專利名稱：以離子植入致能的晶圓鍵合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基底(substrate)的植入(implantation)與鍵合(bonding)的領(lǐng)域， 尤其涉及對基底進(jìn)行離子活化(ion activation)來促成鍵合的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
離子植入是將離子摻入工件的制程。有一種離子植入是在半導(dǎo)體基底的制造過程中植入雜質(zhì)離子，以得到想要的元件電特性。如同本領(lǐng)域中眾所周知的，硅晶圓(silicon wafer)具有晶體結(jié)構(gòu)(crystalline structure),其中硅的固有導(dǎo)電性(intrinsic conductivity)太低，所以不是一種實(shí)用的電元件。然而，將想要的雜質(zhì)摻入晶格(crystal lattice)就能形成載流子(current carrier)。將要摻入晶圓的材料首先要在離子源(ion source)中被游離(ionized)。從離子源中提取(extract)出來的離子經(jīng)加速而形成規(guī)定 能量的離子束(ionbeam)，此離子束朝著晶圓的表面?zhèn)鞑?。離子束中的高能離子穿入晶圓主 體(bulk)，且被埋入(embed)半導(dǎo)體材料的晶格，形成具有想要的導(dǎo)電性的區(qū)域。離子植入機(jī)通常包括離子源室，用來產(chǎn)生特定物種的離子；一系列束線構(gòu)件 (beam line components)，用來控制離子束；以及平臺(platen)或卡盤(chuck)，用來支 撐著接收離子束的晶圓。這些構(gòu)件是安裝在真空環(huán)境中，以避免接觸污染物以及防止離子 束分散(dispersion)。束線構(gòu)件可包括一系列電極(electrodes)，用來從離子源室中 提取離子；質(zhì)量分析器(massanalyzer)，此質(zhì)量分析器被配置以特殊磁場，使得只有具有 想要的質(zhì)荷比(mass-to-charge ratio)的離子才能夠穿過此質(zhì)量分析器；以及修正磁鐵 (corrector magnet)，用來提供帶狀束(ribbon beam)，此帶狀束朝著正交于此離子束的晶 圓傳播，且將離子植入晶圓基底。當(dāng)離子在基底中與電子(electrons)、原子核(nuclei)相 碰撞時(shí)，離子會(huì)喪失能量，且按照其加速度能量(acceleration energy)在基底內(nèi)的想要的 深度停止移動(dòng)?；椎闹踩肷疃仁腔陔x子源室中所產(chǎn)生的離子的離子植入能量與質(zhì)量。 通過靜電束掃描或磁束掃描、通過基底移動(dòng)或者通過束掃描與基底移動(dòng)相結(jié)合，離子束可 分布在基底上。離子束可以是點(diǎn)束(spot beam)或具有長維度(long dimension)與短維 度(short dimension)的帶狀束。典型的是，可摻入砷(arsenic)或磷(phosphorus)來在 晶圓中形成η型區(qū)域，以及摻入硼(boron)、鎵(gallium)或銦(indium)來在晶圓中形成ρ 型區(qū)域。可選擇的是，也可使用電漿摻雜制程(plasma doping process)來對半導(dǎo)體晶圓 進(jìn)行摻雜。要摻雜的晶圓被放置在電性偏壓(electrically-biased)的平臺上，此平臺是 用作陰極(cathode)，且位于電漿摻雜模組中?？捎坞x的摻雜氣體被引進(jìn)制程室，且電壓脈 沖被施加在平臺與陽極或制程室墻壁之間，導(dǎo)致含有摻質(zhì)氣體中的離子的電漿形成。此電 漿的電漿鞘(Plasma sheath)靠近晶圓。所施加的脈沖致使電漿中的離子加速穿過電漿 鞘，且植入晶圓。植入的深度是和晶圓與陽極或制程室墻壁之間所施加的電壓有關(guān)。如此 一來，可得到的植入能量非常低。例如，于1994年10月11日頒發(fā)給Sheng的美國專利第 5，354，381號、于2000年2月1日頒發(fā)給Liebert等人的美國專利第6，020, 592號以及于2001年2月6日頒發(fā)給Goeckner等人的美國專利第6，182，604號中有關(guān)于電漿摻雜系統(tǒng) 的描述。在其他類型的電漿摻雜系統(tǒng)中，電漿是通過(例如)來自天線(antenna)的感應(yīng) 耦合(inductively-coupled)射頻(Radio Frequency,RF)電力來源源不斷地產(chǎn)生，其中天 線是配置在電漿摻雜室之內(nèi)或之外，且此天線連接到射頻電源。電壓脈沖是以特定的間隔 施加在平臺與陽極之間，致使電漿中的離子加速前往晶圓。
