5所示的鍵合襯底疊層30或具有突出部分的其它鍵合襯底疊層，也可以用這一處理裝置200來制作分離開始部分。
當要在分離開始部分制作步驟(預(yù)分離步驟)和分離步驟(主分離步驟)中連續(xù)使用這一處理裝置200時，在形成分離開始部分之后，楔形物210被進一步壓到鍵合襯底疊層30中。圖9示意地示出了根據(jù)本發(fā)明又一最佳實施例的處理裝置的安排。圖9所示的處理裝置300具有加工槽301和用來將超聲波之類的振動能量饋送到加工槽301的振動源302。
在這一處理裝置300中，用振動能量傳輸媒質(zhì)(例如水或腐蝕劑)303充滿加工槽301。存儲在載體310中的一個或多個鍵合襯底疊層30，被置于加工槽301中，并在這種情況下，對鍵合襯底疊層30進行處理。
當要在圖1D所示的分離開始部分制作步驟(預(yù)分離步驟)中使用這一處理裝置300時，如圖9所示，一個或多個鍵合襯底疊層被存儲在載體310中，其突出部分朝下。然后，將載體310置于加工槽301中。用振動傳輸媒質(zhì)(例如水或腐蝕劑)充滿加工槽301，使各個鍵合襯底疊層30的突出部分浸入在傳輸媒質(zhì)中，并啟動振動源302。振動能量有效地作用在突出部分處轉(zhuǎn)移層下方的多孔層上，從而擊破多孔層。因此，多孔層上的轉(zhuǎn)移層被剝離，并在各個鍵合襯底疊層上形成分離開始部分。
上面已經(jīng)描述了SOI襯底的制造方法。作為待要從第一襯底轉(zhuǎn)移到第二襯底的半導(dǎo)體層13，可以不制作單晶硅層而是制作諸如多晶硅層或非晶硅層之類的另一種硅層。作為變通，可以制作Ge層、SiGe層、SiC層、C層、或化合物半導(dǎo)體(例如GaAs、InP或GaN)層。亦即，上述SOI襯底制造方法和第一襯底回收方法，也可以應(yīng)用于制造SOI襯底之外的半導(dǎo)體襯底的方法和第一襯底回收方法。
作為第二襯底，除了單晶硅襯底之外，最好使用具有形成在表面上的氧化膜的硅襯底、絕緣襯底(例如石英襯底)、或透明襯底(例如石英襯底)。
可以用粘合劑來鍵合第一襯底10和第二襯底20。
上述方法能夠用來制造復(fù)合元件，這種復(fù)合元件借助于使具有內(nèi)部分離層的第一元件與第二元件緊密接觸而形成，或能夠用來分離復(fù)合元件。在這種情況下，第一元件相當于第一襯底10，第二元件相當于第二襯底20，分離層相當于多孔層，而復(fù)合元件相當于鍵合襯底疊層30。下面描述上述實施例的具體例子。首先，為了制作第一襯底10，制備了電阻率為例如0.01Ωcm的p型或n型單晶硅襯底11。在二個步驟中的HF溶液中，對單晶硅襯底11進行陽極氧化，以便在單晶硅襯底表面上形成具有不同多孔性的二個多孔層的多孔硅層12(圖1A)。陽極氧化條件如下。
<第一陽極氧化條件>
電流密度7(mA/cm2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1工藝時間5(min)多孔硅層厚度4.5(μm)<第二陽極氧化條件>
電流密度30(mA/cm2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1工藝時間10(min)多孔硅層厚度0.2(μm)在例1中，多孔層12具有雙層結(jié)構(gòu)。在第一步驟中用小電流制作的表面?zhèn)榷嗫讓?，被用來形成高質(zhì)量的外延硅層13。在第二步驟中用大電流制作的下方多孔層，被用作分離層。在第一陽極氧化步驟中制作的多孔層的厚度不局限于上述例子，最好是例如數(shù)百埃至0.1μm。在第二陽極氧化步驟中制作的多孔層的厚度也不局限于上述例子，可以根據(jù)后續(xù)分離處理的條件適當?shù)馗淖儭?br> 多孔層12可以具有一層或三層或更多層。
然后，在氧氣氛中，于400℃下，對此襯底進行1小時氧化。利用這一氧化，多孔層12中的孔的內(nèi)壁被熱氧化膜覆蓋。
用CVD(化學(xué)汽相淀積)方法在多孔硅層12上外延生長厚度為0.3μm的單晶硅層13(圖1B)。生長條件如下。在外延生長的早期階段，多孔硅層12的表面被暴露于氫氣。因此，表面上的孔被填充以形成平坦的表面。
<外延生長條件>
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180(升/min)氣體壓力80(Torr)溫度950(℃)生長速率0.30(μm/min)用熱氧化方法，在外延生長的單晶硅層13的表面上制作厚度為200nm的SiO2層14(圖1B)。用此工藝，得到了第一襯底10。
制備了尺寸與第一襯底10相同的硅襯底(第二襯底)20。使第一襯底10的SiO2層的表面與第二襯底20，在其中心位置偏離的情況下緊密接觸。在1180℃下，對得到的襯底進行5分鐘退火，以便形成圖2所示的具有突出部分的鍵合襯底疊層30(圖1C)。在例1中，在第一襯底10的中心偏離第二襯底20的中心0.1mm的情況下，二個襯底被鍵合。
如圖3所示，鍵合襯底疊層30被置于處理裝置100中，使鍵合襯底疊層30的突出部分正對著噴嘴105。將流體(此時是水)在500kgf/cm2的壓力下，從直徑為0.1mm的噴嘴105，向突出部分噴射數(shù)秒鐘，以便在鍵合襯底疊層30上形成分離開始部分40(圖1D)。
