專利名稱：旨在減少施主襯底拉伸應(yīng)力狀態(tài)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)體的制造方法
旨在減少施主襯底拉伸應(yīng)力狀態(tài)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)體的制造方法本發(fā)明涉及一種制造特別打算應(yīng)用于電子、光學(xué)、光電或光電子領(lǐng)域中的異質(zhì)結(jié)構(gòu)體的方法。該方法更為具體地是下述方法，所述方法包括以下步驟-將原子物質(zhì)注入至第一所謂的“施主”襯底內(nèi)部，以在其中形成脆弱區(qū)；-在施主襯底上組裝第二所謂的“受主”襯底；-沿脆弱區(qū)分離出所述施主襯底的后部，以在受主襯底上賦予需要的薄層。這種類型的方法通常以商標(biāo)“Smart Cut”著稱。利用這種技術(shù)，可以結(jié)合薄層材料和支撐體材料的特有優(yōu)勢。通過轉(zhuǎn)移層，可以在同一疊層(stack)中使據(jù)推理具有不相容性(如熱膨脹系數(shù)的差異較大)的部分相結(jié)合。對于此類結(jié)構(gòu)體，在其制造過程中遇到的問題之一歸因于在熱處理，如其間進(jìn)行薄層分離的熱處理中相接觸的多個(gè)層中存在極強(qiáng)的應(yīng)力場。這些應(yīng)力歸因于相接觸的材料之間的不同的熱膨脹。在這種情況下，有必要在低于異質(zhì)結(jié)構(gòu)體因上述應(yīng)力而將劣化的臨界溫度的溫度下進(jìn)行分離。由于起作用的應(yīng)力值與組裝襯底的厚度相關(guān)，要注意的是在層分離后，該結(jié)構(gòu)體隨后可以進(jìn)行更為重要的熱處理。在最終結(jié)構(gòu)體的制造中可能發(fā)生的劣化通常是相互接觸的兩個(gè)襯底破裂和/或其在結(jié)合界面處分離。因此，在藍(lán)寶石(Al2O3)上硅型異質(zhì)結(jié)構(gòu)體的情況中，硅和藍(lán)寶石的熱膨脹系數(shù) (TEC)分別是3.6X10_6/°C和是5.0X10_6/°C。膨脹不同的現(xiàn)象首先發(fā)生在旨在引起薄層與硅施主襯底分離的熱處理步驟時(shí)。在此類TEC不同的情況下，薄層的轉(zhuǎn)移變得精細(xì)，因?yàn)樵谡承越Y(jié)合后且轉(zhuǎn)移前進(jìn)行的熱處理步驟(例如分離退火)進(jìn)行了必要的限制。實(shí)際上，兩個(gè)組裝襯底的膨脹不同可導(dǎo)致組裝體(assembly)的分離或襯底的破裂。本發(fā)明旨在改進(jìn)此技術(shù)的這種狀況。更具體而言，本發(fā)明基于以下觀察在層轉(zhuǎn)移方法，特別是通過Smart Cut技術(shù)進(jìn)行層轉(zhuǎn)移方法的范圍內(nèi)，在組裝施主硅襯底與藍(lán)寶石受主襯底的過程中(且更一般而言當(dāng)施主襯底的熱膨脹系數(shù)(TEC)小于受主襯底的TEC時(shí))，施主襯底在組裝后的熱處理過程中拉伸并導(dǎo)致斷裂。目前，施主襯底材料、特別是注入?yún)^(qū)處的拉伸狀態(tài)，似乎是“薄片”(platelet)和其他微觀缺陷、斷裂現(xiàn)象的前體傳播和/或發(fā)展的障礙。更特別地，在這種有應(yīng)力的材料中缺陷的取向似乎并非沿著有利方向，即在板平面中產(chǎn)生。這種障礙會(huì)導(dǎo)致劣質(zhì)、延遲斷裂或甚至完全阻止斷裂。因此，本發(fā)明提供一種制造特別打算應(yīng)用于電子、光學(xué)、光電或光電子領(lǐng)域的異質(zhì)結(jié)構(gòu)體的方法，所述方法包括以下步驟-將原子物質(zhì)注入至第一所謂的“施主”襯底的內(nèi)部，以在其中形成脆弱區(qū)，
