專利名稱：黏合式晶圓結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種黏合式晶圓(Bonded Wafer)結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)于一種組件層的信道(Channel)沿著<100>晶格方向且底材的晶格方向則與組件層的晶格方向成45度角的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)。
氧植入隔離(Separation By Implanted Oxygen；SIMOX)為可達(dá)成上述SOI的其中一種制程。此制程的目的主要是利用氧離子對晶圓進(jìn)行深植入，以便在晶圓的表面硅與主材質(zhì)(Bulk)之間制作一層用來做為隔離的用的二氧化硅的絕緣層。此制程主要分成兩個步驟。首先，將氧離子植入加熱至溫度高達(dá)約600℃的晶圓上。然后，將芯片置于溫度高達(dá)約1300℃以上的環(huán)境下數(shù)小時，借以使經(jīng)離子植入而遭破壞的芯片表面的硅結(jié)構(gòu)恢復(fù)成低缺陷濃度的單晶硅。此時由于在硅底材的表面有一層單晶硅覆蓋在二氧化硅層的上方，因此半導(dǎo)體界才會以絕緣體上硅薄膜(Silicon On Insulator；SOI)來統(tǒng)稱這種表面上具有單晶硅與二氧化硅層的晶圓及其制程。
另一種在半導(dǎo)體界所使用的SOI技術(shù)則是黏合式晶圓(BondedWafer)。所謂黏合式晶圓是指使用氧化層薄膜將兩片晶圓黏合在一起以形成SOI。首先，將此兩片晶圓拋光。接著，形成氧化層薄膜于兩片晶圓中的至少其中一片的拋光面上。然后，將此兩片晶圓緊密接觸并使氧化層薄膜介于此兩片晶圓間。通常，為了加強此兩片晶圓透過氧化層薄膜的黏合強度，必須進(jìn)一步施以溫度例如為約800℃至約1400℃的熱處理。
上述黏合式晶圓的兩片晶圓通常都取用晶格方向為<110>的晶圓。所謂晶格方向為<110>的晶圓指晶圓上的凹槽(notch)對齊<110>的晶格方向。將此兩片晶格方向為<110>的晶圓如前述步驟黏合后，再于后續(xù)制程形成例如CMOS等組件于其中一片晶圓上，則可形成如

圖1中所繪示的黏合式晶圓10。圖1中的黏合式晶圓10主要包括底材(即其中一片晶圓)20以及組件層(即其中另一片晶圓)30。底材20的材質(zhì)例如可為硅。組件層30的主要材質(zhì)亦例如為硅，但在此圖1中已于后續(xù)制程形成組件70于組件層30上，其中此組件70例如可為P型金氧半導(dǎo)體(P-type Metal OxideSemiconductor；PMOS)。此外，底材20與組件層30由氧化層40所隔開，且此氧化層40是在兩片晶圓黏合之前經(jīng)由形成氧化層薄膜于兩片晶圓中的至少其中一片而產(chǎn)生。由于此黏合式晶圓10的底材20、組件層30、以及氧化層40皆由具有第一<110>晶格方向60的晶圓所形成，因此底材20、組件層30、以及氧化層40三者上的第一凹槽50皆對齊第一<110>晶格方向60。另外，如熟悉此技術(shù)的人士所了解的，具有源極S、閘極G、以及汲極D的例如為PMOS的組件70的排列方式是如圖1中所繪示。
上述圖1中所繪示的習(xí)知黏合式晶圓的所以上下兩片晶圓皆采用晶格方向為<110>的晶圓來制作是由于將使后續(xù)切割晶粒的過程變得較為容易。然而，上下兩片晶圓的晶格方向皆為<110>的黏合式晶圓卻具有電洞移動率(Mobility)較低以及較差的短信道效應(yīng)(Short ChannelEffect；SCE)等缺點，因此有必要尋求一解決之道。
本發(fā)明的另一目的為提供一種黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，可用以抑制短信道效應(yīng)。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，因此本發(fā)明提供一種黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，至少包括底材；氧化層覆蓋底材，其中氧化層與底材共同具有第一<110>晶格方向與第一凹槽，且此第一<110>晶格方向?qū)R第一凹槽；以及組件層覆蓋氧化層，其中組件層具有<100>晶格方向與第二凹槽、此<100>晶格方向?qū)R第二凹槽、且第二凹槽對齊第一凹槽。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，因此本發(fā)明提供另一種黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，至少包括底材；氧化層覆蓋底材，其中氧化層與底材共同具有第一<110>晶格方向與第一凹槽，且此第一<110>晶格方向?qū)R第一凹槽；以及組件層覆蓋氧化層，且此組件層具有第二<110>晶格方向、<100>晶格方向、第二凹槽、與第三凹槽，其中第二<110>晶格方向?qū)R第二凹槽、<100>晶格方向?qū)R第三凹槽、第三凹槽對齊第一凹槽、且第二<110>晶格方向與<100>晶格方向間具有例如約為45度的夾角。
本發(fā)明的一優(yōu)點為提供一種黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，可用以改善電洞移動率。
本發(fā)明的另一優(yōu)點為提供一種黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，可用以抑制短信道效應(yīng)。