如圖4所示，在流體被注入到分離開始部分40的過程中，從噴嘴105噴射的流體的壓力被降低到400kgf/cm2。如圖4所示，在旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30的情況下，鍵合襯底疊層30在多孔層12處被完全分離(圖1E)。
分離之后留在第二襯底20′表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1F)。用此工藝，獲得了圖1F所示的SOI襯底。
留在單晶硅襯底11表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1G)。
代替單晶硅層13，可以例如制作諸如多晶硅層或非晶硅層之類的另一種硅層，或可以制作Ge層、SiGe層、SiC層、C層、或化合物半導(dǎo)體(例如GaAs、InP或GaN)層。
作為第二襯底20，可以使用具有形成在表面上的氧化膜的硅襯底、絕緣襯底(例如石英襯底)、或透明襯底(例如石英襯底)來代替單晶硅襯底。首先，為了制作第一襯底10，制備了電阻率為例如0.01Ωcm的p型或n型單晶硅襯底11。在二個步驟中的HF溶液中，對單晶硅襯底11進行陽極氧化，以便在單晶硅襯底表面上形成具有不同多孔性的二個多孔層的多孔硅層12(圖1A)。陽極氧化條件如下。
<第一陽極氧化條件>
電流密度7(mA/cm2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1工藝時間5(min)多孔硅層厚度4.5(μm)<第二陽極氧化條件>
電流密度30(mA/cm2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1工藝時間10(min)多孔硅層厚度0.2(μm)在例2中，多孔層12具有雙層結(jié)構(gòu)。在第一步驟中用小電流制作的表面?zhèn)榷嗫讓?，被用來形成高質(zhì)量的外延硅層13。在第二步驟中用大電流制作的下方多孔層，被用作分離層。在第一陽極氧化步驟中制作的多孔層的厚度不局限于上述例子，最好是例如數(shù)百埃至0.1μm。在第二陽極氧化步驟中制作的多孔層的厚度也不局限于上述例子，可以根據(jù)后續(xù)分離處理的條件適當?shù)馗淖儭?br> 多孔層12可以具有一層或三層或更多層。
然后，在氧氣氛中，于400℃下，對此襯底進行1小時氧化。利用這一氧化，多孔層12中的孔的內(nèi)壁被熱氧化膜覆蓋。
用CVD(化學(xué)汽相淀積)方法，在多孔硅層12上外延生長厚度為0.3μm的單晶硅層13(圖1B)。生長條件如下。在外延生長的早期階段，多孔硅層12的表面被暴露于氫氣。因此，表面上的孔被填充以形成平坦的表面。
<外延生長條件>
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180(升/min)氣體壓力80(Torr)溫度950(℃)生長速率0.30(μm/min)用熱氧化方法，在外延生長的單晶硅層13的表面上制作厚度為200nm的SiO2層14(圖1B)。用此工藝，得到了第一襯底10。
制備了尺寸與第一襯底10相同的硅襯底(第二襯底)20。使第一襯底10的SiO2層的表面與第二襯底20，在其中心位置偏離的情況下緊密接觸。在1180℃下，對得到的襯底進行5分鐘退火，以便形成圖2所示的具有突出部分的鍵合襯底疊層30(圖1C)。在例2中，在第一襯底10的中心偏離第二襯底20的中心0.1mm的情況下，二個襯底被鍵合。
如圖8所示，鍵合襯底疊層30的突出部分的反側(cè)部分被處理裝置200的支持部分203支持。此時，楔形物210平行于鍵合襯底疊層30的鍵合界面被插入到鍵合襯底疊層30的突出部分處的間隙中1.5mm(圖1D)。頂部斜角為20度的PTFE楔形物被用作楔形物210。用此工藝，獲得了具有分離開始部分的鍵合襯底疊層30。
如圖4所示，在使鍵合襯底疊層30的分離開始部分40正對著噴嘴105的情況下，將鍵合襯底疊層30置于處理裝置100中。在400kgf/cm2的壓力下，流體從直徑為0.1mm的噴嘴105被注入到分離開始部分40，以便開始分離。然后，在旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30的情況下，繼續(xù)分離，鍵合襯底疊層30在多孔層12a處被分離成二個襯底(圖1E)。
分離之后留在第二襯底20′表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1F)。用此工藝，獲得了圖1F所示的SOI襯底。
留在單晶硅襯底11表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1G)。
代替單晶硅層13，可以例如制作諸如多晶硅層或非晶硅層之類的另一種硅層，或可以制作Ge層、SiGe層、SiC層、C層、或化合物半導(dǎo)體(例如GaAs、InP或GaN)層。
作為第二襯底20，可以使用具有形成在表面上的氧化膜的硅襯底、絕緣襯底(例如石英襯底)、或透明襯底(例如石英襯底)來代替單晶硅襯底。首先，為了制作第一襯底10，制備了電阻率為例如0.01Ωcm的p型或n型單晶硅襯底11。在二個步驟中的HF溶液中，對單晶硅襯底11進行陽極氧化，以便在單晶硅襯底表面上形成具有不同多孔性的二個多孔層的多孔硅層12(圖1A)。陽極氧化條件如下。
