在3d集成處理中轉(zhuǎn)移材料層的方法以及相關(guān)結(jié)構(gòu)和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了將半導(dǎo)體材料層從第一施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟：在第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)形成由其中的植入的離子限定的大致平坦的弱化區(qū)。植入的離子的濃度和植入的離子的元素成分的至少一方可以形成為在整個大致平坦的弱化區(qū)上橫向地變化。第一施主結(jié)構(gòu)可以接合至第二結(jié)構(gòu)，并且第一施主結(jié)構(gòu)沿著大致平坦的弱化區(qū)可以斷裂，保留所述半導(dǎo)體材料層接合至第二結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^在轉(zhuǎn)移的半導(dǎo)體材料層上形成有源器件結(jié)構(gòu)來制造半導(dǎo)體器件。利用描述的方法制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
【專利說明】在3D集成處理中轉(zhuǎn)移材料層的方法以及相關(guān)結(jié)構(gòu)和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體器件制造中采用的三維(3D)集成處理中將材料從施主(donor)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至受主(recipient)結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]兩個或更多個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的三維(3D)集成在微電子應(yīng)用中可產(chǎn)生多個優(yōu)點。例如，微電子組件的3D集成可得到改進(jìn)的電氣性能和功耗，同時減小器件封裝的面積。例如參見 P.Garrou 等人的 “The Handbook of3D Integration, ” Wiley VCH(2008)。通過將半導(dǎo)體裸晶附著至一個或多個附加半導(dǎo)體晶片(即，裸晶與裸晶(D2D))、將半導(dǎo)體裸晶附著至一個或多個半導(dǎo)體晶圓(即，裸晶與晶圓(D2W))以及將半導(dǎo)體晶圓附著至一個或多個附加半導(dǎo)體晶圓(即，晶圓與晶圓(W2W))或它們的組合，可以進(jìn)行半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的3D集成。
[0003]在本領(lǐng)域中被稱為SMART-CUT?處理的處理用于單片3D集成處理中。SMART-CUT?處理例如在以下有所描述:授予fcuel的美國專利N0.RE39, 484 (2007年2月6日發(fā)布)、授予Aspar等人的美國專利N0.6，303，468 (2001年10月16日發(fā)布)、授予Aspar等人的美國專利N0.6，335，258 (2002年I月I日發(fā)布)、授予Moriceau等人的美國專利N0.6，756，286 (2004年6月29日發(fā)布)、授予Aspar等人的美國專利N0.6，809，044(2004年10月26日發(fā)布)和授予Aspar等人的美國專利N0.6，946，365 (2005年9月20日發(fā)布)。
[0004]簡單地說，SMART-CUT?處理涉及沿著離子植入面將多個離子(例如，氫離子、氦離子或惰性氣體離子的一種或者更多種)植入到施主結(jié)構(gòu)內(nèi)。沿著離子植入面植入的離子限定了施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的弱化面，施主結(jié)構(gòu)隨后沿著該弱化面裂開或斷裂。如本領(lǐng)域已知的，離子植入施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的深度至少部分地隨離子植入施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的能量而變化。一般來說，低能量植入的離子將以相對較淺的深度植入，而高能量植入的離子將以相對較深的深度植入。
[0005]施主結(jié)構(gòu)接合至另一受主結(jié)構(gòu)，然后施主結(jié)構(gòu)沿著離子植入面裂開或斷裂。例如，可以加熱接合的施主結(jié)構(gòu)和受主結(jié)構(gòu)，以使得施主結(jié)構(gòu)沿著離子植入面裂開或斷裂?？蛇x地，可以向施主結(jié)構(gòu)施加機(jī)械力以幫助施主結(jié)構(gòu)沿著離子植入面裂開。在施主結(jié)構(gòu)沿著離子植入面裂開或斷裂之后，施主結(jié)構(gòu)的一部分保持接合至受主結(jié)構(gòu)。施主結(jié)構(gòu)的其余部分可以在進(jìn)一步的SMART-CUT?處理中再使用，以將施主結(jié)構(gòu)的附加部分轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)。
[0006]在斷裂處理之后，施主結(jié)構(gòu)的斷裂的表面可以包括施主結(jié)構(gòu)的晶格中的離子雜質(zhì)和瑕疵，在一些應(yīng)用中，其可以包括單晶體半導(dǎo)體材料?？梢詫κ┲鹘Y(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)的那部分進(jìn)行處理，以努力降低在施主結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移部分中的雜質(zhì)程度并且提高晶格質(zhì)量(即，減少斷裂的表面所靠近的晶格中的缺陷數(shù)量)。這種處理常常涉及在例如約1000°C的高溫下熱退火。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]提供
【發(fā)明內(nèi)容】
部分以按照簡單形式引入概念的選擇。在以下本公開的示例實施方式的詳細(xì)描述中更加詳細(xì)地描述了這些概念。本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分不旨在識別出要求保護(hù)的主題內(nèi)容的關(guān)鍵特征或重要特征，也不旨在限制要求保護(hù)的主題內(nèi)容的范圍。
[0008]在一些實施方式中，本發(fā)明包括將半導(dǎo)體材料層從第一施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二結(jié)構(gòu)的方法。根據(jù)所述方法，可以將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)，以在第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)形成由植入的離子限定的大致平坦的弱化區(qū)。該大致平坦的弱化區(qū)可以將第一施主結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體材料層與第一施主結(jié)構(gòu)的其余部分分離。植入的離子的濃度和植入的離子的元素成分的至少一方可以形成為在整個大致平坦的弱化區(qū)上沿著平行于大致平坦的弱化區(qū)的至少一個方向上變化。第一施主結(jié)構(gòu)可以接合至第二結(jié)構(gòu)，并且第一施主結(jié)構(gòu)可以沿著大致平坦的弱化區(qū)斷裂，從而保留使所述半導(dǎo)體材料層接合至第二結(jié)構(gòu)。
[0009]在其它實施方式中，本發(fā)明包括制造半導(dǎo)體器件的方法。根據(jù)所述方法，可以將半導(dǎo)體材料層從第一施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)移所述半導(dǎo)體材料層的步驟可以包括:將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)，以在第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)形成由植入的離子限定的大致平坦的弱化區(qū)；將第一施主結(jié)構(gòu)接合至第二結(jié)構(gòu)；以及使第一施主結(jié)構(gòu)沿著大致平坦的弱化區(qū)斷裂，從而留下接合至第二結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體材料層。形成在第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的大致平坦的弱化區(qū)可以將第一施主結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體材料層與第一施主結(jié)構(gòu)的其余部分分離。另外，大致平坦的弱化區(qū)可以形成為使得植入的離子的濃度和植入的離子的元素成分的至少一方在整個大致平坦的弱化區(qū)上沿著平行于大致平坦的弱化區(qū)的至少一個方向上變化。可以在轉(zhuǎn)移的半導(dǎo)體材料層上制造多個有源器件結(jié)構(gòu)。
