專利名稱：通過共注入而在基底中形成弱化區(qū)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分離“源”基底表面的薄層，其目的通常是將該薄層轉(zhuǎn)移到“目標(biāo)”基底上。
“薄層”通常是指其厚度通常為幾十埃至幾微米的層。
存在許多應(yīng)用實(shí)例，在這些應(yīng)用中，層轉(zhuǎn)移技術(shù)可以解決將層結(jié)合到按理說并不適合制造它們的載體上的問題。薄層轉(zhuǎn)移到另一個(gè)載體上為工程師們提供了一個(gè)有價(jià)值的選擇，以設(shè)計(jì)通過其它途徑不可能實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。
薄膜的這種提取例如可以實(shí)現(xiàn)所謂的“埋入式”結(jié)構(gòu)，如用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的埋入式電容器，其中，電容器被制成，然后被轉(zhuǎn)移到另一個(gè)硅基底上；隨后在這個(gè)新基底上制作電路的其余部分。
另一個(gè)實(shí)例是在與電信和微波相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域中遇到的。在這種情況下，優(yōu)選將微型元件在最終階段集成到具有高電阻率(通常為至少幾千歐姆·厘米)的載體上。但是，不容易獲得與通常使用的標(biāo)準(zhǔn)基底具有相同成本和質(zhì)量的高電阻率基底。一種解決方案是在標(biāo)準(zhǔn)基底上制成微型元件，然后在最后階段期間將包含微型元件的薄層轉(zhuǎn)移到絕緣基底上，如玻璃、石英、藍(lán)寶石。
從技術(shù)的角度看，這些轉(zhuǎn)移操作的主要益處在于，使得微型器件在其中制造的層的性質(zhì)與用作最終載體的層的性質(zhì)不相關(guān)，因而在其他很多情況下都是有益的。
還可提到的是其中有利于微型元件制造的基底過分昂貴的情況。在這種情況下，例如對(duì)于碳化硅的基底，其提供了較好的性能(更高的使用溫度，顯著提高的最大使用功率和頻率等)，但其成本與硅相比是非常高的，因而有利的是，將昂貴基底(此處指碳化硅)的薄層轉(zhuǎn)移到便宜基底(此處指硅)上，并回收該昂貴基底的其余部分以便再利用，任選地在再循環(huán)操作之后。轉(zhuǎn)移操作可在制造微型元件之前、之中或之后進(jìn)行。
上述技術(shù)在薄基底的獲得對(duì)于最終應(yīng)用來說具有重要性的所有領(lǐng)域中都是有益的。尤其可提到的是功率應(yīng)用，這是出于與排熱有關(guān)的原因(基底越薄，排熱越好)，或者因?yàn)殡娏饔袝r(shí)應(yīng)當(dāng)以與該電流所流過的厚度成一級(jí)近似比例的損耗來流過基底厚度。還可以提到智能卡的應(yīng)用，在這類應(yīng)用中，出于柔性的原因而需要薄基底。同樣還可提到用于制造三維電路以及堆疊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
對(duì)于許多應(yīng)用而言，初步步驟在厚基底或標(biāo)準(zhǔn)厚度基底上完成，好處在于，一方面是對(duì)不同技術(shù)步驟良好的機(jī)械耐受性，另一方面符合與其在某些生產(chǎn)設(shè)備上的處理相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。因而需要執(zhí)行達(dá)到最終應(yīng)用的變薄處理。
為了將薄層從源基底轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底，某些已知方法的基礎(chǔ)在于，通過注入一種或多種物質(zhì)而在材料中產(chǎn)生弱化(fragile)埋層。