<第一陽極氧化條件>
電流密度7(mA/cm2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1工藝時間5(min)多孔硅層厚度4.5(μm)<第二陽極氧化條件>
電流密度30(mA/cm2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1工藝時間10(min)多孔硅層厚度0.2(μm)在例3中，多孔層12具有雙層結(jié)構(gòu)。在第一步驟中用小電流制作的表面?zhèn)榷嗫讓?，被用來形成高質(zhì)量的外延硅層13。在第二步驟中用大電流制作的下方多孔層，被用作分離層。在第一陽極氧化步驟中制作的多孔層的厚度不局限于上述例子，最好是例如數(shù)百埃至0.1μm。在第二陽極氧化步驟中制作的多孔層的厚度也不局限于上述例子，可以根據(jù)后續(xù)分離處理的條件適當?shù)馗淖儭?br> 多孔層12可以具有一層或三層或更多層。
然后，在氧氣氛中，于400℃下，對此襯底進行1小時氧化。利用這一氧化，多孔層12中的孔的內(nèi)壁被熱氧化膜覆蓋。
用CVD(化學(xué)汽相淀積)方法，在多孔硅層12上外延生長厚度為0.3μm的單晶硅層13(圖1B)。生長條件如下。在外延生長的早期階段，多孔硅層12的表面被暴露于氫氣。因此，表面上的孔被填充以形成平坦的表面。
<外延生長條件>
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180(升/min)氣體壓力80(Torr)溫度950(℃)生長速率0.30(μm/min)用熱氧化方法，在外延生長的單晶硅層13的表面上制作厚度為200nm的SiO2層14(圖1B)。用此工藝，得到了第一襯底10。
制備了尺寸與第一襯底10相同的硅襯底(第二襯底)20。使第一襯底10的SiO2層的表面與第二襯底20，在其中心位置偏離的情況下緊密接觸。在1180℃下，對得到的襯底進行5分鐘退火，以便形成圖2所示的具有突出部分的鍵合襯底疊層30(圖1C)。在例3中，在第一襯底10的中心偏離第二襯底20的中心0.1mm的情況下，二個襯底被鍵合。
如圖9所示，多個鍵合襯底疊層30，在其突出部分朝下的情況下，被儲存在載體310中。然后，將載體置于加工槽301中。加工槽310被充以純水(振動傳輸媒質(zhì))，使鍵合襯底疊層30的突出部分浸入。振動源302工作大約1小時，以便在各個鍵合襯底疊層30上形成分離開始部分(圖1E)。
最好也可以使用腐蝕劑來代替純水。此時，仍然啟動振動源302，以便將振動能量饋送到突出部分。即使沒有振動能量被饋送到突出部分，借助于腐蝕劑的腐蝕作用，也能夠形成分離開始部分。下面將描述腐蝕劑的使用例子。鍵合襯底疊層的突出部分最好浸入氫氟酸中以清除突出部分處的絕緣層(SiO2層)，然后將突出部分浸入氟硝酸中以清除突出部分處的單晶硅層13，最后，清除突出部分處的多孔層12。
如圖4所示，在使鍵合襯底疊層30的分離開始部分40正對著噴嘴105的情況下，將鍵合襯底疊層30置于處理裝置100中。在400kgf/cm2的壓力下，流體從直徑為0.1mm的噴嘴105被噴射到分離開始部分40，以便開始分離。然后，在旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30的情況下，繼續(xù)分離，鍵合襯底疊層30在多孔層12a處被分離成二個襯底(圖1E)。
分離之后留在第二襯底20′表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1F)。用此工藝，獲得了圖1F所示的SOI襯底。
留在單晶硅襯底11表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1G)。
代替單晶硅層13，可以例如制作諸如多晶硅層或非晶硅層之類的另一個硅層，或可以制作Ge層、SiGe層、SiC層、C層、或化合物半導(dǎo)體(例如GaAs、InP或GaN)層。
作為第二襯底20，可以使用具有形成在表面上的氧化膜的硅襯底、絕緣襯底(例如石英襯底)、或透明襯底(例如石英襯底)來代替單晶硅襯底。首先，為了制作第一襯底10，制備了電阻率為例如0.01Ωcm的p型或n型單晶硅襯底11。在二個步驟中的HF溶液中，對單晶硅襯底11進行陽極氧化，以便在單晶硅襯底表面上形成具有不同多孔性的二個多孔層的多孔硅層12(圖1A)。陽極氧化條件如下。
<第一陽極氧化條件>
電流密度7(mA/cm2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1工藝時間5(min)多孔硅層厚度4.5(μm)<第二陽極氧化條件>
電流密度30(mA/cm2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1工藝時間10(min)多孔硅層厚度0.2(μm)在例4中，多孔層12具有雙層結(jié)構(gòu)。在第一步驟中用小電流制作的表面?zhèn)榷嗫讓?，被用來形成高質(zhì)量的外延硅層13。在第二步驟中用大電流制作的下方多孔層，被用作分離層。在第一陽極氧化步驟中制作的多孔層的厚度不局限于上述例子，最好是例如數(shù)百埃至0.1μm。在第二陽極氧化步驟中制作的多孔層的厚度也不局限于上述例子，可以根據(jù)后續(xù)分離處理的條件適當?shù)馗淖儭?br> 多孔層12可以具有一層或三層或更多層。
