專(zhuān)利名稱(chēng)：用于轉(zhuǎn)移單晶硅薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種用于將單晶硅(具有較佳為小于10微米，或甚至小于大約一微米的厚度)的薄層轉(zhuǎn)移到聚合物層上的方法。本發(fā)明之方法能夠特別應(yīng)用于制作包含聚合物作為絕緣層的SOI (silicon-on-1nsulator,絕緣襯底上娃)型的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明之方法還旨在將一薄層的單晶硅轉(zhuǎn)移到基于聚合物的襯底上。文檔FR-2 681 472 (Bruel)描述了稱(chēng)為“Smart Cut ”的方法的基本原理。特別地，該文檔描述了用于在支撐上獲得單晶娃薄層以得到SOI (silicon-on-1nsulator)型襯底的方法。使用的標(biāo)準(zhǔn)方法包括三個(gè)連續(xù)的步驟。第一步驟是通過(guò)例如使用氫或氦的離子轟擊的注入步驟，在注入的襯底(有時(shí)稱(chēng)為供體襯底)的體積中創(chuàng)建埋入的脆化區(qū)，此埋入的脆化區(qū)從所述襯底的注入面定義注入材料的一個(gè)薄層。第二步驟是將此注入面與接收襯底緊密接觸。第三步驟是通過(guò)應(yīng)用能夠?qū)ψ⑷腚x子產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行合并的熱處理過(guò)程，在埋入的脆化區(qū)獲得所得結(jié)構(gòu)的分離(或斷裂)。接收襯底在實(shí)際上具有兩種功能。首先，在薄層的分離期間用作此薄層的加強(qiáng)件，以便防止通過(guò)缺陷的合并產(chǎn)生的氣泡的形成，并且在沿著與注入表面平行的一個(gè)平面促進(jìn)在埋入脆化區(qū)中形成空腔且因此導(dǎo)致分離。為此，此襯底至少在表面上，包括足以確保此加強(qiáng)作用的剛性之層。此外，它用作能夠?qū)崿F(xiàn)在該薄層分離之后應(yīng)用于該薄層的隨后步驟，特別地當(dāng)該薄層確定固定地接合到另一襯底來(lái)使用時(shí)的處理襯底。實(shí)際上，已經(jīng)看到，對(duì)于此薄層厚度在此薄層本身具有足夠的剛性以執(zhí)行該加強(qiáng)件作用的一閾值之上，不必要增添輔助加強(qiáng)件。此種情況下，能夠省去該接收襯底，或者它能夠僅作為一個(gè)處理襯底的目的而接
口 ο對(duì)于已注入的襯底通過(guò)其注入面接合到接收基板，可區(qū)分兩種技術(shù)，即直接結(jié)合與聚合物結(jié)合(也稱(chēng)為通過(guò)添加材料的結(jié)合或粘結(jié)結(jié)合)。直接結(jié)合，也稱(chēng)為分子結(jié)合，指定待結(jié)合的兩個(gè)表面的高平面度(planeity)與低粗糙度,而聚合物結(jié)合由于粘合層能夠補(bǔ)償每個(gè)待結(jié)合的表面上的一定發(fā)散的平面度或一定程度的粗糙度，因此降低這些平面度和粗糙度的約束條件。由于，通過(guò)應(yīng)用上述技術(shù)，取自所述供體襯底的該薄層最終由接收襯底承載，因此，按照將該薄層轉(zhuǎn)移到接收襯底(無(wú)論是否其為最終的襯底)的操作典型陳述。在通過(guò)聚合物作為粘合層使用的所提供的主要優(yōu)點(diǎn)中，我們可列舉出以下:.如果具有結(jié)合步驟，在結(jié)合步驟期間，簡(jiǎn)化待執(zhí)行的表面處理操作，.結(jié)合步驟的成本低，.只要達(dá)到低溫度，附著力強(qiáng)，.通過(guò)聚合物的特殊處理，分解能力高(即分離能力)?？梢赃M(jìn)一步理解的是，接收襯底中該聚合物的厚度越大，這種機(jī)械襯底的機(jī)械撓性(mechanical flexibility)更高。實(shí)際上,粘合劑形成的聚合物層,其本身提供了接收襯底的底層部分和該薄層之間的機(jī)械適應(yīng)性，這可特別有助于補(bǔ)償例如從該底層部分和薄層之間的熱膨脹系數(shù)可能的差異造成的限制。