此外，運用本發(fā)明的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)仍能具有習(xí)知黏合式晶圓結(jié)構(gòu)所具有的易于切割晶粒的優(yōu)點。
圖號說明10 黏合式晶圓 20 底材30 組件層 40 氧化層50 第一凹槽 60 第一<110>晶格方向70 組件 100黏合式晶圓130組件層 150第二凹槽160<100>晶格方向170組件200黏合式晶圓 230組件層250第二凹槽 260第二<110>晶格方向350第三凹槽 360<100>晶格方向370夾角 S 源極G 閘極 D 汲極本發(fā)明是有關(guān)于一種組件層的信道沿著<100>晶格方向且底材的晶格方向則與組件層的晶格方向成45度角的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)。請參考圖2A至圖2B所繪示的本發(fā)明的一較佳實施例的黏合式晶圓的立體示意圖。圖2A是繪示組成此黏合式晶圓的兩片晶圓尚未黏合時的狀態(tài)。圖2B則是繪示已黏合的黏合式晶圓，且此黏合式晶圓上已于后續(xù)制程形成例如為PMOS等組件。請看以下詳細(xì)說明。
本發(fā)明的一較佳實施例的黏合式晶圓100主要由一片具有第一<110>晶格方向60的晶圓(即底材20)與另一片具有<100>晶格方向160的晶圓(即組件層130)所組成。所謂具有第一<110>晶格方向60的晶圓是指晶圓上的第一凹槽50對齊第一<110>晶格方向60。同理，所謂具有<100>晶格方向160的晶圓指晶圓上的第二凹槽150對齊<100>晶格方向160。此外，底材20與組件層130由氧化層40所隔開，且此氧化層40是在兩片晶圓黏合之前經(jīng)由形成氧化層薄膜于兩片晶圓中的至少其中一片的過程而產(chǎn)生。在本實施例中以形成氧化層40于底材20上來做舉例。然并不限定于此。例如氧化層40亦可形成于組件層130下。
如前述習(xí)知中的說明，若組件層130與底材20皆采用具有<110>晶格方向的晶圓來制作，則會產(chǎn)生電洞移動率較低以及較差的短信道效應(yīng)等缺點。因此，本實施例中以具有<100>晶格方向160的晶圓來形成組件層130的做法可使后續(xù)形成于組件層130上的PMOS具有提高電洞移動率與抑制短信道效應(yīng)的實質(zhì)效益。以具有<100>晶格方向160的晶圓來形成PMOS可提高效能的原因已由Sayama等人于1999年在國際電子組件會議(International Electronic Device Meeting；IEDM)期刊的論文《(Effectof<100>Channel Direction for High Performance SCE Immune pMOSFETwith Less Than 0.15μm Gate Length)》中揭露。至于底材20仍以具有第一<110>晶格方向60的晶圓來制作則仍可保有習(xí)知易于切割晶粒的優(yōu)點。以下接著說明本發(fā)明的一較佳實施例的各組件的連接關(guān)系。
此實施例中提供一種黏合式晶圓100的結(jié)構(gòu)，包括底材20、氧化層40、以及組件層130等。底材20的材質(zhì)例如可為硅，且底材20具有第一<110>晶格方向60與第一凹槽50，其中第一<110>晶格方向60對齊第一凹槽50。氧化層40覆蓋底材20，其中氧化層40的材質(zhì)例如可為二氧化硅。氧化層40與底材20共同具有上述第一<110>晶格方向60與第一凹槽50。而組件層130則覆蓋氧化層40，其中組件層130的材質(zhì)例如可為硅。組件層130具有<100>晶格方向160與第二凹槽150，且此<100>晶格方向160對齊第二凹槽150。此外，第二凹槽150是對齊第一凹槽50。再者，黏合式晶圓100更于后續(xù)制程形成組件170于組件層130上，其中組件170例如可為PMOS。另外，如熟悉此技術(shù)的人士所了解的，此例如為PMOS的組件170具有源極S、閘極G、以及汲極D，且此組件170的排列方式是如圖2B中所繪示。
欲達(dá)成本發(fā)明的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)的目的亦可使用如圖3A至圖3C中所繪示的另一較佳實施例。此另一較佳實施例的特色在于組件層230與習(xí)知同樣使用具有<110>晶格方向的晶圓來形成，其中此<110>晶格方向在圖3A至圖3C中即為第二<110>晶格方向260。所謂具有第二<110>晶格方向260的晶圓是指組件層230的第二凹槽250對準(zhǔn)第二<110>晶格方向260的晶圓。但為了達(dá)成本發(fā)明的目的，組件層230在使用時必須如圖3A所示旋轉(zhuǎn)某一角度。亦即，旋轉(zhuǎn)此角度后，組件層230正如以具有<100>晶格方向360的晶圓所形成，且此<100>晶格方向360與第二<110>晶格方向260的夾角370為約45度。
若將具有第二<110>晶格方向260的組件層230如上述旋轉(zhuǎn)夾角370則可使組件層230如同具有<100>晶格方向360。但為了使組件層230具有第三凹槽350，形成組件層230的晶圓必須事先經(jīng)過適當(dāng)加工，以使后續(xù)形成所需的組件層230時，每一片組件層230都能同時具有第二凹槽250與第三凹槽350。至于底材20則如習(xí)知與前述第一較佳實施例所示仍使用具有第一<110>晶格方向60的晶圓來形成。以下接著以圖3B與圖3C說明此本發(fā)明的另一較佳實施例的各組件的連接關(guān)系。
