专利名称：直接接合电子学、光学或光电子学使用的两个基板的方法
技术领域：
本发明涉及用在电子学、光学或光电子学的应用中的混合基板的制 造领域。
更准确地说，本发明涉及一种"直接"接合两个基板的方法，艮口， 无需诸如粘合剂层的任何中间层地进行分子键合。所述方法可以在如上 所述的制造混合基板的方法中实施。
背景技术：
在现有技术中，己知有多种用于获得混合基板的方法，这些方法都 基于如下步骤，即将所谓"供体"基板(该基板包括转移用的层)接合 到所谓"受体"基板(即为所述层要被转移到的基板)上。通常，这两 个基板之间插入有中间层。通过移除供体基板的称作"剩余部"的部分 这一步骤来完成转移，以最终获得所述混合基板。
混合基板依次包括转移层，其厚度在0.01微米(pm)至数pm范 围内；中间层，其厚度通常在0.01^im至l]am范围内；以及受体基板， 其厚度为数百|xm。
例如可以通过研磨和/或化学蚀刻供体基板的露出面来移除供体基 板的背面部分。在这种情况下，应注意到，供体基板的背面部分被完全 耗掉。
其他技术在于在接合之前，在供体基板内部形成弱区，然后通过 沿所述弱区进行断裂来移除该基板的背面部分。
所述弱区可以通过植入原子种(atomic species)(例如，氢气和/或稀 有气体)来获得，该技术以商标SMART CUT 而知名。
所述弱区也可以通过实施以商标ELTRAN 而知名的方法来获得。 对这些技术更充分的描述可以参考幻uwer Academic Publishers出版
的LP. Colinge的文章"Silicon-on-insulator technology; materials to VLSI",第二版，第50页和第51页。
那些制造基板的技术尤其适合并用于形成公知为术语"绝缘体上半 导体(SeOI)"类型的基板，其最佳公知形式为"绝缘体上硅(SOI)"基 板。
在制造这种基板的过程中，在供体基板的面和/或受体基板的面上形 成绝缘层，用于在接合步骤过程中实现紧密接触。
绝缘体层可以通过对基板之一进行处理(例如，通过热氧化作用或 实际上通过淀积氧化层)来获得。在最终的基板上，该绝缘体层被掩埋。
在所有那些用于对层进行转移的技术中，接合质量对所得到的基板 的最终质量有直接影响。具体地说，用来将两个基板接合在一起的接合 能在移除供体基板的背部的后续步骤中尤为重要。
已注意到，在将两个基板进行紧密接触之后，用来将这两个基板接 合在一起的能量由基板的平面度、它们的表面上可能存在的微粒或杂质、 所述表面的粗糙度或者它们的亲水程度直接决定。
在现有技术中发现，当将厚度足够(即，大于50纳米(nm))的中 间层(以下称作"接合层")放置在两个单晶基板之间时，该中间层用于 通过限制接触界面处缺陷(例如，气泡)的出现而便于进行接合。
关于这个主题，可以参见John Wiley & Sons (New York)于1999年 出版的Q.Y Tong和U. G6sele的著作"Semiconductor wafer bonding science and technology "。
因此，在SeOI型基板的情况下，埋入绝缘层用来便于进行接合并限 制接合缺陷。
遗憾的是，存在如下情况为了将供体基板的工作层直接转移到受
体基板上，优选的是，将该埋入绝缘层的厚度限制到小于约50nm的值， 乃至完全去除该绝缘层。
这例如应用在如下情况中为了最大量地排出(dump)微电子元件 在其使用时产生的热，期望优化受体基板与其中要形成微电子元件的转 移层之间的热传导。
无埋入绝缘层的接合还用于改善转移层与受体基板之间的电导，并 至少用于获得导电接触。
还期望结合呈现出各自不同的晶体取向的转移层和受体基板，例如 以便优化分别制造在混合基板的这两个部分中的晶体管的性能。
作为示例，对于互补金属氧化物半导体(CMOS)型元件，可以构 想，分别在用(100)定向硅制成的转移层或受体基板上制造NMOS晶 体管，并且分别在用(110)定向硅制成的受体基板或转移层上制造PMOS 晶体管。