許多半導(dǎo)體制程都包括晶圓鍵合，在晶圓鍵合中，不同的材料被統(tǒng)一化(unified) 以構(gòu)成新的電子元件，而此電子元件不可能以別的方式利用單一的硅晶圓制造而成。依賴 于晶圓鍵合的一些常見制程包括(例如)硅覆絕緣層(silicon-on-insulator，S0I)制造 與三維堆迭晶片(three-dimensional stackedchip)制造。制造硅覆絕緣層晶片有幾種 不同的方法，一種方法是利用層傳遞制程(layer transfer process)來形成硅覆絕緣層 結(jié)構(gòu)，在此層傳遞制程中，一晶體硅晶圓被鍵合到先前形成在另一晶體硅晶圓上的二氧化 硅層的上面。范德華力(Van der Waals forces)致使這兩個(gè)晶圓立即黏合，使得在退火 (annealing)步驟中通過加熱晶圓能夠形成更牢固的鍵合。然后，半導(dǎo)體活性層(active semiconductor layer)沿著一平面而裂開(cleaved)，且上面部分被移除以提供適當(dāng)薄 的半導(dǎo)體活性層。然后此硅樹脂隔離層(isolatedsilicone layer)上形成集成電路 (integrated circuits)。娃覆絕緣層技術(shù)是用來減小結(jié)電容(junction capacitance)與 寄生漏電流(parasitic leakage current)，以提高半導(dǎo)體元件的速度。要制備將要鍵合的晶圓，必須活化(activate)表面?；罨砻娴囊环N方法是利用 濕化學(xué)品(wet chemistries)來處理晶圓以產(chǎn)生鍵合力(bondingforce)，且在高溫下(> 9000C )使用后續(xù)退火制程來強(qiáng)化鍵合。電漿活化法(plasma activation)是用來活化要鍵 合的晶圓表面的另一種制程。在此電漿活化法中，晶圓被放置在電漿室中，在此電漿室里， 晶圓暴露在電漿(例如，氫氣(H2)、氧氣(O2)等)中。在不破壞真空的條件下，晶圓表面被 并在一起，且發(fā)生鍵合。利用電漿活化法，晶圓表面上的離子物種的可動(dòng)性(mobility)增 大，這使得氧化物反應(yīng)增強(qiáng)，從而強(qiáng)化鍵合制程。此外，電漿活化法使接觸污染物的可能性 降低，同時(shí)也排除了對溫度退火的需要。然而，電漿活化法要求在專用的制程裝置(例如， 半導(dǎo)體集束型設(shè)備(semiconductorcluster tool)的電漿室)中進(jìn)行基底表面鍵合。典型 的半導(dǎo)體集束型設(shè)備是由幾個(gè)不同的晶圓處理模組來組成的，這些晶圓處理模組可依靠中 央控制系統(tǒng)來管理。使用獨(dú)立的制程設(shè)備可增大在集束型設(shè)備內(nèi)以及在制造過程中制造晶 圓的復(fù)雜度及成本。因此，本領(lǐng)域需要一種致能晶圓鍵合的改良裝置及其方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的是一種通過離子植入來致能的晶圓鍵合方法。在一個(gè)實(shí)施例 中，此晶圓鍵合方法包括將至少兩個(gè)基底放置在離子靶室(ion targetchamber)中。這兩個(gè) 基底中的第一基底的至少一個(gè)表面暴露在離子束中。這種暴露會(huì)減少此基底的表面物種，以 準(zhǔn)備與第二基底鍵合。在離子靶室內(nèi)，第一基底與第二基底在想要的溫度下對準(zhǔn)(aligned)。 第一基底的暴露表面與第二基底的一表面被并在一起且相互接觸，以形成鍵合的基底。