背景技術(shù)：
各種材料通過(guò)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)聚合物層的“Smart Cut ”方法，已經(jīng)進(jìn)行過(guò)轉(zhuǎn)移操作。因此，在光學(xué)材料(OpticalMaterials) 30 卷(2009 年)1054-1058 頁(yè)中 Poberaj等人所著“有源光子器件的離子片鈮酸鋰薄膜”(還參見(jiàn)W02008/098404)的以下文檔中描述，在光學(xué)領(lǐng)域中，通過(guò)苯并環(huán)丁烯(BCB)制造的粘合劑層，在供體與接收襯底的聚合物結(jié)合之后鈮酸鋰的薄層轉(zhuǎn)移到鈮酸鋰襯底。陳述到，接收襯底具有與轉(zhuǎn)移的薄膜相同或類(lèi)似的熱膨脹系數(shù)是重要的。還解釋到，使用一薄層的粘合劑聚合物，具有呈現(xiàn)出待結(jié)合表面的平面度、粗糙度以及清潔度更少限制的優(yōu)點(diǎn)。在描述的實(shí)例中，如此得到一個(gè)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)由鈮酸鋰襯底與覆蓋有鉻(50nm厚)的電極形成細(xì)密層、厚度為I微米至2.5微米的一個(gè)BCB層、以及厚度為670nm的一鈮酸鋰薄層。此外，在應(yīng)用物理快報(bào)(AppliedPhysics Letters)90 卷,052114(2007 年)中，Chen等人的文章，“通過(guò)粘接晶片結(jié)合和離子切割過(guò)程的磷化銦層的雙翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移”中，描述了利用由Microchem SU-85樹(shù)脂形成的一粘合層結(jié)合之后，InP層轉(zhuǎn)移到玻璃襯底,其中該樹(shù)脂是由在襯底放在一起之后通過(guò)紫外線照射形成為網(wǎng)狀。在描述的實(shí)例中，我們由此獲得由樹(shù)脂層(2.6微米厚)和一個(gè)薄InP層(500nm厚)覆蓋頂部的玻璃襯底形成的結(jié)構(gòu)。我們也可列舉出在應(yīng)用物理快報(bào)(Applied Physics Letters) 94卷，261107 (2009年)中，Ho等人的文章“可撓性聚酰亞胺上鍺探測(cè)器”，該文章描述到在利用粘合劑層結(jié)合之后鍺(Ge)轉(zhuǎn)移到聚酰亞胺。這里，可記得干膜形式的一個(gè)最好的聚酰亞胺為Kap丨on%在描述的實(shí)例中，因此暫時(shí)地獲得一個(gè)結(jié)構(gòu):包括聚酰亞胺襯底，因此為撓性襯底，覆蓋有承載一薄層鍺(1.6微米厚)的感光性樹(shù)脂SU-82100之層。上述出版物涉及到與硅均不同的各種材料是沒(méi)有價(jià)值的?，F(xiàn)在，似乎在通過(guò)聚合物結(jié)合之后轉(zhuǎn)移薄硅層提出了仍然不明的特殊的困難。因此，在ECS Transactions-卷 3，第 6 期(2006 年)，第 67-73 頁(yè)中，Holl 等人的文章“薄膜硅層轉(zhuǎn)移的制造技術(shù)”論述，在直接結(jié)合之后或利用聚合物層結(jié)合之后硅薄層的轉(zhuǎn)移。提到能夠用作加強(qiáng)件的不同類(lèi)型的接收襯底，即熔融二氧化硅、石英以及硅。在關(guān)于如此轉(zhuǎn)移的結(jié)果中表明，在氫注入360nm的深度之后，通過(guò)在硅供體襯底上TEOS (原硅酸四乙酯)的氣相淀積(VPD)，3至4微米的SiO2層(以下稱(chēng)為SiO2-TEOS)沉積為一加強(qiáng)件。它是介于此加強(qiáng)件形成的氧化物層和該聚合物層設(shè)計(jì)的接收襯底之間。