專利名稱：薄膜制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從初始晶片開始的薄膜制造，包括以下步驟通過初始 晶片的其中一個表面植入原子核種，從而在其中確定的深度處形成掩埋植入(buriedimplanted)區(qū)，然后由晶片的植入表面和該植入?yún)^(qū)來對要制 造的薄膜進行劃界。該技術尤其用于通過在所述植入處理后進行以下步驟(由圖1A和 IB所示)剝離所述薄膜在晶片10的植入表面上將其鍵合到接收基板20;以及提供能量(通常為熱能和/或機械能)，從而從植入?yún)^(qū)12中分離出薄 膜15 (該步驟還被稱作Smart-Cut⑧)。然后，從晶片IO上摘取薄膜15，隨后將薄膜15轉移到接收基板20 上(見圖1B)。參照圖1A和1B，晶片10的表面通常在外周被斜切(斜面11和11')， 從而接收基板20與晶片10的結合主要僅發(fā)生在晶片10的不在斜面11 上的表面上。參照圖1B和1C，因此，未精確地從晶片10的整個表面上摘取薄膜 15,因為摘取操作后，初始被植入?yún)^(qū)域劃界的薄膜的斜切部分仍與晶片 10相連，因此形成了環(huán)繞與摘取的薄膜15的體積近似相對應的空洞體積 的環(huán)14。在薄膜15由晶體材料制成的特定情況下，(從區(qū)域13a和13b開始 的)應力隨后可以傳播至整個薄膜15，因此造成了嚴重的有害結果。此外，接收基板20自身可能具有不一定與晶片10的斜面11相同的 外周斜面，因此所述外周斜面可能相對于斜面11偏移，從而薄膜15沿 邊緣存在不規(guī)則的分離。后面的效應還被這樣的事實所加重，即結合界面處的結合力在沿 邊緣方向上當然比中央部分要更弱。因此，摘取的薄膜15具有相當不規(guī)則的邊緣和內在的缺陷或損傷。
背景技術：
圖2A至2C中例示了文獻US 2004/0121557和WO 2005/038903中 提出的用于解決上述摘取問題的技術。在摘取處理前，該技術包括以下 步驟鑿掘(rout)晶片IO從而移除外周的斜切區(qū)域；而以高度h在晶 片IO的厚度中形成臺階。因此，為了進行摘取，可以將高度h選擇得比形成在晶片10中的植 入深度hl更大。因此，植入?yún)^(qū)12與臺階11的底部分離開，從而與晶片 IO的外周區(qū)分離開等于(h-hl)距離。因此，被植入?yún)^(qū)12和植入表面劃 界的薄膜15不再包括被斜切的外周區(qū)，于是，其自由表面僅由適于良好 結合到接收基板20的平面構成。參照圖2B，隨后將整個薄膜15摘取，而不會出現(xiàn)所述沿邊緣的斷 裂問題。因此，摘取的薄膜15具有更好的質量。然而，接收基板20和薄膜15可能被圍繞其外周部分(即臺階11上) 的晶片10所污染。這是因為臺階11也經受了植入，因此包括使上覆部 分變弱的植入?yún)^(qū)12'。此外，當植入?yún)^(qū)12'受到外部應力(例如為了分離薄 膜15而進行的熱處理)時，可能從該脆弱部分上脫落顆粒，隨后這些顆 粒會污染薄膜15和接收基板20。這種顆粒污染問題還可能出現(xiàn)在需要"再生"處理來重新形成干凈 薄膜期間，所述干凈薄膜將再次被摘取。如果使用同一晶片IO來進行幾次連續(xù)的摘取操作，然后對同一臺階 ll進行植入和熱處理的交替，則污染可能會更嚴重。因此，可以基于文獻US 6596610提出使晶片10'(如圖2C中所示出的)在摘取后經受熱和/或機械和/或化學再生處理，以幫助剩余的植入?yún)^(qū) 12中的移除，從而能夠重新使用晶片10'。