專利名稱：直接接合電子學(xué)、光學(xué)或光電子學(xué)使用的兩個基板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在電子學(xué)、光學(xué)或光電子學(xué)的應(yīng)用中的混合基板的制 造領(lǐng)域。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及一種"直接"接合兩個基板的方法，艮口， 無需諸如粘合劑層的任何中間層地進(jìn)行分子鍵合。所述方法可以在如上 所述的制造混合基板的方法中實施。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，己知有多種用于獲得混合基板的方法，這些方法都 基于如下步驟，即將所謂"供體"基板(該基板包括轉(zhuǎn)移用的層)接合 到所謂"受體"基板(即為所述層要被轉(zhuǎn)移到的基板)上。通常，這兩 個基板之間插入有中間層。通過移除供體基板的稱作"剩余部"的部分 這一步驟來完成轉(zhuǎn)移，以最終獲得所述混合基板。
混合基板依次包括轉(zhuǎn)移層，其厚度在0.01微米(pm)至數(shù)pm范 圍內(nèi)；中間層，其厚度通常在0.01^im至l]am范圍內(nèi)；以及受體基板， 其厚度為數(shù)百|(zhì)xm。
例如可以通過研磨和/或化學(xué)蝕刻供體基板的露出面來移除供體基 板的背面部分。在這種情況下，應(yīng)注意到，供體基板的背面部分被完全 耗掉。
其他技術(shù)在于在接合之前，在供體基板內(nèi)部形成弱區(qū)，然后通過 沿所述弱區(qū)進(jìn)行斷裂來移除該基板的背面部分。
所述弱區(qū)可以通過植入原子種(atomic species)(例如，氫氣和/或稀 有氣體)來獲得，該技術(shù)以商標(biāo)SMART CUT 而知名。
所述弱區(qū)也可以通過實施以商標(biāo)ELTRAN 而知名的方法來獲得。 對這些技術(shù)更充分的描述可以參考幻uwer Academic Publishers出版
的LP. Colinge的文章"Silicon-on-insulator technology; materials to VLSI",第二版，第50頁和第51頁。
那些制造基板的技術(shù)尤其適合并用于形成公知為術(shù)語"絕緣體上半 導(dǎo)體(SeOI)"類型的基板，其最佳公知形式為"絕緣體上硅(SOI)"基 板。
在制造這種基板的過程中，在供體基板的面和/或受體基板的面上形 成絕緣層，用于在接合步驟過程中實現(xiàn)緊密接觸。
絕緣體層可以通過對基板之一進(jìn)行處理(例如，通過熱氧化作用或 實際上通過淀積氧化層)來獲得。在最終的基板上，該絕緣體層被掩埋。
在所有那些用于對層進(jìn)行轉(zhuǎn)移的技術(shù)中，接合質(zhì)量對所得到的基板 的最終質(zhì)量有直接影響。具體地說，用來將兩個基板接合在一起的接合 能在移除供體基板的背部的后續(xù)步驟中尤為重要。
已注意到，在將兩個基板進(jìn)行緊密接觸之后，用來將這兩個基板接 合在一起的能量由基板的平面度、它們的表面上可能存在的微?；螂s質(zhì)、 所述表面的粗糙度或者它們的親水程度直接決定。
在現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將厚度足夠(即，大于50納米(nm))的中 間層(以下稱作"接合層")放置在兩個單晶基板之間時，該中間層用于 通過限制接觸界面處缺陷(例如，氣泡)的出現(xiàn)而便于進(jìn)行接合。
關(guān)于這個主題，可以參見John Wiley & Sons (New York)于1999年 出版的Q.Y Tong和U. G6sele的著作"Semiconductor wafer bonding science and technology "。
因此，在SeOI型基板的情況下，埋入絕緣層用來便于進(jìn)行接合并限 制接合缺陷。
遺憾的是，存在如下情況為了將供體基板的工作層直接轉(zhuǎn)移到受
體基板上，優(yōu)選的是，將該埋入絕緣層的厚度限制到小于約50nm的值， 乃至完全去除該絕緣層。
這例如應(yīng)用在如下情況中為了最大量地排出(dump)微電子元件 在其使用時產(chǎn)生的熱，期望優(yōu)化受體基板與其中要形成微電子元件的轉(zhuǎn) 移層之間的熱傳導(dǎo)。
無埋入絕緣層的接合還用于改善轉(zhuǎn)移層與受體基板之間的電導(dǎo)，并 至少用于獲得導(dǎo)電接觸。
還期望結(jié)合呈現(xiàn)出各自不同的晶體取向的轉(zhuǎn)移層和受體基板，例如 以便優(yōu)化分別制造在混合基板的這兩個部分中的晶體管的性能。
作為示例，對于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)型元件，可以構(gòu) 想，分別在用(100)定向硅制成的轉(zhuǎn)移層或受體基板上制造NMOS晶 體管，并且分別在用(110)定向硅制成的受體基板或轉(zhuǎn)移層上制造PMOS 晶體管。
