專利名稱：利用熱處理去除氧物質(zhì)的制造粘結(jié)襯底結(jié)構(gòu)的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及襯底的制造。更具體地，本發(fā)明提供了一種技術(shù)， 其包括利用粘結(jié)技術(shù)為制造半導(dǎo)體集成電路器件而形成多層襯底 結(jié)構(gòu)的方法和結(jié)構(gòu)。4艮據(jù)特定的實(shí)施方式，這種粘結(jié)4支術(shù)包括使用
熱處理以形成基本無缺陷(imperfection), J艮瘋(defect )、和/或不 希望的特征的粘結(jié)界面。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱處理導(dǎo)致氧物質(zhì) 從待移動的粘結(jié)對之間的界面區(qū)域轉(zhuǎn)移至外部區(qū)域。但是應(yīng)明了的 是，本發(fā)明具有更廣的適用范圍；其還可應(yīng)用于集成半導(dǎo)體器件、 光子器件、壓電器件(piezoelectronic device )、平才反顯示器、微電 子機(jī)械系統(tǒng)("MEMS")、納米技術(shù)結(jié)構(gòu)、傳感器、制動器、太陽 能電池、生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)器件等其他類型的三維封裝的襯底中。
背景技術(shù)：
從4艮久以前開始，人類多年來已經(jīng)在使用4交不實(shí)用的材*+制成 實(shí)用的物品、工具、或器件。在一些情況下，制品由較小的元件或 結(jié)構(gòu)單元(building block )組裝而成?？蒦齊^U也，3奪凈交不實(shí)用的物 品分離為較小部分，以提高其實(shí)用性。這些待分離的物品的一個常 見實(shí)例包括諸如玻璃板、金剛石、半導(dǎo)體襯底、平板顯示器等的襯 底結(jié)構(gòu)。通常可^f吏用多種沖支術(shù)〗吏這些^H"底結(jié)構(gòu)解理(cleave)或分 離。在一些情況下，可通過4吏用鋸才喿作(saw operation)將4于底分 離。通常，鋸操作依賴于轉(zhuǎn)動葉片或刀具，其能切穿襯底材料從而將襯底材料分離為兩部分。然而，這種技術(shù)通常極為"粗糙(rough )"， 且通常不能用于提供制造精密儀器(fine tool)或組件的村底的精密 分離。另外，通常鋸操作難以分離或切割極其堅(jiān)硬和/或易碎的材料 (諸如金剛石或玻璃)。鋸操作也不能有效地用于微電子器件(包 括集成電路器件等)的制造。
因此，已經(jīng)開發(fā)了多種用以制造微電子器件(通常稱為微電子 集成電路)的技術(shù)。這樣的集成電路通常是利用半導(dǎo)體制造早期開 發(fā)的稱為"平面過禾呈(planar process )"的才支術(shù)開發(fā)的。在以Robert Noyce (其被認(rèn)為是集成電路的創(chuàng)始者之一 )的名義申請的美國專 利第2,981,877號中描述了一種早期半導(dǎo)體技術(shù)的一個實(shí)例。這種 集成電路已經(jīng)由在一'J、片硅材料上僅有少量的電子元件發(fā)展成數(shù) 百萬甚至數(shù)十億個部件。這種集成電路已經(jīng)被合并并控制著現(xiàn)今的 許多器件，例如計(jì)算才幾、移動電話、玩具、機(jī)動車、以及各種醫(yī)療 設(shè)備。
傳統(tǒng)的集成電路具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最初想像的性能和復(fù)雜性。為了 改善復(fù)雜性和電^各密度(circuit density )(即，能夠封裝在給定的晶 片區(qū)域上的器件的數(shù)目)，最小的器件形體(feature)尺寸，(也稱 為器件"幾何形狀(geometry)")已經(jīng)隨著每一代集成電^各而變得 越來越小。增大電路密度不僅改善了集成電路的復(fù)雜性和性能，并 且為消費(fèi)者提供了更低成本的部件。
使器件變小是非常具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)槊恳环N用于形成集成電 路的方法都具有局限性。這就是說，給定的方法通常僅能減小至一 定的形體尺寸，于是就需要改變方法或器件布置。另外，由于需要 越來越快地設(shè)計(jì)器件，伴隨著某些傳統(tǒng)的方法和材料存在方法局限 性。這種方法的一個實(shí)例是在襯底上制造集成電路器件之后能夠使 該襯底的厚度變薄。通常用于使這些器件層變薄的傳統(tǒng)方法通常一皮 稱為"背面磨削"，這種方法通常較麻煩、易于導(dǎo)致器件損壞，并且僅能夠使器件層的厚度薄到一定厚度。盡管已經(jīng)作出了重要的改 進(jìn)，但是這種背面磨削方法仍然具有許多局限性。
為此，已經(jīng)開發(fā)了某些技術(shù)，以使晶體材料薄膜從較大的施主
村底(donor substrate)部分解理。這些技術(shù)通常^皮稱為"層轉(zhuǎn)移" 方法。這種層轉(zhuǎn)移方法已經(jīng)被用于專門的村底結(jié)構(gòu)(諸如絕緣體上 ,圭纟吉才勾(silicon on insulator )或顯示器基氺反(display substrate ))的 制造中。^U乍為實(shí)例，F(xiàn)rancois J. Henley和Nathan Chung開發(fā)了
一種解理膜材并+的開拓性:技術(shù)。在轉(zhuǎn)讓給加利福尼亞州圣何塞的
Silicon Genesis Corporation的題為受4空的解理過禾呈(Controlled Cleaving Process)的美國專利第6,013,563號中描述了這種技術(shù)， 其內(nèi)容以引用方式結(jié)合于此作為參考。盡管這種技術(shù)已經(jīng)獲得成 功，但是仍然需要制造多層結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法。
由上文可見，需要一種用于制造較大襯底的節(jié)省成本并且高效 的技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了涉及襯底的制造的技術(shù)。更具體地，本發(fā) 明提供了一種技術(shù)，其包括利用粘結(jié)技術(shù)為制造半導(dǎo)體集成電路器 件而形成多層襯底結(jié)構(gòu)的方法和結(jié)構(gòu)。4艮據(jù)特定的實(shí)施方式，這種 粘結(jié)技術(shù)包括使用熱處理以形成基本無缺陷、瑕瘋、和/或其他的不 希望的特征的粘結(jié)界面。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱處理導(dǎo)致氧 物質(zhì)從粘結(jié)對(bonding pair )的界面區(qū)域轉(zhuǎn)移至外部區(qū)域。但是應(yīng) 明了的是，本發(fā)明具有更廣的適用范圍；其還可應(yīng)用于集成半導(dǎo)體 器件、光子器件、壓電器件、平板顯示器、孩t電子機(jī)械系統(tǒng) ("MEMS")、納米4支術(shù)結(jié)構(gòu)、傳感器、制動器、太陽能電池、生 物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)器件等其他類型的三維封裝的襯底中。在特定的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于制造粘結(jié)襯底結(jié)
構(gòu)(例力。，石圭上石圭(silicon on silicon ))的方法。在4爭定的實(shí)施方式 中，該方法包括提供一厚度的(一層，athicknessof)單晶硅材料， 其從與第二硅襯底連接的第 一硅襯底轉(zhuǎn)移。在特定的實(shí)施方式中， 第二硅襯底具有第二表面區(qū)域，其與來自該厚度的單晶硅材料的第 一表面區(qū)域連接，以形成具有第一特性的界面區(qū)域，該界面區(qū)域包 括在單晶硅材料厚度和第二硅襯底之間的硅氧化物材料。該方法包 括使界面區(qū)域經(jīng)受熱處理，以使界面區(qū)域由第 一特性變?yōu)榈诙?性。在一種特定的實(shí)施方式中，第二特性是沒有氧化硅材料，而是 一種提供在單晶硅材料厚度和第二硅襯底之間的外延形成的硅材 料。可選地，該方法包括在熱處理過程中，保持界面區(qū)域沒有多個 坑洞(void)，以形成外延硅材料，從而將該厚度的單晶硅材料電連 4妄至第二石圭坤十底和/或改善和/或完善單晶石圭材沖牛層與第二石圭襯底之 間的電連4妻。應(yīng)該注意的是，術(shù)語"界面"或"界面區(qū)域"的理解 不應(yīng)受限制，而是按照本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而使用。僅作為舉例， 根據(jù)特定的實(shí)施方式，術(shù)語"界面"可限定任意兩個區(qū)域之間的區(qū) 域。
在一種可替代的具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明提供了一種硅上硅襯