以下文章阐述了硅取决于其晶体取向的不同电特性K丄.Saenger 等人的"Amorphization/templated recrystalization method for changing the orientation of single-crystal silicon: an alternative approach to hybrid orientation substrates", Appl. Phys. Lett.， 87, 221911 (2005);以及C.Y. Sung 等人的"High performance CMOS bulk technology using direct silicon bond (DSB) mixed crystal orientation substrates" ， Tech. Dig. — Int. Electron Devices Meet" 2005, 236。
制造以下混合基板也是有用的该混合基板包括固态硅的受体基板， 该受体基板被硅或锗或硅-锗的转移层所覆盖，该转移层受到拉或压弹性 应力。
接合技术已经存在。然而，当接合是所谓的"直接"接合(即，无 需任何附加中间接合层)时，或者当所涉及的技术使用厚度受限(小于
约50nm)的接合层时，就对层进行转移的应用所需的质量而言，难以在 工业上实施这些技术。
关于这个主题，可以参考S丄.Holl等人的文章"UV activation treatment for hydrophobic wafer bonding" ， Journal of the Electrochemical Society, 153 (7)， G613 - G616 (2006)，该文章指出了在获得无缺陷接合方 面的困难。
那些现有技术是亲水键合和疏水键合。
作为示例，硅上硅的亲水键合在于在将基板紧密接触之前，对它 们进行亲水清洁。
这种清洁通常通过被称作"RCA"方法的方法来进行，该"RCA" 方法在于依次利用以下浴来对接合用的表面进行处理-
包含氢氧化铵(NH4OH)、过氧化氢(H202)和去离子水的混合物 的称作标准清洁l (SCI)的溶液的第一浴；然后
包含盐酸(HCL)、过氧化氢(H202)和去离子水的混合物的称作 标准清洁2 (SC2)的溶液的第二浴。
关于这个主题，还可以阅读C. Maleville、 O. Rayssac、 H. Moriceau 等人的文章Proc.她Internat. Symposium on Semiconductor Wafer Bonding: PV 97-36， ECS publications, p. 46, 1997。
疏水键合通常通过在将表面紧密接触之前在氢氟酸(HF)浴中清洁 这些表面来实现，所述清洁对于本领域技术人员公知为"HFlast"清洁。 这种清洁方法之后通常进行特定清洗和干燥步骤，这使得过程相当复杂。 另外，以该方式处理的表面对于金属杂质和微粒非常易起反应，这意味 着必须采取特殊预防措施。因此不易于使该技术工业化。
存在其他疏水键合方法，例如，在氢氟酸(HF)蒸气中进行清洁或 在超高真空(UHV)中进行退火。关于这个主题，可以参考M丄Kim和 R.W. Carpenter的文章"Heterogeneous silicon integration by ultra-high vacuum wafer bonding", Journal of Electrochemical Materials, Vol. 32, No. 8， 2003。
上述方法的主要局限之一是难于对它们加以实施，特别是要求进行 超高真空退火，而这需要使用昂贵的设备。
此外，上述亲水键合方法和疏水键合方法之后通常在200 。C至1200 。C的范围中进行热退火数小时(例如，2个小时)。遗憾的是，在200。C 至1100°C的范围中进行退火之后，使用红外传输技术在接合界面中观察 到气泡。这种脱气可能是由于对存在于接合界面处的种的解吸所导致的， 而与键合是亲水还是疏水无关。
此外，在1100。C至1200。C的范围中进行退火之后，通过红外传输 未必再能够观察到这些气泡。然而，不存在可见气泡并不意味着键合是 完美的(即，呈现高的键合能)。关于这个主题，例如可以参考R.D. Homing