以下文章闡述了硅取決于其晶體取向的不同電特性K丄.Saenger 等人的"Amorphization/templated recrystalization method for changing the orientation of single-crystal silicon: an alternative approach to hybrid orientation substrates", Appl. Phys. Lett.， 87, 221911 (2005);以及C.Y. Sung 等人的"High performance CMOS bulk technology using direct silicon bond (DSB) mixed crystal orientation substrates" ， Tech. Dig. — Int. Electron Devices Meet" 2005, 236。
制造以下混合基板也是有用的該混合基板包括固態(tài)硅的受體基板， 該受體基板被硅或鍺或硅-鍺的轉(zhuǎn)移層所覆蓋，該轉(zhuǎn)移層受到拉或壓彈性 應(yīng)力。
接合技術(shù)已經(jīng)存在。然而，當(dāng)接合是所謂的"直接"接合(即，無 需任何附加中間接合層)時，或者當(dāng)所涉及的技術(shù)使用厚度受限(小于
約50nm)的接合層時，就對層進(jìn)行轉(zhuǎn)移的應(yīng)用所需的質(zhì)量而言，難以在 工業(yè)上實施這些技術(shù)。
關(guān)于這個主題，可以參考S丄.Holl等人的文章"UV activation treatment for hydrophobic wafer bonding" ， Journal of the Electrochemical Society, 153 (7)， G613 - G616 (2006)，該文章指出了在獲得無缺陷接合方 面的困難。
那些現(xiàn)有技術(shù)是親水鍵合和疏水鍵合。
作為示例，硅上硅的親水鍵合在于在將基板緊密接觸之前，對它 們進(jìn)行親水清潔。
這種清潔通常通過被稱作"RCA"方法的方法來進(jìn)行，該"RCA" 方法在于依次利用以下浴來對接合用的表面進(jìn)行處理-
包含氫氧化銨(NH4OH)、過氧化氫(H202)和去離子水的混合物 的稱作標(biāo)準(zhǔn)清潔l (SCI)的溶液的第一浴；然后
包含鹽酸(HCL)、過氧化氫(H202)和去離子水的混合物的稱作 標(biāo)準(zhǔn)清潔2 (SC2)的溶液的第二浴。
關(guān)于這個主題，還可以閱讀C. Maleville、 O. Rayssac、 H. Moriceau 等人的文章Proc.她Internat. Symposium on Semiconductor Wafer Bonding: PV 97-36， ECS publications, p. 46, 1997。
疏水鍵合通常通過在將表面緊密接觸之前在氫氟酸(HF)浴中清潔 這些表面來實現(xiàn)，所述清潔對于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知為"HFlast"清潔。 這種清潔方法之后通常進(jìn)行特定清洗和干燥步驟，這使得過程相當(dāng)復(fù)雜。 另外，以該方式處理的表面對于金屬雜質(zhì)和微粒非常易起反應(yīng)，這意味 著必須采取特殊預(yù)防措施。因此不易于使該技術(shù)工業(yè)化。
存在其他疏水鍵合方法，例如，在氫氟酸(HF)蒸氣中進(jìn)行清潔或 在超高真空(UHV)中進(jìn)行退火。關(guān)于這個主題，可以參考M丄Kim和 R.W. Carpenter的文章"Heterogeneous silicon integration by ultra-high vacuum wafer bonding", Journal of Electrochemical Materials, Vol. 32, No. 8， 2003。
上述方法的主要局限之一是難于對它們加以實施，特別是要求進(jìn)行 超高真空退火，而這需要使用昂貴的設(shè)備。
此外，上述親水鍵合方法和疏水鍵合方法之后通常在200 。C至1200 。C的范圍中進(jìn)行熱退火數(shù)小時(例如，2個小時)。遺憾的是，在200。C 至1100°C的范圍中進(jìn)行退火之后，使用紅外傳輸技術(shù)在接合界面中觀察 到氣泡。這種脫氣可能是由于對存在于接合界面處的種的解吸所導(dǎo)致的， 而與鍵合是親水還是疏水無關(guān)。
此外，在1100。C至1200。C的范圍中進(jìn)行退火之后，通過紅外傳輸 未必再能夠觀察到這些氣泡。然而，不存在可見氣泡并不意味著鍵合是 完美的(即，呈現(xiàn)高的鍵合能)。關(guān)于這個主題，例如可以參考R.D. Homing