底結(jié)構(gòu)，例如，直4姿粘結(jié)石圭的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包4舌具有第一表面區(qū)i或 的第一硅襯底(例如，硅晶片)。將一厚度的單晶半導(dǎo)體材料層轉(zhuǎn) 移至第一表面區(qū)域的上方。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，該厚度的單 晶半導(dǎo)體材料具有約l微米或更小的厚度，且具有面向第一硅襯底 的第一表面區(qū)域的第二表面區(qū)域。該結(jié)構(gòu)具有設(shè)置在第一表面區(qū)域 和第二表面區(qū)域之間的外延形成的界面區(qū)域。該結(jié)構(gòu)還具有特征是 外延形成的界面區(qū)域的 一 至五個單原子層，以便將第 一硅襯底電連 接至該厚度的單晶半導(dǎo)體材料。在另 一種可替代的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了 一種用于制造粘 結(jié)襯底結(jié)構(gòu)(例如，硅上硅)的方法。該方法包括提供一厚度的單 晶石圭材津+，其乂人連4妄至第二石圭襯底的第一石圭襯底轉(zhuǎn)移。第二石圭襯底 具有第二表面區(qū)域，其連接至來自該厚度的單晶硅材料的第一表面 區(qū)域，以形成具有第一特性的界面區(qū)域，該界面區(qū)域包括在該厚度 的單晶石圭材料與第二石圭村底之間的石圭氧化物材料。在優(yōu)選的實(shí)施方
式中，該厚度的單晶石圭包括具有多個捕獲位置(trapping site)(例 如，表面粗糙度)的表面區(qū)域。該方法包括使界面區(qū)域(和/或整個 襯底結(jié)構(gòu))經(jīng)受熱處理，以使界面區(qū)域從第一特性變?yōu)榈诙匦裕?從而將該厚度的單晶硅材料電連接至第二硅村底。第二特性是沒有 氧化硅材料，而是提供在單晶硅材料與第二硅襯底之間的外延形成 的硅材料。熱處理還導(dǎo)致氧化硅材料的一部分被轉(zhuǎn)移至設(shè)置在表面 區(qū)域上的一個或多個捕獲位置?？蛇x地，利用選擇性蝕刻劑(例如， HF、 BOE)和/或化學(xué)機(jī)械拋光方法，選才奪性去除i殳置在一個或多 個捕獲位置上的氧化硅材料。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、 和可替代方式。
應(yīng)用本發(fā)明，可在現(xiàn)有沖支術(shù)的基礎(chǔ)上獲得許多益處。特別地， 本發(fā)明使用受控的能量和選擇的條件，優(yōu)先地解理及處理薄膜材 料，不存在由于過多的能量釋放和/或熱能對這種膜造成損害的可能 性。這種解理方法選4奪性地將薄膜材料從襯底移除，同時可防止對 膜或襯底的余留部分造成損害。另外，本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)利用通 過進(jìn)4于半導(dǎo)體加工過程(才艮據(jù)特定的實(shí)施方式，其可在4交高溫度下 進(jìn)行)提供在襯底中的解理層實(shí)現(xiàn)了更加高效的加工。在具體實(shí)施 方式中，4吏連4妄至才喿作4于底(處J里4于底，handle substrate)的解5里 膜經(jīng)受快速熱處理過程，以將解理膜牢固地結(jié)合至才喿作襯底，而不 會在解理膜和襯底之間的界面區(qū)域周圍形成瑕疵。在一種特定的實(shí) 施方式中，可4吏解理的組件經(jīng)受平滑處理(smoothing process )(如 在2001年9月11日乂〉布的以Kang、 Sien G.和Malik, Igor J.的名義普通轉(zhuǎn)讓的美國專利第6,287,941號('941專利)或美國專利第 6,884,696號和美國專利第6,962,858號中所教導(dǎo)的，其內(nèi)容均以引 用方式結(jié)合于此作為參考)以制備干凈無好l瘋的表面，并隨后通過 單晶片反應(yīng)器(single-wafer reactor )或熔爐退火才喿作完成氧的分解 (dissolution )。在'941專利中的夕卜延平〉骨(epi-smoothing )處J里的 情況下，例如，通過將作為額外處理的原位退火與在先的外延平滑 過程步驟結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)額外的成本效益。實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)中的一個 或多取決于具體實(shí)施方式
。這些和其他優(yōu)點(diǎn)可通過本發(fā)明的說明 書、特別是以下內(nèi)容進(jìn)行描述。
本發(fā)明在已知的方法纟支術(shù)的背景下實(shí)現(xiàn)了這些和其他優(yōu)點(diǎn)。例 ^口，這種石圭與石圭(silicon to silicon )的粘結(jié)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，在一個或 多個層具有不同的晶體耳又向的情況下可以4吏用。例如，基體襯底 (base substrate )可以為(100 )取向的石圭，頂部4爭移月莫可以為(110 ) 取向的硅?？商娲兀w襯底可以為(110)取向而轉(zhuǎn)移膜可以 是(100)取向。才艮據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，包括(lll)取向與 上述4壬意耳又向的其^f也取向組合也可包4舌在內(nèi)。在特定的實(shí)施方式 中，還可以在SOI(即，絕》彖體上石圭)結(jié)構(gòu)上形成多層結(jié)構(gòu)，其中 頂部兩層膜具有不同的耳又向，并i殳置于涂覆有氧化物的基體襯底 上?？商?;也， 一個或多個層可包才舌整體應(yīng)變(global strain )或局 部應(yīng)變(localized strain )或這些中的任意組合等。然而，通過參照 說明書的后部分及附圖，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的特4正和伊0點(diǎn)。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式形成硅上硅襯底的全部簡化 方法；
圖2至圖8、圖8A、圖8B、以及圖9示出了才艮才居本發(fā)明的實(shí) 施方式用于制造4吏用層轉(zhuǎn)移襯底的粘結(jié)襯底結(jié)構(gòu)的簡化方法；以及圖10-14是4艮據(jù)應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方式而實(shí)施的實(shí)驗(yàn)的舉例說明。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，提供了涉及襯底制造的技術(shù)。更具體地，本發(fā)明 提供了 一種技術(shù)，其包括使用粘結(jié)技術(shù)為制造半導(dǎo)體集成電路器件 而形成多層襯底結(jié)構(gòu)的方法和結(jié)構(gòu)。根據(jù)特定的實(shí)施方式，這種粘 結(jié)技術(shù)包括利用熱處理以形成基本無缺陷、瑕瘋、和/或其他的不希 望的特征的粘結(jié)界面。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱處理導(dǎo)致氧物 質(zhì)從待除去的粘結(jié)對(bonding pair )之間的界面區(qū)域轉(zhuǎn)移至外部區(qū) i或。然而應(yīng)該i人識到，本發(fā)明具有更廣的適用范圍；其還可應(yīng)用于 集成半導(dǎo)體器件、光子器件、壓電器件、平板顯示器、纟敬電子才幾械 系統(tǒng)("MEMS")、納米4支術(shù)結(jié)構(gòu)、傳感器、制動器、太陽能電池、 生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)器件等其他類型的三維封裝的襯底中。
參照圖1, 4艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式用于將襯底連4妄在一起以形 成石圭上石圭津占結(jié)(silicon on silicon bond )的方法100,可才既述》口下
1. 開始，開始過禾呈，步驟101,;
2. 提供第一石圭襯底(步驟103),其具有第一表面區(qū)域、解理 區(qū)域、以及一厚度的在第 一表面區(qū)域和解理區(qū)域之間將被移除的材 料；
3. 提供第二硅襯底(步驟105)，其具有第二表面區(qū)域；
4. 連接(步驟107)第一硅襯底的第一表面區(qū)域至第二珪襯底 的第二表面區(qū)域。
5. 形成(步驟109)具有第一特性的界面區(qū)域，第一特性包括 第一硅襯底和第二硅村底之間的氧化物物質(zhì)(根據(jù)實(shí)施方式，界面的形成可與連4妾過程(步驟107 )同時發(fā)生和/或伴隨其發(fā)生和/或在 連接過程(步驟107 )之后發(fā)生)；
6. 從第一硅襯底解理(步驟108)該厚度的材料，同時仍將第 二硅襯底連接至該厚度的材料；
7. 對界面區(qū)域(在特定的實(shí)施方式中包括第一和第二硅襯底) 進(jìn)4亍熱處理，步驟111，以使溫度/人第一溫度范圍內(nèi)的至少第一溫 度升高至第二溫度范圍內(nèi)的至少第二溫度(步驟113), /人而在界面 區(qū)域形成第二特性；
8. 保持(步驟115)界面區(qū)域基本沒有直徑約10微米以及更 大尺寸的一個或多個纟亢洞；
9. 4吏氧化物物質(zhì)從界面區(qū)域轉(zhuǎn)移至外部區(qū)域(步驟116),從 而在界面區(qū)i或形成基本為晶體(substantially crystalline )的石圭才才坤牛；
10. 使用一種或多種方法，處理(步驟117)襯底之一的至少 一部分，乂人而在所述^H"底的所述部分上形成至少一個集成電if各器 件；
11. 根據(jù)需要，進(jìn)行其他步驟(步驟118);以及
12. 最后，結(jié)束方法，步駛《119;