[0010]在其它實施方式中，本發(fā)明包括利用本文公開的方法制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。例如，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以包括其中具有大致平坦的弱化區(qū)的第一施主結(jié)構(gòu)。大致平坦的弱化區(qū)可以由第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)沿著大致平坦的弱化區(qū)的植入的離子限定。大致平坦的弱化區(qū)可以將第一施主結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料層與第一施主結(jié)構(gòu)的其余部分分離。此外，植入的離子的濃度和植入的離子的元素成分的至少一方可以在整個大致平坦的弱化區(qū)上沿著平行于大致平坦的弱化區(qū)的至少一個方向上變化。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以還包括接合至第一施主結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體材料層的第二結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]本說明書以權(quán)利要求為結(jié)束，雖然權(quán)利要求特別指出并清楚地聲稱了本發(fā)明的實施方式，但是當(dāng)與附圖結(jié)合地閱讀時，本公開的實施方式的優(yōu)點從本公開的實施方式的某些示例的描述中可以更容易確定，其中:
[0012]圖1A至圖1F是簡化的示意性地示出根據(jù)本公開的方法的一些實施方式的在將半導(dǎo)體材料層從第一施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二受主結(jié)構(gòu)的方法中施主和/或受主結(jié)構(gòu)的截面圖，其中在施主結(jié)構(gòu)內(nèi)形成非均勻離子植入面；
[0013]圖2A至圖2G是簡化的示意性地示出根據(jù)本公開的方法的其它實施方式的在將半導(dǎo)體材料層從第一施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二受主結(jié)構(gòu)的方法中施主和/或受主結(jié)構(gòu)的截面圖，其中通過施主結(jié)構(gòu)的選擇的區(qū)域植入離子，所述選擇的區(qū)域包括形成在施主結(jié)構(gòu)中的凹部;
[0014]圖3A和圖3B是簡化的示意性地示出根據(jù)本公開的方法的一些實施方式的施主結(jié)構(gòu)的處理的截面圖，其中通過施主結(jié)構(gòu)的選擇的區(qū)域植入離子，所述選擇的區(qū)域包括形成在施主結(jié)構(gòu)中的凹部中的介電材料；
[0015]圖4A和圖4B是簡化的示意性地示出根據(jù)本公開的方法的一些實施方式的施主結(jié)構(gòu)的處理的截面圖，其中使用多重離子植入處理以在施主結(jié)構(gòu)內(nèi)形成非均勻離子植入面；
[0016]圖5A和圖5B是簡化的示意性地示出根據(jù)本公開的方法的其它實施方式的施主結(jié)構(gòu)的處理的截面圖，其中使用多重離子植入處理以在施主結(jié)構(gòu)內(nèi)形成非均勻離子植入面；
[0017]圖6A和圖6B是簡化的示意性地示出根據(jù)本公開的方法的實施方式的施主結(jié)構(gòu)的處理的截面圖，其中施主結(jié)構(gòu)包括絕緣體上半導(dǎo)體式結(jié)構(gòu)；
[0018]圖7A和圖7B是簡化的示意性地示出根據(jù)本公開的方法的實施方式的施主結(jié)構(gòu)的處理的截面圖，其中施主結(jié)構(gòu)包括絕緣體上半導(dǎo)體式結(jié)構(gòu)并且在其中具有離子約束層；以及
[0019]圖8A至圖8E是簡化的示意性地示出根據(jù)本公開的方法的實施方式的施主結(jié)構(gòu)的處理的截面圖，其中在通過凹部將離子植入施主結(jié)構(gòu)內(nèi)之前，在凹部中形成側(cè)壁間隔件。
【具體實施方式】
[0020]本文提供的圖示不意味著是任何具體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、裝置、系統(tǒng)或方法的實際示圖，而只是用于描述本公開的實施方式的理想化的表達(dá)。
[0021]本文所用的任何標(biāo)題不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的實施方式的范圍，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。在整個說明書中，任何具體標(biāo)題中描述的概念通?？梢詰?yīng)用于其它部分。
[0022]引用的參考文獻(xiàn)無論在本文中如何特征化，也不認(rèn)為它們是相對于本文要求保護(hù)的主題內(nèi)容的本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0023]根據(jù)一些實施方式,一種將材料層(諸如半導(dǎo)體材料層)從第一施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二受主結(jié)構(gòu)的方法包括:將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)，以在第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)形成由植入的離子限定的大致平坦的弱化區(qū)。大致平坦的弱化區(qū)將要從第一施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移的材料層與第一施主結(jié)構(gòu)的其余部分分離。在整個大致平坦的弱化區(qū)上，該大致平坦的弱化區(qū)沿著平行于大致平坦的弱化區(qū)的至少一個方向是非均勻的。例如，植入的離子的濃度和植入的離子的元素成分的至少一方在整個大致平坦的弱化區(qū)上沿著平行于大致平坦的弱化區(qū)的至少一個方向可以變化。第一施主結(jié)構(gòu)可以接合至第二受主結(jié)構(gòu)，然后第一施主結(jié)構(gòu)可以沿著大致平坦的弱化區(qū)斷裂，并保留使材料層接合至第二受主結(jié)構(gòu)。本文中以下將更加詳細(xì)地描述這種方法。
[0024]圖1是簡化的示意性地示出施主結(jié)構(gòu)100的截面圖。施主結(jié)構(gòu)100包括塊體材料102，其可以例如包括諸如硅、鍺、II1-V半導(dǎo)體材料這樣的半導(dǎo)體材料(例如GaN、GaAs,InN, AIN, InGaN等)或者這些半導(dǎo)體材料的混合物。材料102可以為多晶的或可以包括單晶體材料。施主結(jié)構(gòu)100可以為大致平坦的并可以具有第一主表面104A和平行于第一主表面104A取向的相對的第二主表面104B。
[0025]如圖1A所示，離子(圖1A中的方向箭頭表示)可以僅通過施主結(jié)構(gòu)100的選擇的區(qū)域植入施主結(jié)構(gòu)100中。離子可以包括例如氫離子、氦離子和惰性氣體離子的一種或者更多種。離子可以沿著離子植入面106植入施主結(jié)構(gòu)100中。如圖1A所示，離子可以通過第一主表面104A沿著基本垂直于第一主表面104A的方向植入施主結(jié)構(gòu)100中。