然而，由于文獻US 6596610提出的再生操作需要環(huán)狀的選擇性處 理，并且該處理還必須在每次摘取時重復進行，所以依舊是復雜且昂貴 的。本發(fā)明旨在解決這些問題。 發(fā)明內容因此，本發(fā)明的一個目的是以這樣的方式從晶片上摘取薄膜，即摘 取的薄膜具有良好的晶體質量并具有規(guī)則的邊界，且污染最小。另一個目的是找到一種對已經提供了薄膜的晶片進行再生的方法， 使其能夠以最小的污染風險再次提供其他薄膜。根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出了一種從初始晶片制造要應用于電子、 光子或光電子的薄膜的方法，該方法包括通過所述初始晶片的一個表面 植入原子核種的步驟，該方法包括以下階段(a) 形成圍繞所述晶片的外周的確定高度的臺階，所述晶片在所述 臺階處的平均厚度小于所述晶片的其他部分的平均厚度；(b) 使所述臺階免于被植入原子核種；以及(c) 通過所述晶片的具有所述臺階的表面植入原子核種，從而以確 定的植入深度形成植入?yún)^(qū)，所述薄膜在一側由所述晶片的所述植入表面 確定，而在另一側由所述植入?yún)^(qū)確定。該制造薄膜的方法的其他特征如下■階段(a)包括將薄膜結合到基板上，以形成所述初始晶片，所述 薄膜的面積比所述基板要小，從而一旦它們結合，所述臺階就至 少部分地由所述薄膜與所述基板之間的面積差來決定；■階段(a)包括從所述晶片的外周表面上移除材料到確定的移除深 度，以形成所述臺階；■階段(a)還包括對所述臺階進行加厚；■所述植入深度等于或小于所述臺階的高度；疆根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，階段(b)包括形成至少在所述臺階 上延伸的保護層，以及通過各向異性蝕刻或通過拋光可選地對所 述保護層的不在所述臺階上的那些部分進行移除的操作；
麵根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，階段(b)在階段(C)期間通過在植入期間掩蓋所述臺階來呈現(xiàn)；. ■以所述植入?yún)^(qū)為薄弱區(qū)的方式來進行階段(c)，其中該方法還包括以下階段廳在所述晶片的所述植入表面上結合一接收基板；然后■提供能量，從而在所述薄弱區(qū)中從所述晶片上分離出所述薄膜?！鲈摲椒ㄟ€包括一次或更多次的以下連續(xù)階段.-■通過前一薄膜的分離表面植入原子核種，從而形成了在所述分離面下方限定了新薄膜的薄弱區(qū)；以及 — ■在所述晶片的所述植入表面上結合一接收基板。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提出了一種用于提供要應用于電子、 光子或光電子的薄膜的晶片，所述晶片的外周區(qū)的平均厚度比所述晶片 的其他部分小了大約1微米或更多，從而圍繞所述晶片的外周形成了臺 階，其中所述臺階被保護層包覆從而使所述臺階免于被植入原子核種， 并且其中所述晶片具有掩埋植入?yún)^(qū)。 該晶片的其他特征為 ■所述保護層由非晶材料制成； ■所述保護層包括氧化硅、氮化硅、PSG或BPSG; ■根據(jù)第一實施方式，所述晶片由體晶材料制成； ■根據(jù)第二實施方式，所述晶片是主要由晶體材料組成的復合結構； ■所述晶片包括支撐基板、緩沖結構以及厚到足以能夠通過 Smart-Cut⑧從其上分離出薄膜的上層，所述上層可選地包括 Si^Gex和S"Gey， x與y不同，且x和y分別在0和1之間； ■所述臺階的高度等于或大于所述上層的厚度。