圖1是活化前的示范性基底表面的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的示范性離子植入機(jī)。圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖1所示的基底在使用圖2所示的離子植入機(jī)進(jìn)行了表面活化之后的示意圖。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的離子植入機(jī)的制程室。圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的離子植入機(jī)的圖4所示的制程室的另一圖式。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的離子植入機(jī)的制程室的另一實(shí)施例。圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的離子植入機(jī)的圖6所示的制程室的另一圖式。圖8是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖2所示的離子植入機(jī)的活化制程的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的較佳實(shí)施例示于這些附圖中。但是， 本發(fā)明也可體現(xiàn)為許多不同的形態(tài)，而不應(yīng)局限于本說明書所列舉的實(shí)施例。確切地說，提 供這些實(shí)施例是為了使揭示的內(nèi)容更透徹更完整，且將本發(fā)明的范圍充分傳遞給本領(lǐng)域技 術(shù)人員。在整個(gè)附圖中，相同的符號代表相同的元件。本說明書中的裝置與方法針對離子植入機(jī)來進(jìn)行描述。但是，這些方法也可應(yīng)用 于與半導(dǎo)體制造有關(guān)的其他系統(tǒng)及制程或使用基底鍵合的其他系統(tǒng)。因此，本發(fā)明并不局 限于以下所述的特殊實(shí)施例。如上所述，基底鍵合表面的活化可提高硅覆絕緣層晶圓或需 要兩個(gè)基底鍵合在一起的其他產(chǎn)品的品質(zhì)。圖1是活化前的示范性基底表面的示意圖。基 底42可以是晶圓或者用具有多個(gè)原子40的晶格結(jié)構(gòu)來組成的其他工件。原子40可以是硅 或其他元素，其中，(例如)這些原子的外殼與相鄰的原子共用電子，形成共價(jià)鍵(covalent bonds)，從而形成穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)。但是，位于基底42表面的原子40卻不能與相鄰的原子 (例如，橫向上)鍵合以形成共價(jià)鍵。表面上的這些原子被視為未達(dá)到飽和(unsaturated)， 因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙傩纬晒矁r(jià)鍵的相鄰原子。第一單層(monolayer)中的原子40的外殼上的一 些電子通過與相鄰原子40之間的交互作用來達(dá)到飽和(saturated)，但是這些鍵相對而言 較弱。不在原子40上的其他電子則通過與鈍化(passivating)基底表面的雜質(zhì)之間或與 鄰接這些原子的其他化合物之間的交互作用來達(dá)到飽和。因此，原子40將與化合物41鍵 合，其中化合物41可以是(例如)基底42的表面上所吸收的材料(諸如，有機(jī)膜)。原子 40與化合物41之間的鍵合雖然不如主體晶格中的原子40之間的鍵合那樣牢固，但是這些 鍵合仍然會(huì)減小基底42表面上的原子40的反應(yīng)性(reactivity)。如上所述，致使這些原 子發(fā)生反應(yīng)的一種方法是將基底表面暴露在濕化學(xué)品中以產(chǎn)生鍵合力，以及在高溫下使用 后續(xù)退火制程且持續(xù)規(guī)定的時(shí)間間隔。此制程使得基底表面具有親水性(hydrophilic)，且 容易鍵合。用來活化基底42表面的另一種方法包括將基底表面暴露在電漿中。如此一來， 晶圓表面的離子物種的可動(dòng)性提高，這樣可加強(qiáng)氧化物反應(yīng)，從而強(qiáng)化鍵合制程。但是，如 上所述，這些制程均有其各自的缺點(diǎn)。圖2是根據(jù)本發(fā)明用于活化基底42表面的離子植入機(jī)10的實(shí)施例。