[0026]離子植入施主結(jié)構(gòu)100中的深度至少部分地隨離子植入施主結(jié)構(gòu)100中的能量而變化。一般來說，用低能量植入的離子將以相對較淺的深度植入，而用高能量植入的離子將以相對較深的深度植入。可以通過選擇為將離子以距離第一主表面104A的期望深度植入施主結(jié)構(gòu)100內(nèi)的預(yù)定能量將離子植入施主結(jié)構(gòu)100內(nèi)。至少一些離子可以按照期望植入深度以外的深度植入，并且隨施主結(jié)構(gòu)100內(nèi)距離第一主表面104A的深度變化的施主結(jié)構(gòu)100內(nèi)的離子濃度的曲線圖可以呈現(xiàn)在限定離子植入面106的期望植入深度處具有最大值的大致鐘形(對稱或不對稱)曲線。換句話說，離子植入面106可以包括施主結(jié)構(gòu)100內(nèi)的與施主結(jié)構(gòu)100中的最大離子濃度面對齊(例如，以施主結(jié)構(gòu)100中的最大離子濃度面為中心)的層或區(qū)域。離子植入面106限定了施主結(jié)構(gòu)100中的弱化區(qū)，在后續(xù)處理中，施主結(jié)構(gòu)100可以沿著所述弱化區(qū)裂開或斷裂，如下面更加詳細(xì)的討論。例如，簡要地參照圖1B，在施主結(jié)構(gòu)中存在離子可以在施主結(jié)構(gòu)100的晶格中產(chǎn)生缺陷108。
[0027]圖1B所示的離子植入面106可以包括單個植入面，其中大多數(shù)離子沿著施主結(jié)構(gòu)100內(nèi)的單個面設(shè)置。換句話說，大多數(shù)植入的離子集中于施主結(jié)構(gòu)100內(nèi)的單個深度處。這與其中離子的植入可以導(dǎo)致多重植入面的結(jié)構(gòu)相反。例如,用不同植入能量的多重植入處理或通過植入非均勻施主結(jié)構(gòu)內(nèi)(即，非均勻植入表面地形圖和/或非均勻植入材料組成)可以得到施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的多重植入面。
[0028]將要從施主結(jié)構(gòu)100轉(zhuǎn)移至另一受主結(jié)構(gòu)的材料層110限定在離子植入面106的一側(cè)，并且施主結(jié)構(gòu)100的其余部分112設(shè)置在離子植入面106的與材料層110相對的側(cè)。
[0029]再次參照圖1A，如前所述，在整個弱化區(qū)上沿著離子植入面106的大致平坦的弱化區(qū)沿著平行于離子植入面106的至少一個方向是非均勻的。例如，植入的離子的濃度和植入的離子的元素成分的至少一方在整個大致平坦的弱化區(qū)上可以變化。為了形成這種非均勻弱化區(qū)，在一些實施方式中，可以僅通過施主結(jié)構(gòu)100的選擇的區(qū)域植入離子。例如，可以通過經(jīng)構(gòu)圖掩模118中的通孔116將離子植入施主結(jié)構(gòu)100中。如圖1A所示，經(jīng)構(gòu)圖掩模118可以形成在施主結(jié)構(gòu)100的主表面104A上，或者經(jīng)構(gòu)圖掩模118可以與施主結(jié)構(gòu)100分離地形成并且簡單地設(shè)置在施主結(jié)構(gòu)100的主表面104A上(直接設(shè)置于主表面104A上，或在主表面104A上方與主表面104A豎直地分離)。
[0030]通過經(jīng)構(gòu)圖掩模118中的通孔116將離子植入施主結(jié)構(gòu)100中，僅通過材料層110的第一多個區(qū)域120而不通過材料層110的第二多個區(qū)域122植入離子。在圖1A和圖1B中通過豎直取向的虛線標(biāo)示出第一多個區(qū)域120和第二多個區(qū)域122。掩模118的材料阻礙(例如，妨礙)了離子通過第二多個區(qū)域122植入施主結(jié)構(gòu)100中。如前所述，材料層110可以包括將最終用于在受主結(jié)構(gòu)(材料層110將被轉(zhuǎn)移至其上)上制造有源半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)(例如，晶體管、電容器、導(dǎo)電通路等)的半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開的一些實施方式，通孔116可以選擇性地形成在經(jīng)構(gòu)圖掩模118中，以使得通孔設(shè)置將成為材料層110的無源區(qū)域的部分上方并與將為材料層110的無源區(qū)域的部分豎直地對齊，因此掩模118的材料遮蔽材料層110的有源區(qū)域以防離子進(jìn)入。換句話說，材料層110的第一多個區(qū)域120可以包括材料層110的無源區(qū)域，并且第二多個區(qū)域122可以包括材料層110的有源區(qū)域。
[0031]如本文所用，術(shù)語“無源區(qū)域”當(dāng)關(guān)于將要從施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)的材料層使用時，意指并包括這樣的區(qū)域，在其中不包括任何有源器件結(jié)構(gòu)的完工的裝置中，所述區(qū)域最終在材料層中包括鈍化區(qū)域。如本文所用，術(shù)語“有源區(qū)域”當(dāng)關(guān)于將要從施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)的材料層使用時，意指并包括這樣的區(qū)域，在其中包括一個或多個有源器件結(jié)構(gòu)(諸如晶體管、電容器和導(dǎo)電通路的一種或者更多種)的完成制造的裝置中，所述區(qū)域最終在材料層110中包括有源區(qū)域。
[0032]如上所述，可以通過材料層110的無源區(qū)域(第一多個區(qū)域120)植入離子，而不通過材料層Iio的有源區(qū)域(第二多個區(qū)域122)植入任何明顯量的離子。因此，由于相對于鄰近第一多個區(qū)域120的大致弱化區(qū)中存在的離子的濃度(可以至少基本為零)，鄰近第一多個區(qū)域120的大致弱化區(qū)中存在相對較高濃度的離子，因此通過離子植入面106限定的大致平坦的弱化區(qū)沿著平行于大致平坦的弱化區(qū)的至少一個方向在整個大致平坦的弱化區(qū)上是非均勻的。因此，可以使用本發(fā)明的實施方式減少可能由于離子植入處理造成的對有源區(qū)域(即，第二多個區(qū)域122)的損壞。
[0033]參照圖1C，施主結(jié)構(gòu)100的第一主表面104A(包括將被轉(zhuǎn)移的材料層110的表面)可以接合至受主結(jié)構(gòu)130。在一些實施方式中，在如上所述將離子植入施主結(jié)構(gòu)100中之后，可以將施主結(jié)構(gòu)100接合至受主結(jié)構(gòu)130。在其它實施方式中，在將施主結(jié)構(gòu)100的第一主表面104A接合至受主結(jié)構(gòu)120之后，可以通過施主結(jié)構(gòu)100的相對主表面104B將離子植入施主結(jié)構(gòu)100中。在將施主結(jié)構(gòu)100的第一主表面104A接合至受主結(jié)構(gòu)120之后，可能相對較難以執(zhí)行植入處理，因為在期望深度植入離子需要更高的能量。
[0034]在一些實施方式中，可以利用直接接合處理將施主結(jié)構(gòu)100直接接合至受主結(jié)構(gòu)130。所稱的“直接接合法”是在兩個結(jié)構(gòu)之間建立直接固-固化學(xué)鍵以將它們接合在一起而不在它們之間使用中間接合材料的方法。研發(fā)了直接金屬-金屬接合方法和直接氧化物-氧化物接合方法，以將在第一結(jié)構(gòu)的表面處的金屬或氧化物材料接合至在第二結(jié)構(gòu)的表面處的金屬或氧化物材料。該方法在例如P.Garrou, et al., “The Handbook of3DIntegration, ”Wiley VCH(2008) Volumel, Chapterll 中有所討論。
[0035]因此，如果施主結(jié)構(gòu)100的塊體材料102和/或受主結(jié)構(gòu)130的材料在其接合表面不包括用于這種直接接合處理的合適材料，則可以在施主結(jié)構(gòu)100的接合表面和/或受主結(jié)構(gòu)130的接合表面提供合適接合材料。例如，圖1C示出了在施主結(jié)構(gòu)100的接合表面(第一主表面104A)的接合材料124和在受主結(jié)構(gòu)130的接合表面的接合材料132。
[0036]接合材料124和接合材料132可以具有相似成分，并可以包括例如金屬材料(例如銅、鋁、鈦、鎢、鎳等或這些金屬的合金)、氧化物材料(例如，氧化硅)或半導(dǎo)體材料(例如硅、鍺、復(fù)合半導(dǎo)體材料等)。
[0037]可以清潔接合材料124和接合材料132的接合表面以去除表面雜質(zhì)和表面化合物(例如，天然氧化物)。另外，可以降低接合表面的表面粗糙度以在原子級增大接合表面之間緊密接觸的面積。接合表面之間的緊密接觸的面積通常通過以下步驟實現(xiàn):拋光接合表面以將表面粗糙度至多減小至接近原子級的值；在接合表面之間施加壓力導(dǎo)致塑性變形；或者進(jìn)行拋光接合表面以及施加壓力這二者，以獲得這種塑性變形。