上述連續(xù)的步驟纟是供了一種才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法。如 所示出的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，該方法使用包括形成硅基硅粘 結(jié)結(jié)構(gòu)的方式的多個步驟的組合。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該方法使 用熱處理來確4呆粘結(jié)，同時防止在界面區(qū)i或形成一個或多個坑洞。 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該方法使用了熱處理，以使氧化物物質(zhì)從結(jié) 合對的界面區(qū)域轉(zhuǎn)移和/或擴(kuò)散，從而在界面區(qū)域形成基本上為晶體 的硅結(jié)構(gòu)。還可以提供其他可替代的方式，其中在不脫離本文權(quán)利 要求范圍的前提下，加入一些步驟，減少一個或多個步驟，或者按照不同的順序^是供一個或多個步驟。在本"i兌明書全文特別是以下內(nèi) 容，可發(fā)現(xiàn)本方法更多細(xì)節(jié)。
圖2至圖10示出了4艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式用于在層轉(zhuǎn)移襯底 上制造集成電^各的簡化方法。這些圖但J又作為示例，其不應(yīng)不適當(dāng) 地限制本文權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了其 他的變型、修改、和可替代方式。如圖所示，該方法包括提供半導(dǎo) 體襯底200,例如硅、鍺、硅-鍺合金、砷化鎵、以及任何III/V族 材料，等等。在特定的實(shí)施方式中，具體實(shí)施方式
的半導(dǎo)體襯底可 由單一 的均質(zhì)材料或多種層的組合制成，這取決于特定的實(shí)施方 式。當(dāng)然，可以存在其他的變型、{務(wù)改、和可替代方式。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，4于底200具有一厚度的半導(dǎo)體材^f" 205 和表面區(qū)域207。在特定的實(shí)施方式中，村底還具有設(shè)置在襯底中 的解理面203 (包4舌多個顆粒、沉積材沖牛、或它們的任意組合等)， 其限定半導(dǎo)體材料的厚度。在特定的實(shí)施方式中，該厚度的半導(dǎo)體 材料為晶體硅(例如，單晶硅)，其可包括疊加于其上(overlying) 的外延石圭層。在特定的實(shí)施方式中，石圭表面區(qū)域207可具有氧化物
(諸如二氧化石圭)薄層。4艮據(jù)特定的實(shí)施方式，二氧化石圭的厚度為 5nm或者更小。硅氧化物可以是二氧化硅、 一氧化硅、富硅氧化物
(富石圭氧化石圭，silicon rich oxide )、或4壬4可SiOx物質(zhì)、4也們的組合 等，這取決于具體的實(shí)施方式。當(dāng)然可以存在其他的變型、修改和 可替代方式。
取決于實(shí)施方式，可使用多種技術(shù)形成解理區(qū)域。即，可使用 注入并立子(implanted particles )、沉積層、擴(kuò)散才才泮牛、圖案4匕區(qū)域* (patterned region )、以及其他4支術(shù)的4壬意合適的纟且合來形成解5里區(qū) 域。在一種特定的實(shí)施方式中，該方法4吏用注入方法(implant process )引入某種高能粒子，穿過半導(dǎo)體襯底(其被稱為施主襯底) 的上表面到達(dá)選定的深度，該深度限定半導(dǎo)體材料區(qū)域的厚度，稱為材料的"薄膜"。才艮據(jù)特定的實(shí)施方式，可以使用多種技術(shù)將高
能粒子注入單晶硅晶片中。這些技術(shù)包括例如使用由諸如Applied Material, Inc.等/〉司制造的束流線(beam line )離子注入i殳備的離 子注入。可替代地，根據(jù)特定的實(shí)施方式，使用等離子體浸沒離子 注入("Pill")技術(shù)、離子簇射(ion shower),其他的非質(zhì)量特異 性4支術(shù)(例如，完全質(zhì)量分離、部分質(zhì)量分離)而進(jìn)行的注入對于 較大的表面區(qū)域特別有效。還可以使用這些技術(shù)的組合。當(dāng)然，所 選用纟支術(shù)耳又決于應(yīng)用。
取決于應(yīng)用，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，通常選擇較小質(zhì)量的粒子， 以減少對材料區(qū)域造成損害的可能性。即，較小質(zhì)量粒子容易穿過 襯底材料到達(dá)所選才奪的深度，而基本不會對離子穿過的材料區(qū)域造 成損害。例如，較小質(zhì)量粒子(或高能粒子)幾乎可以是任何帶電 的(例如，正電或負(fù)電)和/或中性的原子或分子、或電子等。在特 定的實(shí)施方式中，耳又決于實(shí)施方式，#立子可以是中性的和/或帶電粗_ 子，包括諸如氫及其同位素離子的離子，諸如氦氣及其同位素、以 及氖氣的稀有氣體離子或其他。粒子還可來自這樣的化合物諸如 氣體，例如氫氣、水蒸汽、曱烷、和氫化合物、以及其他輕原子質(zhì) 量的粒子。可替代地，粒子可以是上述粒子、和/或離子和/或分子 物質(zhì)和/或原子物質(zhì)的4壬意組合。該粒子通常具有足夠的動能以穿過 表面到達(dá)表面下方所選的深度。
以l吏用氫作為注入石圭晶片的物質(zhì)為例，則^f吏用一組特定的條件 來實(shí)施注入方法。注入劑量的范圍為/人約1E15至約1E18原子/cm2， 且優(yōu)選劑量大于約1E16原子/cm2。注入能量范圍為約1KeV至約 lMeV,且通常為約50KeV。注入溫度范圍為約-20攝氏度至約600 攝氏度，且優(yōu)選小于約400攝氏度，以避免大量氫離子擴(kuò)散出注入 的石圭晶片并^j"注入損壞和應(yīng)力進(jìn)4亍退火的可能性?？梢赃x4奪性;也以約+/-0.03至+/-0.05微米的準(zhǔn)確度將氫離子引入硅晶片中到達(dá)所選 的深度。當(dāng)然，選用的離子類型及方法條件取決于應(yīng)用。
實(shí)際上，注入的粒子在所選的深度沿著平4于于襯底上表面的平 面增加應(yīng)力或降^f氐斷裂能(fracture energy )。該能量部分i也依賴于 注入物質(zhì)及條件。這些粒子在所選深度降低襯底的斷裂能水平。這 實(shí)現(xiàn)了在所選深度沿注入平面的受控制的解理。注入可在這樣的條 件下發(fā)生，以便使襯底在所有內(nèi)部位置的能態(tài)均不足以引發(fā)襯底材 料中的不可逆石皮裂(即，分離或斷裂)。然而，應(yīng)該注意的是，注 入確實(shí)通常會導(dǎo)致村底中 一定量的瑕疵(即微缺陷(micro-defect)), 其通?？赏ㄟ^隨后的熱處理(例如，熱退火或快速熱退火)至少部 分地得到修復(fù)。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、和替代。
依賴于實(shí)施方式，還可能有用于形成解理區(qū)域和/或解理層的其 他才支術(shù)?！接肿鳛閷?shí)例，這種解理區(qū)域^使用其他的方法形成，例如4吏 用由力口利3畐尼亞州圣克才立才立的Silicon Genesis Corporation開發(fā)的利 用硅-鍺解理面的那些方法、以及例如法國Soitec SA的 SmartCutTM方法、和日本東京Canon Inc.的EltranTM方法、4壬4可 類似的方法，等等。在一種特定的實(shí)施方式中，解理區(qū)域才艮據(jù)特定 實(shí)施方式可包括應(yīng)變/應(yīng)力區(qū)i或，或者基本上沒有應(yīng)變/應(yīng)力。解理 區(qū)域還可包括沉積區(qū)域，才艮據(jù)特定的實(shí)施方式，其中含有或不含有 注入?yún)^(qū)域。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、和替代。
現(xiàn)在參照圖3,該方法包括將半導(dǎo)體襯底的表面區(qū)域300連接 至第一才喿作襯底301。在一種特定的實(shí)施方式中，才喿作襯底也由基 本呈晶體的適合材料(例如，單晶硅)制成。即，4艮據(jù)特定的實(shí)施 方式，操作襯底可由硅晶片、外延硅晶片、潔凈區(qū)(去垢區(qū)，denuded zone)晶片(侈'B口，氬退火的、氬退火的、由MEMC Electronic Materials,Inc.生產(chǎn)的的MDZ頂產(chǎn)品)、或其他晶體材料(包括在絕 緣體襯底上的層轉(zhuǎn)移硅)制成。取決于于實(shí)施方式，操作襯底可以摻雜(例如，P-型、N-型)和/或不摻雜，包括氮摻雜的襯底等。當(dāng) 然，可以存在其他的才喿作襯底材料。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，石圭 晶片具有石圭表面區(qū)i或301。在一種特定的實(shí)施方式中，石圭表面區(qū)i或 可具有卞者如二氧化石圭的氧化物薄層。才艮l居特定的實(shí)施方式，二氧化 硅具有5nm及更小的厚度。依賴于實(shí)施方式，硅氧化物可以是二氧 化^圭、氧化,圭、富^圭氧化物、或^壬意SiOx物質(zhì)、它們的組合等等。 當(dāng)然，可以存在其4也的變型、{奮改、和替 。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一操作襯底具有表面區(qū)域305，其將與 設(shè)置在襯底200上的表面區(qū)域207進(jìn)行連接和/或粘結(jié)。圖中使用了 與其他圖中的相似的數(shù)字，但并不是為了限制本文權(quán)利要求的范 圍。通過本i兌明書全文并尤其是以下內(nèi)容，可找到連接方法的更多 細(xì)節(jié)。