-在施主襯底上組裝第二所謂的“受主”襯底，-沿脆弱區(qū)分離出所述施主襯底的后部，以在所述受主襯底上賦予需要的薄層，其中，所述受主襯底的熱膨脹系數(shù)大于施主襯底的熱膨脹系數(shù)，而且為便于分離， 所述方法在所述組裝后且所述分離前施加所謂的“分離”退火。本方法由于以下事實(shí)而是顯著的，所述分離退火包括以下同步施加-對施主襯底施加第一溫度；-對受主襯底施加不同于第一溫度的第二溫度；對上述第一溫度和第二溫度進(jìn)行選擇以減少施主襯底的拉伸應(yīng)力狀態(tài)。本發(fā)明的其他有利特征和非限制特征為-該方法包括預(yù)備步驟，其在于在施主襯底上形成或沉積絕緣層，使得在其間存在所謂的“粘合”界面，并且在所述絕緣體的自由表面上進(jìn)行受主襯底在施主襯底上的組裝；-通過分子結(jié)合(molecularbonding)來進(jìn)行受主襯底在施主襯底上的組裝；-所述分離退火伴隨和/或跟隨有機(jī)械力的施加；-進(jìn)行施加第一溫度和第二溫度的方式使得各襯底的全部體積具有均一溫度；-通過將所述結(jié)構(gòu)體放置于兩個(gè)加熱電極之間來施加所述第一溫度和第二溫度；-通過將各襯底放置在可帶來相應(yīng)溫度的關(guān)聯(lián)支撐體上來進(jìn)行第一和第二溫度的施加；-使用了與各襯底相關(guān)聯(lián)的支撐體，該支撐體是粘性結(jié)合機(jī)的組成部分；-所述施主襯底由硅形成，而所述受主襯底由藍(lán)寶石形成，所述第一溫度高于所述
第二溫度；-所述第一溫度為300°C的數(shù)量級，所述第二溫度為80°C的數(shù)量級。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過閱讀特定實(shí)施方式后的詳細(xì)描述而變得顯而易見。該描述將參考附圖做出，其中

圖1 3示出了本發(fā)明用于制造異質(zhì)結(jié)構(gòu)體的方法的主要步驟。如本申請的引言中訴述，本發(fā)明的方法重復(fù)了“Smart Cut”(注冊商標(biāo))式方法的
常規(guī)步驟。然而，引起薄層與支撐襯底分離的分離退火以特定方式進(jìn)行。
該分離退火包括以下同步施加-對施主襯底施加第一溫度；-對受主襯底施加不同于第一溫度的第二溫度；對上述第一溫度和第二溫度進(jìn)行選擇以減少所述施主材料的拉伸應(yīng)力狀態(tài)。因此，在制造藍(lán)寶石上硅(SoQ襯底的情況下，可將施加在硅襯底上的溫度選擇為高于施加在藍(lán)寶石襯底上的溫度。由此，相比于現(xiàn)有技術(shù)，施加在結(jié)構(gòu)體中的拉伸應(yīng)力得以減少，并因而促進(jìn)或允許斷裂。另外，使用本發(fā)明的方法，可以在注入?yún)^(qū)處施加高于現(xiàn)有技術(shù)中的溫度(現(xiàn)有技術(shù)對兩個(gè)襯底施加了同樣的溫度)，因?yàn)樵从诮M裝襯底的TEC差異的形變將更小，且破裂風(fēng)險(xiǎn)得到進(jìn)一步限制。因此，利用這一點(diǎn)可以促進(jìn)該制造方法的工業(yè)應(yīng)用。另外，采用該較高的溫度，可以在兩個(gè)襯底之間獲得較大的結(jié)合能。而且，增強(qiáng)的結(jié)合也有助于改善轉(zhuǎn)移層的品質(zhì)，尤其在襯底通過分子結(jié)合進(jìn)行組裝的情況下。因此，相比于使用現(xiàn)有技術(shù)獲得的情況，通過應(yīng)用本發(fā)明的方法可以獲得更大的總轉(zhuǎn)移表面和更為規(guī)則的該表面的輪廓。在此基礎(chǔ)上，可應(yīng)用以下示例性實(shí)施方式。