[發明專利]用于分子結合的表面處理

無效

• 申請號: 200980144516.0
• 申請日: 2009-10-27
• 公開（公告）號: CN102209692A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 阿諾·卡斯泰;圭塔·戈丹;馬塞爾·布勒卡特
• 申請（專利權）人: S.O.I.技術(硅絕緣體技術)公司
• 主分類號: C03C15/00
• 分類號: C03C15/00;C03C17/22;C03C27/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李新紅

技術領域和現有技術

本發明涉及通過分子結合將晶片或襯底組裝在一起的領域。更準確地，本發明涉及使用分子結合來提供兩個襯底之間的粘合，所述兩個襯底中的至少一個特別由于整體地或部分地制成的部件、電路、圖案化等的存在而表現出結構化即非平面的結合表面。這樣的襯底稱為“圖案化襯底”或稱為“結構化晶片”。本發明可以獲得與任何襯底表面的粘合，所述表面需要被拋光(例如，在組裝體形成嵌入絕緣體以后沉積絕緣體層以后)并且不適于暴露于高固結溫度(例如當使用Smart?Cut技術進行轉移或當形成異質結構時所應用的)。

圖1A至1E顯示如何通過利用分子結合致使初始襯底110粘附在最終襯底或支持襯底120上而制成異質結構體。如圖1A中所示，初始襯底110包括在其粘合表面110a上的多個電路111a至111d。

在熟知的方式中，通過分子結合的粘合(稱為“直接晶片結合”或“熔融結合”)是這樣的技術：用于將表現出完美平面(“鏡面拋光”)的表面的兩個襯底結合在一起，并且不應用任何粘合劑(膠，焊料等)。結合典型通過對已經被緊密接觸放置的兩個襯底局部施加輕的壓力而開始。結合波(bonding?wave)然后在若干秒內在襯底的整個延伸部分上傳播。

為了使得能夠將初始襯底110放置得在支持襯底120上緊密接觸，在第一襯底的表面110a上沉積氧化物層112，例如四乙氧基正硅烷(TEOS)的層(圖1B)。然而，如圖1B中所示，沉積的氧化物層遵循在表面110a上存在的部件111a至111d的凹凸形貌(relief)。然后通過化學-機械拋光(CMP)將氧化物層112拋光(圖1C)。然后將以此方式拋光的層112的表面112a清潔，干燥和洗滌(例如，在稱為“洗滌器”的設備中)，從而得到與分子結合相容的表面狀態。

而且，將支持襯底覆蓋在熱氧化物層121中，所述熱氧化物層121例如通過氧化襯底的表面而形成，從而促進與沉積在初始襯底上的氧化物層112的分子結合(圖1B)。在已經形成熱氧化物層121以后，將其表面121a加工用于結合。用于加工表面121a的處理取決于期望獲得的結合能而變化。如果期望獲得標準水平的結合能，即相對弱的水平，則可以通過進行化學-機械拋光，隨后通過清潔而對表面121a進行加工。另外，如果期望在兩個襯底之間獲得強的結合能，則對表面121a的加工包括：RCA型清潔(即，適于移除粒子和烴的SC1(NH₄OH，H₂O₂，H₂O)的浴和適于移除金屬污染物的SC2(HCl，H₂O₂，H₂O)的浴的組合)，等離子體表面活化，另外的清潔，以及隨后的洗滌。

一旦表面112a和121a已經準備好，就將它們緊密接觸放置并且對兩個襯底中的一個施加壓力，以在處于接觸的表面之間開始結合波的傳播(圖1D)。隨后通過在近似位于300℃至400℃范圍內的溫度進行熱退火來增強結合。

然后通過使初始襯底110變薄以形成轉移層113來繼續制備異質結構體。最后，對該結構體進行邊緣軋制操作(edge?roll-off?operation)以移除在轉移層113的外圍存在的倒棱或滴部(drops)。因而，如在圖1E中所示，得到包括支持襯底120和轉移層113的異質結構體100。

然而，這樣的異質結構體暴露于在轉移層和支持襯底之間的結合界面上的剝離問題，特別是在邊緣軋制的過程中。更精確地，剝離問題對應于在層的周邊附近中的某些區域中的轉移層分層。由于倒棱或滴部的存在，結合能在層的結合部附近更弱。從而，在這樣的部位可以導致剝離，從而層在其與支持襯底的結合界面處部分分離。

如上所述，通過增強分子結合能，例如通過支持襯底的結合表面的等離子體活化，可以限制此剝離現象。

然而，盡管增強結合能使得能夠限制剝離問題，但是在轉移層觀察到缺陷如邊緣空隙。邊緣空隙是由結合導致的缺陷并且典型地在最終結構體(通常，處于圓形晶片的形式)的周邊觀察到的缺陷。這樣的邊緣空隙是在轉移層中或在結合界面處的孔或氣泡(例如，具有約10微米(μm)至250μm的直徑)并且對應于沒有轉移到支持襯底的初始襯底的區域。邊緣空隙通常出現在支持襯底(圓形晶片)上的薄層結構的邊緣(周邊區域)處。它們位于距離晶片的邊緣典型在1毫米(mm)至6mm的范圍內的距離處。