才艮據(jù)特定的實(shí)施方式，連4妄之前，對半導(dǎo)體襯底和第一才喿作襯 底表面各自使用清洗液來處理襯底表面，以清潔襯底表面區(qū)域。用 于清潔襯底和操作表面的溶液的實(shí)例為過氧化氫和AlL酸的混合物， 以及其他類似的溶液。用干燥器千燥半導(dǎo)體襯底和操作表面以便從 襯底表面去除任何殘留的液體和/或粒子。耳又決于4吏用的具體的層轉(zhuǎn) 移方法，可在可選的等離子體活化方法之后，通過將清潔的襯底表 面(例如，半導(dǎo)體襯底表面和操作襯底表面)放置在一起進(jìn)行自粘 結(jié)(self-bonding )。如果需要，通過這種等離子體活化方法清潔和/ 或活化襯底的表面。例如可在20。C至40。C的溫度下，^f吏用含氧或 含氮的等離子體，進(jìn)行等離子體活化方法。等離子體活化方法優(yōu)選 在雙頻等離子體活化系統(tǒng)(由加利福尼亞州，圣何塞，Silicon Genesis Corporation制造)中進(jìn)4亍。當(dāng)然，可以存在已在本文中以及本發(fā)明 的說明書之外描述其他的變型、修改、和替代。
之后，根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，將這些襯底中的每一個彼此 粘結(jié)在一起。如所示，才喿作襯底已經(jīng)粘結(jié)至施主襯底的表面區(qū)域。優(yōu)選4吏用由Electronic Vision Group制造的EVG850粘結(jié)工具或4十 對諸如直徑200 nm或300 nm的較小襯底尺寸的晶片的其他類似方 法來粘結(jié)襯底。還可使用其他類型的工具，例如由Karl Suss制造的 那些。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、和可替代方式?？蓛?yōu)選 地，才喿作襯底和施主之間的粘結(jié)基本上是持久的，且具有良好的可 靠性。
因此，才艮據(jù)一種特定的實(shí)施方式，粘結(jié)之后，對粘結(jié)的襯底結(jié) 構(gòu)進(jìn)行烘烤處理。烘烤處理將粘結(jié)的襯底維持在預(yù)定溫度下并維持 預(yù)定的時間。才艮據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，可優(yōu)選地，溫度范圍為約200 或250攝氏度至約400攝氏度，且優(yōu)選為約350攝氏度下，保持約 1小時，/人而4吏石圭施主襯底和第一纟喿作^)"底;f皮此持久地連4妄。在特 定的實(shí)施方式中，可^f吏用》容爐、快速熱處理、或熱才反(hot plate) 或它們的任意組合來進(jìn)行烘烤處理。取決于具體的應(yīng)用，可以存在 其他的變型、修改、和替代。
在一種特定的實(shí)施方式中，4吏用<氐溫?zé)岵狡D《將襯底連4妾或熔合 在一起。通常，低溫?zé)崽幚肀ＷC了注入顆粒不會在材料區(qū)域上產(chǎn)生 (施加，place)過多的應(yīng)力(過多的應(yīng)力會產(chǎn)生不受控制的解理作 用)。在一種特定的實(shí)施方式中，4氐溫粘結(jié)方法通過自粘結(jié)方法而 進(jìn)行。
可^#代地，將粘合劑布置在襯底的一個或兩個表面上，將一個 襯底粘結(jié)至另一個村底。在一種特定的實(shí)施方式中，粘合劑包括環(huán) 氧樹脂、聚酰亞胺型材料等?？梢允褂眯坎Ａ?spin-on-glass)層 將一個襯底表面粘結(jié)至另一個襯底的面上。這些旋涂玻璃("SOG") 材料尤其(among others)包括硅氧烷或硅酸鹽，其經(jīng)常與醇基溶 劑等混合。SOG可以是期望的材料，因?yàn)樵趯OG施加于晶片表 面后常常需要4交^[氐的溫度(例如150至250。C )來固化SOG?？蒦,代地，可〗吏用多種其他的低溫沖支術(shù)來將施主襯底表面區(qū)域 連接至操作襯底。例如，可使用靜電接合技術(shù)將兩個襯底連接在一 起。具體而言，使一個或兩個襯底表面帶電荷，以吸引另一襯底表 面。另外，可使用多種其他的普遍已知的技術(shù)，將施主襯底表面熔 合至操作晶片。當(dāng)然，所使用的技術(shù)取決于應(yīng)用。
參照圖4，該方法包括4吏用才是供在解理平面(cleave plane )的 所選部分上的能量401來來引發(fā)受控的解理作用，以將該厚度的半 導(dǎo)體材料與襯底分離，而保持該厚度的半導(dǎo)體材料與第一操作襯底
相連4妄。耳又決于特定的實(shí)施方式，可以存在某些變型。例如，對于 從連接至操作襯底的施主襯底上選擇性地釋放該厚度的材料，解理 過禾呈可以4吏用擴(kuò)展的解理前沿(propagating cleave front )。還可以4吏 用用于解理的可替代的4支術(shù)。這樣的4支術(shù)包4舌，但不限于，稱為 Nanocleave TM方法(Silicon Genesis Corporation, 圣克4立4立,力口矛J 福尼亞州)、SmartCutTM方法(Soitec SA,法國)，和EltranTM方 法(Canon Inc.,東京，日本)、任何類似的方法等。然后，該方法 除去半導(dǎo)體施主襯底的殘留部分，4艮據(jù)特定的實(shí)施方式，其將該厚 度的材料提供到操作襯底。
參照圖5，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，該方法提供了獲得的操作襯底 500，包括疊加于其上的一厚度的材料205。在特定的實(shí)施方式中， ^f吏用石圭上石圭粘結(jié)(silicon on silicon bond )(其才是供了兩個結(jié)構(gòu)之間 的電耦合)在操作襯底上設(shè)置該厚度的材料。如圖所示，該厚度的 材料包括解理表面區(qū)域501。粘結(jié)襯底結(jié)構(gòu)被粘結(jié)在一起，但并不 適用于集成電^各加工。即，粘結(jié)的襯底結(jié)構(gòu)應(yīng)至少z使用快速熱:技術(shù) 和/或熔爐退火來進(jìn)4于持久的粘結(jié)，這將在本i兌明書及以下更具體內(nèi) 容中進(jìn)行詳細(xì)說明。當(dāng)然可以有其他的變型、修改、和替代。
現(xiàn)在參照圖6,本方法包括使界面區(qū)域601經(jīng)受熱處理，以導(dǎo) 致溫度從第一溫度范圍(約100攝氏度至約200攝氏度)內(nèi)的至少第一溫度升高至第二溫度范圍(約800攝氏度以及更高)內(nèi)的至少 第二溫度。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱處理導(dǎo)致溫度在約2秒以 內(nèi)的時間段內(nèi)從第 一溫度升高至至少第二溫度，以在界面區(qū)域形成 第二特性。在特定的實(shí)施方式中，時間段可為小于l秒。取決于實(shí) 施方式，熱處理可以是適合的快速熱處理、快速熱退火，使用激光 輻射的快速熱處理等。在特定的實(shí)施方式中，熱處理包括 使用單色 光源對該厚度的材料和硅操作襯底進(jìn)行輻射。在本說明書中、特別 是以下部分中可找到關(guān)于輻射技術(shù)的更多細(xì)節(jié)。
在一種特定的實(shí)施方式中，可在合適的加工i殳備(processing tool)中進(jìn)行輻射。加工工具可包括群集設(shè)備(組合設(shè)備，cluster tool) 的一個室(chamber)或適合的獨(dú)立設(shè)備等等。取決于實(shí)施方式， 該組合設(shè)備還可以包括其他的用于注入、受控的解理、粘結(jié)、及其 他方法」技術(shù)的室。在一種特定的實(shí)施方式中，可利用升高溫度(乂人 初始溫度適當(dāng)?shù)厣咧磷罱K溫度)來進(jìn)行輻射。根據(jù)一種特定的實(shí) 施方式，這種溫度的升高可以每分鐘約1000攝氏度以及更高的速 率進(jìn)行，或者包括階段性升高(step increase )或其他的變型。當(dāng)然， 可以存在其他的變型、々務(wù)改、和替代。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，該方法使界面區(qū)域保持基本上沒有 一個或多個直徑約10樣i米以及更大的坑洞。在一種特定的實(shí)施方 式中，該方法優(yōu)選保持界面區(qū)域沒有任何或所有的坑洞，坑洞會導(dǎo) 致可靠性和/或加工的局限性。才艮據(jù)一種特定的實(shí)施方式，這些坑洞 可以是由在前面的過程中《1入進(jìn)解理區(qū)域的多種氫物質(zhì)(hydrogen specie)造成的。取決于實(shí)施方式，熱處理確保了該厚度的材料之 間的粘結(jié)，同時防止了由于擴(kuò)散而造成的氫物質(zhì)的聚集(其特征為 在該厚度的材料中的氫擴(kuò)散特性)。根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，通 過擴(kuò)散會在界面聚集的其他雜質(zhì)，包括水、氫氧化物物質(zhì)、含碳物 質(zhì)等等。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，使界面區(qū)域經(jīng)受在界面區(qū)域基本上不
含fU匕物物質(zhì)的高溫?zé)崽幚矸椒?。取決于實(shí)施方式，該方法可包括「
更快速的熱和/或熔爐退火4支術(shù)。即，才艮據(jù)一種特定的實(shí)施方式，該 厚度的石圭材料和石圭襯底之間的粘結(jié)不含有二氧化石圭或其他氧化物。 才艮據(jù)一種特定的實(shí)施方式，界面優(yōu)選將該厚度的材沖牛電耦合至石圭襯 底。取決于實(shí)施方式，界面還可具有非常薄的氧化物層，其為約
