专利名称：通过层转移制造结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过层转移制造结构的方法。该方法特别用于利用Smart Cut 技术进行的SOI (绝缘体上硅)的制造中。
背景技术：
Smart Cut 可以将施主衬底的薄层转移到接受衬底，并包括以下步骤a)将原子种类注入施主衬底中，以便在与待转移的薄层的厚度相等的深度处生成脆化区。b)与衬底接触并直接晶片键合。由于晶片表现出卷边(ERO)并因此在其周边附近不接触，因此除周边以外，衬底 的整个表面都被键合，如图1所示。c)在脆化区分离施主衬底，并将薄层转移到接受衬底。衬底通常以圆形晶片的形式出现；例如，现在使用300_的晶片。未发生薄层转移的周边区域被称为冠(crown)。参考图2，其显示了 SOI晶片的 四个周边区域的俯视图，冠CP位于接受衬底的圆周100(冠的外边缘)与转移层的圆周 200 (内边缘)之间。在图2的晶片上，冠CP是均勻的，即SOI圆周是均勻的。在直接晶片键合之前，可以对衬底的至少其中之一的表面进行等离子体激活。该 激活可以显著增强键合强度。还可以通过键合前的适当清洗来增强键合强度，例如03/SCl/SC2类型的序列，其 中在50°C以下的温度执行SCl。但是已发现，增强键合强度可以在最终产物(即分离后获得的S0I)中产生不均勻 的冠宽(在本领域被称为“锯齿形边”)。所出现的现象是在分离之后冠包括已经被转移的 小的独立区。因此，在几百微米的长度上、朝接受衬底的周边出现转移区的随机的、局部的增 大，从而冠宽变得不均勻。在图3的照片中可见转移区的增大，其中较浅的区域表示被转移 的层，较深的层是冠。文件W02007/06145公开了一种防止SOI中边缘空洞的形成的方法，所述的边缘空 洞是优选地位于SOI的周边处的未被转移的区域。因此本发明的一个目的是提供一种通过层转移制造结构的方法，以便保证被转移 的层的边缘是均勻的，没有任何局部增大。
发明内容
本发明的第一目的是一种通过将施主衬底的层转移到接受衬底上来制造半导体 结构的方法，所述方法包括以下步骤(a)在施主衬底上生成脆化区，以便限定前述层，(b)处理施主和/或接受衬底的表面，以便增大两个衬底之间的键合强度，
(c)使施主衬底直接晶片键合到接受衬底，(d)在脆化区中分离施主衬底，以便形成所述半导体结构，其中接受衬底的表面除 周边的冠以外均被转移层(32)覆盖。前述方法的特征在于，在步骤(b)中，控制衬底表面的处理，从而施主衬底与接受 衬底之间的键合强度在这些衬底的周边区域中的增大低于键合强度在所述衬底的中心区 域中的增大，并且所述周边区域的宽度至少等于冠的宽度且低于10mm。根据本发明的其他可能特征-衬底之间的键合强度在周边区域中不被增大；_周边区域中的键合强度比衬底的中心区域中的键合强度至少低15% ；
-所述周边区域的宽度在0.2至IOmm之间；-所述方法包括，在步骤(b)之前，试验确定冠的宽度；-试验确定冠的宽度涉及通过将施主衬底的层转移到接受衬底来制造半导体参考 结构，包括如下步骤a)在施主衬底中生成脆化区，以便限定所述层，b)处理施主和/或接受衬底的表面，以便增大两个衬底之间的键合强度，c)使施主衬底直接晶片键合到接受衬底，d)在脆化区中分离施主衬底，以便测量所述参考结构上的接受衬底的冠的宽度。-根据本发明的第一实施例，步骤(b)中的处理涉及等离子体激活，其中周边区域 不暴露给等离子体；_根据本发明的变化例，步骤(b)包括整个衬底表面的等离子体激活或清洗(优选 地，在低于50°C的温度执行SCl清洗)，然后去激活(deactivation)周边区域，通过周边区 域的化学蚀刻执行所述去激活；为此，在旋转衬底时通过喷射将蚀刻溶液分散到衬底的周 边区域上。
参考附图通过以下详细描述可以理解本发明的其他特征和优点，其中图1是穿过两个晶片的剖面照片，其显示SOI冠的起始位置处的卷边；图2是显示均勻冠的SOI晶片的边缘的俯视图；图3是显示锯齿形边缘现象的晶片的冠的照片；图4是在SOI的制造中、在施主衬底被键合到接受衬底上之后结构的剖面图；图5是薄层分离和转移之后上述结构的剖面图；图6显示本发明的第一实施例；图7显示本发明的第二实施例；