文中陳述到，當(dāng)該硅薄層沒(méi)有通過(guò)此氧化物層強(qiáng)化時(shí)，該膜層在分離期間不能夠其完整性。此文檔補(bǔ)充到，在試驗(yàn)中，通過(guò)使用高溫的聚合物作為粘合劑，通過(guò)注入之后分離以形成薄層是可能的。然而，該文檔如此援引的，即在電子材料期刊，第30卷，第7期，2001年，841-844頁(yè)，Collinge等人的文章“使用晶片結(jié)合和剝分離的硅層轉(zhuǎn)移”，以及文檔W02004/0102020 (Roberds等)，確認(rèn)用以解釋該聚合物極其柔軟且其在分離步驟期間能夠滑移而產(chǎn)生氣泡中，沿著待轉(zhuǎn)移的該薄層的SiO2TEOS厚層的必要性。該2001年的文章提到所述聚合物層的400至750納米nm的厚度，與I至4微米厚的SiO2 TEOS以及厚度為360nm的硅相結(jié)合。在不同的情形中，文檔FR-2 925 221 (Di Cioccio)例如解釋?zhuān)粋€(gè)雙轉(zhuǎn)移(從供體襯底到接收襯底且然后到最終襯底)不能夠使用柔性襯底進(jìn)行，因此它們要么太軟且在通過(guò)注入產(chǎn)生的埋入脆化區(qū)的空腔熟化的步驟期間變形，或者它們是熱變形或熱劣化，并且不能承受斷裂法所施加的溫度，因此，不再保留必需的剛性。該文檔教導(dǎo)(指引)在紫外線照射應(yīng)用于表面條件下處理之后，供體襯底的一個(gè)面與硅酮型聚合物的一個(gè)面之間的結(jié)合，其效果在于將該聚合物層轉(zhuǎn)換為10微米至20微米級(jí)別的大厚度硬質(zhì)氧化物。直接位于聚合物襯底(特別地為具有100微米級(jí)別厚度的可撓性“ Kapton ”支撐)上的薄膜，特別是硅的轉(zhuǎn)移在文檔FR-2 748 851中有提及，但是在“Smart Cut ”的技術(shù)的版本中，注入層層次的斷裂通過(guò)應(yīng)用另外的機(jī)械力或來(lái)自外部的力獲得。沒(méi)有另外的層作為該聚合物襯底的一個(gè)補(bǔ)充，但必須指出由于根據(jù)該技術(shù)的斷裂意味著熱處理比專(zhuān)用熱源的斷裂情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)更小，因此，氣孔現(xiàn)象遠(yuǎn)遠(yuǎn)更小使以使得不需要加強(qiáng)件的存在。總結(jié)上述文件，可以得出結(jié)論，雖然當(dāng)供體襯底由鍺、鈮酸鋰或磷化銦制造且利用聚合物層結(jié)合到接收襯底時(shí)，通過(guò)實(shí)質(zhì)的熱處理能夠獲得注入的供體襯底內(nèi)的斷裂，但是，對(duì)于由硅形成的供體襯底并非如此，對(duì)于由硅形成的供體襯底存在沿著該未來(lái)薄層的用作加強(qiáng)件的中間層似乎是勢(shì)在必行?？梢岳斫獾氖牵?dāng)沿著薄硅層沒(méi)有加強(qiáng)件時(shí)引起該層碎裂的氣孔現(xiàn)象，由于該薄層的厚度較小而總是較大。現(xiàn)在，目前的趨勢(shì)是朝著使用越來(lái)越細(xì)的硅層，該硅層的厚度現(xiàn)在通常小于10微米或甚至小于5微米或甚至小于I微米或甚至小于500nm。因此，看來(lái)當(dāng)尋求具有鄰近通過(guò)其執(zhí)行注入的該薄層表面的聚合物層的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)實(shí)質(zhì)的熱斷裂處理，通過(guò)沿著小于10微米厚的單晶硅薄層的注入層的斷裂以獲得該轉(zhuǎn)移似乎目前是不可能實(shí)現(xiàn)。然而，該需求很大，尤其是對(duì)于要求低成本方法(不允許進(jìn)行直接結(jié)合)的光電應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)法克服這里上面所列的明顯的不可能性且提出一種斷裂方法，該方法通過(guò)注入和通過(guò)本質(zhì)上熱處理具有小于10微米(或甚至5微米或甚至I微米)厚度的單晶硅薄層直接粘附于聚合物層實(shí)現(xiàn)。