10nm以及更小。4艮據(jù)一種特定的實(shí)施方式，這種薄氧化物層在該 厚度的硅材料和硅襯底之間形成一定的電阻。根據(jù)一種特定的實(shí)施 方式，電阻率小于周圍的塊狀襯底(bulksubstrate)(例如，晶體硅) 的電阻率大約10倍。當(dāng)然，可以存在其他的變型、^修改、和替代。
在一種更優(yōu)選的實(shí)施方式中，使用保持在硅上硅襯底構(gòu)件上的 惰性氣體或還原性氣體4是供熱處理。在一種特定的實(shí)施方式中，該 氣體基本不含有任何氧化物物質(zhì)。熱處理包括〗吏界面區(qū)經(jīng)受熱處 理，導(dǎo)致界面區(qū)域從第一特性變?yōu)榈诙匦?，第二特性是不含有?氧化物材料，且外延硅材料是通過在該厚度的單晶硅材料和操作硅 襯底之間提供的外延再生長形成的。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該方 法還保持界面區(qū)域在熱處理過程中沒有多個坑洞以形成外延硅材 料，從而將該厚度的單晶硅材料電耦合至操作硅襯底。在一種特定 的實(shí)施方式中，外延生長是主要的或基本上為單晶特性的。當(dāng)然， 可以存在其他的變型、^修改、和## 。
在一種特定實(shí)施方式中，熱處理包括在高于約IOOO攝氏度(取 決于實(shí)施方式可稍微降低)的溫度下將結(jié)合的該厚度的單晶硅材料 和操作村底置于含氬、氫、或氬-氫的環(huán)境中。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí) 施方式，也可使用包括氬氣、氫氣、氮?dú)獾鹊钠渌愋偷慕M合。根 據(jù)一種特定的實(shí)施方式，熱處理導(dǎo)致界面區(qū)域中的氧物質(zhì)穿過襯底 構(gòu)件的一個或多個部分乂人界面區(qū)域擴(kuò)散出。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式 中，氧擴(kuò)散出粘結(jié)的襯底構(gòu)件。在特性上，界面區(qū)域從氧化物材料轉(zhuǎn)變?yōu)榫w硅材料，這對于將該厚度的硅材料電耦合至操作襯底是 更加有效的。當(dāng)然，可以存在其他的變型、 <奮改、和替代。
參照圖7,示出了石圭襯底301和疊加于其上的該厚度的石圭材料 205的示例。該圖僅為一個實(shí)例，不應(yīng)該不適當(dāng)?shù)叵拗票疚臋?quán)利要 求的范圍。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)明了多種變型、修改、和替 代。在該厚度的硅材料和硅襯底之間的是薄氧化物層701 (前面已 經(jīng)進(jìn)行描述)。在一種特定的實(shí)施方式中，薄氧化物層具有由圖示 750表示的濃度。如圖所示，縱軸示出了氧物質(zhì)的濃度量，其與表 示空間位置的橫軸相對應(yīng)。如圖所示，沿著該厚度的材料的表面區(qū) 域至硅襯底背面的厚度來提供空間位置。如圖所示，在該厚度的硅 材料和硅襯底之間的界面區(qū)域示出了高濃度的氧化物材料。因?yàn)楦?氧界面層通過熱處理而溶解，發(fā)生了硅的外延增長，這使界面具有 高晶體質(zhì)量并且具有高電導(dǎo)率。
先前的工作(Goesele等"直接粘結(jié)的硅晶片之間的界面氧化 物層的生長、收縮、以及穩(wěn)、定性(Growth, Shrinkage, and Stability of Interfacial Oxide Layers Between Directly Bonded Silicon Wafers )，，, 應(yīng)用物理期刊(Jow謂/q/^—W尸 由)，A50 ( 1990)， pp.85-94;
"硅晶片粘結(jié)過程中的界面氧化物層的穩(wěn)定性(Stability of Interfacial Oxide Layers During Silicon Wafer Bonding )，，，《應(yīng)用物理 期刊》(Jowr"a/o/^ / //^/P/^W")， 65 (2), 1989年1月15日， pp.561-563;以及Ling等"在直接粘結(jié)的硅晶片中界面純氧化物厚 度之間的關(guān)系以及灃占結(jié)^顯度(Relationship Between Interfacial Native Oxide Thickness and Bonding Temperature in Directly bonded Silicon Wafer Pairs )，，，《應(yīng)用4勿J里期刊》(Jow"a/ 戶/yw'c^ )，71(3)，
1992年2月1日，pp.1237-1241 ) —^:性示出粘結(jié)的石圭晶片的熱 退火表現(xiàn)出溶解至區(qū)熔石圭(float-zone silicon)的溶解4亍為，而CZ 硅表現(xiàn)純凈的(net)界面氧化物生長。為避免產(chǎn)生瑕瘋以及氧化物溶解球化作用(不均勻的氧化物稀釋)，旋轉(zhuǎn)的相同取向的膜或者 使用不同的結(jié)晶取向是必要的。該工作發(fā)展了氧溶解的概念，但未 提出其在解理薄膜界面移除中的應(yīng)用。
在一種特定的實(shí)施方式中，該方法佳^圭材沖+和石圭^"底(包括界
面區(qū)i或)經(jīng)受熱處^E， ^口圖8所示。該圖表^f又為一個實(shí)例，不應(yīng)不 前擋地限制本文權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)明了 多種變型、修改、和替代。如圖所示，根據(jù)一種特定的實(shí)施方式， 典型地包括氬氣和/或氫氣環(huán)境的高溫退火，將氧化物材料從襯底中 驅(qū)出(如圖示850所示)。如圖所示，界面區(qū)域801現(xiàn)在為晶體石圭 材料，根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，其將該厚度的材料與硅村底連接。 當(dāng)然，可以存在其4也的變型、 <奮改、和替4戈。
作為實(shí)例，對與該實(shí)例相關(guān)的某些方法的細(xì)節(jié)已經(jīng)進(jìn)^f亍了計(jì)算 并通過圖8A示出。在該實(shí)例中， -使用氬氣熱處理，其中位于粘結(jié) 界面處的氧通過擴(kuò)散而穿過表面。通過菲克(Fick)擴(kuò)散定律，使 用在1200。C下的晶體硅氧擴(kuò)散率和固溶度來計(jì)算擴(kuò)散速率。為方 便閱讀，將菲克定律復(fù)制如下。
通量(原子/c附2秒)-何，cy勿
其中，C為氧濃度；
為氧在硅中的擴(kuò)散系數(shù)。
應(yīng)該注意的是，為了計(jì)算斜率(sl叩e)的目的，用于擴(kuò)散目的 的氧濃度變化應(yīng)為界面邊界處的固溶度才及限值Cy(TJ且在晶體表 面為零。因此，可將導(dǎo)數(shù)化簡為C^7y^"/^度。如所說明的，計(jì)算 得到的7.24 E+12每平方厘米每秒的氧原子的通量〗吏200納米石圭月莫 在大約13分鐘內(nèi)釋方文5.5 E+15的氧原子每平方厘米的5納米SiOx 層(x:0.5)。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、和替代?，F(xiàn)在參照圖8B,進(jìn)一步說明外延形成的界面區(qū)域，具有單晶 特性的襯底301為操作襯底。在一種特定的實(shí)施方式中，該操作襯 底是潔凈(denuded)的硅襯底，其基本不含有諸如氧沉淀、坑洞、 紗絲(cop)的雜質(zhì)、以及其4也好丈;&。在一種特定的實(shí)施方式中， 潔凈村底中的氧濃度為約0.5至3 E18原子/cm3以及更少。疊加于 操作襯底之上的是已經(jīng)被層轉(zhuǎn)移至該操作襯底上的 一厚度的單晶 材料205。根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，在可能是硅的該厚度的單晶 材料與操作襯底之間是含有氧化物的第一界面區(qū)域853。在一種特
定的實(shí)施方式中，該含有第 一氧化物的界面由在操作襯底或材料厚 度之一或這二者之上的氧化物材料獲得，以促進(jìn)粘結(jié)。在一種特定 的實(shí)施方式中，第一界面區(qū)域具有第一厚度，其在一種特定的實(shí)施 方式中可以是約5 nm以及更小。當(dāng)然，可以存在其〗也的變型、修* 改、和替代。
沖艮據(jù)一種特定實(shí)施方式，在應(yīng)用本發(fā)明的熱處理過程中，將氧 化物材升牛轉(zhuǎn)化為單晶硅。4艮據(jù)一種特定實(shí)施方式，從兩個界面區(qū)域 中的每一個直至中心區(qū)域(見箭頭)發(fā)生轉(zhuǎn)化。隨著這兩個區(qū)域的 會聚，形成了獲得的界面851,其為可具有不同晶體取向的晶體硅。 在一種特定的實(shí)施方式中，所得的界面具有約 一至五個硅材料單 層，其將該厚度的材料電耦合至，乘作襯底。耳又決于特定的實(shí)施方式，
上面的界面區(qū)域855比下面的界面區(qū)域857移動更快，因?yàn)楦鶕?jù)具 體實(shí)施方式，上面的界面區(qū)域具有較薄的固體區(qū)域255，其促進(jìn)氧 物質(zhì)從界面區(qū)域853穿過該厚度的材料而擴(kuò)散至外部區(qū)域(固體之 外)。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、和替代。
在一種特定的實(shí)施方式中，所得的操作襯底具有用于進(jìn)行一個 或多個加工步驟的合適的特性。即，可對該操作襯底實(shí)施常規(guī)的半 導(dǎo)體加工4支術(shù)，包括vf旦不限于，本領(lǐng)i或普通4支術(shù)人員已知的光刻、 蝕刻、注入、熱退火、化學(xué)機(jī)械拋光、擴(kuò)散、沉積等等。根據(jù)一種具體實(shí)施方式