專利申請F(tuán)R-2681472披露了這樣一種方法。注入的物質(zhì)形成埋入?yún)^(qū)，該埋入?yún)^(qū)由于缺陷的存在而被弱化，這些缺陷例如是微腔，尤其是微泡(其形狀為基本上球形)或片晶(基本上透鏡狀)。該埋入?yún)^(qū)和源基底的表面一起界定了隨后被轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上的薄層。
關(guān)于涉及通過注入一種或多種氣態(tài)物質(zhì)產(chǎn)生弱化埋層的其它方法，可參考文件US-5,374,564(或EP-A-533551)，US-6,020,252(或EP-A-807970)，F(xiàn)R-2767416(或EP-A-1010198)，F(xiàn)R-2748850(或EP-A-902843)，F(xiàn)R-2748851，和FR-2773261(或EP-A-963598)。
由離子注入產(chǎn)生的缺陷的特征尺寸從一個(gè)納米到幾十個(gè)納米。以此方式弱化的基底可在需要時(shí)經(jīng)受熱處理隨后采取步驟防止導(dǎo)致表面脫落或變形的熱退火。弱化的基底還可經(jīng)受沉積、熱氧化、或者氣相或液相外延步驟，或者產(chǎn)生電子或光學(xué)微型元件和/或傳感器的處理。
如果注入劑量選擇合適的話，則在隨后例如通過熱處理將能量輸入到弱化埋入?yún)^(qū)將有利于微腔的生長，從而形成微裂紋。注入的埋層被用作基底中的捕集層。這可將氣態(tài)物質(zhì)以足夠的數(shù)量優(yōu)先限定在該捕集層中，這些氣態(tài)物質(zhì)有助于最終分離由埋入?yún)^(qū)和源基體表面所界定的表面薄層。
這一分離步驟可以借助適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?或機(jī)械處理來實(shí)施。
這種弱化埋入層法的優(yōu)點(diǎn)在于可產(chǎn)生在從幾十埃到幾微米厚度范圍內(nèi)的基于結(jié)晶材料(Si，SiC，InP，AsGa，LiNbO3，LiTaO3等)的非常均勻的層。更大的厚度也可以達(dá)到。
上述方法尤其可以使基底在分離后再利用，這些基底在每個(gè)循環(huán)時(shí)消耗都特別少。實(shí)際上，基底的厚度通常為幾百微米。因而，所用的基底可被稱作“可再循環(huán)”的基底。
注入到源基底中的氣態(tài)物質(zhì)例如可以是稀有氣體和/或氫的離子。
Agarwal等的文章《Efficient production of silicon-on-insulatorfilms by co-implantation of He+with H+》(Appl.Phys.Lett.，Vol.72，No.9，1998年3月)描述了一種包括在硅基底上共注入兩種化學(xué)物質(zhì)(即氫和氦)的方法。作者們明確指出，這兩種注入物質(zhì)的注入分布(profil)必須被定位在同一深度。與僅使用兩種化學(xué)物質(zhì)中的任一種相比，這樣可以減少可在隨后實(shí)現(xiàn)斷裂所需的總劑量按照作者所說，這項(xiàng)技術(shù)可將注入的總劑量減少約50％。作者同樣披露，兩種注入物質(zhì)的注入順序很重要應(yīng)當(dāng)先注入氫，然后再注入氦；根據(jù)作者所說，如果先注入氦，注入總劑量的減少量將較小。
當(dāng)例如通過離子注入來使原子穿透到源基底中時(shí)，這些原子按照類高斯分布進(jìn)行分布，該分布包括峰(pic)并且在某個(gè)深度具有最大濃度，該深度隨著原子注入能量而增加。從在此被稱作“臨界”濃度的濃度開始，注入的原子在材料中產(chǎn)生缺陷，這會(huì)降低材料的晶體質(zhì)量，正如在上面所解釋的，缺陷的形式例如是微泡和/或片晶和/或微腔和/或位錯(cuò)環(huán)和/或其他晶體缺陷。該臨界濃度很大程度上取決于注入的物質(zhì)以及在其中被注入的源基底的性質(zhì)。
