[發明專利]用于薄膜轉移的方法

有效

• 申請號: 201310142834.1
• 申請日: 2013-04-22
• 公開（公告）號: CN104112694B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 高地
• 申請（專利權）人: 高地
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/18
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司11258
• 代理人: 肖善強

發明領域

本發明涉及一種適用于半導體行業及其它行業中薄膜轉移工藝，主要可應用于絕緣層上硅晶圓的生產。

發明背景

絕緣層上硅(silicon on insulator,SOI)作為一種新型半導體材料，已經得到日益廣泛的應用。附圖1A為SOI的示意圖，附圖1B為SOI橫截面的示意圖。如附圖1B所示，SOI的組成通常包括頂層單晶硅層100、絕緣層105、及底層基體110。SOI的生產目前主要采用鍵合回蝕（bonded and etch-back SOI,BESOI）、注氧隔離（separation by implantation of oxygen,SIMOX）和智能切割（SMART CUT）等幾種工藝路線。其中，智能切割法對于生產薄膜SOI（通常頂層單晶硅層100厚度小于1微米）具有明顯技術優勢。

5,374,564號美國專利描述了智能切割法的主要工藝。附圖2為現有技術中智能切割法的主要流程。附圖3為附圖2流程圖中主要步驟的示意圖。智能切割法的工藝過程可以概括如下：（1）提供一硅片（A）300（S200），將硅片300氧化（S205），在硅片300表面形成一氧化層310，然后對氧化后的硅片300進行氫離子注入（S210），在硅片300表面下一定深度（通常小于1微米）處形成一個富氫層315，同時在氧化層310和富氫層315之間留下一層單晶硅316；（2）提供一襯底片（B）305（S215），將襯底片305與翻轉后的注氫硅片320鍵合在一起（S220），得到鍵合片330，襯底片305與翻轉后的注氫硅片320之間的接觸面為鍵合面325；（3）通過加熱使鍵合片330沿著富氫層315裂開（S225），使原注氫硅片320上富氫層315以上的單晶硅層316和氧化層310從硅片320轉向襯底片305，此轉移層335與襯底片305構成SOI340（S230）；（4）對SOI片340進行后加工，如熱處理、表面拋光、清潔等。

上述工藝中使用的襯底片305通常為另一硅片，但是其他材料也可以用來做襯底片305，比如2002-170942號日本專利提出使用玻璃做襯底片305材料。襯底片305的表面可以為硅表面自然形成的原生氧化層，也可以為用化學或者物理方法沉積或者生長的氧化層，也可以是其他薄膜，比如2002-170942號日本專利在襯底片305上使用一層氮化硅來防止襯底片305里的雜質擴散到單晶硅層316里。智能切割法的裂片過程S225通常由加熱引發，也可以由其它能量輸入方式引發，如7,459,025號美國專利使用電磁波輻射來引發裂片過程S225。

雖然智能切割法已經成功實現產業化，但是它的成品率仍然較低，這主要表現在裂片步驟S225后，轉移層335經常出現缺陷，包括的大面積未轉移區400（示意圖見附圖4A）和微小凹坑缺陷405（示意圖見附圖4B）。大面積未轉移區400通常通過目測即可發現，微小凹坑缺陷405通常需要用光學檢測儀發現。造成轉移層335缺陷的原因之一是注氫硅片320與襯底片305鍵合過程S220中，注氫硅片320與襯底片305之間的鍵合面325產生缺陷，鍵合強度不足。注氫硅片320與襯底片305之間的鍵合可以通過氫鍵的形成、低溫熱處理、使用膠粘劑、旋涂玻璃（Spin-on-Glass）、靜電作用等完成。當襯底片305為硅片或者表面有氧化層的硅片時，鍵合主要通過氫鍵的形成來實現。以硅晶圓襯底片為例，鍵合前，通常需要對注氫硅片320與襯底片305進行徹底的清洗，使其表面具有很高的親水性。常用的清洗方法如RCA清洗工藝。硅片也可以用濃硫酸和過氧化氫制成的溶液清洗。清洗過的硅片要求具有很高的親水性，表面富氫氧基集團、通常有水分子吸附。如果經過清洗的注氫硅片320與襯底片305的表面足夠平坦、光滑、親水，當它們被放在一起時，由于氫鍵的作用，在室溫下注氫硅片320與襯底片305即會被比較牢固的鍵合在一起。然而，生產過程中，由于硅片表面可能存在缺陷、清洗不充分、鍵合環境中存在塵埃等等原因，可能出現鍵合面325有缺陷、鍵合強度不足的問題。這些問題直接導致裂片過程S225后SOI片340上出現缺陷。