專利名稱：制造含有粘接于-目標(biāo)基片上的-薄層的-疊置結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造含有粘接于一目標(biāo)基片上的一薄層的一疊置結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明主要用在半導(dǎo)體領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
法國專利FR-A-2681472(對應(yīng)于美國專利US5374564)描述了一種制造半導(dǎo)體材料薄膜的方法。該文獻(xiàn)揭示了將稀有氣體和/或氫氣注入到一半導(dǎo)體材料基片中可形成可包括一些微腔或微泡(在英語術(shù)語中還稱作“片晶”)的一脆化層，其厚度與注入的離子的平均穿透深度差不多。這種基片通過其被注入的表面與作為受力構(gòu)件的一支撐緊密接觸。此外，可以在足以使微腔或微泡之間導(dǎo)致相互作用(或聚集)的溫度下進(jìn)行熱處理，使該半導(dǎo)體基片分離或分割成兩部分一部分是粘接到受力構(gòu)件上的半導(dǎo)體薄膜，另一部分是剩下的半導(dǎo)體基片，所剩的基片可被循環(huán)用作施主基片或用作支撐。該分割在存在微腔或微泡的地方發(fā)生，也就是說沿著該微腔層進(jìn)行。該熱處理的結(jié)果是由注入產(chǎn)生的微泡或微腔之間的相互作用使得薄膜和剩余基片之間出現(xiàn)分離。因此，薄膜就從一初始基片轉(zhuǎn)移到一用作支撐該薄膜的受力構(gòu)件上。
我們通過離子注入表示上述定義的任何一種或多種類型的引入。我們可以列舉離子轟擊、離子擴(kuò)散等等。
除了半導(dǎo)體材料(導(dǎo)體材料或介電材料)、晶體或非晶體以外，這種方法還可以用來制造固體材料的薄膜。這種薄膜可以是單層或多層薄膜(例如參見FR-A-2748850)。
這種方法可以通過將硅薄膜轉(zhuǎn)移到一個涂覆有氧化層的硅基片上制造電子性能的價格便宜的薄片，例如SOI薄板。
在E.C.S.Proc.Vol.99-3的出版物中，作者為H.MORICEAU等的文章《A newcharacterization process used to qualify SOI film》(p.173)中，揭示了可以將這種方法制成的SOI薄板粘到一個氧化硅基片上。在利用選擇性的化學(xué)侵蝕法(例如以HF為基礎(chǔ))處理該SOI薄板的硅基片及其氧化層以后，就得到另一種反向硅膜的SOI薄板，因?yàn)樵撃さ淖杂擅媸钦迟N在初始薄板SOI的被埋起來的氧化層上。這樣操作的原因是可以檢查硅膜的缺陷。事實(shí)上，這種研究的目的是為了確定薄膜厚度中的缺陷位置，而不是為了制造一種新的結(jié)構(gòu)。
在E.C.S.Proc.Vol.97-23的出版物中，作者為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，作者為A.J.AUBERTON等的文章《SIMOX technology and application to wafer bonding》(p.12)中，揭示了將由SIMOX方法得到的薄板SOI直接粘貼到硅或純硅石上的試驗(yàn)。該方法只有粘貼一個步驟，接下來就是取下薄片SOI的基片。這些實(shí)驗(yàn)的目的也是為了檢查硅膜的缺陷。在Material Science and Engineering，B73(2000)的出版物中，作者為F.FOURNEL等的文章“Ultra thin silicon films directly bonded onto siliconwafers”(第42頁-46頁)中使用了一種類似的方法，以便一交界面中形成一個位錯網(wǎng)，該交界面在薄膜與硅單晶基片接觸時確定。該文章沒有指出本發(fā)明描述的獲得疊置結(jié)構(gòu)薄層的方法。
法國專利文獻(xiàn)FR-A-2725074(對應(yīng)于美國專利US5863830)揭示了一種含有半導(dǎo)體薄膜的結(jié)構(gòu)的制造方法，該半導(dǎo)體薄膜被粘貼到一個目標(biāo)基片上。開始時利用第一粘結(jié)能量將該薄膜粘結(jié)到起始基片上。然后利用可以克服第一粘結(jié)能量和薄膜在目標(biāo)基片上的粘貼力的拔出力將該薄膜從起始基片轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基片，薄膜的這種轉(zhuǎn)移可以用一個中間基片或一個操作設(shè)備完成，而中間基片本身通過拔出力與薄膜分離。這種方法要求控制與薄膜相連的各不同結(jié)合界面之間的粘貼能量，以便能夠按順序拔出。
縮寫字母為BESOI的公知技術(shù)沒有利用通過注入氣體的方法分離薄膜。其主要特征之一是使用一層晶體阻滯層，該晶體阻滯層可以進(jìn)行所謂的選擇性化學(xué)侵蝕，并同時對單晶層，特別對硅單晶層，進(jìn)行支撐。這種阻滯層是一單晶層或一外延層。它可以是一摻雜的硅層，將特性與薄膜(例如SixGe1-x)特性不同的硅材料外延后得到的一薄層，在硅基片的實(shí)心部分實(shí)施的，多孔的一單晶硅層。如果要求在該阻滯層上沉積單晶薄膜，則這種技術(shù)就不能用非晶質(zhì)阻滯層。該技術(shù)沒有提出使用中間基片。
在法國專利文獻(xiàn)FR-A-2681472中描述的制造薄層結(jié)構(gòu)稱作直接法的已知方法是以注入氫氣，與一最終的支撐進(jìn)行的分子附著，在注入?yún)^(qū)域中和/或附近進(jìn)行分離為基礎(chǔ)，但這種方法不能很容易地和/或具有足夠品質(zhì)地獲得某些具有一些特定性能的結(jié)構(gòu)。在下面的這些情況中，不適于簡單地使用直接法，根據(jù)該方法的簡單改變也不能導(dǎo)出本發(fā)明試圖提供的技術(shù)方案。
第一種情況就是制造薄的和/或很薄的疊置薄膜結(jié)構(gòu)，這種薄膜具有的一晶體層處在一非晶質(zhì)層的表面上。第一個例子是制造小于幾十納米厚度的薄膜，例如在20nm厚的SiO2薄膜上的硅膜的厚度為20nm，并將其粘貼到實(shí)心硅支撐上。在直接法的分離步驟中，常常顯示出粘貼的缺陷，當(dāng)該方法使用的分離步驟包括低溫?zé)崽幚?例如低于500℃)含或不含機(jī)械處理時，其缺陷可能會非常明顯。在第二個例子中，使具有特定性能的該薄膜結(jié)構(gòu)經(jīng)受高溫?zé)崽幚恚摐囟雀哂谶@些所用的基片中的一個變薄前、變薄期間或變薄以后的熱處理的溫度(例如通過直接法使其變薄)。粘貼的缺陷，例如充有氣體的泡可能會對結(jié)構(gòu)的質(zhì)量造成危害。