然后，在氧氣氛中，于400℃下，對此襯底進行1小時氧化。利用這一氧化，多孔層12中的孔的內(nèi)壁被熱氧化膜覆蓋。
用CVD(化學(xué)汽相淀積)方法，在多孔硅層12上外延生長厚度為0.3μm的單晶硅層13(圖1B)。生長條件如下。在外延生長的早期階段，多孔硅層12的表面被暴露于氫氣。因此，表面上的孔被填充以形成平坦的表面。
<外延生長條件>
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180(升/min)
氣體壓力80(Torr)溫度950(℃)生長速率0.30(μm/min)用熱氧化方法，在外延生長的單晶硅層13的表面上制作厚度為200nm的SiO2層14(圖1B)。用此工藝，得到了第一襯底10。
制備了尺寸與第一襯底10相同的硅襯底(第二襯底)20。使第一襯底10的SiO2層的表面與第二襯底20，在第一襯底10的中心位置與第二襯底的中心位置一致的情況下緊密接觸。在1180℃下，對得到的襯底進行5分鐘退火，以便形成圖2所示的具有突出部分的鍵合襯底疊層30(圖1C)。借助于使第一襯底10與尺寸相同的第二襯底20彼此緊密接觸，對其進行退火以形成鍵合襯底疊層，然后用邊沿研磨機之類研磨鍵合襯底疊層的第二襯底20的邊沿部分，可以形成突出部分。
如圖6所示，在使鍵合襯底疊層30的突出部分正對著噴嘴105的情況下，鍵合襯底疊層30被置于處理裝置100中。在400kgf/cm2的壓力下，流體(此時是水)從直徑為0.1mm的噴嘴105被噴射到突出部分，以便在鍵合襯底疊層30上形成分離開始部分40(圖1D)。
如圖7所示，在保持從噴嘴105噴射的流體的情況下，開始旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30。然后，在旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30的情況下，在多孔層12處被完全分離(圖1E)。
分離之后留在第二襯底20′表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1F)。用此工藝，獲得了圖1F所示的SOI襯底。
留在單晶硅襯底11表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1G)。
代替單晶硅層13，可以例如制作諸如多晶硅層或非晶硅層之類的另一個硅層，或可以制作Ge層、SiGe層、SiC層、C層、或化合物半導(dǎo)體(例如GaAs、InP或GaN)層。
作為第二襯底20，可以使用具有形成在表面上的氧化膜的硅襯底、絕緣襯底(例如石英襯底)、或透明襯底(例如石英襯底)來代替單晶硅襯底。在例5中，用離子注入方法制作多孔層(微空洞層)。
首先，用熱氧化方法，在單晶硅襯底的表面上制作厚度為200nm的SiO2層。離子穿過SiO2層被注入在單晶硅襯底中，使突出范圍對應(yīng)于單晶硅襯底中的預(yù)定深度。用這一離子注入方法，制作了基本上與圖1B所示的第一襯底10相同的襯底，亦即在單晶硅襯底11上相繼具有多孔層(離子注入層或微空洞層)12、單晶硅層13和絕緣層的襯底。
使第一襯底10的SiO2層的表面與獨立制備的8英寸硅襯底(第二襯底)20緊密接觸。在600℃下，進行10小時退火，以便提高鍵合強度。得到了圖1C所示的鍵合襯底疊層。在例5中，在第一襯底10的中心偏離第二襯底20的中心0.1mm的情況下，二個襯底被鍵合。
如圖3所示，在使鍵合襯底疊層30的突出部分正對著噴嘴105的情況下，鍵合襯底疊層30被置于處理裝置100中。在500kgf/cm2的壓力下，流體(此時是水)從直徑為0.1mm的噴嘴105被噴射到突出部分，噴射時間是數(shù)秒鐘，以便在鍵合襯底疊層30上形成分離開始部分40(圖1D)。
如圖4所示，在流體被注入到分離開始部分40的過程中，從噴嘴105噴射的流體的壓力降低到400kgf/cm2。如圖4所示，在旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層30的情況下，鍵合襯底疊層30在多孔層12處被完全分離(圖1E)。
分離之后留在第二襯底20′表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1F)。用此工藝，獲得了圖1F所示的SOI襯底。
留在單晶硅襯底11表面上的多孔層12b，用作為腐蝕劑的由49％的氫氟酸、30％的過氧化氫和水組成的混合液選擇性地腐蝕(圖1G)。
代替單晶硅層13，可以例如制作諸如多晶硅層或非晶硅層之類的另一個硅層，或可以制作Ge層、SiGe層、SiC層、C層、或化合物半導(dǎo)體(例如GaAs、InP或GaN)層。
作為第二襯底20，可以使用具有形成在表面上的氧化膜的硅襯底、絕緣襯底(例如石英襯底)、或透明襯底(例如石英襯底)來代替單晶硅襯底。