，在將材料的薄膜轉(zhuǎn)移至另 一襯底結(jié)構(gòu)上的過程中還 可選纟奪性;也移除#:作4于底。
參照圖9,才艮據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的方法在 連接至操作襯底的材料區(qū)域厚度的部分上進(jìn)行其他過程。該方法在 疊加于在操作襯底表面上的材料薄膜的一個或多個部分上形成了
一個或多個器件900。這些器件可包括集成半導(dǎo)體器件、光子和/或 光電器件(例如，光閥)、壓電器件、樣i電子沖幾械系統(tǒng)("MEMS")、 納米技術(shù)結(jié)構(gòu)、傳感器、制動器、太陽能電池、平板顯示器器件(例 如，LCD、 AMLCD)、生物學(xué)及生物醫(yī)學(xué)器件等。這些器件可以通 過4吏用沉積、蝕刻、注入、光刻掩蔽方法、它們中的4壬意組合等而 形成。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、和替代。另外，根據(jù)需 要，還可形成其j也的步l^。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，加工包4舌在半導(dǎo)體上形成傳統(tǒng)集成 電路的高溫半導(dǎo)體加工技術(shù)。該方法形成了疊加在該厚度的半導(dǎo)體 材泮+上的平坦化表面(planarized surface )區(qū)i或。在一種特定的實(shí)施 方式中，可使用一種或多種合適的技術(shù)來形成平坦化表面區(qū)域。這 樣的技術(shù)包括介電層的沉積，然后利用熱處理進(jìn)行回流。根據(jù)一種 特定的實(shí)施方式，平坦化表面區(qū)域還可利用化學(xué)^M成拋光過程形 成，該過禾呈包才舌適合的漿并牛、拋光墊(pad)、和方法(process )。 根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，還可利用這些技術(shù)以及其他技術(shù)的任意 組合來形成。平坦化表面區(qū)域優(yōu)選全部(end to end)具有約0.1% 至約5%的均勻度，且通過2孩i米原子力顯樣i掃描在2樣i米上測量 的粗升造度為約15埃RMS以內(nèi)。當(dāng)然，可以存在其他的變型、{,改、 和替代。
可選地，在一種特定的實(shí)施方式中，該方法還將加工獲得的操 作村底的平坦化表面區(qū)域連接至第二操作襯底的表面。根據(jù) 一種特 定的實(shí)施方式，在連接之前，對加工的該厚度的材料和第二才喿作襯底表面均施用清洗溶液才乘作襯底表面，從而清潔襯底表面區(qū)域。用 于清潔襯底和纟乘作表面的溶液的實(shí)例為過氧化氫和石克酸的混合物， 以及其他類似的溶液。用干燥器干燥半導(dǎo)體村底和操作表面，以從 村底表面除去任何殘留的液體和/或粒子。取決于所采用的特定層轉(zhuǎn) 移過程，在可選的等離子體活化過程之后，通過將清潔的襯底的表 面(例如，平坦化區(qū)域和才喿作村底的表面)方文置在一起，產(chǎn)生自粘 結(jié)。如果需要，這種等離子體活化過程可清潔和/或活化加工的襯底
的表面。例如，在20。C至40。C溫度下使用含氧或氮的等離子體來 進(jìn)行等離子體活化過程。優(yōu)選在由加利福尼亞州，圣何塞，Silicon Genesis Corporation制造的只又頻等離子體活4b系統(tǒng)中進(jìn)4亍該等離子 體活化過程。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、和替代，其已在 本文中以及本說明書之外進(jìn)行了描述。
之后，根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，將這些襯底(和加工的器件) 中的每一個粘結(jié)在一起。如圖所示，才喿作襯底已經(jīng)-故粘結(jié)至平坦化 表面區(qū)i或。優(yōu)選4吏用由Electronic Vision Group制造的EVG850粘 結(jié)設(shè)備或者針對諸如直徑200 nm或300 nm的較小襯底尺寸的晶片 的其他類似過程對襯底進(jìn)行粘結(jié)。還可使用其他類型的設(shè)備，諸如 由Karl Suss制造的那些。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、和替 代。優(yōu)選地，操作襯底和平坦化表面之間的粘結(jié)基本上是持久的， 且具有良好的可靠性。
因此，4艮據(jù)一種特定的實(shí)施方式，在粘結(jié)之后，對粘結(jié)的襯底 結(jié)構(gòu)實(shí)施烘烤處理。烘烤處理將粘結(jié)的襯底維持在預(yù)定的溫度下并 維持預(yù)定的時間。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，溫度范圍優(yōu)選為約200或250 攝氏度至約400攝氏度，且優(yōu)選為約350攝氏度，保持約l小時， 從而使平坦化村底區(qū)域和第二操作襯底彼此持久地連接。取決于具 體應(yīng)用，可以存在其他的變型、修改、和替代。在一種特定的實(shí)施方式中，可4吏用低溫?zé)岵襟E將襯底連4妄或熔 合在一起。通常，《氐溫?zé)崽幚砜纱_4呆注入粒子不會在材沖牛區(qū)域上產(chǎn) 生過多的應(yīng)力(其可產(chǎn)生不受控制的解理作用)。在一種特定的實(shí) 施方式中，通過自粘結(jié)過程而發(fā)生^f氐溫粘結(jié)過程。
可替代地，在村底的一個或兩個表面上布置粘合劑，其可將一 個襯底粘結(jié)至另一個襯底。在具體實(shí)施方式
中，該粘合劑包括環(huán)氧 樹脂、聚酰亞胺型材料等?？梢允褂眯坎Ａ訉⒁粋€襯底表面粘
結(jié)至另一個襯底的表面上。這些旋涂玻璃("SOG")材料尤其包括 通常與醇基溶劑等混合的硅氧烷或硅酸鹽。SOG可以是一種所希望 的材料，因?yàn)樵趯⑵涫┘又辆砻嬷蟪３Ｐ枰^低的溫度(例 如150至250°C )來固化SOG。
可替代地，可使用多種其他低溫技術(shù)來將襯底表面區(qū)域結(jié)合至 才喿作襯底。例如，可使用靜電結(jié)合才支術(shù)將兩個襯底結(jié)合在一起。具 體而言，使一個或兩個襯底表面帶電荷，以吸引另一襯底表面。另 外，可使用多種其他普遍已知的技術(shù)，將施主襯底表面與操作晶片 進(jìn)行熔合。當(dāng)然，所使用的技術(shù)取決于應(yīng)用。
盡管上文已經(jīng)對具體實(shí)施方式
進(jìn)行了全面描述，然而可以-使用 多種修改、可替換的構(gòu)造和等同替代。因此，不應(yīng)將上述描述和舉 例說明看作是對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍由 所附4又利要求來限定。通過本it明書特別是以下內(nèi)容，可找到關(guān)于 利用本發(fā)明而實(shí)施的實(shí)-驗(yàn)的更多細(xì)節(jié)。
實(shí)驗(yàn)
為證明本發(fā)明的原理和操作，我們進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn) ^又為舉例，而不應(yīng)對本文的4又利要求構(gòu)成不適當(dāng)?shù)南拗啤１绢I(lǐng)i或中 的普通技術(shù)人員應(yīng)明了多種變型、修改和替代。這些實(shí)施例已經(jīng)進(jìn)行并且證明了本發(fā)明的操作和方法。在本說明書全文尤其是以下內(nèi) 容中，可找到這些實(shí)-瞼的細(xì)節(jié)。
我們利用潔凈區(qū)氬氣退火的(100)取向的晶片來制備操作晶
片試樣。使用受控的解理過程將一薄層硅材料層轉(zhuǎn)移至操作襯底。
該薄層硅的是(100)取向單晶硅且進(jìn)行潔凈區(qū)氬氣退火并以45度 i走轉(zhuǎn)粘結(jié)，以在隨后的熱處理中消除J求化作用(spheroidization )。 使用等離子體活化結(jié)合將兩種材料連接在一起。氧化物的薄層在粘 結(jié)襯底的各個表面區(qū)域上。使用注入氫的硅襯底提供材料的薄層。 解理后，對解理表面進(jìn)行平滑處理，其可消除吸除位置(gettering site)、以及其他會捕獲氧物質(zhì)的缺陷。在約1200攝氏度下，在約1 小時的時間內(nèi)， <吏用氫物質(zhì)4吏粘結(jié)的和解理的襯底退火。才艮據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施方式，如將要示出的，界面區(qū)域的氧物質(zhì)凈皮除去以形成石圭 上石圭的粘結(jié)結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，可以存在其4也的變型、^修改、和一K戈。
圖10示出了等離子體-粘結(jié)至如此解理(as-cleaved) ( 100)膜 并且以45度粘結(jié)的(100 )硅襯底的界面層的TEM (透射電子顯微 鏡照片)。如此解理的膜厚度為約200納米。作為越過兩個硅內(nèi)表 面并具有約5.6nm厚度的連續(xù)層，SiOx層清晰可見。在這個實(shí)-驗(yàn)中， 我們將解理襯底進(jìn)行退火以減少和/或消除在粘結(jié)襯底區(qū)域之間的 界面的氧物質(zhì)。通過本實(shí)施例特別是以下內(nèi)容可找到關(guān)于此的更多 細(xì)節(jié)。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行高溫退火過程的相似 的解理力莫。如圖所示，在去除約90nm石圭膜的平滑過禾呈之后，大約 5.5納米的界面氧化物已被溶解，隨后在1200°C進(jìn)行原位氫退火1 小時。平滑過程使得表面不具有可能阻礙氧向表面或穿過表面擴(kuò)散 的吸除位置或捕獲位置。通過2^imx2(imAFM測量，解理或平滑的 膜具有約1.5埃以及更小的表面粗糙度。圖11中的TEM表明，界面氧化物已經(jīng)被完全清除，且晶體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為發(fā)生界面硅的固相外 延再生長。