第二種情況是在結(jié)構(gòu)制造中，用直接法進(jìn)行分離的步驟之前的粘結(jié)力非常小。例如，對于接觸前進(jìn)行的表面準(zhǔn)備(清理，得到某種表面粗糙度的元件制造方法的水平，等等)的某些條件來說，在最終的支撐和待轉(zhuǎn)移的薄膜的發(fā)生器板之間的粘貼力很小。因而該直接法的分離步驟不能實(shí)現(xiàn)。
第三種情況涉及制造熱膨脹系數(shù)很不同的材料的疊置結(jié)構(gòu)。如果待轉(zhuǎn)移的薄膜材料和最終的基片材料具有差異很大的熱膨脹系數(shù)，那么在通過直接法進(jìn)行該分離前，如果使用熱處理進(jìn)行粘結(jié)，該粘結(jié)將會停止。例如熱膨脹系數(shù)為兩個數(shù)量級的比值的硅和藍(lán)寶石就是這種情況。
第四種情況涉及在結(jié)構(gòu)制造中，在通過直接法進(jìn)行分離的步驟后，粘貼力應(yīng)當(dāng)較小或很小?？赡芷谕麑B置結(jié)構(gòu)的結(jié)合能量在通過直接法進(jìn)行分離的步驟后保持較小，甚至小于該分離所需要的能量，以便在以后對粘貼界面進(jìn)行剝離。其尤其應(yīng)用于當(dāng)各種處理可以增強(qiáng)結(jié)合界面之時。在第一個例子中對應(yīng)于使用可拆卸的目標(biāo)基片以便可回收，通過在950℃下對結(jié)構(gòu)SOI的表面硅膜提供氧化，變薄以后就使高于1J/m2的結(jié)合能量增加，這對于以后對目標(biāo)基片的疊置結(jié)構(gòu)的分離是不利的。在第二個例子中，可能希望對某一薄膜的全部或部分進(jìn)行處理(各種熱擴(kuò)散，確定氧化部位等)，因?yàn)檫@些操作用于增強(qiáng)結(jié)合能量，這對疊置結(jié)構(gòu)的剝離不利。還可能希望該最終結(jié)構(gòu)中的結(jié)合能量很小，例如希望在該結(jié)構(gòu)上進(jìn)行沉積時就是這樣，這種沉積相對于疊置結(jié)構(gòu)和目標(biāo)基片的全部或部分來講具有更強(qiáng)的應(yīng)力。所以，該脆化的界面起到的是調(diào)整應(yīng)力的區(qū)域的作用。這種應(yīng)用在支撐的柔度范圍進(jìn)行。
第五種情況涉及制造異質(zhì)材料的疊置結(jié)構(gòu)。使用例如硅或加熱氧化物的性能不同的材料(各種電解質(zhì)，金屬材料，半導(dǎo)體，超導(dǎo)體等)可能是在直接方法中明顯的粘貼缺陷的根源。例如，涂覆有氮化硅薄膜的硅片用覆蓋有硅薄片的氮化硅薄膜進(jìn)行結(jié)合顯然在直接方法的分離步驟中常常容易引起粘貼缺陷。這里的片指的是基片、薄膜或表面被上述薄膜覆蓋的疊置結(jié)構(gòu)。
第六種情況涉及在制造疊置結(jié)構(gòu)中加入材料的狀態(tài)或特性的改變。例如，某些材料的使用與直接方法中可能使用的熱預(yù)算不相容。這樣，由一個硅膜、鈀膜和一個硅板構(gòu)成的疊置結(jié)構(gòu)在200℃以上時生成一個具有很好粘貼性能的硅化物。在更高的溫度，該結(jié)合惡化，為了減少其厚度例如通常用900℃以上的溫度對硅膜進(jìn)行氧化。另一個例子涉及光學(xué)應(yīng)用，其中利用分子附著將一個金屬鏡鑲嵌到一個硅片上。這種金屬鏡不能經(jīng)受幾十度以上的熱處理，所以不可考慮使用在該分離方法中可能會用的熱預(yù)算。
在某些情況下，直接法不能用于制造保持有一個稱為前表面的特定表面的疊置膜結(jié)構(gòu)。
為此，在第一個例子中可以舉出制造疊置結(jié)構(gòu)的例子，在這些結(jié)構(gòu)中所得到的表面薄膜很難拋光。例如，用直接法弄薄的結(jié)構(gòu)具有在分離步驟以后由于上述的實(shí)施而將減小的表面粗糙。在硅的情況下，這種粗糙度減少通常用機(jī)械一化學(xué)拋光法(CMP)實(shí)現(xiàn)。對于很多材料來講，例如對于“硬”材料來講，這種拋光要么不合適(缺乏效力)，要么時間很長(工業(yè)成本很高)。例如在最后的藍(lán)寶石、SiC或金剛石的表面上利用直接法得到一弄薄的結(jié)構(gòu)就是這種情況。該“硬”膜具有的需要減少的表面微粗糙度，以便進(jìn)行期望的實(shí)施。對于這種材料來講，利用CMP拋光時實(shí)施起來的時間很長，而且很難控制結(jié)構(gòu)的拋光均勻度。但如果想要達(dá)到外延式(英語是“epi-ready”)的質(zhì)量，則要付出很大的代價。
我們還可指出制造疊置結(jié)構(gòu)中，該疊置結(jié)構(gòu)的薄膜中的一層在其兩個面上至少具有一個不同的特性。在這種情況下，如果用直接法得到的結(jié)構(gòu)在分離步驟以后，會有一個表面與預(yù)計的應(yīng)用不相容。例如，SIC單晶膜從其極性來看表現(xiàn)為如下特征在一個面上，有一個主要由硅原子構(gòu)成的表面(所謂Si類表面)，在另一面上，有一個主要由碳原子構(gòu)成的表面(所謂C類表面)。用外延法在SiC上加速生長意味著具有一個Si類的自由面。然而，SiC膜例如通過直接法的轉(zhuǎn)移伴隨有表面特性因倒轉(zhuǎn)而出現(xiàn)的變化。最初的自由面是Si類，易于用SiC拋光的就是該面，而且易于通過分子粘接的也是該面。而在用直接法轉(zhuǎn)移以后，該自由面就是C類。對于一GaN層也會有同樣問題。
本發(fā)明的描述本發(fā)明可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種疊置結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)或者包括一個具有某些特定性能的薄膜，或者包括至少一個表面具有特定性能的一薄膜。
導(dǎo)出本發(fā)明是因?yàn)楸景l(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于直接法來講，在將薄層結(jié)合到目標(biāo)基片上以前，當(dāng)最初的基片變薄時，先在目標(biāo)基片上結(jié)合，然后將其弄薄，而本發(fā)明可以防止上面列出的所有缺陷。為了顛倒結(jié)合和變薄的步驟，必須要使用一個或多個中間支撐。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種制造含有至少一層粘接到目標(biāo)基片上的薄層的疊置結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟a)用初始基片形成一層薄層，該薄層具有被稱作第一接觸面的自由面；b)使第一接觸面與一個中間支撐的一個面進(jìn)行粘結(jié)接觸，得到的結(jié)構(gòu)適用于以后對初始基片的變??；c)將所述初始基片弄薄，從而顯示出一個稱作第二接觸面的薄層自由面，該自由面與所述第一自由面對置；d)使目標(biāo)基片的一個面與所述第二接觸面的至少一部分進(jìn)行粘結(jié)接觸，得到的結(jié)構(gòu)適用于以后去掉所述中間支撐的全部或部分；e)去掉所述中間支撐的至少一部分，可得到所述的疊置結(jié)構(gòu)。