此離子植入 機(jī)可能已經(jīng)并入(例如)硅覆絕緣層或三維堆迭晶片晶圓制造所使用的半導(dǎo)體制造過程的 各別部分。離子植入機(jī)10包括離子束源室11，此離子束源室11也可具有一氣體箱(gas box)，而此氣體箱是用來容納將要游離的想要的氣體。離子束源室11可以是間接熱陰極 (indirectly heated cathode，IHC)、微波離子源或射頻離子源。一旦氣體被供應(yīng)到離子束源室，離子就會(huì)從離子束源室中被提取出來以形成離子束12。離子是利用標(biāo)準(zhǔn)三電極組態(tài) 來提取，此標(biāo)準(zhǔn)三電極組態(tài)包括電漿或電弧縫電極(plasma or arc slitelectrode)、消弧 電極(suppression electrode) 14以及位于消弧電極14下游的接地電極15。這些電極是 用來產(chǎn)生想要的電場，以聚焦從離子束源室11中提取出來的離子束12。這些電極所產(chǎn)生 的電場強(qiáng)度可被調(diào)諧為想要的射束電流，以提取特定類型的離子束12。離子束12傳播到 質(zhì)量分析器16，此質(zhì)量分析器16包括分解磁鐵(resolving magnet) 13以及具有分解孔徑 (resolvingaperture) 18 的遮罩電極(masking electrode) 17。分解磁鐵 13 使離子束 12 中的離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使得想要的離子物種的離子穿過分解孔徑18。不想要的離子物種則不 會(huì)穿過分解孔徑18，而是被遮罩電極17遮擋住。在一個(gè)實(shí)施例中，分解磁鐵13使想要的物 種的離子偏轉(zhuǎn)大約90°。想要的物種的離子穿過分解孔徑18，到達(dá)角度修正磁鐵(angle correctormagnet) 23。有些實(shí)施例中，想要的物種的離子也要穿過一減速段 (decelerationstage)(未圖示)。角度修正磁鐵23使想要的離子物種的離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且將離子束從發(fā)散的(diverging)離子束轉(zhuǎn)變成帶狀束24，而此帶狀束24具有實(shí)質(zhì)上平行的 離子軌跡(ion trajectoryies)。在一個(gè)實(shí)施例中，角度修正磁鐵23使想要的離子物種的 離子偏轉(zhuǎn)大約70°。有些實(shí)施例中，離子束12可穿過一加速塔(acceleration column) 0 此加速塔可選擇性地控制離子束12的能量，且協(xié)助離子束12以想要的方式聚集并滲入到 基底或晶圓26中。帶狀束24也可穿過一加速塔，此加速塔可配置在質(zhì)量分析器16與角度 修正磁鐵23之間，也可配置在角度修正磁鐵23后面。終端臺(end station) 25包括卡盤 32，此卡盤32用來支撐著晶圓或其他工件26，目的是進(jìn)行原位(in situ)離子植入。此終 端臺25對準(zhǔn)帶狀束24的路徑，使得想要的物種的離子能夠植入晶圓26。終端臺25也可包 括一掃描儀(scanner)，用來垂直于帶狀束24剖面的長維度來移動(dòng)晶圓26，或者執(zhí)行另外 的一維掃描(one-dimensional scans)，從而使離子分布在晶圓26的整個(gè)表面上?？ūP32 也可配置成能夠旋轉(zhuǎn)，且提供正交掃描修正。離子植入機(jī)10 通過(例如)硅(silicon)、氧(oxygen)、鍺(germanium)、氙 (xenon)、氦(helium)、氖(neon)、氬(argon)、氪(krypton)、二氧化碳(carbon dioxide)、 氮(nitrogen)、其他的化學(xué)活性物種或惰性物種、其他單體離子(monomer ion)、其他游離 分子或原子團(tuán)簇(cluster)的植入來活化基底的鍵合表面。這些植入可在足夠低的能量 (0. 2至5keV，這取決于物種)與足夠高的劑量(dose) (3E15至1E17)下執(zhí)行以活化每個(gè)晶 圓的薄表面層。使用低植入能量來進(jìn)行表面活化可確保薄表面層下面的晶圓材料免受離子 植入的影響。