[發(fā)明專利]具有改善的單晶材料使用效率的偽襯底

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380045848.X
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN104718599B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 法布里斯·勒泰特;奧列格·科農(nóng)丘克
• 申請（專利權(quán)）人: 索泰克公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;C30B33/00;H01L21/02;H01L33/00
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11127
• 代理人: 龐東成,解延雷

本發(fā)明涉及包含給定厚度的單晶材料的偽襯底的制造，該單晶材料常見于晶片的形式，并通過單晶錠的生長和晶片化(wafering)步驟獲得。

絕緣體上硅或SOI材料是偽襯底的已知實(shí)例，因?yàn)槠浒?jīng)氧化硅層與硅基襯底分隔開的表面單晶硅薄層。認(rèn)為這種復(fù)合襯底是偽襯底的原因是：氧化物層在襯底的前側(cè)和后側(cè)之間引入結(jié)晶中斷，其不能通過常規(guī)的錠生長技術(shù)和隨后的晶片化工藝制造。

使用Smart Cut^TM技術(shù)(通過離子注入深度弱化、分子鍵合、分離，以及任何所需的修整步驟)制造表面層應(yīng)當(dāng)具有厚度約為1μm以下的SOI襯底，而使用機(jī)械鍵合和減薄技術(shù)獲得表面層需要約10μm以上的SOI襯底。兩種技術(shù)都需要減薄步驟，由此意味著初始施主材料有一定水平的犧牲。此外，兩種技術(shù)都使用單晶晶片作為初始點(diǎn)。

此種晶片通過切割單晶錠的切片(slice)來制造，隨后這些切片通過各種晶片化步驟進(jìn)行制備。從原材料使用的角度來看，這些步驟昂貴且不是最優(yōu)化。比如，為了制造500μm厚的晶片，需要至少1mm的切片，這意味著晶片化工藝中損耗了初始原材料的至少一半。

襯底厚度受到機(jī)械穩(wěn)定性極限的約束，該極限是下述的一種極限：當(dāng)切片或?qū)拥陀谶@個極限時，其在單獨(dú)取用時，例如在隨后的元件制造或圖案化處理期間可能斷裂。這個臨界厚度依賴于工藝，依賴于晶片上施加的力(量級可以為數(shù)百M(fèi)Pa)和其他導(dǎo)致晶片破裂的可能因素。機(jī)械穩(wěn)定性可以被定義為以100％的可能性或例如僅有低于約30/1,000,000的切片破裂的概率經(jīng)受工藝處理的能力。在一些應(yīng)用中，為了最優(yōu)化最終的元件，在制造工藝結(jié)束時對襯底進(jìn)行減薄甚至可完全去除該襯底。比如，基于GaN襯底的LED應(yīng)用和用于動力電子設(shè)備的SiC基元件需要減薄和/或甚至去除襯底，以改善最終器件的性能。

現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法使用從單晶錠切取的晶片，然后在元件制造過程結(jié)束時減薄或甚至完全去除襯底，因此該方法導(dǎo)致晶片的極大損耗或甚至完全損耗，而上述應(yīng)用中使用的晶片是由昂貴材料制造的。

EP 1324385 A2描述了通過將SiC或GaN單晶材料的切片組裝到操作襯底以獲得偽襯底的改良方法。從SiC單晶錠切取500μm厚度的初始切片，然后進(jìn)行拋光，隨后將拋光側(cè)附接至操作支撐體上。需要進(jìn)行拋光以使SiC材料和操作支撐體之間能夠分子鍵合。然后組件再次進(jìn)行拋光，以改善表面區(qū)域的結(jié)晶品質(zhì)。施主偽襯底然后可以用于隨后的方法步驟。在GaN的情況下，100μm到200μm厚的GaN單晶錠層通過Smart Cut^TM技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并且通過分子鍵合而與操作支撐體附接。

盡管這種方法與自晶片開始的已知工藝相比，已經(jīng)可以損耗更少材料，但是，昂貴材料的使用仍然沒有最優(yōu)化，并且表面處理步驟損耗了高價(jià)材料。

因此，半導(dǎo)體工業(yè)中需要在使用偽襯底時提供更有效的使用昂貴單晶材料的方式。

本發(fā)明目的通過下述偽襯底的制造方法而實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟：提供單晶錠，提供操作襯底，從單晶錠切取薄切片(thin slice)，并將薄切片附接至操作襯底以形成偽襯底。依據(jù)本發(fā)明，薄切片的厚度大致等于或小于臨界厚度，在低于該臨界厚度時，切片在單獨(dú)取用時將不再是機(jī)械穩(wěn)定的。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)偽襯底或偽襯底的制造，并且能夠從其制造的初始步驟開始改善單晶材料的使用。與通常使用的方法相比，本發(fā)明的主要區(qū)別和優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明不需要使用經(jīng)修整的晶片(其隨后使用層轉(zhuǎn)移技術(shù)如Smart Cut^TM進(jìn)行減薄)或晶片級的拋光步驟，因?yàn)楸景l(fā)明的方法使用直接從晶錠切取的、具有最優(yōu)化厚度的材料，而無需進(jìn)行額外的晶片化處理步驟。

此外，依據(jù)本發(fā)明，可從單晶錠切取(通常為鋸得)厚度比常規(guī)方法切取的切片小至少兩倍以上的切片。特別地，本發(fā)明能夠?qū)⑶衅暮穸葴p小至大致為其自身機(jī)械穩(wěn)定性的臨界厚度，甚至低于該臨界厚度。由于臨界厚度依賴于用于切取單晶錠薄切片的工藝，依賴于晶錠上施加的力(量級可以為數(shù)百M(fèi)Pa)和導(dǎo)致切片破裂的其他可能因素，薄切片的機(jī)械穩(wěn)定性還可以被定義為在切片單獨(dú)取用時以100％的可能性或例如僅有低于約30/1,000,000切片破裂的概率經(jīng)受切割或鋸割處理的能力。機(jī)械穩(wěn)定性通過處理或支撐襯底提供。任何隨后的圖案化或制造步驟可因此直接在偽襯底的單晶薄切片上或其中而不是標(biāo)準(zhǔn)晶片上實(shí)施。