[0038]在制備接合表面之后，可以使它們彼此緊密接觸。接合表面之間的引力足夠高以引起分子粘附(待接合的兩個表面的原子和/或分子之間的電子相互作用的總引力(范德華力)引起的接合)。隨后可以將諸如觸針這樣的工具在施主結(jié)構(gòu)100的露出的主表面104B(和/或受主結(jié)構(gòu)130的露出的主表面)上按壓，以發(fā)起接合波在施主結(jié)構(gòu)100和受主結(jié)構(gòu)130的接合表面之間的整個界面的傳播。應(yīng)用工具的點可以例如位于施主結(jié)構(gòu)100和/或受主結(jié)構(gòu)130的中心或靠近它們的周邊邊緣。這種方法在例如以Castex等人的名義公布于2011年2月24日的美國專利申請公開N0.US2011/0045611A1中有所公開。
[0039]可選地，可以在接合處理的過程中加熱施主結(jié)構(gòu)100和/或受主結(jié)構(gòu)130以幫助接合處理。
[0040]受主結(jié)構(gòu)130可以包括裸晶或晶圓，并且在一些實施方式中可以包括先前制造的有源器件結(jié)構(gòu)134。圖1C中示意性地示出的有源器件結(jié)構(gòu)134表示晶體管，但是有源器件結(jié)構(gòu)134可以包括其它類型的有源器件結(jié)構(gòu)，諸如電容器、導(dǎo)線、跡線和/或過孔等。有源器件結(jié)構(gòu)134可能包括當(dāng)受到過量熱能就可以受到不利影響的材料或結(jié)構(gòu)。因此，在一些實施方式中，在約400°C或更低、約200°C或更低或甚至在室溫的溫度下可以執(zhí)行接合處理。
[0041]在將施主結(jié)構(gòu)100接合至受主結(jié)構(gòu)130之后，施主結(jié)構(gòu)100可以沿著離子植入面106裂開或斷裂，以形成圖1D所示的結(jié)構(gòu)，其包括受主結(jié)構(gòu)130、通過之間的接合材料124和接合材料132接合至受主結(jié)構(gòu)130的材料層110。例如，可以加熱施主結(jié)構(gòu)100 (以及可選地受主結(jié)構(gòu)130)以使得施主結(jié)構(gòu)100沿著離子植入面106裂開或斷裂。在一些實施方式中，在斷裂處理中，施主結(jié)構(gòu)100和受主結(jié)構(gòu)130的溫度可以保持在約500°C或更低，約400°C或更低，或甚至約350°C或更低。為了例如防止損壞受主結(jié)構(gòu)130上的先前形成的有源器件結(jié)構(gòu)，在斷裂處理過程中限制溫度可以是希望的。然而，在其它實施方式中，可以在高溫下執(zhí)行裂開處理?？蛇x地，可以向施主結(jié)構(gòu)100施加機(jī)械力以引起或幫助施主結(jié)構(gòu)100沿著離子植入面106裂開或斷裂。
[0042]在斷裂處理之后，材料層110保持接合至受主結(jié)構(gòu)130，并且施主結(jié)構(gòu)100的其余部分可以再使用，以根據(jù)需要將附加的多層材料轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)。
[0043]在斷裂處理之后，材料層110的露出的斷裂的表面111可以包括轉(zhuǎn)移的材料層110的晶格中的缺陷和雜質(zhì)。另外，在材料層Iio的鄰近第一多個區(qū)域120 (圖1B)的斷裂的表面111 (通過其植入離子)可以存在如前所述由植入的離子導(dǎo)致的缺陷108。因此，可以處理材料層110的斷裂的表面111以去除雜質(zhì)(例如，植入的離子)以及提高材料層110中靠近斷裂的表面111的晶格的質(zhì)量。例如，斷裂的表面111可以受到化學(xué)蝕刻處理、機(jī)械拋光處理和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理的一個或多個，以形成圖1E所示的結(jié)構(gòu)。圖1E的結(jié)構(gòu)與圖1D的結(jié)構(gòu)基本相似,但是表面111不出為不含缺陷108,以相對于圖1D的表面表現(xiàn)出提聞質(zhì)量的表面111。
[0044]用于提高靠近表面111的材料層110的質(zhì)量的處理過程可以不使得材料層110完全不含雜質(zhì)或具有完美結(jié)晶質(zhì)量。然而，相對于第一多個區(qū)域120 (可以包括無源區(qū)域)，第二多個區(qū)域122 (可以包括有源區(qū)域)的質(zhì)量可以更好，這是由于通過第一多個區(qū)域120植入離子，而不通過第二多個區(qū)域122植入離子。
[0045]參照圖1F，可以在轉(zhuǎn)移的材料層110中和/或上制造有源器件結(jié)構(gòu)140。圖1C中示意性地示出的有源器件結(jié)構(gòu)140表示晶體管，但是所述有源器件結(jié)構(gòu)140可以包括其它類型的有源器件結(jié)構(gòu)，諸如電容器、導(dǎo)線、跡線和/或過孔等。另外，有源器件結(jié)構(gòu)140可以包括CMOS型晶體管、縱向晶體管、二極管(例如，PN結(jié))、交叉點存儲器裝置(例如，相變存儲器或另一類型的電阻性存儲器裝置)的組件等的任一個?？蛇x地，可以在有源的第二多個區(qū)域122中和/或上制造有源器件結(jié)構(gòu)140，而不在無源的第一多個區(qū)域120上大量制造有源器件結(jié)構(gòu)140，如圖1F所示。作為制造在提高質(zhì)量的材料層110的表面111上和/或中的結(jié)果，有源器件結(jié)構(gòu)140的性能的可靠性可以提高。
[0046]可以根據(jù)已知方法繼續(xù)后續(xù)處理，以完成一個或多個半導(dǎo)體器件的制造。這種半導(dǎo)體器件可以包括例如電子信號處理器裝置、存儲器裝置、光敏裝置(例如，輻射發(fā)射裝置(諸如激光器、光發(fā)射二極管等)或輻射接收裝置(諸如光電檢測器、太陽能電池等))、微機(jī)械
目.-rf* ο
[0047]有源器件結(jié)構(gòu)140中的一個或更多個可以通過以下步驟可操作地與受主結(jié)構(gòu)130的有源器件結(jié)構(gòu)134中的一個或更多個結(jié)合:利用一個或更多個豎直延伸的導(dǎo)電過孔、導(dǎo)電墊和橫向延伸的導(dǎo)線在它們之間建立電接觸。
[0048]圖2A至圖2G示出了本公開的方法的其它實施方式。圖2A與圖1A相似，并且示出了通過經(jīng)構(gòu)圖掩模168中的通孔166植入離子，通過待轉(zhuǎn)移的材料層160的第一多個區(qū)域170選擇性地將離子植入施主結(jié)構(gòu)150中，而不通過材料層160的第二多個區(qū)域172植入離子。然而，在沿著離子植入面156植入離子以形成非均勻的大致弱化區(qū)之前，在第一多個區(qū)域170中在施主結(jié)構(gòu)150的第一主表面154A中可以形成多個凹部164，如圖2A所示。
[0049]可以通過利用例如掩模和蝕刻處理在施主結(jié)構(gòu)150中形成凹部164。在一些實施方式中，在離子植入處理中使用的相同掩模168可以首先用作蝕刻掩模以形成凹部164。例如，通過將氧化物材料、氮化物材料或氧氮化物材料淀積在施主結(jié)構(gòu)的表面154A上，可以形成經(jīng)構(gòu)圖掩模168。隨后可以使用光刻處理形成穿過掩模168的通孔166。例如，可以在用于形成掩模168的材料上淀積構(gòu)圖光掩模，并且可以使用蝕刻處理通過利用構(gòu)圖光掩模在掩模168中蝕刻通孔166 ,然后,可以去除光掩模。隨后可以利用經(jīng)構(gòu)圖掩模168來在施主結(jié)構(gòu)150中形成凹部164，然后可以通過凹部164和材料層160的第一多個區(qū)域170植入離子，利用掩模168遮蔽材料層160的第二多個區(qū)域172以防離子進(jìn)入。
[0050]通過經(jīng)通孔164植入離子，離子植入面156在施主結(jié)構(gòu)156中距離主表面154A的深度可以增大。例如，在一些實施方式中，離子植入面156可以設(shè)置為距離施主結(jié)構(gòu)150的主表面154A (通過其植入離子)大約1.5μπι或更多。通過將離子植入施主結(jié)構(gòu)150中使其距離主表面154Α更遠(yuǎn)使得能夠?qū)⑾鄬^厚的材料層160轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)。