禾口 R.R. Martin的文章"Wafer-to-wafer bond characterization by defect decoration etching" ， Second International Symposium on Semiconductor Wafer Bonding: Science Technology and Applications, PV 93-29， pp. 199，簡。
有時候，通過使用聲學(xué)顯微鏡技術(shù)，甚至可能在1100 °c以上進(jìn)行退
火之后仍觀察到缺陷。
可以通過在高于或等于1100 °c的溫度進(jìn)行熱處理來消除這些鍵合
缺陷或防止它們出現(xiàn)。然而，取決于計劃的后續(xù)應(yīng)用，不總是可以構(gòu)想
在如此高的溫度下進(jìn)行熱處理。有時甚至可能期望不超過200 °C。
文獻(xiàn)中描述了使得能夠?qū)υ谥苯咏雍线^程觀察到的缺陷加以限制的 方法。這些方法在于在接合之前在表面上創(chuàng)建溝槽或?qū)Ρ砻孢M(jìn)行解吸。 然而，如以下文章所提及的，那些方法并不完全令人滿意，該文章即R.H. Esser、 K.D. Hobart禾口 F丄Kub的"Improved low temperature Si-Si hydrophilic wafer bonding" , Journal of the Electrochemical Society, 150 (3)， G228-G231 (2003)。另外，這種具有溝槽的基板不總是適用在用于制造電 子元件的某些應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于消除現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點。
本發(fā)明的具體目的是提供一種無需任何附加接合層而能夠使兩個基 板彼此直接接合的方法，所述兩個基板中的至少一個基板在其一個面上 或該面附近包括有半導(dǎo)體材料層，并以令人滿意的質(zhì)量完成該直接接合， 而不出現(xiàn)肉眼可見的諸如氣泡的接合缺陷。
為此，本發(fā)明涉及一種直接接合用于電子學(xué)、光學(xué)或光電子學(xué)領(lǐng)域 的應(yīng)用中的兩個基板的所謂"正"面的方法，所述兩個基板中的至少一 個被稱作"包括半導(dǎo)體的基板"的基板包括在該基板的正面上或在該正 面附近延伸的半導(dǎo)體材料層。
根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括以下步驟 至少使所述包括半導(dǎo)體的基板的所述正面、或者如果所述兩個基
板都包括半導(dǎo)體的話則使所述兩個基板的正面中的至少一個正面，在包
含氫氣和/或氬氣的氣體環(huán)境中在900 °C至1200 °C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行 持續(xù)時間至少為30秒的被稱作"接合前預(yù)備處理"的熱處理；以及
將所述用于接合在一起的兩個基板的各自的正面直接接合在一起。
該方法使得可以去除經(jīng)處理的表面上存在的原生氧化物，并且還使 得可以通過氫原子來鈍化所述表面。
與現(xiàn)有技術(shù)相反的是，即使基板不具有絕緣層，或者即使基板確實 具有絕緣層但絕緣層的厚度小于約50nm，使用所述方法也可以獲得好的 結(jié)果。
另外，所述接合前預(yù)備處理使得可以獲得非常低的粗糙度級。已可 以在掃描的2^imX2pm的樣品上測量到0.7埃(A)的均方根(rms)粗 糙度，而硅基板的表面通常呈現(xiàn)2A量級的rms粗糙度，并且一般的接合 前表面預(yù)備處理(例如，SC1型清潔)趨向使表面更加粗糙。
因此，本發(fā)明提供了將呈現(xiàn)非常小的粗糙度的表面相接觸的附加優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的其他有利且非限制性的特性，單獨(dú)地或結(jié)合地給出如下
所述接合前預(yù)備處理在排它地包含氬氣或排它地包含氫氣的氣體 環(huán)境中進(jìn)行；
所述接合前預(yù)備處理在快速熱退火(RTA)型室或在傳統(tǒng)室或在外 延生長室中進(jìn)行；
所述直接接合緊隨所述接合前預(yù)備處理之后執(zhí)行；
在所述直接接合之前，將進(jìn)行了所述接合前預(yù)備處理的基板暫時 存放在受控的惰性氣體環(huán)境下的室中；
在所述直接接合之后，在200 °C至1200 °C的范圍內(nèi)的溫度下進(jìn) 行接合固結(jié)熱處理約至少一小時，優(yōu)選的是少于三小時；
接合用的兩個基板都包括半導(dǎo)體，并且對所述兩個基板的所述正 面都進(jìn)行所述接合前預(yù)備處理；以及
所述半導(dǎo)體材料是從(100)硅、(110)硅和(111)硅中選出的。
本發(fā)明還提供了一種適合于在電子學(xué)、光學(xué)或光電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 中使用的混合基板的制造方法，所述制造方法包括以下步驟-
選擇其一面被稱作"正"面的所謂"受體"基板；