禾口 R.R. Martin的文章"Wafer-to-wafer bond characterization by defect decoration etching" ， Second International Symposium on Semiconductor Wafer Bonding: Science Technology and Applications, PV 93-29， pp. 199，簡。
有时候，通过使用声学显微镜技术，甚至可能在1100 °c以上进行退
火之后仍观察到缺陷。
可以通过在高于或等于1100 °c的温度进行热处理来消除这些键合
缺陷或防止它们出现。然而，取决于计划的后续应用，不总是可以构想
在如此高的温度下进行热处理。有时甚至可能期望不超过200 °C。
文献中描述了使得能够对在直接接合过程观察到的缺陷加以限制的 方法。这些方法在于在接合之前在表面上创建沟槽或对表面进行解吸。 然而，如以下文章所提及的，那些方法并不完全令人满意，该文章即R.H. Esser、 K.D. Hobart禾口 F丄Kub的"Improved low temperature Si-Si hydrophilic wafer bonding" , Journal of the Electrochemical Society, 150 (3)， G228-G231 (2003)。另外，这种具有沟槽的基板不总是适用在用于制造电 子元件的某些应用中。
发明内容
本发明致力于消除现有技术的上述缺点。
本发明的具体目的是提供一种无需任何附加接合层而能够使两个基 板彼此直接接合的方法，所述两个基板中的至少一个基板在其一个面上 或该面附近包括有半导体材料层，并以令人满意的质量完成该直接接合， 而不出现肉眼可见的诸如气泡的接合缺陷。
为此，本发明涉及一种直接接合用于电子学、光学或光电子学领域 的应用中的两个基板的所谓"正"面的方法，所述两个基板中的至少一 个被称作"包括半导体的基板"的基板包括在该基板的正面上或在该正 面附近延伸的半导体材料层。
根据本发明，所述方法包括以下步骤 至少使所述包括半导体的基板的所述正面、或者如果所述两个基
板都包括半导体的话则使所述两个基板的正面中的至少一个正面，在包
含氢气和/或氩气的气体环境中在900 °C至1200 °C范围内的温度下进行 持续时间至少为30秒的被称作"接合前预备处理"的热处理；以及
将所述用于接合在一起的两个基板的各自的正面直接接合在一起。
该方法使得可以去除经处理的表面上存在的原生氧化物，并且还使 得可以通过氢原子来钝化所述表面。
与现有技术相反的是，即使基板不具有绝缘层，或者即使基板确实 具有绝缘层但绝缘层的厚度小于约50nm，使用所述方法也可以获得好的 结果。
另外，所述接合前预备处理使得可以获得非常低的粗糙度级。已可 以在扫描的2^imX2pm的样品上测量到0.7埃(A)的均方根(rms)粗 糙度，而硅基板的表面通常呈现2A量级的rms粗糙度，并且一般的接合 前表面预备处理(例如，SC1型清洁)趋向使表面更加粗糙。
因此，本发明提供了将呈现非常小的粗糙度的表面相接触的附加优点。
根据本发明的其他有利且非限制性的特性，单独地或结合地给出如下
所述接合前预备处理在排它地包含氩气或排它地包含氢气的气体 环境中进行；
所述接合前预备处理在快速热退火(RTA)型室或在传统室或在外 延生长室中进行；
所述直接接合紧随所述接合前预备处理之后执行；
在所述直接接合之前，将进行了所述接合前预备处理的基板暂时 存放在受控的惰性气体环境下的室中；
在所述直接接合之后，在200 °C至1200 °C的范围内的温度下进 行接合固结热处理约至少一小时，优选的是少于三小时；
接合用的两个基板都包括半导体，并且对所述两个基板的所述正 面都进行所述接合前预备处理；以及
所述半导体材料是从(100)硅、(110)硅和(111)硅中选出的。
本发明还提供了一种适合于在电子学、光学或光电子学领域的应用 中使用的混合基板的制造方法，所述制造方法包括以下步骤-