步驟c)的變薄或步驟e)的去掉是指所有可以消除初始基片或中間支撐的技術(shù)。尤其可以指出剝離、斷裂(與通過引入氣體的方法而造成一脆化區(qū)域有關(guān))、機(jī)械和/或化學(xué)蝕刻。在這類變薄或去掉中，該基片和該支撐可以再利用。
根據(jù)一種具體實(shí)施方式
，該目標(biāo)基片只是一種用于薄層的臨時支撐，該方法的所述各步驟全部或部分重復(fù)進(jìn)行，該目標(biāo)基片與該初始基片或該中間支撐相似。
因此，本發(fā)明的方法可以根據(jù)需要的次數(shù)將支撐薄層轉(zhuǎn)移到另一個支撐，從而得到一個具有所需要的特性的疊置結(jié)構(gòu)，特別是具有元件技術(shù)水平的疊置。
在步驟b)和/或步驟d)中，所述結(jié)構(gòu)的相容性可以通過在步驟a)中的形成得到，在步驟c)的變薄過程中和在步驟e)的去掉過程中，該薄層可分別避免粘結(jié)缺陷。這種相容性可來自于薄層的給定厚度和/或構(gòu)成該薄層的一種或多種材料。可以選擇中間支撐和/或目標(biāo)基片與薄層的接觸性能，以便防止因所選結(jié)構(gòu)的材料的狀態(tài)變化而造成的不相容性。可以選擇中間支撐和/或目標(biāo)基片與薄層的接觸性能，以便防止因所選結(jié)構(gòu)的材料的異質(zhì)而造成的不相容性。可以選擇中間支撐和/或目標(biāo)基片與薄層的接觸性能，以便防止因與薄層的熱膨脹系數(shù)不同而造成的不相容性。為了能夠有這種相容特性，薄層和/或中間支撐和/或目標(biāo)基片可以含有至少一個有一個(或多個)接觸面的附加層。在這種情況下，在步驟d)之前，可以在整個附加層或部分附加層上配備至少一種組份。該附加層可以由氧化物或多晶硅或非晶質(zhì)硅構(gòu)成。
步驟a)和c)可以使得薄層和/或中間支撐的第一接觸面分別比其第二接觸面和/或目標(biāo)薄膜的第二接觸面的粗糙度低，由于薄層第二接觸面的粘結(jié)接觸以及去掉中間支撐，得到了步驟d)的相容性。
該薄層的第一接觸面和/或第二接觸面的粘結(jié)接觸使得在步驟b)和/或步驟d)中得到所述相容特性，是由于采用一能進(jìn)行粘結(jié)接觸的處理。該允許粘結(jié)接觸的處理從以下的一種或多種處理的結(jié)合中選定機(jī)械-化學(xué)和/或離子拋光、在薄層的一個相應(yīng)接觸面和中間支撐或目標(biāo)基片之間插入一個中間層、熱處理和化學(xué)處理。由于結(jié)構(gòu)的相容性能，因此可以在高溫下進(jìn)行處理。
優(yōu)選的，步驟b)和/或步驟d)的粘結(jié)接觸最好通過分子附著實(shí)現(xiàn)。
該薄層的第一接觸面可具有一極性表面(極性與該表面的原子特性有關(guān))，該極性與第二接觸面的極性不同，由于薄層的第二接觸面和目標(biāo)基片的粘結(jié)接觸，再由于中間支撐從薄層的第一接觸面上取出，所以就在步驟d)得到結(jié)構(gòu)的相容性能，所述第一接觸面因此成為是自由面。因?yàn)楸拥牡诙佑|面與目標(biāo)基片用粘結(jié)能量進(jìn)行粘結(jié)接觸，所以就能在步驟d)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的相容性能，所述粘結(jié)能量可以在步驟e)后去掉目標(biāo)基片。優(yōu)選的，該粘結(jié)能量較弱。在步驟c)和d)之間，可以設(shè)一個中間步驟，該步驟在于在薄層的第二接觸面中和/或目標(biāo)基片中產(chǎn)生一些要素，這樣在步驟d)以后得到的結(jié)構(gòu)與存在的所述要素相容。這些要素可以是一些腔，也可以是整個或部分元件(微電子的，光導(dǎo)發(fā)光的)，并可使表面實(shí)現(xiàn)某種布局。在步驟d)以前，可以設(shè)一個中間步驟，該步驟在于進(jìn)行輪廓精修，這樣可以隔離第二接觸面的至少一個區(qū)域，步驟d)使至少這樣的一個區(qū)域與目標(biāo)基片接觸。即使在步驟a)以前，也可以進(jìn)行這種輪廓精修。在進(jìn)行去掉的步驟e)以后，沒有與目標(biāo)基片粘結(jié)接觸的該層的區(qū)域繼續(xù)處在中間支撐上，并在以后達(dá)到轉(zhuǎn)移的目的。
步驟a)可以由一至少涂覆了一層材料的基片實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，在步驟e)以后，本方法可以包括一個將涂覆有步驟a)的基片的材料層消除的步驟。
根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施方式-步驟a)包括通過初始基片的其中一個對應(yīng)于所述第一接觸面的面將氣體引入到該基片中，以便形成一個脆化層，該層將所述薄膜與初始基片的剩余部分分開，而在步驟c)時應(yīng)當(dāng)能將初始基片斷裂，-步驟c)在于實(shí)現(xiàn)一種能夠在脆化層處使初始基片斷裂的處理。
這種處理例如可以是熱處理和/或機(jī)械處理。該初始基片可以是單層或多層。特別是該初始基片可以包括一個外延層。目標(biāo)基片和中間支撐也是一樣的。
根據(jù)一個優(yōu)選方式，通過引入氣體的方法就可以將中間支撐的至少一部分去掉，氣體的引入或是在接觸以后通過薄層實(shí)現(xiàn)，或是在與薄層的第一接觸面粘結(jié)接觸以前或以后通過中間支撐的接觸面實(shí)現(xiàn)，這種氣體引入會形成一個脆化層，在涂覆有薄層薄膜的中間支撐的一部分?jǐn)嗔岩院缶涂梢詫⒃摯嗷瘜尤サ?。在這種情況下，中間支撐例如可以再用作新的支撐。
事實(shí)上，由步驟e)得到的該疊置結(jié)構(gòu)可將第一接觸面的側(cè)面弄薄。
該方法可以使用一個質(zhì)量很好的初始基片，例如價錢很昂貴的直徑為300mm的單晶硅，就步驟b)來說，中間支撐與初始基片相容，例如為涂覆有SiO2的氧化膜的單晶硅基片，一質(zhì)量不如初始基片的多晶硅或單晶硅的目標(biāo)基片，薄層例如包括在單晶硅上的氧化硅，單晶硅來自初始基片。同樣，目標(biāo)基片可以不是硅。因此在該方法結(jié)束時，在目標(biāo)基片上得到的薄膜質(zhì)量相當(dāng)好。此外，可以制造初始基片，根據(jù)其質(zhì)量和價格，可以重新使用中間支撐或?qū)⑵淙拥?。也可以使用SiC或GaAs的初始基片，SiC或GaAs的中間支撐，SiC或GaAs的目標(biāo)基片，其質(zhì)量要比初始基片的材料差，薄層包括來自初始基片的SiC或GaAs。