為此，本發(fā)明提出了一種源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其中該供體襯底自一個(gè)自由面具有的厚度大于待轉(zhuǎn)移的該薄層的厚度，該轉(zhuǎn)移方法包括:通過(guò)該自由面注入給定種類(lèi)的離子，以便在該單晶硅中形成一埋入的脆化層，利用聚合物層，供體襯底通過(guò)該自由面結(jié)合到接收襯底，以及通過(guò)本質(zhì)上的熱斷裂處理，源自供體襯底的該薄層的斷裂在埋入的脆化層促成，其特征在于:注入條件為使得此薄層的該厚度小于10微米，以及聚合物層的該厚度位于一個(gè)臨界閾值之下，該臨界閾值至多為500納米且至多為該未來(lái)薄層的該厚度，并且臨界閾值定義為注入的該能量及劑量的函數(shù)。因此，本發(fā)明的方法包括三個(gè)主要步驟，S卩，離子注入，放置在聚合物上以接觸以及斷裂，該聚合物層的厚度足夠細(xì)薄，以給出注入條件(決定注入深度的能量，以及確定在脆化層產(chǎn)生的空腔密度的劑量)，由于加強(qiáng)件關(guān)于該埋入脆化層相對(duì)該薄層存在，因此通過(guò)此聚合物層提供加強(qiáng)該薄層的效果。出現(xiàn)的情況為，在導(dǎo)致薄層具有小于10微米或甚至小于5微米或甚至小于I微米的厚度的所有注入條件中，最重要的是，不能夠被超過(guò)的該厚度的閾值低于結(jié)合層的典型厚度。事實(shí)上，上述有關(guān)LiNb03或InP的文檔提及結(jié)合層超過(guò)I微米厚(通常為2微米或甚至更多，這是由生產(chǎn)商推薦的用于實(shí)現(xiàn)所用的聚合物的標(biāo)準(zhǔn)厚度)。在上述關(guān)于鍺的情況下，必須指出的是沒(méi)有剛性支撐。至于在這里評(píng)論的上述關(guān)于硅的文檔，它們提到厚度為400至750納米的聚合物與幾微米的氧化物SiO2TEOS層相結(jié)合，其中SiO2TEOS層位于該聚合物與待分離的該薄膜之間(作為該聚合物之表面上的氧化物層的補(bǔ)充)。值得注意的是，實(shí)際上，粘結(jié)材料例如BCB所提供的形式以使得它們?cè)诖Y(jié)合的表面上的分布在超過(guò)I微米的厚度上自然完成。通常，僅通過(guò)考慮稀釋這種材料，可容易地減小該厚度。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員傾向于認(rèn)為通過(guò)粘合劑結(jié)合特別有效，因?yàn)檎澈蟿┚鶆虻胤植?即，它到處存在)，由于該粘合劑的厚度大，這樣的結(jié)果更容易獲得。因此，這與本領(lǐng)域的技術(shù)人員的固有傾向相反，本領(lǐng)域的技術(shù)人員的固有傾向認(rèn)為減少粘結(jié)層的厚度，直到它低于500nm以下的閾值，并且原則上低于在待分離的該薄層的厚度之下的一個(gè)閾值。此外，面臨使用實(shí)現(xiàn)的聚合物獲得令人滿意的加強(qiáng)效果的困難，值得注意的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員的固有傾向認(rèn)為可能在對(duì)聚合物提高剛性的情況下，通過(guò)增加所討論的聚合物的厚度獲得一個(gè)更好的加強(qiáng)效果。然而，這種固有傾向與本發(fā)明所教授的方法相反。供體襯底可通過(guò)它的結(jié)合表面下的該聚合物，通過(guò)除單晶硅以外的材料，例如熱氧化物或本質(zhì)氧化物組成至接收襯底。該表面層可具有特別是在該注入步驟期間保護(hù)供體襯底的作用。該層應(yīng)具有幾十納米的最小厚度，很顯然其自身不足以促成一個(gè)顯著的強(qiáng)化效果。