选择其一面被称作"正"面的所谓"受体"基板；
选择包括有转移用材料层、而其他部分被称作其"剩余部"的所 谓"供体"基板，所述转移用层在所述供体基板的面中的被称作其"正"
面的面上延伸；
所述受体基板和所述供体基板中的至少一个包括在其正面上或在该 正面附近延伸的半导体材料层；
根据上述方法，将所述供体基板和所述受体基板的两个各自的正
面进行直接接合；以及
从所述供体基板移除所述剩余部，以获得包括所述受体基板和所 述转移层的所述混合基板。
根据其他有利特征，单独地或结合地给出如下 所述供体基板和所述受体基板中的至少一个包括在所述半导体材 料层上的绝缘材料层，并且所述绝缘材料层在所述基板的所述正面上延 伸；
所述绝缘材料层的厚度小于或等于50 nm; 所述绝缘材料层是原生氧化物层；
通过机械和/或化学减薄来移除所述供体基板的所述剩余部； 在所述直接接合之前，在所述供体基板内形成弱区，并且通过施
加机械、化学和/或热应力来沿所述弱区移除所述供体基板的所述剩余部
的至少一部分；
所述弱区是通过注入原子种而形成的，所述受体基板包括半导体 材料层，并且仅对所述受体基板进行所述接合前预备处理；以及 所述弱区是多孔区。
本发明的其他特性和优点将从以下参照附图给出的描述中变得显
见，附图通过非限制性表示示出了一个可能的实施方式。 在附图中
图1A至图1C示出了实施根据本发明的直接接合方法而制造混合基 板的方法的多个步骤；以及
图2A至图2C、图3A至图3D及图4A至图4C分别示出了以上方 法的三个变型实施方式。
具体实施例方式
本发明涉及一种将供体基板直接接合在受体基板上的方法。 在附图中，受体基板标有标号1。其具有要与供体基板2相接触的
所谓"正"面11，及相对的所谓"背"面12。
类似的是，供体基板2具有正面21和背面22。 供体基板2和受体基板1可以是单层或多层基板。 供体基板2和受体基板1中的至少一个包括半导体材料层。 换言之，它们中的一个可以由不是半导体材料的材料制成，例如绝
缘体材料，诸如蓝宝石或氧化基板。
术语"它们中的至少一个包括半导体材料层"意味着两个基板1和 2中的一个、或它们两个，在单层基板的情况下完全由半导体材料制成， 或者在多层基板的情况下至少部分地是由半导体材料制成的。
对于多层基板，半导体材料层沿基板的正面(例如参见图2A)或在 该正面附近(例如参见图4A)延伸。术语"在附近"意味着半导体材料 层可以覆盖有厚度小于约10 nm的第三绝缘(例如，氧化)层，或者甚 至覆盖有厚度为数A (lnm=10A)量级的非常细薄的绝缘层(例如，原 生氧化物层)。
按类似的方式，单层半导体材料基板也可以被如以上段落所描述的 绝缘层所覆盖。
所述半导体材料是一般经常用在微电子领域中的材料，即，例如 (100)硅、(110)硅或(111)硅，其中，标号指定结晶类型。
本发明在于在包含氢气和/或氮气(而没有氧气)的气体环境中在
900 °C至1200 °C的范围内的温度下对接合用的面中的至少一个面(即， 正面11和/或21中的至少一个)进行热处理。
当两个基板都包括半导体材料时，优选的是，对它们的正面中的每 一个都进行该处理。
因此，可以对气体环境进行选择以使其排它地包含氢气、或排它 地包含氩气、或包含氢气和氩气两者的混合物、或者甚至它们中的与某 些其他气体(除氧气之外)关联的一个或另一个。
处理的持续时间至少为30秒，而且优选的是，不超过数分钟(min)。
氢气和/或氩气的作用是用于去除在经处理的正面上可能存在的任 何原生氧化物并利用氢原子钝化所述表面。其还用于获得非常小的表面 粗糙度。
该接合前预备处理还具有使接合的表面疏水的效果。这已通过测量 水滴的接触角进行了论证，该测量给出了80。的值。该值与在"HFlast" 型处理后获得的值(通常为70。)相比大得多，参见Y. Backliind、 Karin Hermasson、L. Smith的文章"Bond-strength measurements related to silicon surface hydrophilicity" ， J. Electrochem. Soc., Vol. 1398， No. 8， 1992。