本發(fā)明的其他特征、目的以及優(yōu)勢將通過以下說明而更加明了，以下附圖中例示了這些說明圖1A至1C示出了剝離薄膜的第一種已知方法的各個階段；
圖2A至2C示出了剝離薄膜的第二種已知方法的各個階段；圖3A至3F示出了根據(jù)本發(fā)明的剝離薄膜的方法的各個階段；圖4A和4B示出了根據(jù)本發(fā)明的形成保護層的兩個階段；圖5示出了植入能量在植入材料的厚度上的分布；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的可以經受幾次連續(xù)的薄膜摘取操作的第一曰bir 曰曰斤5圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的可以經受幾次連續(xù)的薄膜摘取操作的第二 晶片。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法是一種使用Smart-C^和晶片結合技術的薄 膜摘取方法。本發(fā)明尤其涉及通過實現(xiàn)以下階段來準備要用于隨后進行的摘取操 作的施主(donor)晶片-(a) 對晶片進行鑿掘，從而形成圍繞晶片外周的臺階，晶片的臺階 上的平均厚度小于晶片其他部分的平均厚度；(b) 在臺階上形成保護層，從而使前者免于被植入原子核種；以及(c) 通過晶片的經過鑿掘的表面植入原子核種，從而在其中形成薄 弱的掩埋區(qū)。有利的是，執(zhí)行這些階段，使得所述臺階的高度大于植入的深度。 因此，在要將接收基板結合到晶片的植入表面上并且隨后植入?yún)^(qū)中的邊界將斷裂時，晶片的外周區(qū)將不會影響后續(xù)摘取操作的質量。此外，保護層的存在保證了晶片的外周部分在階段(c)期間免于被植入原子核種，因此使得后續(xù)的再生操作更加容易和/或改善了后續(xù)的摘取操作的質量。圖3A至3F示出了根據(jù)本發(fā)明的用于從初始晶片30上剝離薄膜的 方法的各個階段。晶片30主要并且有利地由一種或更多種晶體材料(例如半導體材 料)組成。
晶片30由體材制成或者是由連續(xù)層組成的復合結構。根據(jù)第一實施方式，晶片30包括被斜切的外周區(qū)(如上所述)。假 定這種晶片30典型地為圓形，則該斜切的外周區(qū)為環(huán)繞晶片30的外周 的環(huán)形。根據(jù)此第一實施方式，晶片30是新的晶片，也就是說它還未經 受根據(jù)本發(fā)明的薄膜摘取處理。根據(jù)第二實施方式，晶片30包括被斜切的外周區(qū)并且已經經受了至 少一次符合上面討論并由圖1A和1B例示的薄膜摘取操作。根據(jù)此第二 實方式，晶片30因此包括圍繞著與之前剝離的薄膜的體積近似相等的空 洞體積的外周環(huán)14。根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式，晶片30已經預先經受了根據(jù)本發(fā)明的 摘取操作，因此已經根據(jù)本發(fā)明進行了鑿掘。因此，初始晶片30已經包 括了外周臺階。根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式，晶片30由形成自支撐基板的混合基板 組成，所述混合基板上己經在之前操作期間被轉移了薄膜。例如，晶片 30由SOI (絕緣體上硅)晶片或者由SSOI (應變絕緣體上硅)或SiGeOI (絕緣體上硅鍺)晶片組成。