[0051]圖2Β示出了在去除掩模168之后的結(jié)構(gòu)，并示出了在施主結(jié)構(gòu)150中鄰近第一多個區(qū)域170處的由離子植入處理導(dǎo)致的缺陷158。如前所述，圖2Α所示的離子植入面156可以包括單個植入面，其中大多數(shù)離子沿著施主結(jié)構(gòu)150中的單個面設(shè)置。換句話說，大多數(shù)植入的離子在施主結(jié)構(gòu)150中集中于單個深度。
[0052]參照圖2C，可以用介電材料165填充凹部164。例如，介電材料可以毯式淀積在圖2Β的結(jié)構(gòu)上，然后可以使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理來去除施主結(jié)構(gòu)150的主表面154Α上凹部164以外的過多的介電材料。
[0053]如圖2D所示，施主結(jié)構(gòu)150可以按照先前參照圖1C描述的方式接合至受主結(jié)構(gòu)180。受主結(jié)構(gòu)180在一些實施方式中可以包括有源器件結(jié)構(gòu)184。另外，如之前的討論，在施主結(jié)構(gòu)150的接合表面(第一主表面154Α)可以設(shè)置接合材料174,并且在受主結(jié)構(gòu)180的接合表面上可以設(shè)置接合材料182。接合材料174和接合材料182可以具有相似的成分，并可以包括例如金屬材料(例如，銅或銅合金)或氧化物材料(例如，硅氧化物)?？梢栽诮雍喜牧?74和接合材料182的鄰接表面之間建立直接金屬-金屬或氧化物-氧化物接合，如之前參照圖1C的描述。
[0054]在將施主結(jié)構(gòu)150接合至受主結(jié)構(gòu)180之后，可以使施主結(jié)構(gòu)150沿著離子植入面156裂開或斷裂，以形成圖2E所示的結(jié)構(gòu)，其包括受主結(jié)構(gòu)180以及接合至受主結(jié)構(gòu)180的材料層160。施主結(jié)構(gòu)150可以沿著離子植入面156斷裂，如之前參照圖1D的描述。在斷裂處理之后，材料層160的露出的斷裂的表面161可以包括所述轉(zhuǎn)移的材料層160的晶格中的缺陷和雜質(zhì)。另外，如前所述由植入的離子導(dǎo)致的缺陷158可以存在于靠近材料層160的第一多個區(qū)域170 (圖2B)(通過其植入離子)的斷裂的表面161處。因此，可以處理材料層160的斷裂的表面161，以去除雜質(zhì)(例如，植入的離子)并且提高材料層160中的靠近斷裂的表面161處的晶格的質(zhì)量。例如，斷裂的表面161可以受到化學(xué)蝕刻處理、機(jī)械拋光處理和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理的一個或多個以形成圖2F所示的結(jié)構(gòu)?？蛇x地，介電材料156可以用作蝕刻停止材料。換句話說，可以利用化學(xué)蝕刻處理、機(jī)械拋光處理和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理中的一種或者更多種來從斷裂的表面161去除材料直至大量介電材料156變得露出為止。因此，在一些實施方式中，可以至少基本上去除所述轉(zhuǎn)移的材料層160的無源的第一多個區(qū)域170 (圖2B)。在其它實施方式中，可以保留轉(zhuǎn)移的材料層160的無源的第一多個區(qū)域170 (圖2B)的一部分。圖2F的結(jié)構(gòu)與圖2E的結(jié)構(gòu)相似，但是表面161的先前包括缺陷158 (圖2E)的區(qū)域被去除。
[0055]參照圖2G，可以在轉(zhuǎn)移的材料層160中和/或上制造有源器件結(jié)構(gòu)190。圖2G中示意性地示出的有源器件結(jié)構(gòu)190表示晶體管，但是有源器件結(jié)構(gòu)190可以包括其它類型的有源器件結(jié)構(gòu)，諸如電容器、導(dǎo)線、跡線和/或過孔等。另外，有源器件結(jié)構(gòu)190可以包括CMOS型晶體管、縱向晶體管、二極管(例如，PN結(jié))、交叉點存儲器裝置(例如，相變存儲器或其它類型的電阻性存儲器裝置)的組件等的任一種?？蛇x地，可以在有源的第二多個區(qū)域172中和/或上制造有源器件結(jié)構(gòu)190，而不在無源的第一多個區(qū)域170上制造明顯量的有源器件結(jié)構(gòu)190，如圖2G所示。作為制造在質(zhì)量提高的材料層160的表面161上和/或中的結(jié)果，有源器件結(jié)構(gòu)190的性能可靠性可以提高。
[0056]可以根據(jù)已知方法繼續(xù)后續(xù)處理，以完成一個或多個半導(dǎo)體器件的制造，如前所述。
[0057]在附加實施方式中，可以執(zhí)行類似于以上參照圖2A至圖2G描述的那些的方法，其中在施主結(jié)構(gòu)中形成凹部之后而且在用介電材料填充凹部之后執(zhí)行離子植入處理。例如，圖3A示出了與圖2A中所示的施主結(jié)構(gòu)150相似的施主結(jié)構(gòu)200。施主結(jié)構(gòu)200包括塊體材料202,并具有第一主表面204A和相對的第二主表面204B。如關(guān)于施主結(jié)構(gòu)150的描述，在施主結(jié)構(gòu)200的第一主表面204A中可以形成多個凹部212。
[0058]可以利用例如掩模和蝕刻處理在施主結(jié)構(gòu)200中形成凹部212。例如，可以通過在施主結(jié)構(gòu)200的表面204A上淀積氧化物材料、氮化物材料或氧氮化物材料來形成經(jīng)構(gòu)圖掩模216。隨后可以使用光刻處理來形成穿過掩模216的通孔218。例如，構(gòu)圖光掩?？梢缘矸e在用于形成掩模216的材料上，并且可以利用構(gòu)圖光掩模使用蝕刻處理在掩模216中蝕刻通孔218，然后可以去除光掩模。隨后可以使用經(jīng)構(gòu)圖掩模216來在施主結(jié)構(gòu)200中形成凹部212。
[0059]參照圖3B，在凹部212中可以設(shè)置介電材料214，如之前關(guān)于圖2C的介電材料165的描述。在將離子植入施主結(jié)構(gòu)200中之前，可以將介電材料214設(shè)置在凹部212中?？梢酝ㄟ^凹部212并且通過凹部212中的介電材料214總體沿著離子植入面206將離子植入施主結(jié)構(gòu)200中，以在施主結(jié)構(gòu)200中限定大致平坦的弱化區(qū)。如前所述，圖3B中所示的離子植入面206可以包括單個植入面，其中大多數(shù)離子沿著施主結(jié)構(gòu)200中的單個面設(shè)置。換句話說，大多數(shù)植入的離子在施主結(jié)構(gòu)200中集中于單個深度。要從施主結(jié)構(gòu)200轉(zhuǎn)移的材料層210可以被限定在離子植入面206與第一主表面204A之間。
[0060]如前所述，可以將離子植入施主結(jié)構(gòu)200中的第一多個區(qū)域220中，而不將離子植入施主結(jié)構(gòu)200中的第二多個區(qū)域222中。在第一多個區(qū)域220中沿著離子植入面206示出缺陷208。在一些實施方式中，第一多個區(qū)域220可以包括施主結(jié)構(gòu)200的無源區(qū)域，并且第二多個區(qū)域222可以包括施主結(jié)構(gòu)200中的有源區(qū)域。雖然圖3B中未示出掩模216，但是在一些實施方式中，可以在離子植入處理中使用用于形成凹部212的相同掩模216,以沿著離子植入面206形成非均勻弱化區(qū)。在其它實施方式中，可以使用不同掩模。
[0061]在如上所述植入離子之后，可以利用如本文先前參照圖2D至2G所述的方法將材料層210轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)。
[0062]在先前描述的實施方式中，通過待轉(zhuǎn)移的材料層的第一多個區(qū)域植入離子而不通過待轉(zhuǎn)移的材料層的第二多個區(qū)域植入離子，使得施主結(jié)構(gòu)內(nèi)沿著離子植入面的大致平坦的弱化區(qū)非均勻。根據(jù)本公開的實施方式，可以使用其它方法形成非均勻弱化區(qū)。在附加實施方式中，可以通過待轉(zhuǎn)移的材料層的第一多個區(qū)域和第二多個區(qū)域這二者來植入離子，但是可以使區(qū)域中的離子濃度、離子的元素成分或二者在待轉(zhuǎn)移的材料層的第一多個區(qū)域和第二多個區(qū)域之間有差別。在這些附加實施方式中，通過第一多個區(qū)域和第二多個區(qū)域這二者植入的離子可以形成單個植入面，其中基本上主要的植入的離子位于植入的施主結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0063]例如，圖4A示出了在第一離子植入處理中沿著離子植入面256植入施主結(jié)構(gòu)250中的多個離子。如前所述，施主結(jié)構(gòu)250可以包括塊體材料252，并具有第一主表面254A和相對的第二主表面254B。離子可以均勻地植入施主結(jié)構(gòu)250中，使得在第一多個區(qū)域270和第二多個區(qū)域272 二者中，第一多個缺陷258以大致均勻的方式形成在整個離子植入面256 上。