選擇包括有轉(zhuǎn)移用材料層、而其他部分被稱作其"剩余部"的所 謂"供體"基板，所述轉(zhuǎn)移用層在所述供體基板的面中的被稱作其"正"
面的面上延伸；
所述受體基板和所述供體基板中的至少一個包括在其正面上或在該 正面附近延伸的半導(dǎo)體材料層；
根據(jù)上述方法，將所述供體基板和所述受體基板的兩個各自的正
面進(jìn)行直接接合；以及
從所述供體基板移除所述剩余部，以獲得包括所述受體基板和所 述轉(zhuǎn)移層的所述混合基板。
根據(jù)其他有利特征，單獨(dú)地或結(jié)合地給出如下 所述供體基板和所述受體基板中的至少一個包括在所述半導(dǎo)體材 料層上的絕緣材料層，并且所述絕緣材料層在所述基板的所述正面上延 伸；
所述絕緣材料層的厚度小于或等于50 nm; 所述絕緣材料層是原生氧化物層；
通過機(jī)械和/或化學(xué)減薄來移除所述供體基板的所述剩余部； 在所述直接接合之前，在所述供體基板內(nèi)形成弱區(qū)，并且通過施
加機(jī)械、化學(xué)和/或熱應(yīng)力來沿所述弱區(qū)移除所述供體基板的所述剩余部
的至少一部分；
所述弱區(qū)是通過注入原子種而形成的，所述受體基板包括半導(dǎo)體 材料層，并且僅對所述受體基板進(jìn)行所述接合前預(yù)備處理；以及 所述弱區(qū)是多孔區(qū)。


本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點將從以下參照附圖給出的描述中變得顯
見，附圖通過非限制性表示示出了一個可能的實施方式。 在附圖中
圖1A至圖1C示出了實施根據(jù)本發(fā)明的直接接合方法而制造混合基 板的方法的多個步驟；以及
圖2A至圖2C、圖3A至圖3D及圖4A至圖4C分別示出了以上方 法的三個變型實施方式。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種將供體基板直接接合在受體基板上的方法。 在附圖中，受體基板標(biāo)有標(biāo)號1。其具有要與供體基板2相接觸的
所謂"正"面11，及相對的所謂"背"面12。
類似的是，供體基板2具有正面21和背面22。 供體基板2和受體基板1可以是單層或多層基板。 供體基板2和受體基板1中的至少一個包括半導(dǎo)體材料層。 換言之，它們中的一個可以由不是半導(dǎo)體材料的材料制成，例如絕
緣體材料，諸如藍(lán)寶石或氧化基板。
術(shù)語"它們中的至少一個包括半導(dǎo)體材料層"意味著兩個基板1和 2中的一個、或它們兩個，在單層基板的情況下完全由半導(dǎo)體材料制成， 或者在多層基板的情況下至少部分地是由半導(dǎo)體材料制成的。
對于多層基板，半導(dǎo)體材料層沿基板的正面(例如參見圖2A)或在 該正面附近(例如參見圖4A)延伸。術(shù)語"在附近"意味著半導(dǎo)體材料 層可以覆蓋有厚度小于約10 nm的第三絕緣(例如，氧化)層，或者甚 至覆蓋有厚度為數(shù)A (lnm=10A)量級的非常細(xì)薄的絕緣層(例如，原 生氧化物層)。
按類似的方式，單層半導(dǎo)體材料基板也可以被如以上段落所描述的 絕緣層所覆蓋。
所述半導(dǎo)體材料是一般經(jīng)常用在微電子領(lǐng)域中的材料，即，例如 (100)硅、(110)硅或(111)硅，其中，標(biāo)號指定結(jié)晶類型。
本發(fā)明在于在包含氫氣和/或氮?dú)?而沒有氧氣)的氣體環(huán)境中在
900 °C至1200 °C的范圍內(nèi)的溫度下對接合用的面中的至少一個面(即， 正面11和/或21中的至少一個)進(jìn)行熱處理。
當(dāng)兩個基板都包括半導(dǎo)體材料時，優(yōu)選的是，對它們的正面中的每 一個都進(jìn)行該處理。
因此，可以對氣體環(huán)境進(jìn)行選擇以使其排它地包含氫氣、或排它 地包含氬氣、或包含氫氣和氬氣兩者的混合物、或者甚至它們中的與某 些其他氣體(除氧氣之外)關(guān)聯(lián)的一個或另一個。
處理的持續(xù)時間至少為30秒，而且優(yōu)選的是，不超過數(shù)分鐘(min)。
氫氣和/或氬氣的作用是用于去除在經(jīng)處理的正面上可能存在的任 何原生氧化物并利用氫原子鈍化所述表面。其還用于獲得非常小的表面 粗糙度。
該接合前預(yù)備處理還具有使接合的表面疏水的效果。這已通過測量 水滴的接觸角進(jìn)行了論證，該測量給出了80。的值。該值與在"HFlast" 型處理后獲得的值(通常為70。)相比大得多，參見Y. Backliind、 Karin Hermasson、L. Smith的文章"Bond-strength measurements related to silicon surface hydrophilicity" ， J. Electrochem. Soc., Vol. 1398， No. 8， 1992。