相對于離子束來斜置(tilting)晶圓可進(jìn)一步控制受到離子植入表面活化的 影響的表面層深度。斜置晶圓會(huì)影響穿隧效應(yīng)(channeling)，防止植入的離子植入晶圓太 深。斜置晶圓也可增加進(jìn)入晶圓表面的單位深度(per unit depth)內(nèi)發(fā)生交互作用的數(shù) 量。斜置晶圓也可造成晶圓表面附近的想要的區(qū)域中發(fā)生更多碰撞。因此，在離子植入過 程中斜置晶圓可將操作控制在離子束植入的較佳能量范圍內(nèi)。在不同于室溫的溫度下執(zhí)行 離子植入也可改良晶圓26的表面活化。例如，在_50°C至200°C的溫度下加熱晶圓26使表 面物種(諸如，圖1中的化合物41)揮發(fā)(volatize)。圖3為根據(jù)本發(fā)明的圖1所示的晶格結(jié)構(gòu)在使用離子植入機(jī)10進(jìn)行活化之后的 示意圖。離子束24植入或?qū)?zhǔn)基底26的表面，這樣會(huì)使化合物41脫離基底表面，使得原子40可與其他材料或基底鍵合?；?6的表面是“活性的”，這樣可強(qiáng)化鍵合制程。此活 化制程產(chǎn)生懸鍵(dangling bonds)，以準(zhǔn)備與另一基底鍵合。懸鍵本質(zhì)上是被破壞的共價(jià) 鍵，在此情形下，經(jīng)查找，硅晶圓表面上的每個(gè)表面晶格原子40有兩個(gè)懸鍵。雖然圖3所示 的是基底26的一個(gè)表面被活化，但是離子植入可在每個(gè)要鍵合的基底的多個(gè)表面上執(zhí)行。 用來活化基底26表面的離子束24可以是帶狀束，但是也可以是點(diǎn)狀離子束或其他離子束 形態(tài)。此外，用電漿摻雜設(shè)備中的電漿來產(chǎn)生的離子也可用來活化要鍵合的基底。表面活化可與用來定義后鍵合分裂制程(post-bond splitting process)的植入 步驟相鏈結(jié)。后鍵合分裂制程可在(例如)硅覆絕緣層制造中使用。詳細(xì)地說，在晶圓上 形成氧化物膜，且將氫與/或氦植入要鍵合的晶圓之一的上表面，就能在晶圓內(nèi)形成微氣 泡層(fine bubble layer)。執(zhí)行了離子植入的硅晶圓被迭置(superposed)在另一硅晶 圓上，使得執(zhí)行了離子植入的表面能夠透過氧化物膜來緊密接觸另一硅晶圓。此晶圓經(jīng)加 熱處理以利用微氣泡層作為分層平面(delaminating plane)來將晶 圓之一的一部分分層， 從而形成薄膜硅層?？蛇x擇的是，在進(jìn)行氫植入和/或氦植入以形成氣泡層之前，可先進(jìn)行 離子表面活化。根據(jù)本實(shí)施例，執(zhí)行表面活化的表面上可形成氧化物層，也可不形成氧化物 層。可選擇的是，分裂的晶圓可再利用以形成其他硅覆絕緣層晶圓。在其他實(shí)施例中，鍵合 是在退火步驟或其他熱步驟之后執(zhí)行。如此一來，在準(zhǔn)備表面活化(例如，與氫分裂植入或 其他物種分裂植入相鏈結(jié)的植入)的同時(shí)，離子植入機(jī)在降低的溫度下可提供增大的鍵合 強(qiáng)度與晶圓鍵合的好處。此外，物種分裂植入與表面活化植入是在同一個(gè)離子植入機(jī)中執(zhí) 行。后鍵合分裂可應(yīng)用于(例如)三維堆迭晶片、集成電路或其他多層晶片技術(shù)。后鍵合 分裂可應(yīng)用于任何基于層傳遞的制程(例如，薄膜的制造)。此薄膜制造可在昂貴的材料 (例如，氮化鎵(GaN))上執(zhí)行，然后此材料被粘結(jié)在廉價(jià)的處理晶圓(handle wafer)上。 后鍵合分裂也可用來設(shè)計(jì)制造諸如砷化鎵覆硅(GaAs on Si)或鍺覆硅(Ge on Si)之類的 新型半導(dǎo)體基底。圖4至圖7為示范性的制程室與兩個(gè)要鍵合的晶圓，以通過離子植入機(jī)10利用離 子活化來形成硅覆絕緣層晶圓。圖4至圖7中所示的制程室可取代使用離子束24的終端 臺25，或者成為終端臺25之外的附加構(gòu)件。利用離子活化，離子植入機(jī)10的制程室可提供 改良的性能來鍵合已在真空中進(jìn)行了活化的兩個(gè)基底表面。此步驟不需要將基底暴露在大 氣中和/或?qū)⒕A運(yùn)送到另一個(gè)制程設(shè)備來執(zhí)行鍵合步驟。