[0064]參照圖4B，在第一離子植入處理之后，可以使用第二離子植入處理通過第一多個區(qū)域270植入附加的離子而不通過第二多個區(qū)域植入附加的離子?？梢酝ㄟ^經(jīng)構(gòu)圖掩模266中的通孔268將離子植入施主結(jié)構(gòu)250中，如本文先前所述。相對于第一離子植入處理的離子，第二離子植入處理的離子可以為相同元素成分或不同元素成分。結(jié)果，在第一多個區(qū)域270中沿著離子植入面256形成附加缺陷259而不在第二多個區(qū)域272中形成附加缺陷 259。
[0065]如圖4B所示，可以如前所述利用例如掩模和蝕刻處理將多個凹部264可選地形成在施主結(jié)構(gòu)250的第一主表面254A中?？梢韵惹皡⒄請D2A描述的方式將離子通過凹部264植入第一多個區(qū)域270 (如圖所示4B)中。在其它實施方式中，在第二離子植入處理之前，在凹部264中可以設(shè)置介電材料，并且可以先前參照圖3B描述的方式穿過凹部264內(nèi)的介電材料來植入離子。
[0066]在第二離子植入處理之后，可以執(zhí)行其它處理以利用如本文先前參照圖2C至圖2G所述的方法將材料層260轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)。[0067]在其它實施方式中，第一離子植入處理可以像第二離子植入處理那樣包括選擇性的非均勻的離子植入處理。例如，圖5A示出了在第一離子植入處理中沿著離子植入面306將離子植入施主結(jié)構(gòu)300中。如前所述，施主結(jié)構(gòu)300可以包括塊體材料302，并具有第一主表面304A和相對的第二主表面304B。離子可以非均勻地植入施主結(jié)構(gòu)300中，使得第一多個缺陷308形成在第二多個區(qū)域322 (可以包括有源區(qū)域)中，而不將離子植入第一多個區(qū)域320 (可以包括無源區(qū)域)中。雖然未在圖5A中示出，但是可以將離子通過經(jīng)構(gòu)圖掩模中的通孔來植入施主結(jié)構(gòu)300中的第二多個區(qū)域322中，如本文先前所述。
[0068]參照圖5B，在第一選擇性的非均勻離子植入處理之后，可以使用第二選擇性的非均勻離子植入處理將附加離子通過第一多個區(qū)域320植入，而不將附加離子通過第二多個區(qū)域322植入?？梢詫㈦x子通過經(jīng)構(gòu)圖掩模316中的通孔318植入施主結(jié)構(gòu)300中，如本文先前所述。相對于第一離子植入處理的離子，第二離子植入處理的離子可以為相同元素成分或為不同元素成分。結(jié)果，在第一多個區(qū)域320中沿著離子植入面306形成附加缺陷309，而在第二多個區(qū)域322中不形成這種附加缺陷。相對于第一多個缺陷308，第二多個缺陷309可以更廣泛和/或更顯著，使得在第一多個區(qū)域320中沿著離子植入面306限定的弱化區(qū)比第二多個區(qū)域322中的相對更弱(更易斷裂)。
[0069]如圖5B所示，利用例如如前所述的掩模和蝕刻處理可以將多個凹部312可選地形成在施主結(jié)構(gòu)300的第一主表面304A中?？梢园凑障惹皡⒄請D2A描述的方式將離子通過凹部312植入第一多個區(qū)域320 (如圖5B所示)中。在其它實施方式中，在第二離子植入處理之前可以在凹部312中設(shè)置介電材料，并且可以按照先前參照圖3B描述的方式通過凹部312中的介電材料植入離子。如圖5B所示，第一選擇性非均勻離子植入處理和第二非均勻離子植入處理可以導(dǎo)致離子集中于施主結(jié)構(gòu)300中的單個植入面309。換句話說，第一選擇性非均勻離子植入和第二非均勻離子植入可以在施主結(jié)構(gòu)300中植入至基本相同的深度。
[0070]在第二離子植入處理之后，可以利用如本文先前參照圖2C至圖2G所述的方法執(zhí)行其它處理以將材料層310轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)。
[0071]在本文中先前描述的任何方法中，施主結(jié)構(gòu)可選地可以包括絕緣體上半導(dǎo)體(SeOI)型襯底(例如，絕緣體上硅(SOI)型襯底)。例如，圖6A和圖6B示出了與先前參照圖5A和圖5B描述的方法相似的方法，但是，其中施主結(jié)構(gòu)包括絕緣體上半導(dǎo)體(SeOI)型襯底。當(dāng)然，還利用絕緣體上半導(dǎo)體(SeOI)型襯底執(zhí)行本文所述的任何其它方法，如以下參照圖6A和圖6B的描述。
[0072]參照圖6A，示出的施主結(jié)構(gòu)350包括基礎(chǔ)襯底390和半導(dǎo)體材料層392，其中介電材料層394介于它們之間。換句話說，所述半導(dǎo)體材料層392設(shè)置在介電材料層394的與基礎(chǔ)襯底390相對的一側(cè)。介電材料層394可以包括本領(lǐng)域中所稱的“掩埋氧化物層”(B0L),并可以包括例如陶瓷材料，諸如氮化物(氮化硅(例如，Si3N4))或氧化物(例如，氧化娃(SiO2)或氧化招(A1203))。在一些實施方式中，所述介電材料層394可以具有約一微米(I μ m)或更小、約五百納米(500nm)或更小或甚至約三百納米(300nm)或更小的平均總厚度。所述半導(dǎo)體材料層392可以包括例如硅、鍺、II1-V半導(dǎo)體材料(例如，GaN, GaAs, InN,AIN、InGaN等)，或這些半導(dǎo)體材料的混合物。所述半導(dǎo)體材料層392可以為多晶的，或者可以包括單晶體的材料?；A(chǔ)襯底390可以包括例如陶瓷材料或半導(dǎo)體材料。在一些實施方式中，基礎(chǔ)襯底390可以具有至少與所述半導(dǎo)體材料層392的成分基本相似的成分。像先前描述的施主結(jié)構(gòu)那樣，施主結(jié)構(gòu)350具有第一主表面354A和相對的第二主表面354B。
[0073]圖6A示出了多個離子在第一離子植入處理中沿著離子植入面306植入施主結(jié)構(gòu)350中。離子可以非均勻地植入施主結(jié)構(gòu)350中，使得在第二多個區(qū)域372 (可以包括有源區(qū)域)中形成第一多個缺陷358，而不將離子植入第一多個區(qū)域370 (可以包括無源區(qū)域)中。雖然未在圖6A中示出，但是如本文先前所述，離子可以通過經(jīng)構(gòu)圖掩模中的通孔植入施主結(jié)構(gòu)350中的第二多個區(qū)域372中。
[0074]參照圖6B，在第一選擇性的非均勻離子植入處理之后，可以使用第二選擇性的非均勻離子植入處理將附加的離子通過第一多個區(qū)域370植入，而不將附加的離子通過第二多個區(qū)域372植入。如本文先前所述，可以將離子通過經(jīng)構(gòu)圖掩模366中的通孔368植入施主結(jié)構(gòu)350中。相對于第一離子植入處理的離子，第二離子植入處理的離子可以為相同元素成分或為不同元素成分。結(jié)果，在第一多個區(qū)域370中沿著離子植入面356形成附加缺陷359，而在第二多個區(qū)域372中不形成這種附加缺陷。相對于第一多個缺陷358，第二多個缺陷359可以更廣泛和/或更顯著，使得在第一多個區(qū)域370中沿著離子植入面356限定的弱化區(qū)比第二多個區(qū)域372中的相對更弱(更易斷裂)。
[0075]如圖6B所示，可以利用例如如前所述的掩模和蝕刻處理可選地在施主結(jié)構(gòu)350的第一主表面354A中形成多個凹部362。可以先前參照參照圖2A描述的方式將離子通過凹部362植入第一多個區(qū)域370 (如圖6B所示)中。在其它實施方式中，在第二離子植入處理之前，可以在凹部362中設(shè)置介電材料，并且可以先前參照圖3B描述的方式通過凹部362中的介電材料植入離子。如先前實施方式所述，第一選擇性非均勻離子植入處理和第二非均勻離子植入處理可以導(dǎo)致離子集中于施主結(jié)構(gòu)350中的單個植入面309。換句話說，第一選擇性非均勻離子植入和第二非均勻離子植入可以在施主結(jié)構(gòu)350中植入至基本相同的深度。
[0076]在第二離子植入處理之后，可以利用如本文先前參照圖2C至圖2G所述的方法執(zhí)行其它處理以將材料層360轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)。