根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于表面上未吸收任何種。由于氫原子非 常小，因此在其被解吸以創(chuàng)建相面對的正面11與12之間的共價鍵時， 它們不會繼續(xù)被捕獲在界面處，而是擴(kuò)散到材料中，由此不產(chǎn)生脫氣缺 陷。
另外，由于根據(jù)本發(fā)明的方法是干燥處理，這與例如上述"HFlast" 處理不同，因此由于根據(jù)本發(fā)明的方法無需進(jìn)行干燥故而更易于實施。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以在使得能夠在受控的大氣環(huán)境下進(jìn)行高溫退 火的室中實施，這種室例如有單片快速熱退火(RTA)型室或?qū)嶋H上是外 延生長室。
還可以構(gòu)想使用在其中成批地處理基板的傳統(tǒng)室。 在上述表面處理之后，必須非常快速地進(jìn)行接合，以將經(jīng)處理的正
面被周圍大氣污染的風(fēng)險最小化。圖1B、圖2B、圖3B和圖4B中示出
了該接合步驟。
接合界面標(biāo)有標(biāo)號3。
有利的是，還可以將經(jīng)處理的基板存放在其中大氣環(huán)境被控制為僅 包含惰性氣體(通常是氬氣或氮?dú)?的室中。這種處理使得可以延長在
供體基板2和受體基板1被接合在一起之前的等待時間。
還應(yīng)注意到，應(yīng)用本發(fā)明的方法所制備的表面遠(yuǎn)比通過上述"HF last"方法所制備的表面不易起反應(yīng)，由此限制了這種表面的微粒污染。 這使得工業(yè)化更加容易。
有利的是，在接合之后，如果期望完全固結(jié)界面，則還可以繼續(xù)在 位于200 。C至1200 。C的范圍內(nèi)(優(yōu)選的是，在至少1100。C左右)的溫 度下進(jìn)行預(yù)固結(jié)或固結(jié)熱處理。
優(yōu)選的是，該處理持續(xù)至少一小時并且優(yōu)選地少于三小時，以加強(qiáng) 接合。該預(yù)固結(jié)或固結(jié)步驟在不形成氣泡的情況下進(jìn)行，由此確保晶片 的所有位置處都具有良好的接合能。
直接接合方法可以實施在混合基板的制造方法中。
混合基板的制造方法包括以下步驟 選擇以上指定類型的供體基板2和受體基板1;
進(jìn)行根據(jù)上述直接接合方法的表面處理和接合步驟；以及 移除供體基板的一部分，以獲得包括具有從接合到其的供體基板 得到的轉(zhuǎn)移層的受體基板1的混合基板。
參照圖1A至圖1C，可以看到從兩者都是單層基板的供體基板2和 受體基板1制備混合基板4的示例。
在根據(jù)本發(fā)明的表面處理以及接合之后，通過研磨和拋光型的機(jī)械 減薄移除供體基板的被稱作"剩余部"的部分以獲得轉(zhuǎn)移層20。
圖2A至圖2C示出了以下變型實施方式其中，供體基板2包括弱 區(qū)25。
在該示例中，弱區(qū)25是通過使用以名稱SMART CUT 而知名的方 法注入原子種(例如，氫離子)而獲得的。弱區(qū)25將用于轉(zhuǎn)移的層23 與源基板2的剩余部24限定開。
在這種情況下，應(yīng)注意的是，隨后不能對供體基板進(jìn)行上述接合前
預(yù)備處理。本發(fā)明的熱處理將帶來使得在正面21處形成氣泡的風(fēng)險。僅 對受體基板1進(jìn)行這種處理。
基板l包括半導(dǎo)體材料(例如，硅)層13，并且在其表面上可以包 括原生氧化物的細(xì)薄層。
可以使用上述"HF last"方法或某些使得能夠獲得疏水或親水表面 的其他技術(shù)來可選擇地對源基板2進(jìn)行處理。源基板可以在其正面上包 括非半導(dǎo)體層(13)。
在圖中未示出的變型實施方式中，該弱區(qū)25還可以是例如使用以商 標(biāo)ELTRAN而知名的方法獲得的多孔層。
在對兩個基板1和2進(jìn)行表面處理和直接接合之后，根據(jù)在實施 SMART CUT 方法中通常使用的技術(shù)，通過施加機(jī)械、化學(xué)和/或熱型 的應(yīng)力來移除供體基板2的剩余部24。
如圖2所示地獲得包括半導(dǎo)體材料的層13和層23以及受體基板1 的層14的混合基板5。
圖3A至圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的混合基板的另一實施例，其中， 供體基板2是"絕緣體上半導(dǎo)體"型的基板。受體基板1與圖1A中所描 述的受體基板相同。
供體基板2包括兩個半導(dǎo)體材料層26和272，以及絕緣層271 。
在圖3B中所示的接合步驟之后，按兩個階段移除剩余部27。
圖3C中所示的第一步驟在于通過研磨并接著拋光而機(jī)械地移除層
272。
第二步驟在于例如通過化學(xué)蝕刻來移除絕緣層271 。 最終獲得的基板包括轉(zhuǎn)移層26接合到其的受體基板1，將它們整體 標(biāo)以標(biāo)號6。
如上所述的用于移除源基板2的剩余部的各種技術(shù)也可以根據(jù)供體 基板2的性質(zhì)而結(jié)合地加以使用。
最后，下面參照圖4A至圖4C來描述本發(fā)明的第四變型實施方式。 受體基板l是單個層，并且不是半導(dǎo)體。