因此，使用離子植入機(jī)來進(jìn)行 預(yù)鍵合(pre-bonding)表面活化，可不需要專用于電漿活化和/或濕化學(xué)品暴露的額外制 程設(shè)備，從而使生產(chǎn)制程流線化(streamlining)，且降低有關(guān)的制造成本。圖4是根據(jù)本發(fā)明的制程室50的第一實(shí)施例的圖式，此制程室50包括一個(gè)或多 個(gè)開口(opening)，這些開口經(jīng)配置以接收離子束24。制程室50包括卡盤51，經(jīng)配置以 固持著基底52;以及卡盤53，經(jīng)配置以固持著基底54?；?2可以是(例如)硅覆絕緣 層制造中所使用的支撐工件，而基底54可經(jīng)配置以用于粘結(jié)(cleaving)或經(jīng)受上述的后 鍵合分裂制程。因此，執(zhí)行粘結(jié)或后鍵合分裂的植入(例如，氫或氦)已在本實(shí)施例中執(zhí)行 完?？ūP51與卡盤53是以可移動(dòng)方式配置在制程室50內(nèi)。特別地，卡盤51與53的至少 其中之一或其兩者可移置到離子束24的路徑中?；?2與54的至少其中之一通過離子 植入來進(jìn)行活化，在想要的溫度下相互對準(zhǔn)(aligned)并相互接觸。制程室50也經(jīng)配置以 控制基底52與基底54的溫度，使它們的溫度可高達(dá)500°C?？蛇x擇的是，卡盤51與53 (而不是制程室50)也可用來控制溫度，使溫度可高達(dá)500°C。圖5是圖4所示的制程室50的另一圖式，在圖5中，基底52與54繪示為在想要 的溫度下相互接觸且持續(xù)規(guī)定的時(shí)間間隔。卡盤53松開基底54，結(jié)合在一起的基底52與 基底54作為一個(gè)單元從制程室50中移出。可選擇的是，當(dāng)基底52與基底54在想要的溫 度下相互接觸持續(xù)規(guī)定的時(shí)間間隔之后，溫度可升高，以啟動(dòng)分裂?？ūP51扣住有新粘結(jié) 的層在上面的支撐晶圓，而卡盤53則扣住剩余的后分裂層。在另一實(shí)施例中，制程室50中 只包含卡盤51或53之一，一晶圓處理機(jī)械手(wafer handling robot)固持著用來與其他基底鍵合的第二基底?？蛇x擇的是，制程室50可包括一個(gè)或多個(gè)卡盤與多個(gè)晶圓處理機(jī)械 手，以操控與促成兩個(gè)基底52與54之間的鍵合。圖6與圖7為制程室50的另一實(shí)施例，此實(shí)施例中使用獨(dú)立的制程室55來進(jìn)行 基底鍵合，而制程室50則是用來進(jìn)行離子束24的離子植入。鍵合室55是經(jīng)由一真空連桿 (vacuum link)來連接到制程室50。如圖7所示，卡盤51與卡盤53經(jīng)配置以在制程室50 與鍵合室55之間移動(dòng)。詳細(xì)地說，在制程室50中對基底52與53執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)離子植 入步驟，且卡盤51與53分別將基底52與54轉(zhuǎn)移到獨(dú)立的鍵合室55中，其間要維持真空 環(huán)境。然后，基底52與基底54將在鍵合室55內(nèi)在想要的溫度下相互接觸且持續(xù)規(guī)定的時(shí) 間間隔。卡盤53松開基底54，被卡盤51支撐著的結(jié)合在一起的基底52與基底54作為一 個(gè)單元從鍵合室55中移出。如果制程步驟要求相結(jié)合的基底分裂開，則可升高鍵合室55 內(nèi)的溫度，以啟動(dòng)此分裂制程。然后，卡盤53從卡盤51附近移開，且卡盤51支撐著有新粘 結(jié)的層在上面的晶圓，而卡盤53則支撐著剩余的后分裂層。制程室55也經(jīng)配置以控制基 底52與基底54的溫度，使溫度可高達(dá)500°C?？蛇x擇的是，卡盤51與53 (而不是制程室 55)也可用來控制溫度，使溫度可高達(dá)500°C。在另一實(shí)施例中，表面活化也允許在制程室 50之外的另一制程室中執(zhí)行鍵合。在另一實(shí)施例中，制程室50中僅包含一個(gè)卡盤，且使用 一晶圓處理機(jī)械手來固持著用來鍵合的第二基底。鍵合室55也可包括兩個(gè)晶圓處理機(jī)械 手，這兩個(gè)晶圓處理機(jī)械手經(jīng)配置以將基底52與54從制程室50轉(zhuǎn)移到鍵合室55?？