根据本发明的方法的优点在于表面上未吸收任何种。由于氢原子非 常小，因此在其被解吸以创建相面对的正面11与12之间的共价键时， 它们不会继续被捕获在界面处，而是扩散到材料中，由此不产生脱气缺 陷。
另外，由于根据本发明的方法是干燥处理，这与例如上述"HFlast" 处理不同，因此由于根据本发明的方法无需进行干燥故而更易于实施。
根据本发明的方法可以在使得能够在受控的大气环境下进行高温退 火的室中实施，这种室例如有单片快速热退火(RTA)型室或实际上是外 延生长室。
还可以构想使用在其中成批地处理基板的传统室。 在上述表面处理之后，必须非常快速地进行接合，以将经处理的正
面被周围大气污染的风险最小化。图1B、图2B、图3B和图4B中示出
了该接合步骤。
接合界面标有标号3。
有利的是，还可以将经处理的基板存放在其中大气环境被控制为仅 包含惰性气体(通常是氩气或氮气)的室中。这种处理使得可以延长在
供体基板2和受体基板1被接合在一起之前的等待时间。
还应注意到，应用本发明的方法所制备的表面远比通过上述"HF last"方法所制备的表面不易起反应，由此限制了这种表面的微粒污染。 这使得工业化更加容易。
有利的是，在接合之后，如果期望完全固结界面，则还可以继续在 位于200 。C至1200 。C的范围内(优选的是，在至少1100。C左右)的温 度下进行预固结或固结热处理。
优选的是，该处理持续至少一小时并且优选地少于三小时，以加强 接合。该预固结或固结步骤在不形成气泡的情况下进行，由此确保晶片 的所有位置处都具有良好的接合能。
直接接合方法可以实施在混合基板的制造方法中。
混合基板的制造方法包括以下步骤 选择以上指定类型的供体基板2和受体基板1;
进行根据上述直接接合方法的表面处理和接合步骤；以及 移除供体基板的一部分，以获得包括具有从接合到其的供体基板 得到的转移层的受体基板1的混合基板。
参照图1A至图1C，可以看到从两者都是单层基板的供体基板2和 受体基板1制备混合基板4的示例。
在根据本发明的表面处理以及接合之后，通过研磨和抛光型的机械 减薄移除供体基板的被称作"剩余部"的部分以获得转移层20。
图2A至图2C示出了以下变型实施方式其中，供体基板2包括弱 区25。
在该示例中，弱区25是通过使用以名称SMART CUT 而知名的方 法注入原子种(例如，氢离子)而获得的。弱区25将用于转移的层23 与源基板2的剩余部24限定开。
在这种情况下，应注意的是，随后不能对供体基板进行上述接合前
预备处理。本发明的热处理将带来使得在正面21处形成气泡的风险。仅 对受体基板1进行这种处理。
基板l包括半导体材料(例如，硅)层13，并且在其表面上可以包 括原生氧化物的细薄层。
可以使用上述"HF last"方法或某些使得能够获得疏水或亲水表面 的其他技术来可选择地对源基板2进行处理。源基板可以在其正面上包 括非半导体层(13)。
在图中未示出的变型实施方式中，该弱区25还可以是例如使用以商 标ELTRAN而知名的方法获得的多孔层。
在对两个基板1和2进行表面处理和直接接合之后，根据在实施 SMART CUT 方法中通常使用的技术，通过施加机械、化学和/或热型 的应力来移除供体基板2的剩余部24。
如图2所示地获得包括半导体材料的层13和层23以及受体基板1 的层14的混合基板5。
图3A至图3C示出了根据本发明的混合基板的另一实施例，其中， 供体基板2是"绝缘体上半导体"型的基板。受体基板1与图1A中所描 述的受体基板相同。
供体基板2包括两个半导体材料层26和272，以及绝缘层271 。
在图3B中所示的接合步骤之后，按两个阶段移除剩余部27。
图3C中所示的第一步骤在于通过研磨并接着抛光而机械地移除层
272。
第二步骤在于例如通过化学蚀刻来移除绝缘层271 。 最终获得的基板包括转移层26接合到其的受体基板1，将它们整体 标以标号6。
如上所述的用于移除源基板2的剩余部的各种技术也可以根据供体 基板2的性质而结合地加以使用。