图8显示本发明的第三实施方案；图9显示本发明的第四实施例。
具体实施例方式SOI晶片注释图4显示了施主衬底30被键合到接受衬底10上之后获得的结构。
当使用Smart Cut 技术时，施主衬底30例如可以被氧化物的层20覆盖。通过本 领域技术人员已知的方法，氧化物可以被沉积或者通过施主衬底的热氧化而形成。然后施主衬底30接受原子种类的注入，例如氢和/或氦，例如，调节注入的剂量和 强度从而在与待转移的施主衬底层的厚度匹配的深度处获得注入峰值。被注入原子种类的 区域31被称为脆化区。一旦施主衬底30的表面和/或接受衬底10已经经过等离子体激活，适当地，使衬 底接触并直接晶片键合。等离子体激活的效果是增大两个衬底之间的键合强度。还可以通过在键合之前进行03/RCA清洗来获得该键合强度的增大，其中在低于 50°C的温度执行SC1。该清洗对于本领域技术人员来说是公知的，因此在此不再详细描述。 只简单地指出RCA涉及被称为SCl和SC2的浴序列。SCl是H20、H2O2和NH4OH的混合物。 SC2是H20、H2O2和HCl的混合物。H2O中的冲洗步骤插入SCl和SC2浴之间。O3清洗对应 于其中溶解有臭氧气体的第一 H2O浴。如图4所示，两个衬底的晶片没有垂直于表面的边缘，相反，它们表现出箭头标记 C所示的卷边。因此衬底10和30没有键合到边缘，而是键合到卷边。然后，沿着脆化区31分离施主衬底30。为此，可以通过机械力或者提高温度来开 始分离；该分离以分离波的形式传播到整个表面。所获得的SOI结构显示在图5中。由于 在晶片边缘处存在卷边，因此从施主衬底30被转移的部分不延伸到接受衬底10的整个表 面上，而是仅延伸到周边的冠CP的边缘。对于300mm的晶片，周边的冠CP相对于晶片的边缘通常是Imm宽。通过周边的冠CP中的转移区(换言之，氧化物20和薄层32)的存在来解释背景 技术部分中介绍的锯齿形边缘现象。在一般采用的等离子体激活过程中，等离子体激活衬底的整个有用表面(被称为 “前面”)以及晶片边缘，但是不激活不暴露给等离子体的后面，因为其位于电极上。发明的具体描述由于晶片卷边处的过强键合，会出现锯齿形边缘现象。实际上，在键合前施主和/或接受衬底的等离子体激活或适当的清洗之后进行的 键合作用中，两个晶片更强地彼此粘着，这减小了转移后的冠的宽度。这由以下事实解释卷边不是凸出的角，而是晶片边缘的平缓曲线。如果键合的晶片边缘表现出局部不规则性，则等离子体激活后的转移在冠中再现 这些导致锯齿形边缘的可能的不规则。如果没有激活，则键合不传播到这些不均勻的边缘(虽然不能排除在衬底内还存 在表面不规则性的可能性，由于键合表面的局部平行结构，不能显现衬底内的表面不规则 性)，且转移生成更宽的且更均勻的冠，换言之，没有锯齿形边缘的冠。一般来说，本发明能够通过控制已被处理的衬底的表面的激活或清洗来避免锯齿 形边缘现象，从而控制两个衬底之间的键合强度。实际上，可以设想如果可以在衬底的周边 附近保持或获得弱键合强度，则可以限制冠中出现转移区的风险。为此，第一方案是通过在周边区域中不执行激活来保持周边区域中的低键合强 度。
可选地，通过在键合之前激活或清洗可以减小所获得的较高的键合强度。在两种情况中，控制键合前的激活或清洗，从而最终衬底之间键合强度的增大在 周边区域中比在这些衬底的中心区域中要弱。典型的，周边区域中的键合强度将比衬底的 中心区域中的键合强度至少低15%。本发明的第一实施例包括以下步骤等离子体激活除周边区域外一个衬底和/或 另一个衬底的被键合在它(它们)之上的整个表面。本发明的可变例包括以下步骤在键合待键合的一个衬底和/或另一个衬底的整 个表面之前，执行等离子体激活或清洗，然后(在键合之前)仅在周边区域中执行局部去激 活(键合之前)。发生去激活或未激活(non-activation)的周边区域的宽度通常在0. 2至IOmm之 间，特别在0. 5至2. 5mm之间，优选为2mm。该宽度通常对应于大于或等于冠宽度的宽度，在分离开始时，冠的宽度一般在0.2 至2mm之间，特别在0.8至1.2mm之间。