因為在這種情況下，己經通過薄膜轉移制 造了晶片30，所以己經圍繞該晶片的外周與轉移操作期間未轉移的環(huán)形 區(qū)相對應地存在了臺階。然而，此"臺階"可能是不夠的，還需要在此 類基板上進行鑿掘操作。讀者可以參考文獻EP 1519409來獲得關于此類 晶片30及其制造方法的進一步細節(jié)。參照圖3A，在寬度I和深度h上對晶片30進行鑿掘。以這種方式進行鑿掘，即，使得如此形成的臺階31由基本上與晶片 30的前表面1垂直的垂直壁31a和可選地與晶片30的前表面1平行的水 平壁31b組成，這兩個壁31a和31b彼此相交。在上面四個實施方式(即根據(jù)實施方式1的斜面、根據(jù)實施方式2 的環(huán)以及根據(jù)實施方式3或4的臺階)的一個中，臺階31的寬度I有利 地被選擇為大于或等于晶片30的外周區(qū)的寬度。例如，寬度I可以等于 幾毫米。以這種方式進行鑿掘，g卩，使得移除后的材料的深度h大于或等于
后續(xù)進行的植入深度e(如圖3C中所示)。因此，鑿掘深度h可以被選擇 為約1000人和幾百微米(^)之間的范圍。典型地，該臺階的厚度必須 大于所移除的厚度(典型地從1000到2000A)，以對應于剝離的薄膜和 再生操作期間所移除的材料的厚度(幾微米)的一個或更多個，當然這 些厚度在由晶片的厚度設置的限制(幾百微米)內。因此，如果晶片30基本上為圓形，則鑿掘后的獲得的空洞體積為環(huán) 狀圓柱形，外徑等于晶片30的直徑，內徑恰好延伸至所述垂直壁31a并 且高度等于h。此鑿掘所采用的技術基本上與文獻US 20004/0121557中描述的相 同，將其內容并入這里以供參考。這些技術可以特別地包括對晶片30的外周區(qū)的機械加工或化學蝕刻。參照圖3B，根據(jù)本發(fā)明的第二階段包括在臺階31上(具體地在 所述臺階的水平壁31b和壁31a上)以足以使下側部分38免于經受后續(xù) 執(zhí)行的植入的材料厚度形成保護層36 (如圖3C中所圖示)。還可以在垂 直壁31b上設置保護層，以使其免于暴露在未完全與該壁31a平行的離 子束下。當晶體材料在沒有非晶保護層的情況下被植入時，有時也進行 這種"傾斜的"植入操作，從而防止溝道化現(xiàn)象?？梢杂萌魏晤愋偷哪軌驅崿F(xiàn)此功能的材料來制造該保護層36。因此， 可以選擇非晶相的材料，例如氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)、 PSG (磷 硅酸玻璃)或BPSG (硼磷酸鹽玻璃)。因此，保護層的厚度匹配于所選 材料，從而表現(xiàn)出足夠的對植入離子的阻止能力。圖4A和4B例示了制造該保護層的常規(guī)方法，該方法包括以下階段: 薩在晶片30上形成由保護材料制成的層36'(圖4A);以及 ■可選地移除層36，的不在臺階31上的那些部分，從而在臺階31 上僅保留厚度為eh3的保護層36'(圖4B)。參照圖4A，第一階段包括在晶片30上形成保護材料的層36'，層 36，在晶片30的前表面1上的平均厚度為ehl、在臺階31的水平壁31b上 的平均厚度為eh2，而在臺階31的垂直壁31a上的平均厚度為ev?？梢酝ㄟ^材料沉積和/或熱氧化方法來形成這些層。 所采用的用于沉積層36'的技術可以是LPCVD (低壓化學氣相沉 積)、PECVD (等離子體增強化學氣相沉積)或CVD (化學氣相沉積) 類型的其他技術。在層36'由Si02制成的情況下，可以通過Si02沉積來沉積它，或者 可以通過將四乙氧基硅烷(TEOS)(可選地與氧和/或臭氧組合)應用于 包含硅的表面來形成它，或者可以在LPCVD或PECVD中使用硅垸和 02 (也稱為HTO)來形成它?？