最后，下面参照图4A至图4C来描述本发明的第四变型实施方式。 受体基板l是单个层，并且不是半导体。
供体基板2与图2A的供体基板类似，只是图2A中的供体基板没有
被绝缘层28所覆盖。
在根据本发明的接合前预备处理之后，在如上所述并在图4B中示出 的接合步骤(以及可能的固结步骤)之后，并且在移除了剩余部24之后， 获得混合基板7。
混合基板7包括受体基板1、转移绝缘体层28和半导体层23。
下面描述制造硅-硅混合基板的五个示例。
示例1，揭示原理
源基板2和受体基板1是具有(100)晶体取向且直径为300毫米 (mm)的硅基板。
基板1和基板2都在包含100%氢气的大气环境中在1060 。C的温度 下进行了持续时间为3分钟的热处理。
该处理在外延生长室中进行。预先，使用臭氧+SCl溶液的浴来清洁 这些基板，接着将它们在去离子水中进行清洗。
附加微粒的数量通过供应商KLA-Tencor提供的以商标Surfscan SP1 销售的这种激光表面扫描设备来测量。该测量是在表面处理之前进行， 并接着在接合之后进行。已发现，根据本发明的处理导致增加了少于50 个尺寸为0.13 pm以上的微粒。
然后对供体基板和受体基板的各自的正面进行直接接合。
在接近1100 °C的温度下对所得堆叠物进行固结热处理2小时。
接合的质量是通过声学显微镜来测量的未检测到接合缺陷。 比较示例1
通过与示例1中所执行的清洁相类似的清洁来制备硅晶片(基板)， 然后对其进行"HFlast"处理。
在接合之前，对尺寸为0.13 pm以上的附加微粒的数量进行计数， 并发现其超过800个。
在接合并在1100 。C下固结退火2小时后，通过使用声学显微镜可观 察到接合缺陷。
因此，根据本发明的方法更加有效，参见示例l。
示例2:分析多种类型的预固结或固结热退火之后的疏水接合
该过程与示例1中相同，只是接合步骤之后进行如下列出的多种不 同的热退火步骤
a) 退火温度200 °C;持续时间2小时；
b) 退火温度/持续时间350 。C持续2小时，接着以5 。C/min的速 率上升到500 。C，接着在500 。C的平台持续1小时；
c) 退火温度/持续时间与b)中的退火相同，只是升高到700。C的 平台；以及
d) 退火温度/持续时间与b)中的退火相同，只是升高到900。C的 平台。
在接合之后，分别在退火热处理之前和之后，使用声学显微镜观察 基板。
都不存在任何气泡。
此外，通过在RTA型室中、在包含20%氢气和80%氧气的大气环境 中、在IIOO 。C下退火60秒来制备这些基板，其后，将这些基板进行接 合并对其进行相同的固结退火。
观察到同样良好的结果，即，没有诸如气泡的接合缺陷。
示例3
该示例对应于以上示例的变型例，其中，供体基板2是S0I型基板， 且其硅表面层构成转移用的层。分别通过抛光和氢氧化四甲基铵 (TMAH)、以及使用氢氟酸(HF)进行化学蚀刻来移除硅层和二氧化硅 层。获得被硅转移层所覆盖的受体基板l。
重复测试，并接着进行示例2中所提及的多种预固结或固结处理。
所获得的混合基板不存在任何气泡。
示例4
该示例构成示例1的变型例，其中，对源基板进行原子种的注入， 以在其中形成弱区。
在这种情况下，可以在注入步骤之前对源基板进行氧化。氧化层可 以由厚度为数纳米的原生氧化物构成，或者该氧化层可以自发地形成并 达到接近50nm的厚度。
Phe Leu Cys Lys Ala Val His Val lie Tyr Thr Val Asn Leu Tyr Ser
100 105
110
Ser Val Leu lie Leu Ala Phe lie Ser Leu Asp Arg Tyr Leu Ala lie
lt5 120
125
VaArg Ala Thr Asn Ser Gin Arg Pro Arg Lys Leu Leu Ala Glu Lys
130 135
140
Val Val Tyr Val Gly Val Trp lie Pro Ala Leu Leu Leu Thr lie Pro
145 150
155 160