使用由硅形成的施主襯底1 (見圖1)，其直徑為300mm且厚度為725微米。還使用了直徑相同且厚度為675微米的藍(lán)寶石受主襯底3。鑒于襯底1在襯底3上的結(jié)合，襯底1在表面10處進(jìn)行氧化(形成50納米的氧化物)，并進(jìn)行清潔和準(zhǔn)備(如通過等離子體激活)。在氧化后且結(jié)合前，進(jìn)行氫和氦離子的共同注入(圖1的箭頭2、。后者可以通過使用以下劑量進(jìn)行=H+ 3 6. 1016at/cm2, He+ :2. 1016at/cm2的數(shù)量級。優(yōu)選地，首先注入気。根據(jù)要轉(zhuǎn)移的層12的厚度，可將注入能選擇為幾keV 200keV。這會(huì)導(dǎo)致存在脆弱區(qū)11。在例如通過分子結(jié)合進(jìn)行了結(jié)合后，對由此產(chǎn)生的組裝體(如圖2所示)即刻進(jìn)行退火來分離薄層12，這一步驟在下述條件下進(jìn)行-將結(jié)構(gòu)體放置于兩個(gè)加熱電極之間，處于硅襯底側(cè)的電極的溫度高于處于藍(lán)寶石襯底側(cè)的電極的溫度；-對上述溫度進(jìn)行選擇，使得硅襯底的全部體積達(dá)到300°C，并使得藍(lán)寶石襯底的全部體積達(dá)到80°C。為了使來自藍(lán)寶石的應(yīng)力最小化，并且為了促進(jìn)“薄片”在分離平面中的發(fā)展，后
一溫度是有利的。在一個(gè)特定的實(shí)例中，可對溫度進(jìn)行選擇以使施主襯底處于弱壓縮應(yīng)力狀態(tài)中。 這特別有利于促進(jìn)缺陷和斷裂前體的形成。上述技術(shù)的另一種選擇在于將各襯底放置在可帶來適當(dāng)溫度的支撐體上，例如通過在此支撐體中循環(huán)液體實(shí)現(xiàn)。該適當(dāng)溫度可低于室溫或等于室溫。例如，可將支撐襯底放置在因液體循環(huán)而溫度受控的支撐體上，該液體的溫度低于或等于室溫。作為另一選擇，施主襯底上的第一溫度和受主襯底上的第二溫度的施加，可對應(yīng)于簡單地對施主襯底施加溫度，而只對受主襯底施加室溫。通過重復(fù)前述選擇，其可對應(yīng)于只使其上放置有施主襯底的支撐體達(dá)到適當(dāng)溫度的情況。在任何情況下，所述第一溫度和第二溫度將引起施主材料的拉伸應(yīng)力狀態(tài)減少。此類設(shè)備可以是具有兩個(gè)工具架的結(jié)合機(jī)，所述工具架用來支撐襯底，使襯底能夠達(dá)到如上所述的適當(dāng)溫度，并使襯底接觸。在這種情況下，退火和斷裂可在機(jī)器中原位進(jìn)行。作為另一選擇，可施加機(jī)械力來外在地引發(fā)斷裂(例如利用刀具施加到脆弱區(qū)的側(cè)面)。最后，可采用用于完成由此形成的SoS結(jié)構(gòu)體的常規(guī)步驟，例如用于拋光、結(jié)合界面的穩(wěn)定化退火、犧牲氧化等步驟。
權(quán)利要求
1.一種制造特別打算應(yīng)用于電子、光電、光學(xué)或光電子領(lǐng)域的異質(zhì)結(jié)構(gòu)體的方法，所述方法包括以下步驟-將原子物質(zhì)注入至第一所謂的“施主”襯底(1)內(nèi)部，以在其中形成脆弱區(qū)(11)，-在所述施主襯底(1)上組裝第二所謂的“受主”襯底(3)，-沿所述脆弱區(qū)(11)分離出所述施主襯底(1)的后部，以在所述受主襯底上賦予需要的薄層(12)，其中，所述受主襯底(3)的熱膨脹系數(shù)大于所述施主襯底(1)的熱膨脹系數(shù)，而且為便于分離，在所述組裝后且所述分離前施加所謂的“分離”退火，其特征在于以下事實(shí)所述分離退火包括以下同步施加-對所述施主襯底(1)施加第一溫度；-對所述受主襯底C3)施加不同于所述第一溫度的第二溫度；對所述第一溫度和第二溫度進(jìn)行選擇，以減少所述施主襯底(1)的拉伸應(yīng)力狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以下事實(shí)所述方法包括預(yù)備步驟，所述預(yù)備步驟在于在所述施主襯底(1)上形成或沉積絕緣層，使得在其間存在所謂的“粘合”界面， 并且在于在所述絕緣體的自由表面上完成所述受主襯底C3)在所述施主襯底(1)上的組裝。