根據(jù)本發(fā)明，能夠在諸如多孔層之類的分離層處恰當?shù)胤蛛x諸如鍵合襯底疊層之類的復(fù)合元件。
本發(fā)明不局限于上述各個實施例，而是能夠在本發(fā)明的構(gòu)思與范圍之內(nèi)做出各種各樣的改變和修正。因此，為了宣告本發(fā)明的范圍，特提出下列權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種分離復(fù)合元件(30)的方法，在此復(fù)合元件的結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部具有分離層(12)的第一元件(10)與第二元件(20)緊密接觸，此方法的特征是所述復(fù)合元件(30)具有突出部分，所述第一元件(10)的外邊沿在此處突出到所述第二元件(20)的外邊沿外面，且所述方法包含從所述突出部分開始分離所述復(fù)合元件(30)，然后在所述分離層(12)處將所述復(fù)合元件(30)分離成二個元件(10′，20′)的分離步驟(圖1D，圖1E)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述第一元件(10)的主表面具有與所述第二元件(20)的主表面相同的形狀，且所述復(fù)合元件(30)的結(jié)構(gòu)中，所述第一元件(10)的主表面與所述第二元件(20)的主表面，在彼此偏離中心位置的情況下緊密接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述第二元件(20)的主表面小于所述第一元件(10)的主表面，且所述復(fù)合元件(30)的結(jié)構(gòu)中，所述第一元件(10)的主表面與所述第二元件(20)的主表面緊密接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一個的方法，其特征是分離步驟(圖1D，圖1E)包含對所述突出部分進行處理以形成分離開始部分(40)的預(yù)分離步驟(圖1D)；以及從所述分離開始部分(40)開始分離所述復(fù)合元件(30)，然后基本上僅僅擊破所述分離層(12)，以便在所述分離層(12)處將所述復(fù)合元件(30)分離成二個元件(10′，20′)的主分離步驟(圖1E)。
5.一種使內(nèi)部具有分離層(12)的第一元件(10)與第二元件(20)緊密接觸，以便制造具有突出部分的復(fù)合元件(30)的方法，所述第一元件(10)的外邊沿在此突出部分處突出到所述第二元件(20)的外邊沿外面。
6.一種將第一元件(10)表面上的轉(zhuǎn)移層(13，14)轉(zhuǎn)移到第二元件(20)的方法，其特征是包含將具有內(nèi)部分離層(12)和所述分離層上的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)的第一元件(10)與第二元件(20)緊密接觸以制備其中所述第一元件(10)的外邊沿突出到所述第二元件(20)的外邊沿外面的復(fù)合元件(30)的準備步驟(圖1A-1C)；以及從所述突出部分開始分離所述復(fù)合元件(30)，并在所述分離層(12)處將所述復(fù)合元件(30)分離成二個元件(10′，20′)，從而將所述第一元件(10)的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)轉(zhuǎn)移到所述第二元件(20)的分離步驟(圖1D，圖1E)。
7.一種將鍵合襯底疊層(30)分離成二個襯底(10′，20′)的分離方法，此鍵合襯底疊層的結(jié)構(gòu)借助于使具有內(nèi)部分離層(12)和所述分離層上的所述轉(zhuǎn)移層的第一襯底(10)的轉(zhuǎn)移層與第二襯底(20)緊密接觸而形成，此方法的特征是所述鍵合襯底疊層(30)具有突出部分，所述第一襯底(10)的外邊沿在此處突出到所述第二襯底(20)的外邊沿外面，且所述分離方法包含從所述突出部分開始分離所述鍵合襯底疊層(30)，然后在所述分離層(12)處將所述鍵合襯底疊層(30)分離成二個襯底的分離步驟(圖1D，圖1E)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征是，所述第一襯底(10)具有與所述第二襯底(20)相同的尺寸，且所述鍵合襯底疊層(30)的結(jié)構(gòu)中，所述第一襯底(10)與所述第二襯底(20)，在彼此偏離中心位置的情況下緊密接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征是，所述鍵合襯底疊層(30)的結(jié)構(gòu)中，所述第一襯底(10)與小于所述第一襯底(10)的所述第二襯底(20)緊密接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征是，所述第二襯底(20)具有一個定向平面或缺口，且所述鍵合襯底疊層(30)具有作為所述突出部分的在有所述第二襯底(20)的定向平面或缺口時暴露所述第一襯底(10)的部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征是，各個所述第一襯底(10)和所述第二襯底(20)具有一個定向平面或缺口，且借助于使所述第一襯底(10)與所述第二襯底(20)彼此緊密接觸而不必使所述第一襯底(10)的定向平面或缺口與所述第二襯底(20)的定向平面或缺口一致來制作所述鍵合襯底疊層(30)，并具有作為所述突出部分的在有所述第二襯底(20)的定向平面或缺口時暴露所述第一襯底(10)的部分。