蛇x的是，可以將摻雜物添加到Si02層36'中，例如添加磷則形成 PSG層36'，或者添加硼和磷則形成BPSG層36'。在保護層36'由Si3N4或SixNyHz制成的情況下，可以使用SiCl2H2和 NH3 (在LPCVD中)或者SiH4和NH3 (在PECVD中)來沉積它。使用LPCVD技術通常會造成在整個暴露的表面上形成具有基本恒. 定的厚度(即ew、 eh2以及ev近似相等)的層36'。因此，該層將基本一 致地形成在晶片30的前表面1、后表面2以及臺階31上。使用PECVD技術通常會造成形成了不具有基本恒定的厚度的層 36，，沉積主要發(fā)生在直接暴露的表面(前表面l、后表面2以及臺階31 的水平壁31b)上，而在側壁(臺階31的垂直壁31a)上沉積的程度很 小。在通過對晶片30的曝露表面進行熱氧化來形成層36'的情況下，這 些因此必須包括硅或者另外的容易氧化的材料。氧化可能導致在前表面 1、后表面2以及側壁上形成具有不同氧化厚度的層36'，氧化率取決于 要氧化的表面上的晶格的朝向。層36，最終可以包括樹脂或聚合物涂層，或者可以完全由它們形成。因此，可以通過熱氧化、通過材料沉積或者通過在氧化后再進行材 料沉積來形成整個層36'。在最后一種情況下，出于改善與晶片30之間 的界面的質量的目的，或者出于限制由后續(xù)的沉積引起的任何污染的目 的，或者出于通過對沉積層進行選擇性蝕刻而在移除期間形成阻止層的 目的，實際上可以設想在沉積前進行薄氧化，于是可以形成鈍化層。在任何情況下，為了起到其保護作用，臺階31上的最終通過形成層 36'而形成的保護層36的厚度必須大于針對期望能量和劑量的離子滲入 材料的最大滲透距離?？梢哉J為，厚度為i p+5A^ (Rp是與植入的高斯 分布的峰值相關聯(lián)的深度，而Ai^是該分布的標準差一見圖5所示)或更 大的保護層36足以實現(xiàn)它的保護功能。這是因為申請人已經評估了該厚 度足以形成可提供足夠保護的保護層36?？梢酝ㄟ^調整層36'的厚度來最小化要沉積的材料，并因此最小化該 操作的成本?？蛇x的是，為了移除層36，的位于前表面1上而不在臺階31上的那 些部分，可以提供移除步驟，從而僅在臺階31上保留厚度為eh3的保護 層36，如圖4B中所示。因此，(前表面l上)的將被摘取的薄膜暴露出來，并且臺階31被 免于經受后續(xù)的植入。出于此目的，并使用第一技術，可以對晶片30的前表面1進行各向 同性或各向異性蝕刻。例如，可以使用等離子RIE (活性離子蝕刻)各向 異性蝕刻技術，這是一種優(yōu)選的技術。各向異性蝕刻特別適合于層36， 被一致地沉積為厚度ehl>I (例如通過LPCVD技術)的情況。因為臺階 的寬度I為1毫米(mm)量級(典型地為0.5mm和3mm之間)，所以 eM優(yōu)選地基本大于離子滲透入材料的最大深度。隨后移除典型地處于ehl 和1.3e^之間(安全裕度)的厚度的操作意味著保留了臺階31上的保護 層36。所采用的用于移除層36，的不在臺階31上的那些部分的技術還可以 包括(至少部分地包括)在前表面1上并且可選地在后表面2上選擇性 地拋光，例如使Si02比下層硅表面被更快地移除的拋光。另選的是，還可以采用不需要材料移除的形成保護層36的技術。因 此，例如，如果所涉及的材料的特性允許，則對晶片30的簡單氧化可以 以使臺階31被選擇性地氧化，而不氧化(要摘取的薄膜的)前表面l。 以下是這樣的情況，例如當晶片30由從Si基板(自身被氧化)上的Ge 層(未氧化或者其氧化物不穩(wěn)定)形成的混合基板組成時，由Si制成臺 階31而由Ge制成前表面1。