薄層可在下列材料層中選擇Si、GaN、SiC、LiNbO3、Ge、GaAs、InP、藍(lán)寶石和半導(dǎo)體。
除了其他優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還有以下優(yōu)點(diǎn)-可以轉(zhuǎn)移結(jié)晶質(zhì)量良好的單晶薄膜，而用于使中間支撐變薄的阻滯層是一藍(lán)寶石層。
-如果中間支撐(質(zhì)量，特性)的成本很高，則可以使用一可循環(huán)使用的中間支撐，例如通過控制其結(jié)合能量。因而可以用多晶SiC的中間支撐轉(zhuǎn)移成本昂貴和/或品質(zhì)很好的SiC單晶薄膜。作為例子，通過控制沉積在薄層或中間支撐上的SiO2附加層的粗糙度就可保證該結(jié)合能量的控制。在另一種對中間支撐的結(jié)合能量的控制中，還可以在該中間支撐的表面上使用一種可消耗的薄膜(例如氧化物)，以便使其循環(huán)使用(“l(fā)ift-off”的技術(shù))。
-可以方便地選擇最后被埋的氧化物或中間層(電介質(zhì)層，金屬層)的厚度。
-本發(fā)明的原理可用于其他單晶材料層或只用于硅材料層，以用于疊置結(jié)構(gòu)的(至少)一層薄膜。尤其是，在任何支撐上，可以將該方法用于藍(lán)寶石薄膜、Si薄膜、GaN薄膜、LiNbO3薄膜、Ge薄膜、GaAs薄膜、InP薄膜。
-該相同的原理可以用于除硅以外的其他形式的目標(biāo)基片，例如石英，或者不論什么基片，最好是便宜的基片(玻璃，塑料，陶瓷)。
-該方法可以用于所有半導(dǎo)體薄膜，例如III-V，II-VI和IV的半導(dǎo)體薄膜，或一鉆石薄膜、氮化物薄膜或任何形式的氧化物薄膜，例如Al2O3、ZrO2、SrTiO3、LaAlO3、MgO、YbaxCuyOz、SiOxNy、RuO2，或者其它材料的薄膜，特別是壓電材料、超導(dǎo)材料、絕緣材料、金屬材料、熱電材料、單晶或非單晶材料。
-可以將該方法用于其表面具有極性特征的材料。
-可以將該方法重復(fù)以便得到例如多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。
-在一最終的支撐上只制造例如硅膜的單晶膜的原理優(yōu)選可用于一應(yīng)用中，其中該最終的支撐是至少一種經(jīng)處理或未經(jīng)處理的薄層的結(jié)構(gòu)。這種被轉(zhuǎn)移的硅單晶薄膜本身然后成為工藝步驟的客體，以便制造一種元件。如果反復(fù)這種原理，則該原理可以進(jìn)行具有元件工藝水平的3D疊置。
-此外本發(fā)明的方法可在同樣實(shí)施的過程中克服多種不相容性。為此可以要求連續(xù)使用一或多個中間支撐。
-該初始基片、目標(biāo)基片和中間支撐可以是疊置結(jié)構(gòu)。


通過閱讀下面結(jié)合附圖對非限定例子的描述將會更清楚地理解本發(fā)明，而且更清楚本發(fā)明的其它特征和特性，其中圖1表示應(yīng)用于本發(fā)明的一被稱作初始基片的基片的橫剖圖；圖2表示該初始基片涂覆有一層材料層，當(dāng)實(shí)施本發(fā)明方法時該初始基片經(jīng)受離子注入步驟的橫剖圖；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的初始基片通過材料層與一個中間支撐進(jìn)行粘結(jié)接觸的步驟；圖4表示根據(jù)本發(fā)明消除至少部分初始基片的步驟；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的通過一可能的薄層與一目標(biāo)基片的一面進(jìn)行粘結(jié)接觸的步驟；圖6表示根據(jù)本發(fā)明方法得到的疊置結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述下面描述本發(fā)明的多個實(shí)施例。這些例子是用一種實(shí)施本發(fā)明的方法的多個變型，我們首先借助圖1-6根據(jù)一個例子簡單描述該方法。
圖1以橫剖視圖表示一塊厚度為725μm，直徑為200mm的硅板1，它構(gòu)成初始基片。初始基片1的面2經(jīng)熱處理被氧化的厚度為400nm，從而得到一個氧化層3(見圖2)。在基片1上也可以采用一多層結(jié)構(gòu)。
然后通過初始基片的面2對該初始基片1用氣體4進(jìn)行離子注入，如圖2所示離子還穿過了該氧化層3。氣體的種類4例如是能量為75keV的注入氫離子，含量約為6.1016個原子/cm2。這樣就在一個與面2平行的平面中得到一個脆化層5。
基片1的處于面2和脆化層5之間的那部分構(gòu)成薄膜6。由薄膜6和氧化層3疊置構(gòu)成的結(jié)合體構(gòu)成薄層7。薄層7有一個稱作第一接觸面的自由面8。
清理第一接觸面8，以便使其適于分子附著，例如通過一種處理，使其具有充分的吸水性，并將該第一接觸面與另一塊硅板10的一個面11進(jìn)行分子附著接觸，該硅板10被稱作中間支撐，如圖3所示。在另一種應(yīng)用變型中，為了與所述支撐粘結(jié)，可制造一適于與該中間支撐粘結(jié)的薄層(粘合劑，可熔層)。
由初始基片1和中間支撐10構(gòu)成的組件經(jīng)受了一分離處理，例如一熱處理，以便通過斷裂將薄膜6與初始基片1的剩余部分9分離(見圖4)。薄膜6仍然與中間支撐10相連，該薄膜有一個自由面12。
最好利用高溫?zé)崽幚韥砑訌?qiáng)薄層7在中間支撐10上的結(jié)合。根據(jù)該溫度，這兩部分之間的分子附著能量例如可以達(dá)到約1，5J/m2。
因此，由于表面處理，例如由于機(jī)械一化學(xué)拋光、退火，例如在部分氫氣氛或全部氫環(huán)境下的退火、或通過絕緣離子或聚集離子的轟擊或化學(xué)侵蝕，使薄膜6的自由面變得光滑，化學(xué)侵蝕會消除全部或部分薄膜6，如果相對于中間支撐充足地選擇薄層3，則薄層3就空出一個面。該自由面上可以涂覆可以是多層的薄膜13，該薄膜的自由面構(gòu)成第二接觸面14(見圖5)。薄膜13可以通過沉積、熱處理、化學(xué)處理等得到。
在對第二接觸面14進(jìn)行清理以后，將該接觸面與一個目標(biāo)基片15粘結(jié)接觸。利用高溫?zé)崽幚砜梢栽鰪?qiáng)結(jié)合。
然后例如利用化學(xué)侵蝕的補(bǔ)充磨削去掉中間支撐10。也可以去掉氧化層3，以便得到圖6所示的疊置結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括目標(biāo)基片15、薄膜13和薄膜6。