在实际应用中，在采用用于希望获得的结构的相同步骤之前制造参考结构是有利 的，换言之i)在施主衬底中生成脆化区，以限定层，ii)处理施主和/或接受衬底的表面，以便增大两个衬底之间的键合强度，iii)在接受衬底上直接晶片键合施主衬底，iv)在脆化区中分离施主衬底。然后在参考结构上测量接受衬底上的冠的宽度，然后确定周边区域的宽度使其大 于或等于在参考结构上测得的冠的宽度。还可以通过循环来执行，换言之，为周边区域设置任意宽度，例如2mm，然后开始本 发明中描述的步骤并测量所得的冠的宽度。对于随后的结构，调节周边区域的宽度使其大 于或等于该冠的宽度。第一实施例周边区域的未激活本发明的第一可能实施例涉及在键合前实施等离子体激活，控制该激活使得暴露 到等离子体的一个或两个衬底的边缘不被等离子体激活。这样，边缘区域中衬底之间的键合强度的增大小于中心区域中键合强度的增大， 如果键合强度确实增大的话。这类等离子体激活的启动取决于等离子体处理所使用的设备的类型。通过比待处理的衬底小的源生成等离子体，扫过整个表面通常使包括衬底的周边 在内的整个衬底被均勻地处理。因此，本发明涉及修改扫过动作从而晶片边缘不被等离子体处理，例如用“点型” 等离子体源扫过不包含距离边缘最近的几毫米(换言之，至少是将来的冠的宽度)的衬底 表面。在此，点型源是指测定表面积为几平方毫米的源。图6显示了这种情况虚线表示出 点型等离子体源P的轨迹，该等离子体源P扫过衬底的除周边区域以外的整个表面。对于通过比最大衬底尺寸(即圆形晶片情况下的直径)长的线性源产生等离子体 的情况，沿一个方向的移动通常可以通过一次或几次扫过均勻地处理衬底的整个表面。 因此，本发明涉及将该线性源分裂成一连串小的点型源，并仅在小源不面对衬底的周边时打开这些小源，从而扫过待处理的表面。参考图7，线性等离子体源由一连串小的点型源P构成。线性源沿箭头方向移动。 仅打开面对待激活区的源P (其由浅色方形表示)。与边缘相对的源(由黑色方形表示)不 产生等离子体，从而边缘不被处理。在最一般的情况下，通过尺寸与衬底相当的固定源产生等离子体，本发明涉及消 除或限制等离子体，从而不激活晶片4的周边。为此，本发明构思，例如通过防止等离子体处理晶片的边缘来限制等离子体。参考图8，例如可以通过连接到电极3上的环形隔板(armularscreenU获得上 述限制，其中被处理的衬底1放在电极3上，且环形隔板2覆盖该衬底的边缘而不与其接 触。隔板的内径等于被激活的表面的直径，且隔板被设计为与支撑衬底的电极具有相同的 电势。晶片和悬于其上的隔板之间的空间的宽度等于周边区域的宽度，因此所述空间与等 离子体P分离。隔板可以例如由与被处理的衬底相同的材料制成，这种结构能够限制被处理的衬 底的污染。可以在等离子体处理前定位被分割为两个直径相对的移动部的隔板，并在等离子 体处理后移走该隔板，从而利于接下来的在设备中对衬底的操作。隔板不必由实心材料制成；其也可以是最大网格尺寸小于Debye长度的格栅，从 而对于等离子体来说其可以被看作实心材料，但是允许中性种类的循环(使用格栅能够在 气流中获得较少的扰动)。可以用涂层覆盖制造格栅的框架的导电材料，以防止衬底的污 染一例如用于Si衬底的Si或SiC膜。第二实施例周边区域的去激活根据本发明的变化例，通过键合之前的待键合的一个衬底和/或另一个衬底的整 个表面的等离子体激活或适当清洗，然后例如借助于化学清洗仅在边缘区域中执行局部去 激活(键合之前)，来获得键合强度的增大。实际上，可以通过化学蚀刻衬底边缘处的等离子体修改厚度的全部或部分来部分 或完全破坏涉及几十埃的深度处的表面修改的等离子体激活，从而获得均勻的冠宽度。类似地，对于键合前的适当清洗，可以通过适当增大周边区域中的表面的微观粗 糙度来获得去激活(在周边区域中，平均粗糙度通常被增大0. 3埃的量级)。从实用的观点来看，参考图9，在衬底1旋转时借助于利用喷射的湿洗，可以仅在 衬底1的周边处准确地引导化学产物的喷射，从而周边区域被去激活。被分散的化学产物将蚀刻被等离子体或清洗激活的表面上存在的材料。例如，在 存在Si02的情况下，可以使用基于NH40H、H202、H20的混合物(例如在20-80°C稀释的SC1) 或者甚至于很稀的基于HF酸的溶液(例如用0. 5%的HF蚀刻4nm，然后分散含臭氧的水， 以便在键合之前恢复晶片边缘的亲水性)。由于衬底旋转产生的离心力，蚀刻溶液局部保持在周边区域中。