為進(jìn)一步支持(support)從界面除去氧物質(zhì)，我們制備了用于 二次離子質(zhì)譜分析(通常稱為SIMS)試樣。如圖12和13中所示 (分別對應(yīng)于圖10和11)，我們利用二次離子質(zhì)i普(SIMS)來測 量氧濃度，其中氧濃度(原子/cm3)(縱軸)作為深度的函數(shù)已經(jīng) 沿4黃軸估文圖。圖12中的解理試樣示出了 2.1 E15cm-2的氧濃度，符 合乂=0.17的SiOx的化學(xué)計(jì)量，且圖13示出界面氧被完全消除。根 據(jù)一種特定的實(shí)施方式，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了本方法的操作。
在另一種可替代的實(shí)-驗(yàn)中，才艮據(jù)一種特定的實(shí)施方式，還i正實(shí) 了 ，保持粗糙解理表面(其進(jìn)行"如此解理(as cleaved )"或者進(jìn) 4亍Soitec， SA的稱為SmartCut方法的層專爭移方法而不進(jìn)4亍平滑或 者進(jìn)行Canon Inc.的稱為Eltran的方法)將氧物質(zhì)維持在襯底內(nèi)及 界面區(qū)域處。可替代地，界面區(qū)域可以完全不含氧物質(zhì)，^f旦是這種 氧物質(zhì)聚集在如此解理表面和/或粗糙化的表面上，其作為吸除位置 (gettering site )而起作用。圖14示出了在如此解理的4十底(200nm 潔凈區(qū)(100 )4于底上的200nm( 100 )45度旋轉(zhuǎn)CZ膜)上在1200°C 進(jìn)行1小時的氬氣退火過程，并示出了5.3 nm的界面層。TEM表 明，界面氧化物溶解過程由接近表面的缺陷層(defective layer )的 吸除作用(吸gettering action )終止。通過SIMS測量，該試才羊的近 表面氧濃度為7.1E15cm-2,相比而言，如此解理(未退火)試樣為 2.3E13cm—2,因此這支持了氧擴(kuò)散發(fā)生的情況，但是由于接近如此 解理表面的氧的吸除和堆積，使任何可測量的溶解停止。在一種特 定的實(shí)施方式中，可以〗吏用本方法在表面聚集氧物質(zhì)，隨后利用枳』 械移除或〗吏用氧化物蝕刻劑的選才奪性蝕刻過程來處理并除去氧物 質(zhì)。這種氧化物蝕刻劑選擇性地將聚集的氧物質(zhì)、其中的硅移除至清潔的單晶硅表面區(qū)域。當(dāng)然，可以存在其他的變型、修改、和替 代。
另外，根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，該過程可包括重復(fù)層轉(zhuǎn)移過 程以形成所得的多層襯底結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括大塊襯底。大塊村底包
:括可以是層轉(zhuǎn)移層的疊加層。疊加層(overlying layer )包4舌其上具 有加工的以及完成的器件結(jié)構(gòu)的層轉(zhuǎn)移的層。根據(jù)一種具體實(shí)施方
式，疊加層包括一個或多個層，其還可以是層轉(zhuǎn)移的、沉積的層、 或它們的任意組合。另外，才艮據(jù)一種特定的實(shí)施方式，熱處理可包 4舌單個和/或多重?zé)崽巎里，多重?zé)崽嶫里可以是相同或不同的。當(dāng)然， 可以存在其他的變型、修改、和替代。
盡管上文已經(jīng)對具體實(shí)施方式
進(jìn)行了詳盡描述，然而可以4吏用 多種1奮改、可替換的構(gòu)造和等同方式。因此，不應(yīng)將上述描述和i兌 明看作是對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附 權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于制造粘結(jié)襯底結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括提供轉(zhuǎn)移自與第二硅襯底連接的第一硅襯底的一厚度的單晶硅材料，所述第二硅襯底具有連接至來自所述厚度的單晶硅材料的第一表面區(qū)域的第二表面區(qū)域，以形成具有第一特性的界面區(qū)域，所述第一特性為在所述厚度的單晶硅材料和所述第二硅襯底之間包括硅氧化物材料；使所述界面區(qū)域經(jīng)受熱處理，從而導(dǎo)致所述界面區(qū)域從所述第一特性變?yōu)榈诙匦?，所述第二特性是不含有所述硅氧化物材料，而是在所述厚度的單晶硅材料與所述第二硅襯底之間設(shè)置有外延形成的硅材料；以及在熱處理過程中，保持所述界面區(qū)域不含有多個坑洞，以形成所述外延形成的硅材料，從而將所述厚度的單晶硅材料電耦合至所述第二硅襯底。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一硅襯底為第一硅 晶片而所述第二石圭4于底為第二石圭4于底。
3. 才艮據(jù)4又利要求1所述的方法，其中，所述一個或多個坑洞包括 多種氫物質(zhì)。
4. ^f艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，可通過具有第一速率特性 的擴(kuò)散過程來^是供所述一個或多個坑洞。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一個或多個坑洞包括 多種水物質(zhì)。
6. 4艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一個或多個Jt亢洞包括-多種氫氧化物物質(zhì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二特性為基本上不 含有氧的特性。
8. 才艮據(jù)4又利要求1所述的方法，其中，所述第二特性包括外延形 成的基本上為單晶硅的材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述熱處理包括在高于約 1000 氏度的溫度下將所述連4妾的厚度的單晶硅材^f"和所述 第二村底置于含氬氣的環(huán)境中。
10. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述熱處理包括在高于約 1000攝氏度的溫度下將所述連接的厚度的單晶硅材料和所述 第二襯底置于惰性氣體環(huán)境中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，具有所述第一特性的所述 界面區(qū)域包括小于IO納米的氧化物層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述熱處理導(dǎo)致來自所述 硅氧化物的一種或多種氧化物物質(zhì)/人所述界面區(qū)域擴(kuò)散。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述熱處理導(dǎo)致來自所述 石圭氧化物的一種或多種所述氧化物物質(zhì)/人所述界面區(qū)i或擴(kuò)散 至所述厚度的單晶硅材料和所述第二石圭襯底外部的區(qū)域。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述熱處理導(dǎo)致來自所述 硅氧化物的基本上所有的所述氧化物物質(zhì)從所述界面區(qū)域擴(kuò) 散以形成所述外延石圭材沖+。
15. 沖艮據(jù)4又利要求1所述的方法，其中，所述熱處理包括在高于約 1000攝氏度的溫度下將所述連接的厚度的單晶硅和所述第二 襯底置于氫氣環(huán)境中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述厚度的單晶硅 的解理表面上實(shí)施非接觸平滑過程。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述非接觸平滑過程包 ^括在熱處理之前進(jìn)^f于的氬氣退火過程和/或化學(xué)一A4成拋光過 程。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述非接觸平滑過程包 括外延平滑過程，所述外延平滑過程4吏用HC1氣體和H2氣體 物質(zhì)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述平滑過程在群集設(shè) 備的室中進(jìn)行。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述平滑過程包括在群 集設(shè)備的室中進(jìn)行的原位退火過程。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括形成疊加于所述厚 度的硅材料的解理表面的第二層，所述第二層包括外延形成的 含硅材料。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述第二層的形成是在 群集設(shè)備的室中進(jìn)行的。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述厚度的硅材料包括硅 鍺材料。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述厚度的硅材料是第一 取向的，而所述第二,圭^H"底是第二取向的。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述厚度的硅材料是第一 取向的，而所述第二硅襯底是第二取向的，所述厚度的硅材料 的特4正為 一個或多個應(yīng)變區(qū)i^戈。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二硅襯底為絕緣體 上硅襯底。