根據(jù)一第一變型，薄膜13可以是一層厚度為20nm的氧化層，該氧化層通過在薄膜6的表面12上熱處理構(gòu)成。目標(biāo)基片15可以是硅材料，其表面被氧化(例如20nm)或不被氧化。在這種情況下，利用1100℃熱處理或分子附著來增強(qiáng)薄膜13在目標(biāo)基片15上的結(jié)合。如上所述，也可以用粘結(jié)材料或易熔材料或其他材料進(jìn)行結(jié)合。這樣得到的結(jié)構(gòu)質(zhì)量很好，同時可以防止結(jié)合界面上出現(xiàn)氣泡。先通過磨削，然后通過在一種溶液中進(jìn)行化學(xué)侵蝕去掉中間支撐10，所述溶液是氫氧化四甲胺溶液(TMAH)或碳酸鉀溶液，因此，氧化層3用作化學(xué)蝕刻硅的阻滯層。利用氫氟酸為基的溶液去除該氧化層3。通過變薄，例如通過氧化犧牲使其變薄調(diào)整薄膜6的最后厚度?？梢缘玫降淖詈蟮暮穸葹?0nm，而且非常均勻。
根據(jù)一第二變型，在初始基片1上形成的氧化層的厚度為400nm。在與上述相同的條件下注入氫原子。在將硅膜6與初始基片1的剩余部分9分離以后，將該薄膜6弄薄到30nm，例如通過氧化犧牲使其變薄，并用50nm厚的氧化層13涂覆。該第二接觸面14被結(jié)合到該目標(biāo)基片15上。因而可在高溫下進(jìn)行處理，而在粘貼界面不會出現(xiàn)氣泡。
第三變型可以在目標(biāo)基片上得到一個結(jié)合能量低的界面。為此，例如利用機(jī)械-化學(xué)拋光將薄膜6與初始基片的剩余部分9分離后顯示出的薄膜6的表面12(見圖4)變光滑。經(jīng)熱處理形成厚度為1000nm的氧化膜13(見圖5)。因此用10％的氫氟酸溶液腐蝕分鐘使薄膜13的自由表面變粗糙，RMS平均值為0.6nm。在清理以后，將第二接觸面14結(jié)合到目標(biāo)基片15上。該目標(biāo)基片是硅基片，其表面可能已被氧化，例如氧化1000nm。用與薄膜13相同的熱處理方法可以使其表面變得粗糙，它的RMS平均值為0.6nm。根據(jù)得到的粗糙度以及可行的熱處理方法，使結(jié)合具有合適的能量。此時，結(jié)合能量可比良好進(jìn)行直接法所必須的能量小，該能量稱作臨界結(jié)合能量。
然后例如通過在一種TMAH溶液或碳酸鉀溶液中進(jìn)行化學(xué)侵蝕完成的磨削法去掉硅材料的中間支撐10，氧化層3用作蝕刻的阻滯層。利用一種以氫氟酸為基的溶液去除該氧化層3。通過變薄，例如通過氧化犧牲使其變薄調(diào)整薄膜6的最后厚度。
這種變型的實(shí)施方案可以得到最終厚度約為200nm的薄膜6，而且非常均勻。與目標(biāo)基片15的結(jié)合能量很低，這樣就可以在該過程以后通過與目標(biāo)基片15剝離回收該薄膜。在回收薄膜以前，以優(yōu)選方式，可制造整個或部分元件，例如作為微電子、光電子、光電池、傳感器等的應(yīng)用的元件。以優(yōu)選方式，根據(jù)另一種應(yīng)用，最好能夠使用這樣一種疊置結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的結(jié)合能量較小，從而在該結(jié)構(gòu)上沉積或轉(zhuǎn)移膜。這種變型的另一種應(yīng)用涉及高成本基片。
根據(jù)再一種變型，我們致力于能夠重新使用初始基片和中間基片。根據(jù)這種變型，初始板可以是高質(zhì)量和/或高成本的單晶硅板，例如直徑為30mm的板。目標(biāo)基片可以是質(zhì)量較差單晶硅板，或低成本的多晶硅板。利用該方法克服的障礙例如是直接法中的粘結(jié)缺陷或出現(xiàn)看得到的氣泡。在第一個例子中，在步驟d)時，例如如果貼合是導(dǎo)體粘結(jié)時，則可以將該薄層的自由面直接結(jié)合到目標(biāo)基片上。在第二個例子中，在步驟d)時，可以為薄層或目標(biāo)基片的自由面涂覆氧化層，從而可以在低成本的目標(biāo)基片上進(jìn)行粘結(jié)。在該后一個例子中，氧化可以使需粘結(jié)的表面變光滑，目標(biāo)基片將是多晶硅。
在該方法的這種變型中，該硅的中間基片可以是低成本的，例如多晶。用作使表面光滑的附加薄層例如由SiO2構(gòu)成，最好將該附加薄層沉積在中間基片上。
還是在這種變型中，中間基片可以是高質(zhì)量的硅。因而最好將該基片回收，回收方法例如采用拆卸(lift-off)技術(shù)或先注入各種氣體再進(jìn)行分離的技術(shù)，也可采用這樣的技術(shù)，例如在步驟b)以后考慮足夠低的粘結(jié)能量，以便例如通過機(jī)械方法、氣動方法進(jìn)行分離。
在這種變型的任何情況下，高質(zhì)量和/或高成本的初始基片，例如用直徑為300mm的硅構(gòu)成的基片在使用時得到回收，例如在步驟a)時，通過注入氣體的方法，在步驟c)時，將初始基片的剩余部分分離出來。
第四種變型可以在目標(biāo)基片上得到一個結(jié)合能量低的界面，以便將薄膜空出，回收目標(biāo)基片。這種變型實(shí)施方案與上述變型有許多共同點(diǎn)，它可以使結(jié)合到目標(biāo)基片上的薄膜經(jīng)受一定次數(shù)的處理，例如制造電子元件的工藝步驟，在這種工藝中的熱處理溫度很高。這些熱處理不能將直接法得到的基片上的薄膜剝離。
上面我們已經(jīng)看到可以使薄膜在目標(biāo)基片上得到很小的能量結(jié)合，例如0.5J/m2的能量。在接觸以前將表面粗糙度控制在RMS大于0.6nm的值可以得到這樣的結(jié)合能量，哪怕是熱處理溫度大于900℃也是如此。因而這些能量可以將處理過的薄膜空出，空出的方法是在制造電子元件的工藝步驟以后，使目標(biāo)基片剝離。所以就可以回收目標(biāo)基片，這最好能夠根據(jù)基片的價格來決定。
作為高成本的目標(biāo)基片的例子，我們可以列舉有直徑為300mm的硅基片?；现挥胁糠直∧び糜谠?，回收初始基片和/或中間支撐和/或目標(biāo)基片可能是很重要的。
第五種變型實(shí)施方案適用的情況是限定在初始基片中的薄膜6的自由表面為目標(biāo)基片上的直接粘結(jié)很弱，其原因例如是在待接觸的兩個表面中的至少一個表面上的粗糙度所造成的。因而在目標(biāo)基片上的結(jié)合能量不足以通過直接法分離薄膜。
為了解決這個問題，在離子注入步驟以后，配置第一接觸面8，使其適于結(jié)合，例如通過沉積一犧牲的薄膜和附加一個拋光步驟(叫做增加平滑)來配置該第一接觸面。根據(jù)本發(fā)明，使用一個中間支撐，例如一個硅基片，中間支撐上可以涂覆一層氧化層(例如100nm厚)，它有一個不太粗糙的接觸面，例如RMS的平均值為0.2nm。在不太粗糙的表面上進(jìn)行貼合保證結(jié)合能量足可以在以后的步驟中將薄膜6與初始基片的剩余部分分離。
一旦進(jìn)行分離，例如就可以作高溫?zé)崽幚恚员阍鰪?qiáng)結(jié)合，或是根據(jù)所考慮的粘貼采取必要的操作(使注入的要素的擴(kuò)散，然后沉積氧化膜等)。例如機(jī)械-化學(xué)拋光的表面處理可以使與初始基片分離后的薄膜顯露出的表面全部或部分變成光滑。