12.一種將具有內(nèi)部分離層(12)和所述分離層上的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)的第一襯底(10)的轉(zhuǎn)移層(13，14)鍵合到第二襯底(20)，以便制造鍵合襯底疊層(30)的方法，此鍵合襯底疊層具有突出部分，所述第一襯底(10)的外邊沿在此處突出到所述第二襯底(20)的外邊沿外面。
13.一種將第一襯底(10)表面上的轉(zhuǎn)移層(13，14)轉(zhuǎn)移到第二襯底(20)的轉(zhuǎn)移方法，其特征是包含將具有內(nèi)部分離層(12)和所述分離層上的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)的所述第一襯底(10)的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)鍵合到所述第二襯底(20)，以便制備鍵合襯底疊層(30)的準備步驟(圖1A-1C)，此鍵合襯底疊層具有突出部分，所述第一襯底(10)的外邊沿在此處突出到所述第二襯底(20)的外邊沿外面，以及從所述突出部分開始分離所述鍵合襯底疊層(30)，然后在所述分離層(12)處分離所述鍵合襯底疊層(30)，從而將所述第一襯底(10)的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)轉(zhuǎn)移到所述第二襯底(20)的分離步驟(圖1D，圖1E)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征是，準備步驟(圖1A-1C)包含將所述第一襯底(10)與尺寸相同的所述第二襯底(20)，在偏離中心位置的情況下彼此緊密接觸，以便制備所述鍵合襯底疊層(30)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征是，準備步驟(圖1A-1C)包含將所述第一襯底(10)與小于所述第一襯底(10)的所述第二襯底(20)緊密接觸，以便制備所述鍵合襯底疊層(30)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征是，準備步驟(圖1A-1C)包含將所述第一襯底(10)與具有一個定向平面或缺口的所述第二襯底(20)緊密接觸，以便制備具有作為所述突出部分的在有所述第二襯底(20)的定向平面或缺口時暴露所述第一襯底(10)的部分的所述鍵合襯底疊層(30)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征是，準備步驟(圖1A-1C)包含制備各具有一個定向平面或缺口的所述第一襯底(10)和所述第二襯底(20)，并使所述第一襯底(10)與所述第二襯底(20)彼此緊密接觸而所述第一襯底(10)的定向平面或缺口不必與所述第二襯底(20)的定向平面或缺口一致，以便制備所述鍵合襯底疊層(30)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征是，分離步驟包含處理所述突出部分以形成分離開始部分(40)的預(yù)分離步驟(圖1D)；以及從所述分離開始部分(40)開始，分離所述鍵合襯底疊層(30)，然后基本上僅僅擊破所述分離層(12)，以便在所述分離層(12)處將所述鍵合襯底疊層(30)分離成二個襯底(10′，20′)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含將流體噴射到所述突出部分，以便用流體形成所述分離開始部分(40)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含將楔形元件(210)插入到所述突出部分處的所述第一襯底(10)與所述第二襯底(20)之間的間隙中，以便形成所述分離開始部分(40)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含將振動能量饋送到所述突出部分，以便形成所述分離開始部分(40)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含將所述突出部分浸入流體中，并通過流體將振動能量饋送到所述突出部分，以便形成所述分離開始部分(40)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征是，用水作為流體。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征是，用腐蝕劑作為流體。
25.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含腐蝕所述突出部分處的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)和所述分離層(12)，以便形成所述分離開始部分(40)。