27. —種》圭上石圭^H"底結(jié)構(gòu)，所述^圭上石圭襯底結(jié)構(gòu)包括具有第 一表面區(qū)域的第 一石圭襯底；轉(zhuǎn)移疊加于所述第 一表面區(qū)域的 一厚度的單晶半導(dǎo)體材料層，所述厚度的單晶半導(dǎo)體材料具有確定的厚度，并且具有 面向所述第 一石圭襯底的所述第 一表面區(qū)域的第二表面區(qū)域；設(shè)置在所述第一表面區(qū)i或和所述第二表面區(qū)域之間的外 延形成的界面區(qū)i或；以及一至五個單原子層，表征所述外延形成的界面區(qū)域，從 而將所述第一硅村底電耦合至所述厚度的單晶半導(dǎo)體材料。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述外延形成的界面區(qū) 域基本上由單晶硅材料組成。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述單晶半導(dǎo)體材料基 本上包括單晶石圭。
30. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述單晶半導(dǎo)體材料基 本上包括第 一取向的單晶石圭。
31. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述單晶半導(dǎo)體材料基 本上包4舌第一取向的單晶石圭，所述第一取向選自(100)、(110)、或(111 )。
32. —種用于制造粘結(jié)襯底結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括提供轉(zhuǎn)移自與第二硅村底連接的第 一硅襯底的 一厚度的 單晶硅材料，所述第二硅襯底具有連接至來自所述厚度的單晶 硅材料的第 一表面區(qū)域的第二表面區(qū)域，以形成具有第 一特性 的界面區(qū)域，所述第 一特性為在所述厚度的單晶硅材料和所述 第二硅襯底之間包括硅氧化物材料；以及對所述界面區(qū)域進(jìn)4亍熱處理，導(dǎo)致所述界面區(qū)i或/人所述 第 一特性變?yōu)榈诙匦裕瑥亩鴮⑺龊穸鹊膯尉Ч璨牧想婑詈?至所述第二硅襯底，所述第二特性是不含有所述硅氧化物材 料，而是在所述厚度的單晶硅材料與所述第二硅村底之間設(shè)置 有外延形成的硅材料。
33. 才艮據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述第一硅襯底為第一 娃晶片而所述第二娃襯底為第二硅襯底。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述第二特性為基本上 不含有氧的特性。
35. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述第二特性包括外延 形成的基本上為單晶硅的材料。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述熱處理包括在高于約1000攝氏度的溫度下將所述連接的厚度的單晶硅材料和所 述第二襯底置于含氬氣的環(huán)境中。
37. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述熱處理包括在高于 約1000攝氏度的溫度下將所述連接的厚度的單晶硅材料和所 述第二襯底置于惰性氣體環(huán)境中。
38. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，具有所述第一特性的所 述界面區(qū)i或包4舌小于IO納米的氧化物層。
39. 根據(jù)4又利要求32所述的方法，其中，所述熱處理導(dǎo)致來自所 述石圭氧化物的一種或多種氧化物物質(zhì)/人所述界面區(qū)i或擴(kuò)散。
40. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述熱處理導(dǎo)致來自所 述石圭氧化物的一種或多種所述氧化物物質(zhì)乂人所述界面區(qū)i或擴(kuò) 散至所述厚度的單晶^圭材和所述第二石圭襯底外部的區(qū)域。
41. 才艮據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述熱處理導(dǎo)致來自所 述石圭氧化物的基本上所有的所述氧化物物質(zhì)從所述界面區(qū)域 擴(kuò)散，從而形成所述外延硅材料。
42. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述熱處理包括在高于 約1000攝氏度的溫度下將所述連接的厚度的單晶硅材料和所 述第二襯底置于氫氣環(huán)境中。
43. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括在所述厚度的單晶 硅的解理表面上實(shí)施非接觸平滑過程。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，所述非接觸平滑過程包 :括在熱處理之前進(jìn)4于的氬氣退火過程和/或化學(xué)枳4成4地光過 程。
45. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，所述非接觸平滑過程包 括外延平滑過程，所述外延平滑過程利用HC1氣體和H2氣體 物質(zhì)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，所述平滑過程在群集設(shè) 備的室中進(jìn)行。
47. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，所述平滑過程包括在群 集設(shè)備的室中進(jìn)行的原位退火過程。
48. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，進(jìn)一步包括形成疊加于所述厚 度的硅材料的解理表面的第二層，所述第二層包括外延形成的 含硅材料。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中，所述第二層的形成在群 集設(shè)備的室中進(jìn)行。
50. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述厚度的硅材料包括 硅鍺材料。
51. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述厚度的硅材料是第 一耳又向的，而所述第二石圭^)"底是第二取向的。
52. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述厚度的硅材料是第 一取向的，而所述第二石圭襯底是第二耳又向的，所述厚度的石圭材 泮牛的特;f正為 一個或多個應(yīng)變區(qū)域。
53. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述第二硅襯底為絕緣 體上硅襯底。
54. —種用于制造粘結(jié)襯底結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括耦合至第二硅襯底的硅襯底，所述第二硅襯底具有連接 至來自所述厚度的單晶石圭材料的第一表面區(qū)域的第二表面區(qū) 域，以形成具有第一特性的界面區(qū)域，所述界面區(qū)域包括在所 述厚度的單晶硅材料和所述第二硅襯底之間的硅氧化物材料，所述厚度的單晶硅包括具有多個捕獲位置的表面區(qū)域；對所述界面區(qū)域進(jìn)4亍熱處理，導(dǎo)致所述界面區(qū)域/人所述第 一特性變?yōu)榈诙匦?，從而將所述厚度的單晶硅材料電連接至 所述第二硅襯底，所述第二特性是不含有所述硅氧化物材料， 而是在所述厚度的單晶硅材料與所述第二硅襯底之間設(shè)置有 外延形成的硅材料，并導(dǎo)致所述硅氧化物材料的一部分轉(zhuǎn)移至 設(shè)置在所述表面區(qū)域上的一個或多個捕獲位置。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，進(jìn)一步包括至少通過選擇性蝕 刻過程和/或化學(xué)拋光過程來除去設(shè)置在所述表面區(qū)域上的所 述石圭氧化物材料的所述部分。
全文摘要
一種用于制備粘結(jié)的襯底結(jié)構(gòu)的方法，包括將第一硅襯底結(jié)合至第二硅襯底。形成具有第一特性的界面區(qū)域，其包括在單晶硅材料厚度和第二硅襯底之間的硅氧化物材料。該方法包括使界面區(qū)域進(jìn)行熱處理，以使界面區(qū)域由第一特性轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙匦浴Ｔ谔囟ǖ膶?shí)施方式中，第二特性是不含有硅氧化物材料，而是提供在單晶硅材料厚度和第二硅襯底之間的外延形成的硅材料。該方法包括在熱處理過程中保持界面區(qū)域不含有多個坑洞，以形成外延形成的硅材料，從而單晶硅材料厚度電連接至第二硅襯底。
文檔編號H01L21/00GK101410940SQ200780011045
公開日2009年4月15日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者哈里·羅伯特·柯克, 弗蘭喬斯·J·亨利, 戴維·雅西, 菲利普·詹姆斯·翁, 西恩·焦克·康, 詹姆斯·安德魯·沙利文 申請人:硅源公司