基底隨后的斷裂將在晶體缺陷密度足夠高的所有深度中發(fā)生，這要求注入的濃度要以足夠的量超過臨界濃度。由于注入峰的深度隨著離子注入能量而變化，因而該能量最終決定要轉(zhuǎn)移的薄層的厚度。
在斷裂之后，被轉(zhuǎn)移的薄層在表面上包括干擾層在本發(fā)明的范圍內(nèi)，“干擾層”指的是包括殘留物的層，該殘留物呈粗糙的和晶體缺陷的形式，對(duì)離子注入具有破壞作用。該干擾層的厚度隨著注入能量和注入的離子濃度而增加。
為了獲得具有良好質(zhì)量的被轉(zhuǎn)移薄層，必須清除該干擾層?？梢詫?shí)現(xiàn)這種清除的技術(shù)有很多例如，化學(xué)-機(jī)械拋光、犧牲氧化或(濕法或干法)化學(xué)腐蝕。需要指出，除去的厚度越大，被轉(zhuǎn)移薄層的厚度均勻性降低的風(fēng)險(xiǎn)就越大。降低該干擾層的厚度可以限制如上所述的處理，因而特別有利于被轉(zhuǎn)移薄層的厚度均勻性。在一些應(yīng)用中，降低轉(zhuǎn)移后的基底處理成本也是一個(gè)主要的優(yōu)勢。
專利申請WO99/39378披露了一種可以減少斷裂步驟后位于被轉(zhuǎn)移薄層表面上的干擾層的厚度的方法。該文獻(xiàn)提出在源基底上進(jìn)行多重注入。其步驟包括-在源基底中的第一深度注入原子，以獲得在該第一深度的原子第一濃度，-在同一基底中與第一深度不同的第二深度注入原子，以獲得在該第二深度的原子第二濃度，該濃度低于第一濃度，并且-進(jìn)行基底處理，該基底處理適于使在第二深度注入的至少一部分原子向第一深度遷移，以優(yōu)先在第一深度產(chǎn)生微腔。
該發(fā)明的一般原理在于在兩個(gè)或多個(gè)不同深度的兩個(gè)或多個(gè)注入的順序。術(shù)語“主峰”在下文中用于表示希望隨后在該處實(shí)施斷裂的注入物質(zhì)峰，而術(shù)語“次峰”在下文中用于指其他所有注入物質(zhì)。
上述方法的缺點(diǎn)在于，在一個(gè)或多個(gè)次峰(其形成第一峰的原子儲(chǔ)器)的注入的離子的濃度保持低于在主峰的濃度。因此，如果需要顯著降低在所述第一深度注入的離子的濃度(為了降低斷裂后干擾區(qū)的厚度)，則需要執(zhí)行大量的連續(xù)注入，以在源基底中引入用于隨后在第一峰實(shí)現(xiàn)斷裂所必須的原子量。實(shí)施大量注入增加了該方法的成本，并且使這一系列的步驟變得特別復(fù)雜。
為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出一種制造薄層的方法，其中，通過在基底中注入化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生弱化埋入?yún)^(qū)，以便之后可在沿著所述弱化區(qū)開始所述基底的斷裂，以便從其分離出所述薄層，所述方法的優(yōu)異之處在于a)在該基底中的“主”深度的“主”化學(xué)物質(zhì)的“主”注入，并且b)在該基底中的不同于所述“主”深度的“次”深度的至少一種“次”化學(xué)物質(zhì)的至少一次“次”注入，其中所述“次”化學(xué)物質(zhì)在弱化基底方面的效力不及主物質(zhì)，并且其濃度高于主物質(zhì)的濃度，其中所述步驟a)和b)可以按照任意順序?qū)嵤?，并且該方法還包括以下步驟c)所述次物質(zhì)的至少一部分向主深度附近遷移，以及d)沿著主深度開始所述斷裂。
因而，根據(jù)本發(fā)明，注入了至少兩種不同物質(zhì)，其特征在于它們在源基底上形成弱化區(qū)的效力不同?！叭趸笔侵感纬晌⑴莺?或微腔和/或片晶和/或其他晶體缺陷類型的特定缺陷，其形狀、尺寸、密度有利于在該區(qū)域中隨后的斷裂蔓延。給定的化學(xué)物質(zhì)在形成弱化區(qū)方面的效力在很大程度上取決于構(gòu)成基底的材料。例如，被注入的主化學(xué)物質(zhì)可以是氫離子，次化學(xué)物質(zhì)可以由至少一種稀有氣體的離子構(gòu)成，而基底可由硅制成，不過這種組合并不是限制性的。