26.根據(jù)權(quán)利要求13-17中任何一個的方法，其特征是，分離步驟(圖1D，圖1E)包含將流體噴射到所述突出部分，以便在所述鍵合襯底疊層(30)上形成所述分離開始部分(40)，并在改變流體注入位置的同時繼續(xù)分離所述鍵合襯底疊層(30)。
27.根據(jù)權(quán)利要求13-17中任何一個的方法，其特征是，分離步驟(圖1D，圖1E)包含將楔形元件(210)插入到所述突出部分處的所述第一襯底(10)與所述第二襯底(20)之間的間隙中，以便分離所述鍵合襯底疊層(30)。
28.根據(jù)權(quán)利要求18-25中任何一個的方法，其特征是，所述分離開始部分(40)是所述分離層(12)具有最易碎的結(jié)構(gòu)的部分。
29.根據(jù)權(quán)利要求18-25中任何一個的方法，其特征是，所述分離開始部分(40)是所述轉(zhuǎn)移層(13，14)被清除且所述轉(zhuǎn)移層(13，14)下方的所述分離層(12)被暴露的部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求18-25中任何一個的方法，其特征是，所述分離開始部分(40)是所述分離層(12)被暴露，且所述分離層(12)的外邊沿位于所述鍵合襯底疊層(30)內(nèi)部的部分。
31.根據(jù)權(quán)利要求13-30中任何一個的方法，其特征是，所述分離層(12)是多孔層。
32.根據(jù)權(quán)利要求13-30中任何一個的方法，其特征是，所述第一襯底(10)是借助于對襯底(11)進行陽極氧化以形成作為分離層(12)的多孔層并形成所述分離層(12)上的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)而形成的襯底。
33.根據(jù)權(quán)利要求13-30中任何一個的方法，其特征是，所述第一襯底(10)具有用離子注入方法形成的作為所述分離層(12)的多孔層。
34.根據(jù)權(quán)利要求13-33中任何一個的方法，其特征是，所述轉(zhuǎn)移層(13)包括單晶硅層。
35.根據(jù)權(quán)利要求13-33中任何一個的方法，其特征是，所述轉(zhuǎn)移層(14)相繼具有單晶硅層和絕緣層作為所述轉(zhuǎn)移層(13，14)。
36.一種制造SOI襯底的方法，其特征是包含使具有內(nèi)部多孔層(12)和包括所述多孔層上的單晶硅層的轉(zhuǎn)移層(13，14)的第一襯底(10)的表面與第二襯底(20)緊密接觸，以制備鍵合襯底疊層(30)的準備步驟(圖1A-1C)，此鍵合襯底疊層具有突出部分，所述第一襯底(10)的外邊沿在此處突出到所述第二襯底(20)的外邊沿外面；從所述突出部分開始分離所述鍵合襯底疊層(30)，并在所述多孔層(12)處分離所述鍵合襯底疊層(30)，從而將所述第一襯底(10)的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)轉(zhuǎn)移到所述第二襯底(20)的分離步驟(圖1D，圖1E)；以及在分離之后，清除殘留在所述第二襯底(20′)表面上的所述多孔層(12)的清除步驟(圖1F)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其特征是，所述第一襯底(10)不僅具有所述單晶硅層(13)而且還具有所述單晶硅層(13)上的絕緣層(14)作為所述轉(zhuǎn)移層。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其特征是，所述第二襯底(20)具有表面上的絕緣層(14)。
39.根據(jù)權(quán)利要求36-38中任何一個的方法，其特征是，準備步驟(圖1A-1C)包含使所述第一襯底(10)與尺寸相同的所述第二襯底(20)，在偏離中心位置的情況下彼此緊密接觸，以制備所述鍵合襯底疊層(30)。
40.根據(jù)權(quán)利要求36-38中任何一個的方法，其特征是，準備步驟(圖1A-1C)包含使所述第一襯底(10)與小于所述第一襯底(10)的所述第二襯底(20)緊密接觸，以制備所述鍵合襯底疊層(30)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其特征是，準備步驟(圖1A-1C)包含使所述第一襯底(10)與所述第二襯底(20)，在中心位置彼此一致的同時緊密接觸。
42.根據(jù)權(quán)利要求36-38中任何一個的方法，其特征是，準備步驟(圖1A-1C)包含使所述第一襯底(10)與具有一個定向平面或缺口的所述第二襯底(20)緊密接觸，以制備具有作為所述突出部分的，在有所述第二襯底(20)的定向平面或缺口時暴露所述第一襯底(10)的部分的所述鍵合襯底疊層(30)。
43.根據(jù)權(quán)利要求36-38中任何一個的方法，其特征是，準備步驟(圖1A-1C)包含制備各具有一個定向平面或缺口的所述第一襯底(10)和所述第二襯底(20)，并使所述第一襯底(10)與所述第二襯底(20)彼此緊密接觸，而不必使所述第一襯底(10)的定向平面或缺口與所述第二襯底(20)的定向平面或缺口一致，以制備所述鍵合襯底疊層(30)。
