专利名称：：评估键合晶片的方法
技术领域：
：本发明涉及一种评估键合晶片(bondedwafer)的方法，所述键合晶片无需使用绝缘膜而aill:接键合活化层晶片(waferforactivelayer)和支持衬底晶片(waferforsupportsubstrate)，薄活化层晶片形成。
背景技术：
：，具有通过在氧化物m:形fiM层^^i胃的活化层的SOI结构的半导体衬底适用于器件加ilii行且能耗低、耐压'IW、环境耐性优异等等，以致于它们用作电子器件中髙性能LSI用的晶片。特别是需要生产具有与半导^^件的高集成化相适应的更高品质键合晶片，因此，相对于常规的SOI晶片，^e越需要fflil减薄隐埋氧化物膜厚度(例如，厚度约为20nm)来生，合晶片。[■3]财卜，作为用于后代低會辦器件的晶片，述及了一种新型键合晶片，其通别顿HF液体等从活化层晶片和支持衬底晶片的表面除去氧化物膜，并且无需4顿该氧化物膜而直,合这些晶片，然后减薄用作活媳的晶片来形成，如同例如在JP-A-H05-211128中公开的那样。注意到这,合晶片在生产，的简化和混合晶体取向衬底的性能提高方面是有益的晶片。然而，如上所述无需绝缘膜而ffiMl^^合所形成的键合晶片存在以下问题，即在键合晶片的生产步骤中，晶片表面上的自生氧化物(nativeoxide)*乂会局合形成岛状氧化物，戶皿岛TO化物部，留在键合界面中。这种氧化物的存在导致器件特性劣化并形^器ft^产步骤中引起缺陷的晶核以陶氏芯片产率等。因此，当无需绝缘膜而313tt:接键合生;^^合晶片时，需要尽可育^4抑制氧化物在键合界面中形成，而且，研发检测易于在键合晶片的键合界面中产生的岛^化物的方法也是重要的主题。
发明内容本发明人为解决上述问题已经做了各种研究并发现，在无需，膜而M直接键合活化层晶片和支持衬底晶片所形成的键合晶片中，通过用对构成晶片的材料的随度快于对所述材料氧化物的腿度的蚀刻液体进行嫩lj,将自生氧化物从键合晶片中的活化层表面除去，然后至少^活化层被除去，由此构成晶片的材料被首先除去以使岛状氧化物的轮廓清楚，因此育滩检测出该岛状氧化物存在跡存在，此外，可以在表面上所暴露的岛状氧化物通a31^蚀刻而,化之前调整嫩麟度到一定離而精确地检湖捣鄉化物的数量和尺寸，因此完赫发明。为了实1LL述目的，本发明的m和如下(l)一种评估M31无需绝缘皿^II合活化层晶片和支持衬底晶片，薄活化层晶片所形成的键合晶片的方法，，以下步骤从键合晶片中的活化层表面上除去自生氧化物；用对构成晶片的材料的，腿率快于对所述材料氧化物的嫩瞇率的懒贼体使键合晶片经^W似除去至少齡的活〗媳；检测3!31嫩蠕出的岛状氧化物以测得岛條化物的縫和尺寸，其中进行所述蚀刻以满足T《X《T+500nm的关系，其中T是活化层厚度(nm)，X是嫩條度(nm)。(2)—种根据M(1)的评估键合晶片的方法，其中蚀亥i涉骤的进行J^iil予跣掌翻于嫩啲懒赚体的种类、浓度和驗，然后鹏对构成晶片材料和其氧化物的嫩瞇率计算出維的懒I财间以使繊麟度X在T《X《T+500nm的范围内。根据本发明，评估il31无需绝缘Mm^ll合活化层晶片和支持衬底晶片彌薄活化层晶片所形成的键合晶片的方、跑括以下步骤从键合晶片中的活化层表面上除去自生氧化物；用对构成晶片的材料的,腿率快于对所述4材料氧化物的蚀刻速率的蚀刻液体使键合晶片经受蚀刻以除去至少整个活化层；检测il31懒糲出的岛状氧化物，其中进行懒似满足T《X《T+500nm的关系，其中T是活腿厚度(nm)，XJi^條與nm)，由此倉辦检测出键合界面处岛状氧化物的^A和尺寸。