例1:保護層36的形成 ■薄Si02層的LPCVD沉積；■各向異性蝕刻，例如RIE蝕刻，以移除前表面1上存在的保護材 料。例2:保護層36的形成■可選地在薄熱氧化后進行Si02或SisN4的PECVD沉積；可以選擇&+5*Mp (見上文)或更大的厚度。因此，通過調整層36，的厚度，可以最小化要沉積的材料的量，并因此最小化該操作的成 本；以及■至少在前表面1上進行CMP (化學機械研磨)拋光，以選擇性地在下層材料上移除Si02或Si3N4。 例3:保護層36的形成■對晶片30進行熱氧化；以及■至少在前表面1上進行CMP拋光，以選擇性地在下層材料上移 除Si02或Si3N4。例4:保護層36的形成■優(yōu)選地至少形成厚度在大約5到大約50納米之間的薄Si3N4或 Si02+Si3N4層，從而保護晶片30免于伴隨PSG或BPSG形成的 污染；■沉積PSG或BPSG;■在約85(TC和約110(TC之間進行熱退火，從而使PSG或BPSG流 動。因此臺階31上的有效厚度eh3增大，于是取決于在臺階上初 始形成的厚度eh2和ev、前表面1上的材料的厚度ehl、退火溫度 以及P的濃度以及可選地取決于B的濃度；以及■至少在前表面1上進行CMP拋光，以選擇性地在下層材料上移 除Si02或Si3N4。在所有情況下，形成和移除層36'的步驟都是以這種方式執(zhí)行的，即， 使得對于所討論的材料來說，臺階31上剩余保護層36的厚度eh3直接足 以使晶片30的下層外周區(qū)38免于被植入用于準備薄膜摘取類型的原子 核種。因此，對于20keV和210keV之間的植入能與lxl016a〃a 2和 lxl0"w/^2之間的原子核種(氫和/或氦)劑量來說，厚度eh3大于約2微 米的Si02保護層36可以提供足夠的保護。最后，參照圖3B，晶片30包括具有臺階31的前部310和與未經鑿 掘的部分相對應的后部320。后部320的外周部分38被確定為超出臺階 31的水平壁31a的部分。因此，晶片30的該外周部分38受到了保護層36的保護，免于通過 晶片30的前表面被植入原子核種。因此，與常規(guī)技術不同，晶片30的 下部320得到了保護，免于由離子植入而造成的任何弱化。參照圖3C，通過晶片30的前表面1進行原子植入步驟，從而創(chuàng)建深 度為e的植入?yún)^(qū)32，深度e有利地被確定為小于或等于臺階31的高度h。所采用的原子核種可以是氦和/或氫和/或其他類型的已電離的原子 核種，其劑量在1 x 1016 "〃 cw2和1 x 1017 a〃cw2之間。植入能典型地在20keV和210keV之間?？蛇x地，執(zhí)行移除(優(yōu)選地為選擇性地)保護層36的操作。因為機 械移除操作可能給要形成的結合和結構帶來不利的污染，所以優(yōu)選地通過 蝕刻進行移除操作。例如，可以使用HF來選擇性地蝕刻Si02保護層36。然后，通過植入?yún)^(qū)32和晶片30的前表面1對要摘取的薄膜35進行 劃界。因此，植入?yún)^(qū)32構成了薄弱區(qū)，在所述薄弱區(qū)中，薄膜35和晶片 30的下層部分之間的結合比其他地方要弱。圖3D示出了在晶片30的前表面1上結合接收基板40的階段。有利的是，在進行結合操作前準備一個或兩個要結合的表面，使這 些表面更親水并且具有更好的結合質量。例如，可以進行RCA清理，或 者等離子激活，或者基于鹽酸的化學清理、化學機械研磨、拋光等。可選地，在植入前在要結合的一個或兩個表面上形成結合層，從而 改善結合的質量?？蛇x地，該結合層或這些結合層由絕緣材料制成，從 而一旦被摘取，薄膜35就與接收基板40在電絕緣。因此可以使用Si02