权利要求
一种通过将施主衬底(30)的层(32)转移到接受衬底(10)来制造半导体结构的方法，所述方法包括如下步骤(a)在施主衬底(30)中生成脆化区(31)，以便限定前述层(32)，(b)处理施主衬底(30)和/或接受衬底(10)的表面，以便增大两个衬底之间的键合强度，(c)使施主衬底(30)直接晶片键合到接受衬底(10)，(d)在脆化区(31)中分离施主衬底(30)，以便形成所述半导体结构，其中接受衬底的表面除周边的冠以外均被转移层(32)覆盖，所述方法的特征在于，在步骤(b)中控制衬底的处理，从而施主衬底与接受衬底之间的键合强度在这些衬底的周边区域中的增大低于键合强度在所述衬底的中心区域中的增大，并且所述周边区域的宽度至少等于冠的宽度且低于10mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，衬底之间的键合强度在周边区域中不被 增大。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，周边区域中的键合强度比衬底的中心 区域中的键合强度至少低15%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述周边区域的宽度在0.2 至IOmm之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括，在步骤(b)之前，试验确定 冠的宽度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，试验确定冠的宽度涉及通过将施主衬底 的层转移到接受衬底来制造半导体参考结构，包括如下步骤a)在施主衬底中生成脆化区，以便限定所述层，b)处理施主和/或接受衬底的表面，以便增大两个衬底之间的键合强度，c)使施主衬底直接晶片键合到接受衬底，d)在脆化区中分离施主衬底，以便测量所述参考结构上的接受衬底的冠的宽度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(b)中的处理是等离子 体激活，其中周边区域不暴露给等离子体。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(b)中的处理包括对 衬底的整个表面执行以下处理包括在低于50° C的温度执行SCl的湿洗或者等离子体激 活，然后通过周边区域的化学蚀刻执行去激活。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在旋转衬底时通过喷射将蚀刻溶液分散 到衬底的周边区域上。
全文摘要
本发明涉及一种通过将施主衬底(30)的层(32)转移到接受衬底(10)来制造半导体结构的方法，所述方法包括如下步骤(a)在施主衬底(30)中生成脆化区(31)，以便限定前述层(32)，(b)处理施主衬底(30)和/或接受衬底(10)的表面，以便增大两个衬底之间的键合强度，(c)使施主衬底(30)直接晶片键合到接受衬底(10)，(d)在脆化区(31)中分离施主衬底(30)，以便形成所述半导体结构，其中接受衬底的表面除周边的冠以外均被转移层(32)覆盖。所述方法的特征在于，在步骤(b)中控制衬底表面的处理，从而施主衬底与接受衬底之间的键合强度在这些衬底的周边区域中的增大低于键合强度在所述衬底的中心区域中的增大，并且所述周边区域的宽度至少等于冠的宽度且低于10mm。
文档编号H01L21/762GK101803002SQ200880106202
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月11日 优先权日2007年9月12日
发明者B·苏利耶布歇, S·凯尔迪勒, W·施瓦岑巴赫 申请人:S.O.I.Tec绝缘体上硅技术公司