供體基板2與圖2A的供體基板類似，只是圖2A中的供體基板沒有
被絕緣層28所覆蓋。
在根據(jù)本發(fā)明的接合前預(yù)備處理之后，在如上所述并在圖4B中示出 的接合步驟(以及可能的固結(jié)步驟)之后，并且在移除了剩余部24之后， 獲得混合基板7。
混合基板7包括受體基板1、轉(zhuǎn)移絕緣體層28和半導(dǎo)體層23。
下面描述制造硅-硅混合基板的五個示例。
示例1，揭示原理
源基板2和受體基板1是具有(100)晶體取向且直徑為300毫米 (mm)的硅基板。
基板1和基板2都在包含100%氫氣的大氣環(huán)境中在1060 。C的溫度 下進(jìn)行了持續(xù)時間為3分鐘的熱處理。
該處理在外延生長室中進(jìn)行。預(yù)先，使用臭氧+SCl溶液的浴來清潔 這些基板，接著將它們在去離子水中進(jìn)行清洗。
附加微粒的數(shù)量通過供應(yīng)商KLA-Tencor提供的以商標(biāo)Surfscan SP1 銷售的這種激光表面掃描設(shè)備來測量。該測量是在表面處理之前進(jìn)行， 并接著在接合之后進(jìn)行。已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的處理導(dǎo)致增加了少于50 個尺寸為0.13 pm以上的微粒。
然后對供體基板和受體基板的各自的正面進(jìn)行直接接合。
在接近1100 °C的溫度下對所得堆疊物進(jìn)行固結(jié)熱處理2小時。
接合的質(zhì)量是通過聲學(xué)顯微鏡來測量的未檢測到接合缺陷。 比較示例1
通過與示例1中所執(zhí)行的清潔相類似的清潔來制備硅晶片(基板)， 然后對其進(jìn)行"HFlast"處理。
在接合之前，對尺寸為0.13 pm以上的附加微粒的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)， 并發(fā)現(xiàn)其超過800個。
在接合并在1100 。C下固結(jié)退火2小時后，通過使用聲學(xué)顯微鏡可觀 察到接合缺陷。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法更加有效，參見示例l。
示例2:分析多種類型的預(yù)固結(jié)或固結(jié)熱退火之后的疏水接合
該過程與示例1中相同，只是接合步驟之后進(jìn)行如下列出的多種不 同的熱退火步驟
a) 退火溫度200 °C;持續(xù)時間2小時；
b) 退火溫度/持續(xù)時間350 。C持續(xù)2小時，接著以5 。C/min的速 率上升到500 。C，接著在500 。C的平臺持續(xù)1小時；
c) 退火溫度/持續(xù)時間與b)中的退火相同，只是升高到700。C的 平臺；以及
d) 退火溫度/持續(xù)時間與b)中的退火相同，只是升高到900。C的 平臺。
在接合之后，分別在退火熱處理之前和之后，使用聲學(xué)顯微鏡觀察 基板。
都不存在任何氣泡。
此外，通過在RTA型室中、在包含20%氫氣和80%氧氣的大氣環(huán)境 中、在IIOO 。C下退火60秒來制備這些基板，其后，將這些基板進(jìn)行接 合并對其進(jìn)行相同的固結(jié)退火。
觀察到同樣良好的結(jié)果，即，沒有諸如氣泡的接合缺陷。
示例3
該示例對應(yīng)于以上示例的變型例，其中，供體基板2是S0I型基板， 且其硅表面層構(gòu)成轉(zhuǎn)移用的層。分別通過拋光和氫氧化四甲基銨 (TMAH)、以及使用氫氟酸(HF)進(jìn)行化學(xué)蝕刻來移除硅層和二氧化硅 層。獲得被硅轉(zhuǎn)移層所覆蓋的受體基板l。
重復(fù)測試，并接著進(jìn)行示例2中所提及的多種預(yù)固結(jié)或固結(jié)處理。
所獲得的混合基板不存在任何氣泡。
示例4
該示例構(gòu)成示例1的變型例，其中，對源基板進(jìn)行原子種的注入， 以在其中形成弱區(qū)。
在這種情況下，可以在注入步驟之前對源基板進(jìn)行氧化。氧化層可 以由厚度為數(shù)納米的原生氧化物構(gòu)成，或者該氧化層可以自發(fā)地形成并 達(dá)到接近50nm的厚度。
Phe Leu Cys Lys Ala Val His Val lie Tyr Thr Val Asn Leu Tyr Ser
100 105
110
Ser Val Leu lie Leu Ala Phe lie Ser Leu Asp Arg Tyr Leu Ala lie
lt5 120
125
VaArg Ala Thr Asn Ser Gin Arg Pro Arg Lys Leu Leu Ala Glu Lys
130 135
140
Val Val Tyr Val Gly Val Trp lie Pro Ala Leu Leu Leu Thr lie Pro
145 150
155 160
Asp Phe lie Phe Ala Asn Val Ser Glu Ala Asp Asp Arg Tyr lie Cys 165 170 175