或Si3N4結合層。作為一種變化，晶片30上的結合層可以在保護層36過程中已經通 過留下沉積在晶片30的前表面1上的保護材料36'的至少一部分而形成 (見圖4A)。結合之后，可以可選地在例如約20(TC和約35(TC之間的溫度下進行 適于增大結合強度的熱處理幾個小時。在第一實施方式中，接收基板40的結合面的面積大于晶片30的前 表面1的面積。于是，要摘取的薄膜35的面積小于它要被轉移到其上的 接收基板40的面積。在第二實施方式中，接收基板40的結合面的面積基本等于晶片30 的前表面1的面積，從而接收基板40和要摘取的薄膜35的組合沒有明 顯的外周臺階。出于此目的，可以在結合前對接收基板40特別地進行適 當?shù)蔫従虿僮?，或者選擇稍大于接收基板40的開始晶片30并以最終前 表面1具有和接收基板40的面積基本相等的面積的方式進行所述適當?shù)?鑿掘操作。此第二實施方式可以是優(yōu)選的，因為其使得可以消除或最小 化最終產品上的相對于由鑿掘導致的自由空間的任何禁區(qū)(exclusion zone)(非轉移區(qū)域)，在鑿掘后的晶片30具有與接收基板40不同的尺 寸的情況下會生成這種禁區(qū)。然后，能量供應(例如熱和/或機械能)使得植入?yún)^(qū)32中的結合斷 裂，因此使薄膜35能夠從晶片30轉移到接收基板40上，并因此制造出 如圖3E示出的結構50。如果剝離的薄膜35由半導體材料制成，并且如果晶片30與接收基 板40之間設置有由絕緣材料制成的結合層，則獲得的結構50為絕緣體 上半導體結構。然后可以提供可選的結束階段，以從薄膜35的分離面中消除任何粗 糙度，并使該面具有高質量。參照圖3F，摘取后的晶片30，包括從薄膜35上切除的前部310'以及 得益于臺階31上存在保護層36而整體保留下來的后部320。如果這仍未完成，則隨后例如通過蝕刻(可選地選擇性蝕刻)可以
移除保護層36。然后，可以可選地再生該晶片30'，從而再次用作施主晶片以供進行 新的薄膜摘取操作。出于此目的，有利地對前表面l'進行處理，使之成為質量足以保證 與另一個接收基板的良好結合的結合面。如果該處理包含化學物品的使用，則保護層36可以用來保護晶片 30的后部320，更具體地講是臺階31 (垂直壁31a和水平壁31b)不受 任何化學侵蝕。因此，可以依此目的來選擇保護層36的材料。因此，如 果這仍未完成，則在蝕刻前應該慎重地制造保護層36。然后可以通過晶片30的經處理的前表面1 ，上的外延生長來加厚晶片 30的前部310'，從而為隨后的薄膜摘取操作而接收新植入的原子核種。 此外延生長可以可選地在拋光或蝕刻步驟之后進行。因此，優(yōu)選地選擇由非晶材料制成的保護層36，從而外延生長僅在 晶片30，的前表面，上而不在臺階31上發(fā)生。因此，在這種情況下，保 護層36還實現(xiàn)了保護臺階31不受任何沉積的功能。在第一實施方式中，如果保護層36己經形成，則在對前表面l，進行 處理后直接進行用于準備下一摘取操作的植入操作，如果未形成保護層 36，則在形成保護層36后直接進行該操作。在第一種具體情況下，新的植入定位于大于臺階31的高度h'的深度 處。因此，除了在這種情況下晶片30的后部320保持不變以外，在摘取 后，同樣獲得了根據(jù)現(xiàn)有技術(具體見圖1C)已知的環(huán)。在另一種具體情況下，植入深度小于臺階31的高度h'，于是摘取操 作基本遵從于根據(jù)參照圖3B到3F的本發(fā)明的摘取操作。在此具體情況 下，結構因此變?yōu)殍従虻酱嬖谝环N從晶片30的前部310摘取兩個薄膜， 而不侵蝕晶片30的后部320的方法的深度。在第二實施方式中，執(zhí)行了進一步的鑿掘操作，以增大臺階的高度 h，，從而在小于或等于臺階31的下一高度的深度處進行下一原子植入。 然后在剩下的用于此最后摘取的處理中應用上面參照圖3A到3F描述的 準備用于摘取操作的晶片30的方法。