蛇x擇 的是，制程室50也可包括一個(gè)或多個(gè)卡盤以及至少一個(gè)晶圓處理機(jī)械手，用來將基底52與 54從制程室50轉(zhuǎn)移到鍵合室55。圖8是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，圖2所示的離子植入機(jī)的活化制程的流程圖。本領(lǐng) 域技術(shù)人員將注意的是，此方法可根據(jù)要鍵合的基底以及各種制程條件來進(jìn)行修正，以適 合于各種應(yīng)用?；?2與54被放置在離子植入機(jī)鍵合室50中(步驟Si)。摻質(zhì)氣體被供 應(yīng)到離子源室11，以產(chǎn)生適合進(jìn)行預(yù)鍵合基底表面活化的物種離子(步驟S2)?；?2和 /或基底54被分別定位在卡盤51與53上，且這兩個(gè)基底的至少其中之一的表面暴露在所 產(chǎn)生的離子束形態(tài)的物種離子中(步驟S3)。在步驟S4中，兩個(gè)基底52與54在想要的溫度下相互對準(zhǔn)，在步驟S5中，兩個(gè)基底52與54鍵合在一起。相結(jié)合的基底從制程室50中 移出(步驟S6)?？蛇x擇的是，鍵合在一起的基底仍然留在制程室50中，且制程室50的溫 度升高以啟動(dòng)后鍵合分裂(步驟S7)。然后，后鍵合分裂層與粘結(jié)層分離(步驟S8)，且基 底從制程室中移出。雖然本發(fā)明以較佳實(shí)施例揭示如上，但其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員， 在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以作任意更改或等同替換，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以本申請權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種將至少兩個(gè)基底原位鍵合在一起的方法，包括將所述基底放置在離子靶室中；將至少兩個(gè)所述基底中的第一基底的至少一個(gè)表面暴露在離子束中，以減少至少一個(gè)所述表面上的表面物種，準(zhǔn)備與至少兩個(gè)所述基底中的第二基底鍵合；在所述離子靶室內(nèi)在想要的溫度下對準(zhǔn)所述第一基底與所述第二基底；以及將所述第一基底的所述暴露表面與所述第二基底的一表面并在一起且使之相互接觸，以形成鍵合的基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將至少兩個(gè)基底原位鍵合在一起的方法，還包括將鍵合的所 述基底從所述離子靶室中移出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將至少兩個(gè)基底原位鍵合在一起的方法，還包括升高所述離 子靶室的溫度，以啟動(dòng)鍵合的所述基底的后鍵合分裂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的將至少兩個(gè)基底原位鍵合在一起的方法，還包括用鍵合的所 述基底來形成粘結(jié)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的將至少兩個(gè)基底原位鍵合在一起的方法，還包括將所述后鍵 合分裂層與所述粘結(jié)層分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將至少兩個(gè)基底原位鍵合在一起的方法，其中所述第一基底 是具有二氧化硅層的硅晶圓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將至少兩個(gè)基底原位鍵合在一起的方法，還包括將所述第二 基底的至少一個(gè)表面暴露在離子束中，以減少至少一個(gè)所述表面上的表面物種，準(zhǔn)備與所 述第一基底鍵合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將至少兩個(gè)基底原位鍵合在一起的方法，其中所述第一基底 的至少一個(gè)所述表面暴露在植入能量介于0. 2keV與5keV之間的所述離子束中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將至少兩個(gè)基底原位鍵合在一起的方法，還包括當(dāng)所述第一 基底暴露在所述離子束中時(shí)，所述第一基底相對于所述離子束傾斜一角度。