[0077]在本文中先前描述的任何方法中，施主結(jié)構(gòu)可以在其中可選地包括至少一個離子約束層，以幫助約束離子靠近希望的離子植入面。例如，圖7A和圖7B示出了與先前參照圖6A和圖6B描述的方法相似的方法，但是，其中施主結(jié)構(gòu)還包括離子約束層。當(dāng)然，也可以利用包括離子約束層的施主結(jié)構(gòu)執(zhí)行本文所述的任何其它方法，如以下參照圖7A和圖7B的描述。
[0078]參照圖7A，示出的施主結(jié)構(gòu)400包括絕緣體上半導(dǎo)體(SeOI)型襯底，其與圖6A的襯底基本相似，并包括基礎(chǔ)襯底440、半導(dǎo)體材料層442以及在基礎(chǔ)襯底440與半導(dǎo)體材料層442之間的介電材料層444。施主結(jié)構(gòu)400還包括設(shè)置在介電材料層444上的離子約束層446，在其一側(cè)設(shè)置有半導(dǎo)體材料層442。換句話說，離子約束層446可以掩埋在半導(dǎo)體材料層442中，或者其可以設(shè)置在半導(dǎo)體材料層442和介電材料層444之間。
[0079]離子約束層446可以包括例如半導(dǎo)體材料層442的部分，在用于形成沿著離子植入面406的大致弱化區(qū)的離子植入處理之前，該部分摻雜有例如硼、碳或其它元素。摻雜元素的存在可以導(dǎo)致在植入處理中離子約束層446相對不易被離子穿透。在其它實施方式中，離子約束層446可以包括與所述半導(dǎo)體材料層442不同并且與所述半導(dǎo)體材料層442相比相對不易被待植入的離子穿透的材料(摻雜或未摻雜的)。[0080]圖7A示出了多個離子在第一離子植入處理中沿著離子植入面406植入施主結(jié)構(gòu)400中。離子可以非均勻地植入施主結(jié)構(gòu)400中，使得第一多個缺陷408形成在第二多個區(qū)域422 (可以包括有源區(qū)域)中，而不將離子植入第一多個區(qū)域420 (可以包括無源區(qū)域)中。雖然未在圖7A中示出，但是如本文先前所述，離子可以通過經(jīng)構(gòu)圖掩模中的通孔植入施主結(jié)構(gòu)400中的第二多個區(qū)域422中。
[0081]參照圖7B，在第一選擇性的非均勻離子植入處理之后，可以使用第二選擇性的非均勻離子植入處理將附加的離子通過第一多個區(qū)域420植入，而不將附加的離子通過第二多個區(qū)域422植入。如本文先前所述，可以將離子通過經(jīng)構(gòu)圖掩模416中的通孔418植入施主結(jié)構(gòu)400中。相對于第一離子植入處理的離子，第二離子植入處理的離子可以為相同元素成分或為不同元素成分。結(jié)果，在第一多個區(qū)域420中沿著離子植入面406形成附加缺陷409，而在第二多個區(qū)域422中不形成這種附加缺陷。相對于第一多個缺陷408，第二多個缺陷409可以更廣泛和/或更顯著，使得在第一多個區(qū)域420中沿著離子植入面406限定的弱化區(qū)比第二多個區(qū)域422中的相對更弱(更易斷裂)。
[0082]如圖7B所示，可以利用例如如前所述的掩模和蝕刻處理可選地在施主結(jié)構(gòu)400的第一主表面404A中形成將多個凹部412?？梢韵惹皡⒄諈⒄請D2A描述的方式將離子通過凹部412植入第一多個區(qū)域420 (如圖7B所示)中。在其它實施方式中，在第二離子植入處理之前可以在凹部412中設(shè)置介電材料，并且可以先前參照圖3B描述的方式通過凹部412中的介電材料植入離子。如先前實施方式所述，第一選擇性非均勻離子植入處理和第二非均勻離子植入處理可以導(dǎo)致離子集中于施主結(jié)構(gòu)400中的單個植入面409。換句話說，第一選擇性非均勻離子植入和第二非均勻離子植入可以在施主結(jié)構(gòu)400中植入至基本相同的深度。
[0083]在第二離子植入處理之后，可以利用如本文先前參照圖2C至圖2G所述的方法執(zhí)行其它處理以將材料層410轉(zhuǎn)移至受主結(jié)構(gòu)。
[0084]在本文所述的其中離子通過凹部植入施主結(jié)構(gòu)中的任何方法中，在將離子通過凹部植入施主結(jié)構(gòu)內(nèi)之前，可以在施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的凹部中可選地設(shè)置介電側(cè)壁間隔件，以努力防止雜散離子進(jìn)入施主結(jié)構(gòu)的在橫向上鄰近凹部的區(qū)域中。以下參照圖8A至圖SE描述這種方法的示例實施方式。
[0085]參照圖8A，示出了施主結(jié)構(gòu)500。施主結(jié)構(gòu)500與圖2A的施主結(jié)構(gòu)150相似，并包括已通過經(jīng)構(gòu)圖掩模568中的通孔566而形成在施主結(jié)構(gòu)500的塊體材料552中的多個凹部564。經(jīng)構(gòu)圖掩模568可以包括例如諸如氮化硅(Si3N4)的氮化物材料層。塊體材料552可以具有第一主表面554A和相對的第二主表面554B。如圖8A所不，凹部564可以形成在第一主表面554中。
[0086]參照圖8B，在形成凹部564之后，在掩模568和塊體材料552的第一主表面554A(包括凹部564中的露出的橫向側(cè)壁表面和底部表面)上可以淀積一個或多個共形材料層。該一個或多個共形材料層可以包括例如一層或多層的介電材料。例如，第一共形層569A可以淀積在掩模568和凹部564中的塊體材料552的露出的表面上，并且第二共形層569B可以淀積在第一共形層569A上,如圖8B所不。第二共形層569B可以具有與第一共形層569A的材料組成不同的材料組成，從而允許選擇性地蝕刻第二共形層569B而不蝕刻第一共形層569A，如下面的討論。作為非限制性示例，第一共形層569A可以包括例如氧化物材料(諸如氧化硅(SiO2)),第二共形層569B可以包括例如氮化物材料(諸如氮化硅(Si3N4)X
[0087]如圖8C所示，可以使用各向異性蝕刻處理來蝕刻第二共形層569B，其可以包括氮化物，從而去除第二共形層569B的橫向延伸區(qū)域而基本上不去除第二共形層569B的豎直延伸的區(qū)域。因此，如圖8C所示，僅保留第二共形層569B的設(shè)置在凹部564中的橫向側(cè)壁上的區(qū)域，并且在凹部564內(nèi)的底部表面和施主結(jié)構(gòu)550的主表面554A上露出第一共形層569A。通過示例而非限制的方式，可以使用干法等離子體蝕刻處理(例如，反應(yīng)離子蝕刻(RIE)處理)來各向異性地蝕刻第二共形層569B。
[0088]在各向異性地蝕刻第二共形層569B之后，可以使用另一蝕刻處理來去除第一共形層569A (可以包括氧化物)的在凹部564的底部表面露出的部分。例如，可以使用濕法化學(xué)蝕刻處理來蝕刻第一共形層569A的露出的區(qū)域，得到圖8D所示的結(jié)構(gòu)。蝕刻處理還可以去除第一共形層569A的覆蓋施主結(jié)構(gòu)550的第一主表面554A的區(qū)域。如圖8D所示，在凹部564的底部露出塊體材料552。在塊體材料552在凹部564的底部露出時，如圖8D所示，間隔件結(jié)構(gòu)574可以保留在凹部564內(nèi)的橫向側(cè)壁上。這些間隔件結(jié)構(gòu)574可以包括一個或多個共形層569A、569B的部分。
[0089]因此，在凹部564的底部露出塊體材料552之后，可以將多個離子沿著離子植入面556植入施主結(jié)構(gòu)550中?？梢詫㈦x子非均勻地植入施主結(jié)構(gòu)550中，以使得在第一多個區(qū)域570 (可以包括無源區(qū)域)中形成缺陷，而不將離子植入第二多個區(qū)域572 (可以包括有源區(qū)域)中。在離子植入處理中，間隔件結(jié)構(gòu)574還可以防止離子通過凹部564中的側(cè)壁進(jìn)入待轉(zhuǎn)移的材料層560的有源區(qū)域572中。圖8D所示的離子植入面556可以包括單個植入面，其中大多數(shù)離子在施主結(jié)構(gòu)550中沿著單個面設(shè)置。換句話說，大多數(shù)植入的離子在施主結(jié)構(gòu)550中集中于單個深度。
[0090]參照圖SE，植入的離子可以導(dǎo)致在第一多個區(qū)域570中沿著離子植入面556形成缺陷558。在離子植入處理之后，可以利用例如蝕刻處理和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理中的一種或者更多種從施主結(jié)構(gòu)550去除一個或多個共形層569A、569B (例如，間隔件結(jié)構(gòu)574)和掩模568 (圖8D)的其余部分，以形成圖SE所示的結(jié)構(gòu)。圖SE所示的結(jié)構(gòu)大致類似于圖2B所示的結(jié)構(gòu)，并且還可以如本文先前參照圖2C-2G所述地進(jìn)一步處理。還可以按照本文參照圖3A和圖3B、圖4A和圖4B、圖5A和圖5B、圖6A和圖6B以及圖7A和圖7B所述的任何方法形成并采用間隔件結(jié)構(gòu)(像圖8D的間隔件結(jié)構(gòu)574)。