在清理以后，薄膜6或附加薄膜13的表面，也就是所述的第二接觸面14被結(jié)合在硅材料的目標(biāo)基片上，該目標(biāo)基片涂覆有厚度約為1000nm的氧化層，氧化層的表面因受到化學(xué)處理而變得粗糙。經(jīng)熱處理以后可以有合適的結(jié)合，但結(jié)合能量仍較低。此時，薄膜6或薄膜13與目標(biāo)基片15(也可以是其表面涂層)之間的結(jié)合能量要比薄膜與初始基片剩余膜進(jìn)行分離步驟所要求的能量小。然后例如通過磨削和化學(xué)侵蝕法去掉中間支撐10，用化學(xué)侵蝕法消除氧化層3。通過變薄，例如通過氧化犧牲使其變薄使調(diào)整薄膜6的最終厚度。該厚度可以是50nm，而且均勻性很好。
優(yōu)選的，在面2或8的初始表面粗糙度對應(yīng)于初始基片或初始薄層或目標(biāo)基片上雕刻的布局時使用第五種變型。例如通過熱處理可以在薄膜6的表面上形成1000nm厚的氧化薄膜13(見圖5)。直接法最初不允許的表面布局在該步驟可以被復(fù)制，例如通過化學(xué)蝕刻處理復(fù)制。作為粘貼的例子我們列舉的情況是在與目標(biāo)基片結(jié)合的界面處設(shè)置一些管道，這些管道可以通過里面的流體循環(huán)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷卻。另一方面，對于光電池的應(yīng)用來講，我們可以列舉的是在目標(biāo)基片結(jié)合的界面處形成一個結(jié)構(gòu)。此外，在目標(biāo)基片中形成的只有這種布局或部分布局，目標(biāo)基片可以涂覆附加層，也可以不涂附加層。
第六種變型實(shí)施方案與上述變型實(shí)施方案的差別在于可以回收中間支撐。該方案被證明是有效的，理由在于中間支撐是一個應(yīng)當(dāng)具有某一性能的元件，以便使其可以與薄膜分離，而且其成本也可能很高。例如本發(fā)明的方法可以將初始基片在中間支撐上的結(jié)合能量保持在一個正好比薄膜和初始基片分離時所需要的極限能量高的數(shù)值。通過表面粗糙度和所用的熱處理來控制初始基片和中間支撐的結(jié)合能量，所述熱處理可以是對分離處理的補(bǔ)充。因?yàn)榭梢允怪虚g支撐重新循環(huán)使用，所以我們可以將比較昂貴的基片(適合于使用)、甚至專門制備的基片用作支撐，從而在第一結(jié)合界面處便于剝離。在中間基片結(jié)合到目標(biāo)基片上以后，例如采用拆卸(lift-off)技術(shù)或機(jī)械和/或氣動拆封技術(shù)就可以回收中間支撐，也可以采用與氣體注入相結(jié)合的方法，這些技術(shù)也可以結(jié)合使用。
第七種變型實(shí)施方案適用的情況主要是在直接法后與初始基片分離的薄膜自由表面難以拋光或光潔度不夠理想。
在分離步驟以后，為了預(yù)計的應(yīng)用，用直接法得到的薄膜通常具有需要降低的表面粗糙度。一般來講，可以進(jìn)行機(jī)械-化學(xué)拋光。對于大量材料，例如對于“硬”材料(藍(lán)寶石、SiC、鉆石等)來講，這種拋光不適于對硬材料薄膜拋光(無效)，而且對于實(shí)心的相同材料來講，這種拋光顯示質(zhì)量不是很好，均勻度(厚度的)較差，或者說時間太長(造成制造成本增加)。本發(fā)明可以克服這一問題。
采用的例子是初始基片1由一個取向?yàn)閇1-102]的單晶蘭寶石平板構(gòu)成，其表面按外延要求進(jìn)行拋光。平板可以涂覆一層硅氧化層。將各種氣體注入到初始基片1中，例如注入氫氣。如果沒有氧化層，則注入能量可以為60keV，含量為2.1017個原子/cm2。如果有氧化層，則增大注入能量，以便將氧化層的厚度計算在內(nèi)。在準(zhǔn)備好注入面(第一接觸面)以后，使初始基片與中間支撐進(jìn)行分子粘接接觸。在脆化層中或在該脆化層附近分離藍(lán)寶石薄膜。
在該分離以后，我們希望獲得細(xì)微粗糙度的藍(lán)寶石薄膜。對于這種材料來講，機(jī)械-化學(xué)拋光化的時間很長，薄膜的拋光質(zhì)量和均勻度難以得到控制。表面質(zhì)量不是外延式的，所用的成本很高，所以不能使用直接法。平板供應(yīng)商出售的藍(lán)寶石的初始基片有一面已經(jīng)是外延質(zhì)量。本發(fā)明可以得到一種包括一個薄膜的疊置結(jié)構(gòu)，該薄膜的自由面(或前表面)是該外延質(zhì)量的初始面。
因此，在初始基片通過一個可行的附加初始薄膜在中間支撐上進(jìn)行粘接接觸以后，就可以實(shí)現(xiàn)薄膜與初始基片的分離步驟。在分離以后，藍(lán)寶石薄膜的自由面有一定的粗糙度。在該自由面上鍍一層材料，例如SiO2層，機(jī)械-化學(xué)拋光可以使其表面變光滑。在制備了該表面以及目標(biāo)基片(例如硅材料基片)的相應(yīng)表面以后，進(jìn)行粘結(jié)接觸的第二步驟。去掉中間支撐后就顯示出藍(lán)寶石薄膜或附加初始薄膜在開始時的前表面。該附加初始薄膜最好可以是氧化硅薄膜。在這種情況下，可以利用化學(xué)侵蝕將其去掉，以便空出藍(lán)寶石薄膜在開始時的前表面。如果該前表面涂覆有一層氧化層，則可以利用化學(xué)侵蝕將該氧化層去掉。
第八種變型實(shí)施方案適用的情況是薄膜的各面具有不同的特性。這是現(xiàn)有技術(shù)中描述的情況，現(xiàn)有技術(shù)通過在SiC(一面是Si，一面是C的材料)薄膜或GaN薄膜6上外延恢復(fù)生長。
例如，SiC的初始基片涂覆有一層厚約400nm的氧化層，經(jīng)該氧化層將能量為120keV的氫粒子注入到初始基片中，氫離子的含量為8.1016個原子/cm2。然后使注入表面成為親水性，并與涂覆有1μm厚氧化層的中間支撐接觸，以便進(jìn)行分子粘接連接。分離處理可以將薄膜與初始基片的剩余部分分離。這樣，SiC薄膜通過該氧化層粘接到中間支撐上。表面處理(例如機(jī)械-化學(xué)拋光，可以沉積變光滑的膜)可以使SiC產(chǎn)生新的自由表面，該表面適于以后的粘結(jié)。該自由表面成為親水性表面，并通過分子粘接與目標(biāo)基片的一個相應(yīng)面接觸，從而進(jìn)行連接。在旨在增強(qiáng)結(jié)合的高溫?zé)崽幚硪院?，分子附著能量可以達(dá)到高于或等于1J/m2的數(shù)值。
然后，例如通過化學(xué)侵蝕的補(bǔ)充磨削去掉中間支撐10，氧化層3用作雕刻的阻滯層。最后利用氫氟酸為基的溶液進(jìn)行侵蝕，以便去除該氧化層3。通過變薄熱處理，使薄膜的最后厚度適于使用。
在該變型中，得到的薄膜6的最后的厚度為100nm，而且在結(jié)構(gòu)的大部分上均非常均勻。薄膜空出的表面對應(yīng)于可通過外延生長恢復(fù)的表面.