注入分布之一確定之后將開始斷裂的位置，該斷裂可以使表面薄層轉(zhuǎn)移。另一個(gè)注入分布對(duì)應(yīng)于在遷移后有利于斷裂蔓延的儲(chǔ)器。兩個(gè)注入通常就足夠了。
應(yīng)當(dāng)指出，較低效力的物質(zhì)的次濃度可以是足以使基底隨后在次注入水平上斷裂的濃度的一大部分(當(dāng)選擇所述次濃度時(shí)，必然需要保持某個(gè)安全界限以避免基底在該水平上斷裂)。不過，根據(jù)本發(fā)明，由于次物質(zhì)的效力低于主物質(zhì)，這意味著在實(shí)踐中次濃度可以遠(yuǎn)高于主濃度。
因而，根據(jù)本發(fā)明，通過少的注入次數(shù)，可以獲得適于以后作為斷裂線并且其中干擾層較薄的弱化區(qū)。
并不想提供確定的物理解釋，本發(fā)明的這些優(yōu)點(diǎn)可被歸因于下面的機(jī)理。在考慮該機(jī)理時(shí)必須牢記，在注入后，注入的離子在必要時(shí)可形成中性原子，或與基底結(jié)合。
物質(zhì)的所述“效力”，即其弱化基底的能力，很可能與前面提到的在通過注入產(chǎn)生的缺陷中的注入物質(zhì)的捕集同時(shí)存在。例如，在硅中注入H+離子的情況下，已知這兩種效應(yīng)很可能源自該物質(zhì)與基底形成化學(xué)鍵的能力。因此，在步驟c)的過程中，對(duì)于遠(yuǎn)離其注入峰而擴(kuò)散的趨勢，次物質(zhì)要強(qiáng)于主物質(zhì)，這恰恰是因?yàn)榇挝镔|(zhì)的效力不及主物質(zhì)。以濃縮游離氣體形式存在的次物質(zhì)隨后被容納在通過主注入而在之前產(chǎn)生的微腔中，并有利于微腔的生長，同時(shí)在主峰的水平上不會(huì)增加干擾區(qū)的尺寸。
根據(jù)一些特定的特征，所述次深度大于所述主深度。在這種情況下，由次注入產(chǎn)生的任何晶體缺陷將位于通過本發(fā)明方法獲得的薄層之外。這種配置有利于獲得高質(zhì)量的薄層。
根據(jù)其它特定的特征，相反地，次深度小于主深度。這在某些應(yīng)用中可能是有利的，例如當(dāng)需要進(jìn)行次注入以在薄層內(nèi)形成特定晶體缺陷層時(shí)；該缺陷層例如可以具有電絕緣和/或捕集性質(zhì)。
根據(jù)一些特定的特征，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚碛欣谒鲞w移步驟c)。該特征顯著地提高了本發(fā)明方法的效力，并減少了其實(shí)施時(shí)間。這是因?yàn)檫@種熱處理具有雙重作用一方面，它有利于在主峰水平上存在的晶體缺陷的生長，另一方面，它同時(shí)有利于次物質(zhì)(離子或原子)的遷移。
根據(jù)其它一些特定的特征，所述步驟d)借助于適當(dāng)?shù)臒崽幚韥韺?shí)施。由于這種熱處理，次物質(zhì)氣體在主注入峰的水平產(chǎn)生大的壓力效應(yīng)，這有利于源基底的斷裂。
可根據(jù)所涉及的應(yīng)用來細(xì)致地選擇所使用的熱處理的特性。例如，對(duì)某些應(yīng)用而言，在熱預(yù)算(budget thermique)低于不存在步驟b)和c)時(shí)(即按照現(xiàn)有技術(shù))開始所述斷裂所必需的熱預(yù)算的情況下進(jìn)行操作是有益的，并且可以是基于本發(fā)明(“熱預(yù)算”是指在給定的時(shí)間施以給定的溫度)。從另一個(gè)觀點(diǎn)來看，已知一個(gè)預(yù)定的熱預(yù)算(本發(fā)明的一個(gè)特定應(yīng)用所要求的)，則務(wù)必要遵守該熱預(yù)算，如果需要的話，通過注入更多的次物質(zhì)來進(jìn)行，該次物質(zhì)多于在高于所述預(yù)定熱預(yù)算的熱預(yù)算時(shí)開始所述斷裂所需的次物質(zhì)。
根據(jù)第二個(gè)方面，本發(fā)明涉及通過以上簡述的本發(fā)明方法之一獲得的在其轉(zhuǎn)移到最終載體上之前或之后的薄層。