【權(quán)利要求】
1.一種將半導(dǎo)體材料層從第一施主結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟: 將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)，以在第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)形成由植入的離子限定的大致平坦的弱化區(qū)，該大致平坦的弱化區(qū)將第一施主結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體材料層與第一施主結(jié)構(gòu)的其余部分分離，其中植入的離子的濃度和植入的離子的元素成分中的至少一方在整個大致平坦的弱化區(qū)上沿著平行于所述大致平坦的弱化區(qū)的至少一個方向上變化； 將所述第一施主結(jié)構(gòu)接合至所述第二結(jié)構(gòu)；以及 沿著所述大致平坦的弱化區(qū)使第一施主結(jié)構(gòu)斷裂，并留下接合至第二結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)以形成所述大致平坦的弱化區(qū)的步驟包括: 通過所述半導(dǎo)體材料層的第一多個區(qū)域?qū)⑾鄬^高濃度的離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)；以及 通過所述半導(dǎo)體材料層的第二多個區(qū)域?qū)⑾鄬^低濃度的離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述方法還包括以下步驟: 選擇所述半導(dǎo)體材料層的所述第一多個區(qū)域以包括所述半導(dǎo)體材料層的無源區(qū)域；以及 選擇所述半導(dǎo)體材料層的所述第`二多個區(qū)域以包括所述半導(dǎo)體材料層的有源區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)以形成大致平坦的弱化區(qū)的步驟包括: 將第一元素成分的離子通過所述半導(dǎo)體材料層的第一多個區(qū)域植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)；以及 將不同的第二元素成分的離子通過所述半導(dǎo)體材料層的第二多個區(qū)域植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括以下步驟: 選擇所述半導(dǎo)體材料層的所述第一多個區(qū)域以包括所述半導(dǎo)體材料層的無源區(qū)域；以及 選擇所述半導(dǎo)體材料層的所述第二多個區(qū)域以包括所述半導(dǎo)體材料層的有源區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的步驟包括將離子通過經(jīng)構(gòu)圖掩模中的通孔植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟: 在將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)之前，在第一施主結(jié)構(gòu)的主表面中形成凹部；并且其中，將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的步驟包括將離子通過凹部中的第一施主結(jié)構(gòu)的表面植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)，而不將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)的主表面的非凹陷區(qū)域中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的步驟包括: 執(zhí)行一個離子植入處理以將第一量的離子在所述大致平坦的弱化區(qū)內(nèi)在整個第一施主結(jié)構(gòu)上以基本均勻的濃度植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)；以及 執(zhí)行另一離子植入處理以將第二量的離子在所述大致平坦的弱化區(qū)內(nèi)在整個第一施主結(jié)構(gòu)上以變化的濃度植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括以下步驟: 在執(zhí)行所述一個離子植入處理以將所述第一量的離子植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)之后，在第一施主結(jié)構(gòu)的主表面中形成凹部；并且 其中，執(zhí)行另一離子植入處理的步驟包括將所述第二量的離子通過凹部中的第一施主結(jié)構(gòu)的表面植入第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)，而不將所述第二量的離子植入第一施主結(jié)構(gòu)的主表面的非凹陷區(qū)域中。
10.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括: 第一施主結(jié)構(gòu)，該第一施主結(jié)構(gòu)中具有大致平坦的弱化區(qū)，所述大致平坦的弱化區(qū)由通過在該第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)沿著所述大致平坦的弱化區(qū)植入的離子限定，該大致平坦的弱化區(qū)將第一施主結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料層與第一施主結(jié)構(gòu)的其余部分分離，植入的離子的濃度和植入的離子的元素成分中的至少一方在整個所述大致平坦的弱化區(qū)沿著平行于所述大致平坦的弱化區(qū)的至少一個方向上變化；以及 第二結(jié)構(gòu)，該第二結(jié)構(gòu)接合至第一施主結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體材料層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述大致平坦的弱化區(qū)包括其中具有第一濃度的植入的離子的第一多個區(qū)域和其中具有第二濃度的植入的離子的第二多個區(qū)域，第二濃度比第一濃度高。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述大致平坦的弱化區(qū)包括:第一多個區(qū)域，其中植入的離子具有第一元素成分；以及第二多個區(qū)域，其中植入的離子具有與所述第一元素成分不同的第二元素成分。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括:第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的凹部，其中，在所述大致平坦的弱化區(qū)內(nèi)的沿豎直方向在所述凹部上方的區(qū)域中，相對于在所述大致平坦的弱化區(qū)內(nèi)的沿豎直方向在第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的橫向地位于所述凹部之間的空間上方的區(qū)域，植入的離子的濃度和植入的離子的元素成分中的至少一方不同。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括:位于所述凹部內(nèi)的橫向側(cè)壁上的間隔件結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求 10所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括:位于第一施主結(jié)構(gòu)內(nèi)的大致平行于所述大致平坦的弱化區(qū)延伸的至少一個離子約束層。
【文檔編號】H01L21/762GK103828036SQ201280046870
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月27日
【發(fā)明者】瑪麗亞姆·薩達(dá)卡, 約努茨·拉杜 申請人:索泰克公司