在第九種變型中，希望回收中間支撐或希望薄膜(或多個薄膜中的一個)的各面具有不同的特性。這種變型實(shí)施方案就是上述變型的一種特殊情況。
在將薄膜6和初始基片的剩余部分9分離(見圖4)的步驟以后，通過表面12進(jìn)行注入離子的步驟，以便在中間支撐或在多個附加層的一個附加層中產(chǎn)生一個脆化區(qū)域，所述多個附加層根據(jù)其性能沉積在中間基片或薄層7上?？梢栽谥虚g支撐中注入能量為140keV的氫，對于第八個變型所列舉的材料的例子來講，含量為8.1016個原子/cm2，其中的中間基片為SiC。
使目標(biāo)基片與第二接觸面進(jìn)行粘結(jié)接觸。因而目標(biāo)基片與疊置結(jié)構(gòu)分離，使其可以重新循環(huán)使用。在硅材料的目標(biāo)基片上制造SiC薄膜的方法的情況下，回收SiC中間支撐有一定的經(jīng)濟(jì)效益。利用氫氟酸溶液進(jìn)行侵蝕，以便去除該氧化層3。通過變薄使薄膜的最后厚度適于使用，例如通過犧牲氧化。
在第十種變型實(shí)施方案適用的情況中，薄膜和目標(biāo)基片具有至少一個與直接法不兼容的特性。它可以是這樣的情況，構(gòu)成薄膜和目標(biāo)基片的材料熱膨脹系數(shù)很不相同。我們可以列舉有硅和石英、硅和藍(lán)寶石、硅和砷化鎵、Si和InP、Si和LiNbO3。在直接法的分離步驟以前或期間所用的熱處理或者會使接觸界面剝離，或者使粘結(jié)接觸的兩個元件中的一個元件斷裂。
作為例子，可以從一個由一塊涂覆有400nm厚的氧化層3的硅板構(gòu)成的初始基片1開始。通過注入能量為75keV的氫，其含量為8.1016個原子/cm2可以產(chǎn)生一個脆化區(qū)域5。將接觸面8結(jié)合到一個熱膨脹系數(shù)相容的中間支撐10上。該中間支撐可以是另一塊涂覆有200nm厚的氧化層的硅板。因而可以進(jìn)行熱處理。這些熱處理可以增強(qiáng)結(jié)合能量，導(dǎo)致薄膜和初始基片的剩余部分之間的性能分離。一旦實(shí)現(xiàn)分離，就可以得到圖4所示的疊置件。進(jìn)行表面熱處理可以使薄膜6的表面細(xì)微粗糙度達(dá)到最小。在表面進(jìn)行可能的準(zhǔn)備后，將疊置件結(jié)合到目標(biāo)基片上，該目標(biāo)基片的膨脹系數(shù)可以與初始基片的膨脹系數(shù)大不相同，例如一個石英板或藍(lán)寶石板，并且例如采用磨削技術(shù)、化學(xué)侵蝕、拆卸(lift-off)技術(shù)去掉中間支撐。
第十個變型的另一個例子在于在步驟b)進(jìn)行粘結(jié)，該粘結(jié)能量至少對應(yīng)于極限能量，低于該極限能量時不能進(jìn)行步驟c)。在步驟d)以前，通過面12將離子，例如氫離子注入到中間基片中或該中間基片的各附加層的一個附加層中。這種注入在里面形成一個脆化層，步驟e)時的分離就在該脆化層中進(jìn)行。因而可以回收中間基片，將其重新使用。
用一些本身就是由一個疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成的初始基片可以得到類似的例子，例如一塊涂覆有一層氮化物的硅板，而目標(biāo)基片可以是涂覆有厚的加熱氧化層的硅。氮化物薄膜的膨脹系數(shù)可以大于4.10-6/K，而氧化薄膜的膨脹系數(shù)小于10-6/K。在直接法時或直接法之后，用于使硅薄膜變薄(例如通過犧牲氧化)的高溫?zé)崽幚聿贿m于氮化物薄膜和硅石薄膜之間的粘結(jié)能量的某些條件。在這種情況下，使用本發(fā)明的方法可以解決這一問題。在步驟c)以后，在高溫下處理薄層，以便通過硅犧牲的氧化弄薄該薄層。在步驟d)以前，在薄層的自由面上制造一層氮化物(Si3N4)附加薄層，給目標(biāo)基片涂覆氧化薄膜(SiO2)。也可以將這兩層沉積到薄層的自由面上或目標(biāo)基片上。最終的疊置結(jié)構(gòu)對應(yīng)于被兩個膨脹系數(shù)很不相同的薄膜支撐的硅薄層。
根據(jù)第十一個變型，直接法不能兼顧的特性可以是在薄膜中突然出現(xiàn)的狀態(tài)變化。例如，一個與硅基片接觸的鈀薄膜可以粘結(jié)形成硅化物，這是由于在200℃以上的溫度進(jìn)行熱處理而形成的。反之，在900℃時，該硅化物被降解，這樣就不能用直接法完成900℃下的氧化犧牲的步驟。而本發(fā)明可以解決這一問題。
包括一個在中間支撐10上的硅薄膜6的薄層7被制成以后，先在900℃下通過氧化犧牲將該硅薄膜弄薄，然后在對自由面12拋光的步驟以后沉積鈀薄膜，該鈀薄膜構(gòu)成整個或部分基準(zhǔn)薄膜13。與目標(biāo)基片的結(jié)合熱處理在低于870℃的溫度下進(jìn)行。這樣結(jié)合的質(zhì)量很好，而且硅薄膜具有合適的厚度。
權(quán)利要求
1.一種制造含有至少一層粘接到一目標(biāo)基片(15)上的薄層的一疊置結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟a)用一個初始基片(1)形成一層薄層(7)，該薄層(7)的自由面稱作第一接觸面(8)；b)使第一接觸面(8)與一個中間支撐(10)的一個面(11)進(jìn)行粘結(jié)接觸，得到的結(jié)構(gòu)適用于以后對初始基片的變??；c)將所述初始基片(11)弄薄，從而顯示出一個稱作第二接觸面(14)的薄層自由面，該自由面與所述第一自由面(8)對置；d)使目標(biāo)基片(15)的一個面與所述第二接觸面(14)的至少一部分進(jìn)行粘結(jié)接觸，得到的結(jié)構(gòu)適用于以后去掉所述中間支撐的全部或部分；e)去掉所述中間支撐(10)的至少一部分，這樣就能得到所述的疊置結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于目標(biāo)基片只是一種用于薄層的臨時支撐，所述方法的各步驟全部或部分重復(fù)進(jìn)行，目標(biāo)基片與初始基片或中間支撐相似。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在步驟b)和/或步驟d)中，所述結(jié)構(gòu)的相容性可以在步驟a)中通過形成一層薄層得到，在步驟c)的變薄過程中和在步驟e)的去掉過程中，該薄層可以分別防止粘結(jié)缺陷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述相容性來自于薄層的給定厚度和/或構(gòu)成所述薄層的一種或多種材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于選擇中間支撐和/或目標(biāo)基片與薄層的接觸性能，以便防止因所選結(jié)構(gòu)的材料的狀態(tài)變化而造成的不相容性。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于選擇中間支撐和/或目標(biāo)基片與薄層的接觸性能，以便防止因所獲得結(jié)構(gòu)的材料的異質(zhì)而造成的不相容性。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于選擇中間支撐和/或目標(biāo)基片與薄層的接觸性能，以便防止因與薄層的熱膨脹系數(shù)不同而造成的不相容性。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于薄層和/或中間支撐和/或目標(biāo)基片含有至少一個附加層，該附加層有一個(或多個)接觸面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于在步驟d)之前，該附加層配備至少一種元件的全部或部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述附加層由氧化物或多晶硅或非晶質(zhì)硅構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟a)和c)可以使得薄層和/或中間支撐的第一接觸面分別比其第二接觸面和/或目標(biāo)基片的第二接觸面的粗糙度低，由于薄層的第二接觸面的粘結(jié)接觸以及去掉中間支撐，因此也就得到步驟d)的結(jié)構(gòu)相容性。