通過閱讀以非限制性實(shí)施例的方式提供的本發(fā)明特定實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清晰。所述描述參照附圖，其中-

圖1表示，對(duì)于以實(shí)例的形式示出的三個(gè)注入劑量，在基底中注入的氫離子或氫原子的濃度分布隨著在基底中的深度而變化的示意圖，-圖2表示，在硅中注入H+離子的情況下，干擾區(qū)厚度隨著注入劑量而變化的示意圖，-圖3a至3d表示本發(fā)明方法的連續(xù)的主要步驟，并且-圖4表示，在圖3a和3b所示的步驟期間注入的主物質(zhì)和次物質(zhì)的濃度分布隨著在基底的深度而變化的示意圖。
圖1以實(shí)例的形式顯示了在硅基底中的H+離子的三個(gè)注入分布。這些分布顯示了在基底中獲得的濃度(表示為氫離子或原子的數(shù)量/cm3)隨著在基底的注入面下的深度而變化，注入劑量是1.5×1016H+/cm2，6.0×1016H+/cm2和1.0×1017H+/cm2，并且能量約為75keV。該圖純示意性地顯示了由離子注入引起的晶體缺陷出現(xiàn)的最低濃度量(臨界濃度)。
在該圖中，三條濃度曲線超于該臨界濃度之上，因此，對(duì)于每條濃度曲線來說，可由此推導(dǎo)出在基底中主要位于兩個(gè)深度之間干擾區(qū)(包含由離子注入引起的晶體缺陷的區(qū)域)的存在，在這兩個(gè)深度，所述曲線與該臨界濃度線相交。
干擾區(qū)的相應(yīng)厚度因而可以與足夠高劑量的每個(gè)注入相關(guān)聯(lián)，正如圖1中所示意性顯示出的。圖2示出了與該厚度相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，注入劑的范圍從0.5×1016H+/cm2到1.2×1017H+/cm2，并且能量約為75keV。需要指出，干擾區(qū)的寬度隨著注入劑量而增加，在此約為50納米至250納米(nm)。在斷裂后，在被轉(zhuǎn)移薄層的表面顯出的干擾層的厚度大約是斷裂之前的干擾區(qū)厚度的1/3至2/3。
圖3a至圖3d顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的方法的連續(xù)的主要步驟。
圖3a顯示在源基底1中注入“次”化學(xué)物質(zhì)2，這在基底1中的“次”深度峰3的周圍產(chǎn)生次物質(zhì)2的濃度。
圖3b顯示在基底1的同一部分之上注入“主”化學(xué)物質(zhì)4，這在基底1中的“主”深度峰5的周圍產(chǎn)生主物質(zhì)4的濃度。
在主峰5的水平，本發(fā)明方法教導(dǎo)了注入在弱化源基底方面具有高效力的主物質(zhì)4。在次峰3的水平，注入在形成弱化缺陷方面效力較低的物質(zhì)2。
這里示出的實(shí)施方式涉及一種應(yīng)用，對(duì)于這種應(yīng)用來說，重要的是優(yōu)化在該方法結(jié)束時(shí)獲得的薄層的質(zhì)量。這就是在這果為什么在大于主物質(zhì)4的注入深度5(在該深度，基底1隨后斷裂)的深度3注入次物質(zhì)2(其用于構(gòu)成原子的儲(chǔ)器)的原因。
圖3c表明本發(fā)明該實(shí)施方式接下來的步驟。在這一步驟中，如同在導(dǎo)論中所解釋的，優(yōu)選應(yīng)用熱處理(爐和/或局部加熱和/或激光束，或其他)。這些物質(zhì)的一大部分將供給在主峰(5)的水平存在的晶體缺陷，并有利于這些缺陷的增長。
最后，圖3d表明在主深度5使基底1斷裂的傳統(tǒng)操作，以便在源基底1上分離出薄層6，該薄層6在需要時(shí)被轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底(未標(biāo)出)上。該分離操作露出了薄層6表面上的薄干擾層7(以及源基底1表面上的另一個(gè)干擾層)。
通過應(yīng)用熱處理(爐和/或局部加熱和/或激光束或其他)，和/或通過應(yīng)用機(jī)械應(yīng)力，如流體(氣體、液體)噴射和/或在弱化區(qū)插入薄片，和/或應(yīng)用拉伸、剪切或彎曲應(yīng)力于基底上，和/或聲波(超聲波或其它)，斷裂可任選地以一種已知的方式開始。