图1是例示本发明的荆古键合晶片方法的步骤的繊图。图2图示了当SM化四甲铵用作M嫩体时浓度和蚀亥喊率之间的关系，其中图2(a)显示了織化四甲铵的浓度和硅的嫩瞇率之间的关系，图2(b)显示了氢氧化四甲铵的浓度和氧化物的,i據率之间的关系，图2(c)显^MM化四甲铵的，和硅的蚀亥腿率之间的关系，图2(d)显示了M^化四甲铵的，和氧化物的懒瞇率之间的关系。图3图示了在嫩惧有150nm厚度活化层的键合晶片中蚀亥條度和岛状氧化物尺寸之间的关系。图4是在聚光灯(collectinglamp)下观察到的用本发明的懒仿法除去活化层后露出的岛状氧化物的光学显m^片。图5图示了实施例1中测得的懒麟度和岛状氧化物尺寸之间的关系。图6图示了实施例2中测得的懒條度和岛状氧化物尺寸之间的关系。具体实施方式结合附图对本发明的刑古键合晶片的方法加以说明。图1是例示本发明的iff古键合晶片方法中步骤的淑呈图。本发明的评估方法是用于评估键合晶片的方法，所述键合晶片ffi31无需绝缘膜直接键合活化层晶片和支持衬底晶片，薄活化层晶片形成。具体如图1所示，该ifj古方,括:用例如0.5%HF液晰图1(b))从^合晶片(图1(a))的活化层2的表面上除去自生氧化物(nativeoxide)3的步戮自生氧化物去除亥瞇率的^^)液体使键合晶片经受嫩似:去至少齡活化嵐图1(c》的步骤(除去活化层的懒陟骤)；以及检测M:嫩曝露出的岛職化物的步歟图1(d))(岛状氧化物检测步骤)。(自生氧化物去除步骤)如图1(b)所示，自生氧化物去除步骤是用例如0.5%HF液体iiil，i滁去形^^键合晶片l(图1(a))的活化层2的表面上的自生氧化物3的步骤。用于蚀刻的HF液体的浓度不用特别限制，但雌0.5-5%。财卜，舰时间取决于自生氧化物的厚度和HF液体的浓度，但雌0.5-10併中。(除去活化层的嫩陟骤)如图1(c)所示，除去活化层的嫩l涉骤是用对构成晶片的材料例如硅的蚀至少齡活化层2的步骤。图2图示了当織化四甲铵(TMAH)用作嫩腋体实例时的蚀刻速率，其中图2(a)表示在液，度为70°C时氢氧化四甲铵(TMAH)的浓度和硅的蚀亥瞇率之间的关系，图2(b)^^在液^M为70°C时氢氧化四甲铵的浓度和二氧化硅的蚀刻速率之间的关系，图2(c)表示当TMAH的浓度为8%时嫩1』温叟和硅的懒1旌率之间的关系，图2(d)，当TMAH的浓度为8%时蚀刻温度和二氧化硅的蚀刻速率之间的关系。由图2(aXd)可以理解，硅的嫩瞇率是二氧化硅的懒瞇率的数千倍大。事实上，当用懒赚体例如魏化四甲铵嫩幌合晶片时，均由硅构成的活化层2和支持衬底5以较快的鹏瞇率除去，而岛状氧化物4以较慢的嫩腿率嫩ij，以致如图2(c)所^^氧化物鉢上没有被嫩i滁去而保留下来。因此，在后面的岛^化物检测步骤中检测分散的岛状氧化物变得容易。财卜，需要进行活化层的嫩似满足T《X《T+500nm的关系，其中T是活化层厚度(nm)，X^^l腐度(nm)。因为已知的是，无需绝缘膜而通过直,合活化层和支持衬底所形成的键合晶片中的键合界面处存在的岛状氧化物对器件有不利影响，所以发明人已经注意到，确认岛状氧化物存在或不存在是必要的，且进一步地重要的是，就掌握器件受影响的区域而言不但要确定岛状氧化物的数量而且要确定其尺寸，以及对能检测岛状氧化物尺寸的方法进行各种研究。因而，已经明白，产生在键合界面的岛状氧化物的精确数量和尺寸肯^151调皿亥l條度以满足T《X《T+500nm关系5^确定，其中T是活化层厚度(nm)，X娜條度(nm)o制到范围T《X《T+500nm的理由是如下事实如果嫩麟度小于活化层厚度(X<T)，懒i僦不會,ij^合界面，要确定的岛状氧化物就不育緣露出来，而如果蚀亥條度舰活化层厚度加上500nm的总厚度(X>T+500)，那么岛状氧化物则M:嫩価,化，从而不能确定精确的尺寸。