[發(fā)明專利]貼合晶片的制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080019226.6
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN102414785A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 川合信;飛坂優(yōu)二;秋山昌次
• 申請（專利權(quán)）人: 信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/265;H01L27/12
• 代理公司: 北京信慧永光知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 武玉琴;陳桂香

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及貼合晶片的制造方法。

背景技術(shù)

以前已經(jīng)提出了絕緣襯底上的硅(SOI)以及貼合晶片，并期待發(fā)現(xiàn)該SOI和貼合晶片的各種應(yīng)用，該SOI具有由透明絕緣基板構(gòu)成的操作基板，并包括石英硅(SOQ)、硅玻璃(SOG)、藍(lán)寶石上硅(SOS)，該貼合晶片(在此示例中，半導(dǎo)體基板是透明的)是通過將由GaN、ZnO、金剛石、AlN等透明寬能隙半導(dǎo)體與由硅形成的施主基板結(jié)合得到的。由于SOQ、SOG、SOS等操作基板的絕緣性能和透明性等，期待將其用于投影機(jī)、高頻器件等。此外，在貼合晶片中，寬能隙半導(dǎo)體的薄膜與操作基板結(jié)合，該貼合晶片僅僅使用厚度為幾百納米至幾微米的昂貴寬能隙半導(dǎo)體材料，可以大幅度地降低成本。因此，期待將該貼合晶片用于高性能激光器和功率器件等。

以往基于貼合的SOI制造技術(shù)主要分為兩類方法。

一種是SOITEC法：將在室溫下預(yù)先注入有氫離子的硅基板(施主基板)和作為支承基板的基板(操作基板)彼此貼合，在高溫(500℃附近)下實(shí)施熱處理，在離子注入界面上產(chǎn)生大量稱為微腔的微小氣泡，在該界面上進(jìn)行剝離，使硅薄膜轉(zhuǎn)印到操作基板上。

另一種是稱為SiGen法的方法：在同樣預(yù)先注入有氫離子的硅基板和操作基板的表面經(jīng)過等離子處理活化之后，使硅基板和操作基板彼此貼合，然后在氫離子注入界面以機(jī)械方式使基板彼此剝離。

可是，由于上述材料的結(jié)合是貼合不同種類的基板，半導(dǎo)體基板和施主基板的熱膨脹系數(shù)并不相配。

SOITEC法具有如下缺點(diǎn)：由于在貼合后采用了高溫?zé)崽幚?約500℃)以在氫離子注入界面進(jìn)行熱剝離，所以在貼合上述不同種類基板的情況下，因熱膨脹系數(shù)的較大差別而使一個(gè)或多個(gè)基板產(chǎn)生裂紋。與SOITEC法相比，SiGen法通過在貼合基板時(shí)利用表面活化處理而具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，而且通過在250℃～350℃左右相對低溫的熱處理，可以具有更高的貼合強(qiáng)度。但是，在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在室溫貼合的基板加熱到該溫度范圍后，因兩塊基板的熱膨脹系數(shù)不同，會(huì)使一個(gè)或兩個(gè)基板破損或產(chǎn)生沒有轉(zhuǎn)印部分。另一方面，為使離子注入界面脆化，需要適當(dāng)?shù)臒崽幚恚虼瞬幌Ｍ乇苁褂?50℃～350℃的熱處理。

因此，會(huì)產(chǎn)生如下問題，因貼合基板之間的熱膨脹系數(shù)不同造成基板損壞，或在將被轉(zhuǎn)印的硅膜上形成沒有轉(zhuǎn)印的部分等。這是因?yàn)闇囟壬仙官N合界面的結(jié)合強(qiáng)度增加，但同時(shí)因不同種類基板貼合而產(chǎn)生熱變形，造成分離等，從而不能均勻進(jìn)行面內(nèi)貼合。當(dāng)這些基板貼合并進(jìn)行高溫處理時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生基板開裂或貼合的基板分離的問題。

因此，因半導(dǎo)體基板和操作基板的熱膨脹系數(shù)的不同，難以采用在貼合后進(jìn)行用于在氫離子注入界面熱剝離的高溫工序(在約500℃)，存在有難以用于以SOITEC法為代表的傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)。

例如，如果上述用于貼合的施主基板和操作基板分別是硅基板和石英基板，建立施主基板的熱膨脹系數(shù)＞操作基板的熱膨脹系數(shù)的關(guān)系。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在滿足上述該關(guān)系的復(fù)合基板的情況下，因產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力的方式和硅基板的損壞機(jī)理，用上述SiGen法等從離子注入界面進(jìn)行剝離，能夠成功地轉(zhuǎn)印硅薄膜。

但是，在操作基板的材料是氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、硅鋁氧氮耐熱陶瓷、氮化鎵等的情況下，建立施主基板的熱膨脹系數(shù)＜操作基板的熱膨脹系數(shù)的關(guān)系。本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在此情況下存在的問題是產(chǎn)生不能從離子注入界面進(jìn)行剝離或操作基板和施主基板一者或兩者開裂的現(xiàn)象。

專利文獻(xiàn)1：日本專利申請公開特開2008-114448號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供一種貼合晶片的制造方法，在該方法中，在離子注入界面進(jìn)行剝離時(shí)，特別是在操作基板具有較大熱膨脹系數(shù)的情況下(即，施主基板的熱膨脹系數(shù)較小)，基板進(jìn)行剝離時(shí)，在基板上不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

為了解決上述課題，本發(fā)明的貼合晶片的制造方法至少包括下述步驟：從施主基板的表面向所述施主基板注入離子，形成離子注入界面；在所述施主基板的注入了離子的表面上，貼合熱膨脹系數(shù)比所述施主基板大的操作基板，制成貼合基板；對所述貼合基板進(jìn)行熱處理，制成接合體；和當(dāng)所述接合體冷卻到室溫以下的溫度時(shí)，在所述離子注入界面上剝離所述接合體的所述施主基板，將施主膜轉(zhuǎn)印到所述操作基板上。

根據(jù)本發(fā)明的貼合晶片的制造方法，在操作基板的熱膨脹系數(shù)比施主基板的熱膨脹系數(shù)大的情況下，可以進(jìn)行剝離，而不會(huì)在基板上產(chǎn)生裂紋。

附圖說明

圖1是示意表示冷卻裝置、貼合基板的吹氣部和剝離基板的吸附保持部件的關(guān)系的剖視圖。