使得注入條件與該聚合物層厚度的最大閾值相關(guān)聯(lián)的一種方式為該閾值與僅在純熱斷裂之前，通過(guò)注入與熱處理產(chǎn)生的空腔的平均尺寸相關(guān)聯(lián)。因此，有利地，該聚合物層厚度的最大閾值相對(duì)于與該自由面平行的，在注入該注入能量及該劑量的注入之后在供體襯底中觀察到的這些氣泡的平均尺寸的比例為1:15。通常，對(duì)于這樣的厚度，可能選擇小于該平均橫向尺寸20倍數(shù)量級(jí)的數(shù)值。 該注入能夠使用多種離子種類(lèi)執(zhí)行，特別是(但不一定)氣態(tài)類(lèi)型。氫注入的情況下很好掌握。因此，有利地，該注入使用至多70keV的注入能量的氫離子執(zhí)行。類(lèi)似地，有利的是，使用劑量為3.1O16HVcm2及1.5.1O17HVcm2的氫離子執(zhí)行該注入。能夠執(zhí)行氫(劑量范圍為2.1O16HVcm2至1017H+/cm2)和硼(劑量范圍為某些數(shù)值的IO1Vcm2至5.1O1Vcm2)的共同注入，用以降低斷裂溫度。還能夠設(shè)想氫和氦的共同注入，每一種類(lèi)的劑量范圍從2.1O1Vcm2至IO1Vcm2,較佳為從2至5.1016/cm2。能夠使用不同類(lèi)型的聚合物，玻璃狀或橡膠狀，熱固性或熱塑性等。有利地，該聚合物層由苯并環(huán)丁烯或BCB (或基于BCB的產(chǎn)品，例如二乙烯基硅氧烷-雙-苯并環(huán)丁烯，或 DVS-bis-BCB)制成。本發(fā)明的方法與斷裂的溫度相一致，該溫度當(dāng)與聚合物的溫度范圍比較時(shí)能夠是高的。因此，該熱斷裂處理能夠例如在溫度至少為275°C，或甚至320°C，或甚至350°C下執(zhí)行。接收襯底能夠?yàn)榭梢晕粗付ǖ囊r底。然而，有利的是，它本身為基于聚合物。因此，有利地，該接收襯底包括一個(gè)由聚合物襯底承載的加強(qiáng)件形成層。有利的是，該加強(qiáng)件形成層由硅氧化物或氮化物形成為具有通常為2至10微米的厚度范圍。該聚合物襯底可為與聚合物層的材料不相同的材料。該材料有利的是聚酰亞胺，例如“Kapton ” β
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合所附之圖式，通過(guò)非窮舉的示例性實(shí)例將在以下的說(shuō)明中顯露。其中圖式部分:

圖1為在注入過(guò)程中供體襯底之示意圖，圖2為該襯底在通過(guò)聚合物結(jié)合到接收襯底之示意圖，圖3為在通過(guò)熱斷裂轉(zhuǎn)移薄層之后該襯底之示意圖，圖4為與圖1類(lèi)似之示意圖，圖5為類(lèi)似于圖2之示意圖，所述接收襯底基于聚合物，以及圖6為轉(zhuǎn)移到所述基于聚合物接收襯底的，得到的該薄層之示意圖。由圖1至圖3可以看出，本發(fā)明的方法主要包括三個(gè)步驟。第一步驟(參見(jiàn)圖1)為在稱(chēng)為供體襯底的單晶硅的初始襯底I中，注入給定種類(lèi)的離子，較佳為氣態(tài)種類(lèi)例如氫或氦，其中該薄層將自該供體襯底取得。此供體襯底這里為大塊襯底。作為一種變型，它由僅在相距該注入面給定厚度上的單晶硅制成，其中該厚度大于注入深度。在另一種變型中，該襯底可包括該表面上的由硅以外的材料制成的非常細(xì)微的表面層，例如為2至100納米的氧化物。作為此注入的結(jié)果，一個(gè)脆化區(qū)2在該容積中創(chuàng)建，相對(duì)于該襯底的注入面IA定義一個(gè)注入材料的薄層3。注入的條件有利的是使得注入深度將未來(lái)薄層的厚度確定為小于10微米，或甚至小于I微米或甚至750納米(nm)或甚至500納米。第二步驟(參見(jiàn)圖2)為利用在所述注入襯底與稱(chēng)作接收襯底的任何未指定的性質(zhì)的襯底4之間，具有一定厚度的聚合物層5以將這兩個(gè)襯底相結(jié)合。