如果在遷移步驟c)期間選擇使用熱處理，則出于簡化操作的原因，有利的是使用與步驟d)同樣的熱處理。因而可以無需任何中斷地便利地實(shí)施步驟c)和d)。
根據(jù)一個(gè)變化形式，首先采用已知方式施以一個(gè)加厚層，如氧化物、氮化物等的層；尤其是對(duì)于轉(zhuǎn)移和/或拋光步驟來說，該載體的存在硬化了從弱化基底轉(zhuǎn)移的層；在主峰水平上的斷裂蔓延因而獲得了一個(gè)自支撐層，該層包括來自源基底的薄層和該加厚層。
另一種變化形式是將已進(jìn)行注入的源基底和目標(biāo)基底結(jié)合在一起。例如，目標(biāo)基底可由硅、塑料材料或玻璃制成，它可以是柔性或剛性的。這種結(jié)合例如可以通過直接結(jié)合(分子粘附)，或通過使用膠或其他粘結(jié)劑來實(shí)現(xiàn)；沿著弱化區(qū)的宏觀斷裂因而使得由源基底和目標(biāo)基底構(gòu)成的結(jié)合結(jié)構(gòu)被分成了兩部分第一部分由來自源基底并被轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上的表面薄層構(gòu)成，而第二部分由已被剝離了表面薄層的源基底構(gòu)成。
根據(jù)又一個(gè)變化形式，在步驟d)之前或之中，在基底1上施以“手柄”載體，之后，薄層6被轉(zhuǎn)移到最終載體上。
在該表面薄層分離和轉(zhuǎn)移之后，該弱化基底的其余部分可被再循環(huán)利用，或者作為源基底，或者在需要時(shí)作為目標(biāo)基底。
與文件WO99/39378中所描述的技術(shù)相比，本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于，由于在主峰和次峰的水平上注入的兩種物質(zhì)的不同屬性，因而與在單一注入情況下所需的常規(guī)劑量(例如，在硅中僅注入氫離子的情況下，該常規(guī)劑量是5×1016至1017H+/cm2)相比，在主峰水平上注入的劑量大幅減少。本發(fā)明人已經(jīng)測出，主物質(zhì)劑量的減少高達(dá)80％。同時(shí)，由圖4可以看出，在次峰3的水平注入的物質(zhì)2的濃度可明顯地超過在主峰5的水平注入的物質(zhì)4的濃度。因而，次峰3被用作要遷移到主峰5的次物質(zhì)2的儲(chǔ)器。
本發(fā)明尤其適用于要求低熱預(yù)算的應(yīng)用。例如，如果需要將材料A的薄層轉(zhuǎn)移并結(jié)合到材料B的基底上，并且這兩種材料的機(jī)械性質(zhì)(例如它們的熱膨脹系數(shù))不同，則所使用的熱處理不能超過一個(gè)特定的熱預(yù)算，如果超過了該特定的熱預(yù)算，則由材料A和B的兩個(gè)基底構(gòu)成的結(jié)合結(jié)構(gòu)可能會(huì)受到損害(如斷裂和/或脫落)。
對(duì)于這類應(yīng)用，可通過下述操作來實(shí)施本發(fā)明方法選擇兩種物質(zhì)的注入劑量，以便同時(shí)地，在低溫下在預(yù)定的深度開始斷裂并將干擾區(qū)限制在預(yù)定的厚度。與本發(fā)明的劑量相比，次物質(zhì)2的劑量因而被增加，以便有利于斷裂動(dòng)力學(xué)；而且，在主峰水平上注入的物質(zhì)4的劑量可介于本發(fā)明劑量和定位斷裂所必需的常規(guī)劑量之間。借助于這些特征，低溫下的斷裂可在一個(gè)合理的時(shí)間內(nèi)獲得，同時(shí)保持由于斷裂后的薄干擾區(qū)而帶來的優(yōu)點(diǎn)。
為了完善本發(fā)明的說明，下面將給出實(shí)施本發(fā)明的三個(gè)數(shù)值實(shí)施例。