Asp Arg Plie Tyr Pro Asn Asp Leu Trp Val Val Val Phe Gin Phe Gin 180 185 190
His lie Met Val Gly Leu lie Leu Pro Gly lie Val lie Leu Sei- Cys 195 200 205
Tyr Cys lie lie lie Ser Lys Leu Ser His Ser Lys Gly His Gin Lys 210 215 220
Arg Lys Ala Leu Lys Thr Thr Val lie Leu lie Leu Ala Phe Phe Ala 225 230 235 240
Cys Trp Leu Pro Tyr Tyr lie Gly lie Ser lie Asp Ser Phe lie Leu 245 250 255
Leu Glu lie lie Lys Gin Gly Cys Glu Phe Glu Asn Thr Val His Lys 260 265 270
Trp lie Ser lie Thr Glu Ala Leu Ala Phe Phe His Cys Cys Leu Asn 275 280 285
Pro lie Leu Tyr Ala Phe Leu Gly Ala Lys Phe Lys Thr Ser Ala Gin 290 295 300
His Ala Leu Thr Ser 30權(quán)利要求
1、一種對用在電子學(xué)、光學(xué)或光電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中的兩個基板(1、2)的所謂“正”面(11、21)直接接合的方法，所述兩個基板(1、2)中的至少一個被稱作“包括半導(dǎo)體的基板”的基板包括在該基板的正面(11、21)上或在該正面附近延伸的半導(dǎo)體材料層(1、13、2、20、23、26)，所述方法的特征在于其包括以下步驟至少使所述包括半導(dǎo)體的基板的所述正面(11、21)、或者如果所述兩個基板都包括半導(dǎo)體的話則使所述兩個基板的所述正面(11、21)中的至少一個正面，在包含氫氣和/或氬氣的氣體環(huán)境中在900℃至1200℃范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行持續(xù)時間至少為30秒的被稱作“接合前預(yù)備處理”的熱處理；以及將所述用于接合在一起的兩個基板(1、2)的各自的正面(11、21)直接接合在一起。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法的特征在于，所述接合前預(yù) 備處理在排它地包含氬氣的氣體環(huán)境中進(jìn)行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法的特征在于，所述接合前預(yù) 備處理在排它地包含氫氣的氣體環(huán)境中進(jìn)行。
4、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法的特征在于，所述接 合前預(yù)備處理在快速熱退火型室中進(jìn)行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的方法，該方法的特征在于， 所述接合前預(yù)備處理在傳統(tǒng)熱處理室中進(jìn)行。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的方法，該方法的特征在于， 所述接合前預(yù)備處理在外延生長室中進(jìn)行。
7、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法的特征在于，所述直 接接合緊隨所述接合前預(yù)備處理之后進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的方法，該方法的特征在于， 在所述直接接合之前，將進(jìn)行了所述接合前預(yù)備處理的所述基板(1、 2) 暫時存放在受控的惰性氣體環(huán)境下的室中。
9、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法的特征在于，在所述 直接接合之后，在200 °C至1200 °C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行接合固結(jié)熱處 理約至少一小時。
10、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法的特征在于，在所 述直接接合之后，在200 。C至1200 。C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行接合固結(jié)熱 處理少于三小時。
11、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法的特征在于，接合 用的所述兩個基板(1、 2)都包括半導(dǎo)體，并且對所述兩個基板的所述 正面(11、 21)都進(jìn)行所述接合前預(yù)備處理。