由待取得的薄層、聚合物層5、以及襯底4構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)必須具有加強(qiáng)材的作用，即它必須在與注入表面相平行的平面中，促進(jìn)通過(guò)該注入產(chǎn)生的空腔的發(fā)展，并且因此能夠使得該襯底上的該薄層有效地轉(zhuǎn)移。如果至少50%且較佳至少80%或98%的薄層表面轉(zhuǎn)移到襯底4，則認(rèn)為薄層的轉(zhuǎn)移有效。為了實(shí)現(xiàn)該加強(qiáng)功能，襯底4必須包括硬質(zhì)材料，至少在與聚合物層5直接接觸的表面上必須包括硬質(zhì)材料。如果一種材料在25°C下的楊氏模量大于IOGPa且較佳大于50GPa或lOOGPa，則認(rèn)為是硬質(zhì)。襯底4可例如是該硬質(zhì)材料的大塊襯底或不同的硬質(zhì)材料層的堆疊。在大塊襯底的情況下，將具有至少大于10微米(ym)且較佳優(yōu)選大于20微米、30微米、50微米、100微米或200微米的厚度。該材料例如為硅。襯底4還可能是一個(gè)或多個(gè)硬質(zhì)材料(相同的或不同的)層與一個(gè)或多個(gè)聚合物(相同的或不同的)層的堆疊，硬質(zhì)材料層與聚合物層5直接接觸，這整個(gè)堆疊具有足夠的剛性以獲得一個(gè)有效的轉(zhuǎn)移。在本實(shí)施例中，襯底4通過(guò)大塊層獲得。其進(jìn)一步的特征在于:.聚合物層的厚度小于為小于500nm的一個(gè)臨界厚度， 待分離的該層(可能覆蓋有幾納米的一細(xì)薄氧化層)直接與該聚合物層相接觸。第三步驟(參 加圖3)為在作用本質(zhì)上的熱處理中在該脆化區(qū)獲得該結(jié)構(gòu)的斷裂。因此，獲得與襯底4固定相結(jié)合的薄層3以及由I’表示的該供體襯底剩余物。事實(shí)上，已經(jīng)觀察到這種斷裂具有的特定特征在于，該聚合物部分或全部地進(jìn)行壓縮儀型壓縮(該術(shù)語(yǔ)是在這個(gè)意義上由Gacoin等人的文章“機(jī)械限制在接觸點(diǎn)的薄膜的機(jī)械性能的測(cè)量”中討論，(2006年))。本發(fā)明之一方面在于偵測(cè)在供體襯底與接收襯底之間存在的該聚合物層的臨界厚度，其中該聚合物層直接與供體襯底相接觸:.如果該聚合物層的厚度大于該聚合物的一確定的臨界厚度，則不可能執(zhí)行一有品質(zhì)的轉(zhuǎn)移(觀察到氣孔現(xiàn)象)，.如果該聚合物層的厚度小于該聚合物的一確定的臨界厚度，則可能執(zhí)行該轉(zhuǎn)移。根據(jù)作用于該注入與該斷裂之間的此供體襯底的處理?xiàng)l件的不同參數(shù)，能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定該聚合物層的厚度的最大閾值。已經(jīng)觀察到，對(duì)于具有最大等于10微米(尤其在小于I微米的厚度的情況下)的硅薄層，該閾值實(shí)際上小于500納米且通常小于400納米或300納米。此外，它通常小于待轉(zhuǎn)移的該薄層的厚度。確定該閾值的一個(gè)方式可為基于埋入的脆化層中形成的缺陷特性的運(yùn)算。在這里回顧，當(dāng)晶片被注入而著眼于隨后分離一薄層時(shí)，氣孔(氣泡)能夠在這些注入的晶片的熱處理期間產(chǎn)生。如果沒(méi)有垂直于注入?yún)^(qū)的加強(qiáng)件，則這些氣泡能夠在厚度上發(fā)展。這些氣泡具有的橫向尺寸(在平行于該注入面的平面)大于它們的第三維(垂直于該平面的厚度)，例如一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)。舉例而言，氣泡的該橫向尺寸為根據(jù)最小二乘法，最小化與該注入面平行的相同平面內(nèi)圓的周長(zhǎng)與該氣泡的正交投影之間的誤差的該圓的直徑。這些氣泡的尺寸根據(jù)注入?yún)?shù)，主要為能量(這決定了注入深度)與劑量(其確定產(chǎn)生的缺陷的尺寸和密度)變化，事實(shí)上這些尺寸也根據(jù)注入的種類(lèi)的功能而變化。