圖3B是繪示組成此黏合式晶圓的兩片晶圓尚未黏合時的狀態(tài)。圖3C則是繪示已黏合的黏合式晶圓200，且此黏合式晶圓200上已于后續(xù)制程形成例如為PMOS等組件。此另一較佳實施例中提供一種黏合式晶圓200的結(jié)構(gòu)，包括底材20、氧化層40、以及組件層230等。底材20的材質(zhì)例如可為硅，且底材20具有第一<110>晶格方向60與第一凹槽50，其中第一<110>晶格方向60對齊第一凹槽50。氧化層40覆蓋底材20，其中氧化層40的材質(zhì)例如可為二氧化硅。氧化層40與底材20共同具有上述第一<110>晶格方向60與第一凹槽50。而組件層230則覆蓋氧化層40，其中組件層230的材質(zhì)例如可為硅。組件層230具有第二<110>晶格方向260與<100>晶格方向360，其中第二<110>晶格方向260與<100>晶格方向360間的夾角例如約為45度。此外，組件層230更具有第二凹槽250與第三凹槽350，其中第二<110>晶格方向260對齊第二凹槽250，且<100>晶格方向360對齊第三凹槽350。而第三凹槽350則對齊第一凹槽50。再者，黏合式晶圓200更于后續(xù)制程形成組件270于組件層230上，其中組件270例如可為PMOS。另外，如熟悉此技術(shù)的人士所了解的，此例如為PMOS的組件270具有源極S、閘極G、以及汲極D，且此組件270的排列方式是如圖3C中所繪示。
綜合上述，本發(fā)明的一優(yōu)點為提供一種黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，可用以改善電洞移動率。
本發(fā)明的另一優(yōu)點為提供一種黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，可用以抑制短信道效應(yīng)。
此外，運用本發(fā)明的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)仍能具有習(xí)知黏合式晶圓結(jié)構(gòu)所具有的易于切割晶粒的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種黏合式晶圓(Bonded Wafer)的結(jié)構(gòu)，至少包括一底材；一氧化層，覆蓋該底材，其中該氧化層與該底材共同具有一第一<110>晶格方向與一第一凹槽(Notch)，且該第一<110>晶格方向?qū)R該第一凹槽；以及一組件層，覆蓋該氧化層，其中該組件層具有一<100>晶格方向與一第二凹槽、該<100>晶格方向?qū)R該第二凹槽、且該第二凹槽對齊該第一凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于該底材與該組件層的材質(zhì)可為硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于該氧化層的材質(zhì)可為二氧化硅(SiO2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括復(fù)數(shù)個組件位于該組件層上，且該組件包括P型金氧半導(dǎo)體(P-type MetalOxide Semiconductor；PMOS)。
5.一種黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，至少包括一底材；一氧化層，覆蓋該底材，其中該氧化層與該底材共同具有一第一<110>晶格方向與一第一凹槽，且該第一<110>晶格方向?qū)R該第一凹槽；以及一組件層，該組件層覆蓋該氧化層且該組件層具有一第二<110>晶格方向、一<100>晶格方向、一第二凹槽、與一第三凹槽，其中該第二<110>晶格方向?qū)R該第二凹槽、該<100>晶格方向?qū)R該第三凹槽、該第三凹槽對齊該第一凹槽、且該第二<110>晶格方向與該<100>晶格方向間具有一夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于該底材與該組件層的材質(zhì)可為硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于該氧化層的材質(zhì)可為二氧化硅(SiO2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括復(fù)數(shù)個組件位于該組件層上，且該些組件包括PMOS。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于該夾角為約45度。
全文摘要
一種黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，具有組件層與底材等上下兩層。組件層的信道是沿著<100>晶格方向，而底材的晶格方向則與組件層的晶格方向成45度角；亦即，上層的組件層的<100>晶格方向是對齊下層的底材的<110>晶格方向，且上層的組件層的<110>晶格方向是對齊下層的底材的<100>晶格方向∴運用本發(fā)明的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)，可具有改善電洞移動率以及抑制短信道效應(yīng)等的優(yōu)點；此外，運用本發(fā)明的黏合式晶圓結(jié)構(gòu)仍能具有習(xí)知黏合式晶圓結(jié)構(gòu)所具有的易于切割晶粒的優(yōu)點。
文檔編號H01L27/12GK1459851SQ02119720
公開日2003年12月3日 申請日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月15日
發(fā)明者陳豪育, 詹宜陵, 楊國男, 楊富量, 胡正明 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司