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于以下事實(shí)通過分子結(jié)合來實(shí)現(xiàn)所述受主襯底C3)在所述施主襯底(1)上的組裝。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于以下事實(shí)所述分離退火伴隨和 /或跟隨著施加機(jī)械力。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于以下事實(shí)完成施加所述第一溫度和第二溫度的方式使得各襯底(1、3)的全部體積具有均一溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于以下事實(shí)通過將所述結(jié)構(gòu)體放置于兩個(gè)加熱電極間來施加所述第一溫度和第二溫度。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于以下事實(shí)通過將各襯底放置在帶來相應(yīng)溫度的關(guān)聯(lián)支撐體上來完成所述第一溫度和第二溫度的施加。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于以下事實(shí)使用與各襯底(1、3)相關(guān)聯(lián)的支撐體，所述支撐體是粘性結(jié)合機(jī)的組成部分。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于以下事實(shí)所述施主襯底(1)由硅形成，所述受主襯底(3)由藍(lán)寶石形成，所述第一溫度高于所述第二溫度。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于以下事實(shí)所述第一溫度為 300°C的數(shù)量級，所述第二溫度為80°C的數(shù)量級。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造特別打算應(yīng)用于電子、光電、光學(xué)或光電子領(lǐng)域的異質(zhì)結(jié)構(gòu)體的方法，所述方法包括以下步驟將原子物質(zhì)注入至第一所謂的“施主”襯底(1)內(nèi)部，以在其中形成脆弱區(qū)(11)；在施主襯底(1)上組裝第二所謂的“受主”襯底(3)；沿脆弱區(qū)(11)分離出所述施主襯底(1)的后部以在該受主襯底上賦予需要的薄層(12)，其中，所述受主襯底(3)的熱膨脹系數(shù)大于施主襯底(1)的熱膨脹系數(shù)，而且為便于分離，在所述組裝后且所述分離前施加所謂的“分離”退火，其特征在于以下事實(shí)所述分離退火包括以下同步施加對施主襯底(1)施加第一溫度；對受主襯底(3)施加不同于第一溫度的第二溫度；對所述第一溫度和第二溫度進(jìn)行選擇，以減少施主襯底(1)的拉伸應(yīng)力狀態(tài)。
文檔編號H01L21/762GK102318055SQ200980156845
公開日2012年1月11日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者馬克·凱納德 申請人:硅絕緣體技術(shù)有限公司