聚合物層厚度的最大閾值的一個(gè)近似值為規(guī)定聚合物的臨界厚度對(duì)這些氣泡的平均橫向尺寸的比例為1:15(即，聚合物層的厚度選擇為至少比通過(guò)注入產(chǎn)生的氣泡的橫向尺寸小15倍)。例如，這個(gè)比例是1:20的量級(jí)。這種比值看作對(duì)注入的參數(shù)的幾種組合所獲得的結(jié)果的精確表示。以下將描述，在獲得熱轉(zhuǎn)移中對(duì)于厚度低于10微米(特別是在I微米的范圍內(nèi))的薄層不起氣泡，來(lái)確定不能超過(guò)的邊界線(臨界)聚合物厚度的方法:使用注入的硅晶片，沒(méi)有加強(qiáng)件附加于它們的表面。使用與在薄層3的轉(zhuǎn)移期間但不具有襯底4相同的注入條件(種類(lèi)的性質(zhì)、單一或多個(gè)注入、離子注入的能量和劑量)與相同的熱處理操作(溫度、RTP、斜率(ramping)等。
從由此得到的氣泡的橫向尺寸的測(cè)量中，該聚合物的臨界厚度通過(guò)對(duì)氣泡的該平均橫向尺寸應(yīng)用1:20級(jí)別的比例確定(因此聚合物層的邊界線厚度大約比通過(guò)注入形成的該脆化區(qū)中氣泡的平均橫向尺寸小20倍)。這些氣泡的平均橫向尺寸是為氣泡測(cè)量的橫向尺寸的平均值。上述的方法能夠根據(jù)各種各樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。用語(yǔ)“聚合物層”理解為是指任何類(lèi)型的聚合物:在該方法的不同步驟期間，無(wú)論是液體或固體、玻璃狀的、結(jié)晶的或橡膠狀的；在該方法之前、期間或之后無(wú)論是否成形(干燥、聚合、網(wǎng)狀)，
無(wú)論它采取液體、粘彈性或固體形式。用于結(jié)合注入的供體襯底、聚合物層以及用作支撐的所述接收襯底的該步驟不一定在精確的順序下進(jìn)行。因此，可能:.在單一的步驟中固定地結(jié)合該注入襯底、該聚合物層以及該接收襯底；.首先固定地結(jié)合注入的襯底與聚合物層，以及然后將該單元結(jié)合到接收襯底；.固定第結(jié)合接收襯底與聚合物層，并且然后將該單元結(jié)合到注入的襯底；.固定地結(jié)合注入的襯底與一個(gè)聚合物層，以及然后接收襯底與另一聚合物層(可能具有不同的性質(zhì))，以及然后結(jié)合所面對(duì)的聚合物層。
·
該聚合物層能夠采取包含不同聚合物的堆疊的組合層的形式?？梢岳斫獾氖?，該聚合物的邊界線厚度概念這里受到關(guān)注是因?yàn)榧拥捷o助加強(qiáng)件厚度的注入深度比足以產(chǎn)生自支撐膜(當(dāng)膜不需要另外的加強(qiáng)件能夠分離時(shí)稱(chēng)為自支撐膜)的厚度更小。對(duì)于硅膜，這個(gè)閾值獲得厚度為15微米至20微米的數(shù)量級(jí)。執(zhí)行試驗(yàn)以說(shuō)明提出的該方法的可行性。不同聚合物厚度的DVS-bis-BCB (即，二乙烯基硅氧烷雙苯并環(huán)丁烯，簡(jiǎn)稱(chēng)為BCB)應(yīng)用于單晶硅襯底。明顯地，對(duì)于小的聚合物厚度，硅轉(zhuǎn)移到聚合物上能夠有效地實(shí)現(xiàn)。然而，對(duì)于大于臨界厚度的聚合物的厚度，聚合物的厚度越大，轉(zhuǎn)移區(qū)域的表面百分比越小。因此聚合物的邊界線厚度的概念清楚地界定。在第一實(shí)例中，使用氫(27KeV，4.1O16H+CnT2)和硼(80KeV，1015cm_2)注入硅晶片?？梢呀?jīng)選擇其它的注入條件，例如單獨(dú)的氫(27KeV，8.1O16HW2)注入。具有不同厚度的BCB層沉積在該晶片上從而注入。這些層的厚度在下表中給出。
權(quán)利要求