12、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，該方法的特征在于，所述 半導(dǎo)體材料是從(100)硅、(110)硅和(111)硅中選出的。
13、 一種適合于在電子學(xué)、光學(xué)或光電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中使用的混 合基板(4、 5、 6、 7)的制造方法，該制造方法的特征在于其包括以下 步驟選擇其一面(11)被稱作"正"面的所謂"受體"基板(1);選擇包括有轉(zhuǎn)移用材料層(20、 23、 26、 28)、而其他部分(24、 27) 被稱作其"剩余部"的所謂"供體"基板(2)，所述轉(zhuǎn)移用層(20、 23、 26、 28)在所述供體基板(2)的面中的被稱作其"正"面的面(21)上 延伸，所述受體基板(1)和所述供體基板(2)中的至少一個包括在其正 面(11、 21)上或在該正面附近延伸的半導(dǎo)體材料層(1、 13、 2、 20、 23、 26);依據(jù)根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，將所述供體基板(2)和所述受體基板(1)的兩個各自的正面(21、 11)進(jìn)行直接接合；以及從所述供體基板(2)移除所述剩余部(24、 27)，以獲得包括所述 受體基板(1)和所述轉(zhuǎn)移層(20、 23、 26、 28)的所述混合基板(4、 5、 6、 7)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造方法，該制造方法的特征在于，所 述供體基板(2)和所述受體基板(1)中的至少一個包括在所述半導(dǎo)體 材料層(1、 13、 2、 20、 23、 26)上的絕緣材料層(28)，并且所述絕緣 材料層(28)在所述基板的所述正面(21、 11)上延伸。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造方法，該制造方法的特征在于，所 述絕緣材料層(28)的厚度小于或等于50nm。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的制造方法，該制造方法 的特征在于，所述絕緣材料層(28)是原生氧化物層。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13至16中的任一項所述的制造方法，該制造方 法的特征在于，通過機(jī)械和/或化學(xué)減薄來移除所述供體基板(2)中的所 述剩余部(24、 27)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求13至17中的任一項所述的制造方法，該制造方 法的特征在于，在所述直接接合之前，在所述供體基板(2)內(nèi)形成弱區(qū)(25)，并且通過施加機(jī)械、化學(xué)和/或熱應(yīng)力來沿所述弱區(qū)(25)移除所 述供體基板(2)中的所述剩余部(24、 27)的至少一部分。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造方法，該制造方法的特征在于，所 述弱區(qū)(25)是通過注入原子種而形成的，所述受體基板(1)包括半導(dǎo) 體材料層(1、 13)，并且僅對所述受體基板(1)進(jìn)行所述接合前預(yù)備處 理。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造方法，該制造方法的特征在于，所 述弱區(qū)(25)是多孔區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直接接合用在電子學(xué)、光學(xué)或光電子學(xué)中的兩個基板(1、2)的正面(11、21)的方法，所述兩個基板中的至少一個基板包括在該基板的正面(11、21)上或在該正面附近延伸的半導(dǎo)體材料層(1、13、2、20、23)。所述方法的特征在于其包括以下步驟至少使所述包括半導(dǎo)體的基板的所述正面(11、21)、或者如果所述兩個基板都包括半導(dǎo)體的話則使所述兩個基板的所述正面(11、21)中的至少一個正面，在包含氫氣和/或氬氣的氣體環(huán)境中在900℃至1200℃范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行持續(xù)時間至少為30秒的接合前預(yù)備熱處理；以及將所述用于接合在一起的兩個基板(1、2)的各自的正面(11、21)直接接合在一起。
文檔編號H01L21/84GK101106072SQ20071010905
公開日2008年1月16日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者卡洛斯·馬祖拉, 奧利維爾·雷薩克, 康斯坦丁·布德爾 申請人:硅絕緣體技術(shù)有限公司