图3图示了当厚度150nm的键合晶片用含8%羟化四甲铵的嫩喊体蚀刻时，嫩條度和存在于键合界面的一种岛m化物的尺寸之间的关系，从中可以理解，当蚀刻深度低于150nrn时，活化层仍然被蚀刻，而岛機化物还没有暴露出来，因此不能确定该氧化物的尺寸，而当懒i條^3l650nm时，岛機化物的尺寸变小，但是岛状氧化物的尺寸在蚀刻深度为150nm至650nm之间时不变。[■]进一步地，嫩陟骤的进行i^iil予跣掌握用于鹏的懒赚体的种类、浓度和温度，然后根据对构成晶片的材料和其氧化物的Mi據率来计算魏的懒附间，以使得蚀亥條度X在T《X《T+500nm的范围内。因为蚀刻时间由M喊体的种类、浓度和温度决定，所以预先存储各种液M各种浓度和驗下的嫩瞇率繊，在实P示嫩忡所需的蚀刻时间通过反复核对实际蚀刻^#与储存的来计算。当用这种方法进fi^l刻时，所需的蚀刻量可以用时间来控制，因此懒麟度可以很容易地调整到T《X《T+500腿的范围。此外，当与构成晶片的材料相同的材料被同时蚀亥似作为指示器来确定该指示器的懒條度在统范围内时，嫩懂肯腿一步稳妥地掌握。财卜，作为用于懒l涉骤供除去活化层的嫩贼体1M^氧化四甲铵、KOH或NaOH的碱溶液。在<顿不同于±^液体的懒赂液时，岛状氧化物的检测是困难的，因为硅和氧化物的嫩U速率没有差别，或者因为对硅的t^iJit率i:快而使^^部分被aS，U，以致不肯總行^S的ifi古。(岛^t^l化搬测步骤)如图1(d)所示，岛状氧化物的检测步骤是检测ilil懒ij产生的岛機化物4的步骤。检测手段没有特别地限定，只要它能确定岛機化物的数量和尺寸即可。一般说来，岛状氧化物的数量aa在聚光灯下目视观察、用光学显微^见察、OT表面杂质检^S(surfeceforeigninspectingdevice)等观^l合晶片的夕卜观而测得，而岛状氧化物的尺寸舰用光学显微镜或电子显微MH察而测得。观察结果示于图4中。其他可用的检测手段是电子探针'#^见分析器(EPMA)、和扫描分析电子显微銜SEM-EDX)等。虽然J^舰本发明的实駄^ift行了说明，但在本发明的范围内可添加各种改变。[画〗实施例1在本实施例中，两个300mm尺寸、晶微向(100)的硅晶片分别用作活化层晶片和支持衬底晶片。离子注入层ffl31注入氢离子在活化层晶片的内侧形成。之后，活化层晶片在离子注A^面处直接键合到支持衬底晶片上而无需采用氧化物膜，使其经受剥落热处理以在充当剥落面的离子注入层处部分剥落活化层晶片。剥落之后，活化层表面上的损坏部分的除去和平面4Mii热处理进行，以制备用于i啊古具有150腿活化层厚度的无绝缘膜键合晶片的样品。实施例2在本实施例中，具有300mm尺寸和晶体取向(110)的硅晶片作为活化层晶片直接键合到作为支持衬底晶片的具有300mm尺寸和晶体取向(100)的硅晶片上而无需^ffl氧化物膜，然后j吏其经受1200°C热M以提高键合力。之后，活化层晶片M:研磨、抛光和蚀亥l滅薄，进一步地，活化层表面上损坏部分的除去和平面化^ilil热Mia行以制餘评估具有1000nm活化层厚度的无绝缘膜键合晶片的样品。网a糊方法)因此得到的iff古样品用5%的HF水溶液清洗10併中以自其表面上除去自生氧化物膜，然后在活化层的表面用8%的皿化四甲铵(TMAH)7k溶^t行懒ij,。