根據(jù)第一實(shí)施例，在表面上包含氣相法二氧化硅(SiO2)層(例如，厚度為50nm)的硅(Si)基底用氖原子按照2×1016Ne/cm2注入，能量為210keV，然后用氫按照7×1015H+/cm2注入，能量為20keV。隨后，該源基底通過直接結(jié)合而與目標(biāo)Si基底接合。500攝氏度的熱處理引起了位于氫峰水平的微腔和/或片晶的生長氖原子向該氫峰遷移并參與晶體缺陷的生長，這導(dǎo)致了最終的斷裂。通過本發(fā)明，干擾區(qū)的寬度不超過大約70nm，而在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的單一注入的情況下(約5×1016H+/cm2)，干擾區(qū)的寬度約為150nm。
根據(jù)第二實(shí)施例，在其上已沉積了SiO2層(例如，厚度為100nm)的鍺(Ge)基底用氦原子按照4×1016He/cm2注入，能量為180keV，然后用氫按照2×1016H+/cm2注入，能量為60keV。隨后，該源基底通過直接結(jié)合而與目標(biāo)Si基底接合。300攝氏度的熱處理引起了位于氫峰水平的微腔和/或片晶的生長，氦原予一直擴(kuò)散到了該晶體缺陷區(qū)，并參與它們的加壓和生長。在氫分布水平上的最終斷裂導(dǎo)致了Ge層轉(zhuǎn)移到Si基底上。通過本發(fā)明，干擾區(qū)的寬度僅為大約300nm，而在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的單一注入的情況下，干擾區(qū)的寬度約為400nm。
根據(jù)第三實(shí)施例，在表面上包含氣相法二氧化硅(SiO2)層(例如，厚度為200nm)的硅(Si)基底用氦原子按照4×1016He/cm2注入，能量為180keV，然后用氫按照2×1016H+/cm2注入，能量為75keV。隨后，該源基底通過直接結(jié)合而與熔融二氧化硅目標(biāo)基底接合。這兩種材料的熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致必須應(yīng)用熱處理，以能夠在低溫?cái)嗔?，通常約為300攝氏度。通過利用傳統(tǒng)上使用的單一注入氫的劑量(約9×1016H+/cm2)，在低溫下沿著弱化區(qū)的Si基底開始斷裂需要幾天的時(shí)間。相比之下，在上述的共注入條件下，熱處理導(dǎo)致位于氫峰水平上的腔的生長，氦原子一直擴(kuò)散至晶體缺陷區(qū)，并參與它們的加壓和生長，這樣，在氫分布水平上的最終斷裂只需要大約一個(gè)小時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)。因而，Si層被有效地轉(zhuǎn)移到熔融二氧化硅基底上。而且，借助于本發(fā)明，干擾區(qū)的寬度僅有110nm，而在現(xiàn)有技術(shù)的單一注入的情況下，干擾區(qū)的寬度約為230nm。
權(quán)利要求
1.薄層制造方法，其中，通過在基底(1)中注入化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生弱化埋入?yún)^(qū)，以便之后可沿著所述弱化區(qū)開始所述基底(1)的斷裂，以從其分離出所述薄層(6)，所述方法的特征在于包括以下步驟a)在基底(1)中的“主”深度(5)的“主”化學(xué)物質(zhì)(4)的“主”注入，并且b)在基底(1)中的不同于所述“主”深度(5)的“次”深度(3)的至少一種“次”化學(xué)物質(zhì)(2)的至少一次“次”注入，其中所述“次”化學(xué)物質(zhì)(2)在弱化基底(1)方面的效力不及主物質(zhì)(4)，并且其濃度高于主物質(zhì)(4)的濃度，其中所述步驟a)和b)可以按照任意順序?qū)嵤⑶以摲椒ㄟ€包括以下步驟c)所述次物質(zhì)(2)的至少一部分向主深度(5)附近遷移，以及d)沿著主深度(5)開始所述斷裂。
2.權(quán)利要求1的制造方法，其特征在于，所述次深度(3)大于所述主深度(5)。
3.權(quán)利要求1的制造方法，其特征在于，所述次深度(3)小于所述主深度(5)。