Asp Phe lie Phe Ala Asn Val Ser Glu Ala Asp Asp Arg Tyr lie Cys 165 170 175
Asp Arg Plie Tyr Pro Asn Asp Leu Trp Val Val Val Phe Gin Phe Gin 180 185 190
His lie Met Val Gly Leu lie Leu Pro Gly lie Val lie Leu Sei- Cys 195 200 205
Tyr Cys lie lie lie Ser Lys Leu Ser His Ser Lys Gly His Gin Lys 210 215 220
Arg Lys Ala Leu Lys Thr Thr Val lie Leu lie Leu Ala Phe Phe Ala 225 230 235 240
Cys Trp Leu Pro Tyr Tyr lie Gly lie Ser lie Asp Ser Phe lie Leu 245 250 255
Leu Glu lie lie Lys Gin Gly Cys Glu Phe Glu Asn Thr Val His Lys 260 265 270
Trp lie Ser lie Thr Glu Ala Leu Ala Phe Phe His Cys Cys Leu Asn 275 280 285
Pro lie Leu Tyr Ala Phe Leu Gly Ala Lys Phe Lys Thr Ser Ala Gin 290 295 300
His Ala Leu Thr Ser 30权利要求
1、一种对用在电子学、光学或光电子学领域的应用中的两个基板(1、2)的所谓“正”面(11、21)直接接合的方法，所述两个基板(1、2)中的至少一个被称作“包括半导体的基板”的基板包括在该基板的正面(11、21)上或在该正面附近延伸的半导体材料层(1、13、2、20、23、26)，所述方法的特征在于其包括以下步骤至少使所述包括半导体的基板的所述正面(11、21)、或者如果所述两个基板都包括半导体的话则使所述两个基板的所述正面(11、21)中的至少一个正面，在包含氢气和/或氩气的气体环境中在900℃至1200℃范围内的温度下进行持续时间至少为30秒的被称作“接合前预备处理”的热处理；以及将所述用于接合在一起的两个基板(1、2)的各自的正面(11、21)直接接合在一起。
2、 根据权利要求1所述的方法，该方法的特征在于，所述接合前预 备处理在排它地包含氩气的气体环境中进行。
3、 根据权利要求1所述的方法，该方法的特征在于，所述接合前预 备处理在排它地包含氢气的气体环境中进行。
4、 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述接 合前预备处理在快速热退火型室中进行。
5、 根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，该方法的特征在于， 所述接合前预备处理在传统热处理室中进行。
6、 根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，该方法的特征在于， 所述接合前预备处理在外延生长室中进行。
7、 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述直 接接合紧随所述接合前预备处理之后进行。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，该方法的特征在于， 在所述直接接合之前，将进行了所述接合前预备处理的所述基板(1、 2) 暂时存放在受控的惰性气体环境下的室中。
9、 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在所述 直接接合之后，在200 °C至1200 °C范围内的温度下进行接合固结热处 理约至少一小时。