12.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于可以在步驟b)和/或步驟d)中實(shí)現(xiàn)相容性的薄層的第一接觸面和/或第二接觸面的粘結(jié)接觸是通過使用能夠粘結(jié)接觸的處理得到的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于可以粘結(jié)接觸的處理包括下面的一種處理或多種處理的結(jié)合機(jī)械—化學(xué)和/或離子拋光、在薄層的一個相應(yīng)接觸面和中間支撐或目標(biāo)基片之間插入一個中間層、熱處理或化學(xué)處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟b)和/或步驟d)的粘結(jié)接觸用分子附著實(shí)現(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該薄層的第一接觸面的表面上有一極性表面(極性與該表面的原子性質(zhì)有關(guān))，該極性與其第二接觸面的極性不同，由于薄層的第二接觸面和目標(biāo)基片的粘結(jié)接觸，再由于從薄層的第一接觸面上去掉中間支撐，所以就在步驟d)得到結(jié)構(gòu)的相容性能，因此所述第一接觸面變成一個自由面。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于因?yàn)楸拥牡诙佑|面與目標(biāo)基片用粘結(jié)能量進(jìn)行粘結(jié)接觸，所以就可以在步驟d)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的相容性能，所述粘結(jié)能量可以在步驟e)后去掉目標(biāo)基片。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在步驟c)和d)之間設(shè)一個中間步驟，該步驟在于在薄層的第二接觸面中和/或目標(biāo)基片中產(chǎn)生一些要素，在步驟d)以后得到的結(jié)構(gòu)與存在的所述要素相容。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在步驟d)以前設(shè)一個中間步驟，該步驟在于進(jìn)行輪廓精修，這樣可以隔離第二接觸面的至少一個區(qū)域，步驟d)使至少這樣的一個區(qū)域與目標(biāo)基片接觸。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟a)用一個基片(1)實(shí)現(xiàn)，該基片上至少涂覆一層材料(3)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于在步聚e)以后，該方法包括一個將涂覆步驟a)的基片(1)的材料層(3)消除的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20的方法，其特征在于初始基片(1)是硅，覆蓋該基片的是氧化硅。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于-步驟a)包括通過初始基片的其中一個對應(yīng)于所述第一接觸面(8)的面(2)將各種氣體引入到該基片中，以便形成一個脆化層(5)，該層將所述薄膜(6)與初始基片(1)的剩余部分(9)分開，而在步驟c)時應(yīng)當(dāng)能將初始基片斷裂，-步驟c)在于實(shí)現(xiàn)一種能夠在脆化層(5)處使初始基片(1)斷裂的處理。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過引入各種氣體將中間支撐的至少一部分去掉，氣體的引入或是在接觸以后通過薄層實(shí)現(xiàn)，或是在與薄層的第一接觸面粘結(jié)接觸以前或以后通過中間支撐的接觸面實(shí)現(xiàn)，將各氣體引入會形成一個脆化層，通過斷裂，該脆化層可以從中間支撐的一部分上去掉。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在步驟e)時在第一接觸面的側(cè)面上將得到的疊置結(jié)構(gòu)弄薄。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該方法使用一個單晶硅的初始基片，一個單晶硅的中間支撐，一個多晶硅或單晶硅的目標(biāo)基片，其質(zhì)量比初始基片的硅的質(zhì)量差。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該方法使用SiC或GaAs的初始基片，SiC或GaAs的中間支撐，SiC或GaAs的目標(biāo)基片，其質(zhì)量要比初始基片材料的差，薄層包括來自初始基片的SiC或GaAs。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該薄層是一從下面材料中選擇的材料層Si、GaN、SiC、LiNbO3、Ge、GaAs、InP、藍(lán)寶石和半導(dǎo)體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造含有至少一層粘接到一目標(biāo)基片上的薄層的一疊置結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟a)用一個初始基片形成一層薄層，該薄層的自由面稱作第一接觸面；b)使第一接觸面與一個中間支撐的一個面進(jìn)行粘結(jié)接觸，得到的結(jié)構(gòu)可兼顧以后初始基片的變?。籧)將所述初始基片弄薄，從而顯示出一個稱作第二接觸面的薄層自由面，該自由面與所述第一自由面對置；d)使目標(biāo)基片的一個面與所述第二接觸面的至少一部分進(jìn)行粘結(jié)接觸，得到的結(jié)構(gòu)可兼顧以后去掉所述中間支撐的全部或部分；e)去掉所述中間支撐的至少一部分，這樣就能得到所述的疊置結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/265GK1473361SQ0181833
公開日2004年2月4日 申請日期2001年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月6日
發(fā)明者H·莫里切奧, H 莫里切奧, B·阿斯帕, 古, E·亞拉圭爾, 綞, F·勒特爾特雷, 囟 乩 申請人:法國原子能委員會