[發明專利]雙等離子體超薄隱埋氧化

無效

• 申請號: 200710169540.2
• 申請日: 2007-11-09
• 公開（公告）號: CN101207021A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 約努茨·拉杜;奧德麗·蘭伯特
• 申請（專利權）人: 硅絕緣體技術有限公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L21/20;H01L21/762;H01L21/84
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明涉及一種用于鍵合(bonding)以從半導體材料之中選擇的材料實現的兩片基板的方法，所述方法實現：通過熱處理來鍵合兩片基板的步驟；對各基板的要鍵合的表面的等離子體激活，所述兩片基板中的第一基板的要鍵合的表面包括氧化層。

背景技術

已知這類方法。

這里，將“鍵合”理解為指通過分子附著力來鍵合，其中，在不使用粘合劑的情況下將兩個完全平滑的表面彼此粘合——這在室溫下是可能的。

鍵合的質量由鍵合能具體表征，鍵合能表示鍵合在一起的兩片基板之間的鍵合強度。

為了強化通過分子附著力鍵合的兩片基板，裝配好的基板必須經受熱處理。這樣的熱處理使得兩片基板的鍵合能可以達到至少500mJ/m²的量級的值，該值可以符合通常所期望的值。

常規上，通常在至少900℃的量級的溫度(其限定本文中的“高溫域”的范圍)下執行這樣的熱處理。在Si基板與Si或SiO₂基板之間進行鍵合的情況下，利用在1100℃到1200℃左右的溫度執行的處理使鍵合能最大化。

將對要鍵合的表面的“等離子體激活”定義為：在使要鍵合的表面相接觸之前，將所述表面暴露于等離子體下(具體地說，可能在真空或大氣壓力下進行該處理)。

更準確地說，在已知的激活技術中，在所述暴露步驟過程中使基板的要激活的表面暴露于等離子體，在該暴露步驟中，對暴露參數進行控制，使得它們分別被設置為給定的相應值，這些值在等離子體激活過程中保持固定。

在第一級中，“暴露參數”為：

-功率密度。這是提供給等離子體的功率的密度，其對應于每單位表面的功率密度(W/cm²)，在本文中也由簡單的術語“功率”來指示。

-壓力(包含等離子體的腔中的壓力，以mTorr表示)，

-提供給該腔的氣體的性質和流速(以sccm表示：標準立方厘米每分鐘)。

具體地說，這樣的激活使得可以不必在高溫下進行熱處理，而通過獲得非常大的鍵合能來實現利用分子附著力的鍵合。

實際上，等離子體激活導致兩片基板之間的高鍵合能，在相對短的持續時間(例如，在2個小時的量級)在相對低的溫度(例如，在600℃或更少的量級)下執行熱處理之后，在進行鍵合之前，激活兩片基板中的至少一片。

因此，在希望避免使包括兩片鍵合的基板的結構經受太高溫度的情況下(特別是在限定為包括由熱膨脹系數差異很大的材料制成的多個層的結構的異質結構的情況下)，這樣的激活有利于使該結構穩定。

這樣的激活還可以有利于在給定溫度下獲得非常高的鍵合強度。

因此，這樣的激活例如有利于通過鍵合兩片基板來制造多層結構。

轉移方法(具體地說，Smart?Cut^TM型方法或BESOI(鍵合刻蝕絕緣體上硅)型方法，可以在以下著作中找到Smart?Cut^TM型方法的概述：Silicon-on-insulator?technology：materials?to?VLSI，2nd?Edition(Jean-PierreColinge)，在BESOI型方法中，鍵合兩片基板，然后通過刻蝕消除兩片基板中的一片的多余材料)是可以得益于用于鍵合的等離子體激活的示例。

為了充分利用等離子體處理對于各鍵合的效果，在文獻中遇到的常規方法(具體地說，在以下文獻中：Effects?of?plasma?activation?onhydrophilic?bonding?of?Si?and?SiO₂，T.Suni?and?I.J.Electroch.Soc.Vol.149，No.6，p.348(2002)，以及在Farrens等人的美國專利US6645828中)包括利用等離子體來激活要鍵合的兩片基板。

更特別的是，由于鍵合能很低，因此僅將兩個表面中的一個暴露于等離子體。在Si/SiO₂鍵合的情況下，通常利用等離子體來處理氧化物(參見以下文獻：Effects?of?plasma?activation?on?hydrophilic?bonding?of?Si?andSiO₂)。

現今，在等離子體處理中，在使晶片的表面相接觸之前，利用不同的氣體(例如，氧氣、氮氣和氬氣)來激活晶片的表面。

通常，利用相同的等離子體處理按相同的方式處理要鍵合的兩個表面。

發明內容