44.根據(jù)權(quán)利要求36-43中任何一個的方法，其特征是，分離步驟包含對所述突出部分進行處理以形成分離開始部分(40)的預(yù)分離步驟(圖1D)；以及從所述分離開始部分(40)開始對所述鍵合襯底疊層(30)進行分離，然后基本上僅僅擊破所述多孔層(12)，以便在所述多孔層(12)處將所述鍵合襯底疊層(30)分離成二個襯底(10′，20′)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含將流體噴射到所述突出部分，以便用流體形成所述分離開始部分(40)。
46.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含將楔形元件(210)插入到所述突出部分處的所述第一襯底(10)與所述第二襯底(20)之間的間隙中，以便形成所述分離開始部分(40)。
47.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含將振動能量饋送到所述突出部分，以便形成所述分離開始部分(40)。
48.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含將所述突出部分浸入流體中，并通過流體將振動能量饋送到所述突出部分，以便形成所述分離開始部分(40)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，其特征是用水作為流體。
50.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，其特征是用腐蝕劑作為流體。
51.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其特征是，預(yù)分離步驟(圖1D)包含腐蝕所述突出部分處的所述轉(zhuǎn)移層(13，14)和所述多孔層(12)，以便形成所述分離開始部分(40)。
52.根據(jù)權(quán)利要求36-43中任何一個的方法，其特征是，分離步驟(圖1D，圖1E)包含將流體噴射到所述突出部分，以便在所述鍵合襯底疊層(30)上形成所述分離開始部分(40)，并在改變流體注入的位置時，繼續(xù)分離所述鍵合襯底疊層(30)。
53.根據(jù)權(quán)利要求36-43中任何一個的方法，其特征是，分離步驟(圖1D，圖1E)包含將楔形元件(210)插入到所述突出部分處的所述第一襯底(10)與所述第二襯底(20)之間的間隙中，以便分離所述鍵合襯底疊層(30)。
54.根據(jù)權(quán)利要求36-43中任何一個的方法，其特征是，所述分離開始部分(40)是所述多孔層(12)具有最易碎的結(jié)構(gòu)的部分。
55.根據(jù)權(quán)利要求36-43中任何一個的方法，其特征是，所述分離開始部分(40)是所述轉(zhuǎn)移層(13，14)被清除且所述轉(zhuǎn)移層(13，14)下方的所述多孔層(12)被暴露的部分。
56.根據(jù)權(quán)利要求36-43中任何一個的方法，其特征是，所述分離開始部分(40)是所述多孔層(12)被暴露，且所述多孔層(12)的外邊沿位于所述鍵合襯底疊層(30)內(nèi)部的部分。
57.一種復(fù)合元件(30)，在其結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部具有分離層(12)的第一元件(10)與第二元件(20)緊密接觸，其特征是包含突出部分，所述第一元件(10)的外邊沿在此處突出到所述第二元件(20)的外邊沿外面。
58.一種鍵合襯底疊層(30)，在其結(jié)構(gòu)中，具有內(nèi)部分離層(12)和所述分離層上的轉(zhuǎn)移層(13，14)的第一襯底(10)與第二襯底(20)緊密接觸，其特征是包含突出部分，所述第一襯底(10)的外邊沿在此處突出到所述第二襯底(20)的外邊沿外面。
59.一種借助于將具有內(nèi)部多孔層(12)和包括所述多孔層上的單晶硅層(13)的轉(zhuǎn)移層(13，14)的第一襯底(10)的表面鍵合到第二襯底(20)而形成的鍵合襯底疊層(30)，其特征是包含突出部分，所述第一襯底(10)的外邊沿在此處突出到所述第二襯底(20)的外邊沿外面。
全文摘要
鍵合第一與第二襯底而形成的鍵合襯底疊層被恰當?shù)胤蛛x。具有內(nèi)部多孔層以及多孔層上的單晶硅層和絕緣層的第一襯底(10)與第二襯底,在偏離中心位置的情況下緊密接觸,以便制備具有突出部分的鍵合襯底疊層(30),第一襯底(10)的外邊沿在突出部分處突出到第二襯底(20)的外邊沿外面。首先,將流體噴射到突出部分以形成分離開始部分(40),然后,在旋轉(zhuǎn)鍵合襯底疊層(30)時,從分離開始部分(40)開始分離。
文檔編號H01L21/762GK1264156SQ0010184
公開日2000年8月23日 申請日期2000年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月2日
發(fā)明者柳田一隆, 近江和明, 坂口清文, 栗棲裕和 申請人:佳能株式會社