4.權(quán)利要求2或3的制造方法，其特征在于，所述至少一次次注入在所述主注入之前進(jìn)行。
5.權(quán)利要求1至4之任一的制造方法，其特征在于，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚碛欣谒霾襟Ec)。
6.權(quán)利要求1至5之任一的制造方法，其特征在于，借助于適當(dāng)?shù)臒崽幚韥韴?zhí)行所述步驟d)。
7.權(quán)利要求5和6的制造方法，其特征在于，步驟c)和d)在同一熱處理中實(shí)施。
8.權(quán)利要求5至7之任一的制造方法，其特征在于，以相對(duì)于在不存在步驟b)和c)時(shí)開始所述斷裂所需的熱預(yù)算要低的熱預(yù)算進(jìn)行所述熱處理。
9.權(quán)利要求5至7之任一的制造方法，其特征在于，遵守預(yù)定的熱預(yù)算，如果需要的話，通過注入次物質(zhì)(2)來實(shí)現(xiàn)，該次物質(zhì)(2)多于以高于所述預(yù)定熱預(yù)算的熱預(yù)算可開始所述斷裂所必需的次物質(zhì)。
10.權(quán)利要求5至9之任一的制造方法，其特征在于，所述熱處理包括爐加熱和/或局部加熱和/或激光加熱。
11.前述權(quán)利要求之任一的制造方法，其特征在于，所述步驟d)包括應(yīng)用機(jī)械應(yīng)力。
12.權(quán)利要求11的制造方法，其特征在于，所述機(jī)械應(yīng)力包括應(yīng)用流體噴射和/或在注入?yún)^(qū)插入薄片，和/或向基底(1)施以拉伸應(yīng)力、剪切應(yīng)力或彎曲應(yīng)力，和/或聲波。
13.權(quán)利要求1至12之任一的制造方法，其特征在于，在步驟d)之前或之中，在基底(1)上施以加厚層，以用作所述薄層(6)在從基底(1)分離后的載體。
14.權(quán)利要求1至12之任一的制造方法，其特征在于，在步驟d)之前或之中，在基底(1)上施以“手柄”載體，之后薄層(6)被轉(zhuǎn)移至最終載體上。
15.前述權(quán)利要求之任一的制造方法，其特征在于，主化學(xué)物質(zhì)(4)由氫離子或氫原子構(gòu)成。
16.前述權(quán)利要求之任一的制造方法，其特征在于，次化學(xué)物質(zhì)(2)包括至少一種稀有氣體的離子或原子。
17.薄層(6)，其特征在于，它通過權(quán)利要求1至1 6之任一的方法制成。
18.權(quán)利要求17的薄層(6)，其特征在于，它被轉(zhuǎn)移至柔性或剛性載體上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄層制造方法，其中，通過在基底(1)中注入化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生弱化埋入?yún)^(qū)，以便之后可沿著所述弱化區(qū)開始所述基底(1)的斷裂，以從其分離出所述薄層(6)。根據(jù)本發(fā)明，所述制造方法尤其包括以下步驟a)在基底(1)中的“主”深度(5)的“主”化學(xué)物質(zhì)(4)的“主”注入；b)在基底(1)中的不同于所述“主”深度(5)的“次”深度(3)的至少一種“次”化學(xué)物質(zhì)(2)的至少一次“次”注入，其中所述“次”化學(xué)物質(zhì)(2)在弱化基底(1)方面的效力不及主物質(zhì)(4)，并且其濃度高于主物質(zhì)(4)的濃度；c)所述次物質(zhì)(2)的至少一部分向主深度(5)附近遷移；以及d)沿著主深度(5)開始所述斷裂。本發(fā)明同樣涉及借助本發(fā)明方法獲得的薄層。
文檔編號(hào)H01L21/265GK1708844SQ200380102438
公開日2005年12月14日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月7日
發(fā)明者B·阿斯帕, C·拉格, N·蘇斯比, J-F·米喬德 申請人:原子能委員會(huì)