[發明專利]鍵合兩個襯底的方法

有效

• 申請號: 200780051154.1
• 申請日: 2007-11-23
• 公開（公告）號: CN101601123A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 塞巴斯蒂安·凱爾迪勒;維利·米歇爾;沃爾特·施瓦岑貝格;達尼埃爾·德爾普拉;納迪婭·本默罕默德
• 申請（專利權）人: 硅絕緣體技術有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20
• 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

本發明涉及用于電子學、光學或光電子學的復合結構的制造。

更具體地說，本發明涉及一種將兩個襯底鍵合在一起的方法。

本發明還涉及一種形成包括半導體材料層的結構的方法，所述半導體材料層取自供體襯底(donor?substrate)，該供體襯底自身已經通過將兩個襯底鍵合在一起而形成了。

背景技術

為了將兩個襯底鍵合在一起，通常使得第一襯底與第二襯底接觸，以便通過這些襯底彼此的分子附著來形成鍵合。

這種鍵合的一個應用是，在制造“絕緣體上半導體”型(SeOI)結構、并且特別是在制造“絕緣體上硅”型(SOI)結構的領域中進行這種鍵合。

在本申請的范圍內，要鍵合的至少一個襯底具有表面氧化層；例如，通常為了形成SOI結構而執行Si/SiO₂鍵合或SiO₂/SiO₂鍵合。

通過分子附著而實現的鍵合是一種在并不應用粘結劑(諸如粘合劑、膠等)的情況下使得表面極為平坦(“鏡面拋光后”)的兩個襯底彼此附著的技術。

上述表面通常是由絕緣材料(例如，石英、玻璃)或半導體材料(例如，Si、GaAs、SiC、Ge)制成的襯底的表面。

通常通過在局部將輕微壓力施加到彼此接觸的兩個襯底上或者這兩個襯底之一上來開始進行鍵合。

然后，在數秒時間內鍵合波(onde?de?collage)傳播經過這些襯底的整個范圍，從而在原子量級(échelle?atomique)上將兩個襯底結合在一起。

與在通過共價方式、離子方式或金屬方式彼此連接的兩個固體之間觀察到的鍵合能量相比，在室溫得到的鍵合能量通常相當低。

為了令人滿意將兩個襯底彼此鍵合，通常在鍵合之前對要鍵合的兩個表面或者其中一個表面進行準備。這樣做的目的在于增大機械強度和/或改善鍵合界面的質量。

這種準備通常包括對要鍵合的襯底的表面進行化學處理，稱之為“清潔”。

清潔特別是旨在給要鍵合的表面賦予以下特性中的一個或更多個：

-不存在微粒；

-不存在碳氫化合物；

-不存在金屬雜質；

-低表面粗糙度，通常小于RMS；

-強疏水性，也就是說，用高密度的硅烷醇鍵(Si-OH鍵)終止要鍵合的表面。

以下這些可以作為在鍵合之前采用的清潔的示例：

-RCA型清潔，即，SC1液(bain?SC1，英文為“standard?clean?1”)與SC2液(英文為“standard?clean?2”)的組合，SC1液包括氫氧化銨(NH₄OH)、過氧化氫(H₂O₂)及水(H₂O)，其適于移除微粒及碳氫化合物，而SC2液包括鹽酸(HCL)、過氧化氫(H₂O₂)及水(H₂O)，其適于移除金屬雜質；

-使用含臭氧的溶液(O₃)來進行清潔，其適于移除有機雜質；

-使用包含硫酸及含氧水的混合物(“硫過氧化物混合物”(SPM))的溶液來進行清潔。

控制各種清潔參數(特別是這些液體的溫度)，這使得能夠防止在鍵合結構的鍵合界面上出現某些缺陷。

所導致的缺陷例如是在這兩個襯底之間的鍵合界面上的氣泡。

此外，在將供體襯底的薄層轉移到待處理襯底的情況下可以觀察到另一類型缺陷，Smart?Cut^TM類型的方法是這種轉移的有利示例(關于Smart?Cut^TM類型方法，本領域技術人員例如可以參考“Silicon?Waferbonding?technology?for?VLSI?and?MEMS?applications”，S.S.Iyer及A.J.Auberton-Hervé，IEE，2002)。在這種情況下，實際上在轉移后的薄層中可能觀察到位于待處理襯底的外緣區域中的穴。被稱為“邊緣空隙”的是：直徑在50μm到2mm之間的、位于距離該結構邊緣0.5mm到5mm之間的位置處的那些未被轉移的區域。

圖1示意性示出具有邊緣空隙的SOI的剖視圖。轉移到待處理襯底上的層具有直徑通常在50μm到2mm之間的穴，該穴處于距離該結構邊緣1-5mm的位置處。