10、 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，在所 述直接接合之后，在200 。C至1200 。C范围内的温度下进行接合固结热 处理少于三小时。
11、 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，接合 用的所述两个基板(1、 2)都包括半导体，并且对所述两个基板的所述 正面(11、 21)都进行所述接合前预备处理。
12、 根据任一前述权利要求所述的方法，该方法的特征在于，所述 半导体材料是从(100)硅、(110)硅和(111)硅中选出的。
13、 一种适合于在电子学、光学或光电子学领域的应用中使用的混 合基板(4、 5、 6、 7)的制造方法，该制造方法的特征在于其包括以下 步骤选择其一面(11)被称作"正"面的所谓"受体"基板(1);选择包括有转移用材料层(20、 23、 26、 28)、而其他部分(24、 27) 被称作其"剩余部"的所谓"供体"基板(2)，所述转移用层(20、 23、 26、 28)在所述供体基板(2)的面中的被称作其"正"面的面(21)上 延伸，所述受体基板(1)和所述供体基板(2)中的至少一个包括在其正 面(11、 21)上或在该正面附近延伸的半导体材料层(1、 13、 2、 20、 23、 26);依据根据任一前述权利要求所述的方法，将所述供体基板(2)和所述受体基板(1)的两个各自的正面(21、 11)进行直接接合；以及从所述供体基板(2)移除所述剩余部(24、 27)，以获得包括所述 受体基板(1)和所述转移层(20、 23、 26、 28)的所述混合基板(4、 5、 6、 7)。
14、 根据权利要求13所述的制造方法，该制造方法的特征在于，所 述供体基板(2)和所述受体基板(1)中的至少一个包括在所述半导体 材料层(1、 13、 2、 20、 23、 26)上的绝缘材料层(28)，并且所述绝缘 材料层(28)在所述基板的所述正面(21、 11)上延伸。
15、 根据权利要求14所述的制造方法，该制造方法的特征在于，所 述绝缘材料层(28)的厚度小于或等于50nm。
16、 根据权利要求14或权利要求15所述的制造方法，该制造方法 的特征在于，所述绝缘材料层(28)是原生氧化物层。
17、 根据权利要求13至16中的任一项所述的制造方法，该制造方 法的特征在于，通过机械和/或化学减薄来移除所述供体基板(2)中的所 述剩余部(24、 27)。
18、 根据权利要求13至17中的任一项所述的制造方法，该制造方 法的特征在于，在所述直接接合之前，在所述供体基板(2)内形成弱区(25)，并且通过施加机械、化学和/或热应力来沿所述弱区(25)移除所 述供体基板(2)中的所述剩余部(24、 27)的至少一部分。
19、 根据权利要求18所述的制造方法，该制造方法的特征在于，所 述弱区(25)是通过注入原子种而形成的，所述受体基板(1)包括半导 体材料层(1、 13)，并且仅对所述受体基板(1)进行所述接合前预备处 理。
20、 根据权利要求18所述的制造方法，该制造方法的特征在于，所 述弱区(25)是多孔区。
全文摘要
本发明涉及一种直接接合用在电子学、光学或光电子学中的两个基板(1、2)的正面(11、21)的方法，所述两个基板中的至少一个基板包括在该基板的正面(11、21)上或在该正面附近延伸的半导体材料层(1、13、2、20、23)。所述方法的特征在于其包括以下步骤至少使所述包括半导体的基板的所述正面(11、21)、或者如果所述两个基板都包括半导体的话则使所述两个基板的所述正面(11、21)中的至少一个正面，在包含氢气和/或氩气的气体环境中在900℃至1200℃范围内的温度下进行持续时间至少为30秒的接合前预备热处理；以及将所述用于接合在一起的两个基板(1、2)的各自的正面(11、21)直接接合在一起。
文档编号H01L21/84GK101106072SQ20071010905
公开日2008年1月16日 申请日期2007年6月15日 优先权日2006年7月11日
发明者卡洛斯·马祖拉, 奥利维尔·雷萨克, 康斯坦丁·布德尔 申请人:硅绝缘体技术有限公司