10.一種將至少兩個(gè)基底鍵合在一起的方法，包括 將所述基底放置在第一室中；將至少兩個(gè)所述基底中的第一基底的至少一個(gè)表面暴露在離子束中，以減少至少一個(gè) 所述表面上的表面物種，準(zhǔn)備與至少兩個(gè)所述基底中的第二基底鍵合； 在所述第一室內(nèi)在想要的溫度下對準(zhǔn)所述第一基底與所述第二基底； 將所述第一基底與所述第二基底從所述第一室轉(zhuǎn)移到第二室，所述第一室與所述第二 室之間保持真空環(huán)境；以及在所述第二室內(nèi)將所述第一基底的所述暴露表面與所述第二基底的一表面并在一起 且使之相互接觸，以形成鍵合的基底。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的將至少兩個(gè)基底鍵合在一起的方法，還包括升高所述第二 室的溫度，以啟動(dòng)鍵合的所述基底的后鍵合分裂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的將至少兩個(gè)基底鍵合在一起的方法，還包括用鍵合的所述 基底來形成粘結(jié)層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的將至少兩個(gè)基底鍵合在一起的方法，還包括將所述后鍵合 分裂層與所述粘結(jié)層分離。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的將至少兩個(gè)基底鍵合在一起的方法，還包括當(dāng)所述第一基 底暴露在所述離子束中時(shí)，所述第一基底相對于所述離子束傾斜一角度。
15.一種離子植入機(jī)處理系統(tǒng)，包括離子源室，經(jīng)配置以接收原料氣，且產(chǎn)生具有特定能量與質(zhì)量的離子，所述離子源室具 有一孔徑，所述離子通過所述孔徑而被提取出來；靶室，配置在所述離子源的下游，經(jīng)配置以接收所述離子束；第一卡盤組件，配置在所述靶室內(nèi)，所述第一卡盤組件經(jīng)配置以承接著對準(zhǔn)所述離子 束的第一基底；以及第二卡盤組件，配置在所述靶室內(nèi)，所述第二卡盤組件經(jīng)配置以承接著第二基底，所述離子束具有特定的植入能量，使得離子能夠活化所述第一基底的表面層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的離子植入機(jī)處理系統(tǒng)，其中所述靶室是第一室，所述離子 植入機(jī)處理系統(tǒng)還包括連接到所述第一室的第二室，所述第一室與所述第二室之間保持真 空環(huán)境。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的離子植入機(jī)處理系統(tǒng)，其中所述第一卡盤與所述第二卡盤 經(jīng)配置以使得所述第一基底與所述第二基底相互接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的離子植入機(jī)處理系統(tǒng)，其中所述第一卡盤與所述第二卡盤 經(jīng)配置以在所述第一室與所述第二室之間移動(dòng)，且還經(jīng)配置以使得所述第一基底與所述第 二基底在所述第二室內(nèi)相互接觸。
全文摘要
所揭示的是將兩個(gè)藉由離子植入而活化的基底晶圓鍵合在一起的方法。原位離子鍵合室允許在制造流程所使用的現(xiàn)有制程設(shè)備中進(jìn)行離子活化與鍵合。基底的至少其中之一是在低植入能量下進(jìn)行離子活化，以確保薄表面層下面的晶圓材料免受離子活化的影響。
文檔編號H01L21/265GK101802992SQ200880107434
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者保羅·沙利文, 史帝文·R·沃特, 彼得·紐南, 由里·艾洛克海 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司