在实施例l的样品中，从活化层表面往下嫩晦50腿深度，以用光学显微镜(20-1000倍率)测量岛條化物的数量和尺寸。在实施例2的样品中，从800nm的位置(对应于先前从活條表面嫩鹏的深度)懒悔100nm深度，以用光学显^C镜(20-1000倍率)测量岛状氧化物的M:和尺寸。针对实施例1和2的样品，懒條度和岛條化物的表l实施例l的驶懂结果(岛機化物的縫和尺寸)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2实施例2的测量结果(岛^化物的IS和尺寸)嫩條度(nm)岛状氧化物的M(氧化物/cm2)岛状氧化物的平均尺寸10--2800--3900--410007.71005腦7.7100612007.7100713007.7100814007.7100915007.710010画7.710011腦7.79512蘭7.7951319007.7901420007.7851521007.5801622007.275如表1和2的结果所见，当蚀亥條度变得与活媳厚度相同时，能够确认存在于键合晶片的键合界面中的岛状氧化物是否存在和其尺寸。此外，可以明白，岛状氧化物的数量和尺寸是不变的且为常数，直至赃实施例1中蚀亥蝶度达到活化层厚度力卩550nm和在实施例2中达到活化层厚度加600nm，但是当懒條鹏iii^总值时，岛状氧化物的M和尺寸变小。根据本发明，肯gffil刑古键合晶片的方^^检测在键合界面处岛状氧化物的M和尺寸，所述晶片无需绝缘膜而MMi:^ll合活化层晶片和支持10衬底晶片并随后减薄活化层晶片形成，该方B括以下步骤从键合晶片中的活化层表面上除去自生氧化物；用对构成晶片的材料的腿率快于对所述材料氧化物的嫩瞇率的懒喊体使键合晶片经受嫩似除去至少齡活化层；检测M31嫩l攥出的岛状氧化物，其中进行懒似满足T《X《T+500nm的关系，其中T是活化层厚度(nm)，X繊條度(nm)。权利要求1、一种评估无需绝缘膜而通过直接键合活化层晶片和支持衬底晶片并减薄活化层晶片所形成的键合晶片的方法，包括以下步骤从键合晶片中的活化层表面上除去自生氧化物；用对构成晶片的材料的蚀刻速率快于对所述材料氧化物的蚀刻速率的蚀刻液体使键合晶片经受蚀刻以除去至少整个活化层；并检测通过蚀刻露出的岛状氧化物以测得岛状氧化物的数量和尺寸，其中进行所述蚀刻以满足T≤X≤T+500nm的关系，其中T是活化层厚度(nm)，X是蚀刻深度(nm)。2、根据权利要求1所述的评估键合晶片的方法，其中所述蚀刻步骤是通过预先掌握用于蚀刻的蚀刻液体的种类、浓度和温度，然后根据对构成晶片的材料和其氧化物的蚀刻速率计算出合适的蚀亥lj时间舰行，以使得蚀刻深度X在T《X《T+500nm的范围内。3、根据权利要求1或2所述的评估键合晶片的方法，其中所述蚀刻液体是氢氧化四甲铵、KOH或NaOH的碱性液体。全文摘要一种无需绝缘膜而通过直接键合活化层晶片和支持衬底晶片并减薄活化层晶片所形成的键合晶片用包含下列步骤的方法进行评估从键合晶片中的活化层表面上除去自生氧化物；用对构成晶片的材料的蚀刻速率快于对所述材料氧化物的蚀刻速率的蚀刻液体使键合晶片经受蚀刻以除去至少整个活化层；并检测通过蚀刻露出的岛状氧化物以测得岛状氧化物的数量和尺寸，其中进行所述蚀刻以满足T≤X≤T+500nm的关系，其中T是活化层厚度(nm)，X是蚀刻深度(nm)。文档编号H01L21/306GK101261949SQ20081008560公开日2008年9月10日申请日期2008年3月5日优先权日2007年3月5日发明者本山民雄,村上贤史,森本信之申请人:胜高股份有限公司