1.一種源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其中所述供體襯底(1、11)自一個(gè)自由面具有的至少一個(gè)厚度大于待轉(zhuǎn)移的所述薄層(3、13)的厚度，該轉(zhuǎn)移方法包括: -通過(guò)該自由面注入至少一個(gè)給定種類(lèi)的離子，以便在所述單晶硅中形成一埋入的脆化層(2、12)， -利用聚合物層(5、15)，所述供體襯底通過(guò)所述自由面結(jié)合到接收襯底(4、14)，以及 -通過(guò)本質(zhì)上的熱斷裂處理，源自所述供體襯底的該薄層的斷裂在所述埋入的脆化層(2、12)促成， 其特征在于: -注入條件為使得所述薄層(3、13)的該厚度小于10微米，以及 -所述聚合物層(5、15)的該厚度位于一個(gè)臨界閾值之下，該臨界閾值定義為注入的該能量及劑量的函數(shù)，該臨界閾值小于或等于以下兩個(gè)數(shù)量的該最小的值: 500納米，以及 該未來(lái)薄層的該厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，所述聚合物層的該厚度的該臨界閾值相比較于在使用注入的所述能量及所述劑量注入之后，并且在該相同熱斷裂處理之后但是沒(méi)有該加強(qiáng)件的情況下，相同供體襯底中觀察到的所述氣泡的平行于所述自由面的該平均尺寸小15倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的 源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，該注入使用至多70keV的注入能量使用氫離子執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，該注入使用2.1O16HVcm2到6.1O16HVcm2的劑量的氫離子執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，該聚合物層由苯并環(huán)丁烯或BCB制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，該熱斷裂處理在至少300° C的溫度下執(zhí)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，所述接收襯底包括通過(guò)聚合物襯底(14)承載的形成為加強(qiáng)件的剛性膜(16) ο
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，該剛性膜(16)通過(guò)硅氧化物或氮化物形成為2至10微米的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，該聚合物襯底由與該聚合物層不相同的材料制造。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任何一項(xiàng)所述的源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，該聚合物襯底由聚酰亞胺制造。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種源自單晶硅制成的供體襯底(1)的單晶硅薄層(3)的轉(zhuǎn)移方法，此種轉(zhuǎn)移方法包括注入條件為使得薄層(3)的厚度小于10微米；以及用于將此薄層粘合到接收襯底的聚合物層(5)的厚度位于一個(gè)臨界閾值之下，此臨界閾值定義為注入的能量及劑量的函數(shù)，臨界閾值小于或等于以下兩個(gè)數(shù)量的最小的值500納米，以及此未來(lái)薄層的厚度。
文檔編號(hào)H01L21/762GK103098196SQ201180030915
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者馬極米·阿爾顧德, 修伯特·莫里西歐, 克里思汀·佛里特格尼 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能源和替代能源委員會(huì), 法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心