圖6和7示出了從同一晶片30上連續(xù)摘取薄膜的具體情況，晶片 30具有根據(jù)本發(fā)明而受保護的外周臺階31。參照圖6，該晶片30中的臺階31的高度使得晶片30的前部310厚 得足以連續(xù)從其上摘取一個或更多個薄膜，而不必在每次摘取操作之間 定路線(route)。在該臺階31的第一實施方式中，根據(jù)上面所提到的進行鑿掘操作， 以鑿掘到合適的深度以及合適的寬度。晶片30的分離表面在每次摘取操作之間被簡單地再生。這種結構特別有效，因為其在仍然保留施主晶片30的同時提供了快 速并簡單地摘取幾個連續(xù)的薄膜的可能性。此外，保護層6保證了對晶片30的后部320的保護，特別是保護了 下部38不被連續(xù)植入原子，如果不保護則它將被連續(xù)植入原子。因此， 如果保護層36不存在，則隨著薄膜被逐漸摘取，下部38將越來越脆弱， 直到顆粒被分離并污染前部310、摘取的薄膜50以及接收基板40。因此，例如晶片30的后部320可以由硅支撐基板接著SiGe制成的 緩沖結構組成，所述緩沖結構的鍺濃度在厚度上逐漸增大直到在確定表 面上達到濃度x (0到1之間)為止。在這種情況下，例如，前部310可 以由外延生長的Si^Gex材料制成，其濃度x基本上等于構成下層緩沖層 的表面的材料的濃度。在圖6的臺階31的第二實施方式中，前部310已經結合到后部320 上，該前部310的面積小于后部320的面積，從而在結合后，出現(xiàn)了所 述臺階31，而不絕對需要進行額外的鑿掘操作。于是，預先存在的臺階 31的高度大約是被轉移的薄膜的厚度的一半(例如1700A，約200義的 晶體層和約1500又的結合層)。因此可以使用薄膜轉移技術(例如 Smart-Cut )從初始施主晶片上摘取前部310。在臺階31的該第二實施方式中，結合階段也可以包括在一個或兩個 要結合的表面上形成由絕緣材料制成的結合層。于是制造出的晶片30為 絕緣體上半導體類型，例如SiGeOl類型的晶片30 (例如通過結合由松弛 SiGe制成的前部310)，例如參見并入這里以供參考的FR 02/08600中所
描述的技術。具體地講，可以通過氧化物/氧化物結合來制造該晶片30， 也就是說，氧化物結合層(例如厚度約1500義)將被形成在前部310 (松 弛SiGe層)上，而氧化物結合層(例如厚度約1500義)將被形成在后部 320上(例如由塊狀材Si制成)。形成在后部320上的結合層還可以充當臺階31的水平表面31a上的 保護層36。在可選的熱處理后，為了改善轉移的薄膜的晶體質量，可以將該前 部310加厚到約2微米。因此，在此沉積操作后，獲得了如圖6中示出 的晶片30 (而無需進行特殊的鑿掘操作)?？蛇x地，隨后可以在橫向距離(例如約lmm和約3mm之間)上進 行鑿掘，從而在臺階31上制造出尖銳的輪廓。于是形成了根據(jù)本發(fā)明的 保護層36。圖7例示了這樣的晶片30，該晶片30已經被鑿掘到使得前部310 可以通過根據(jù)本發(fā)明的摘取而提供幾個薄膜，而不必在每次摘取之間對 其定路線(route)的高度。前部310是包括交替的第一材料的層(34a、 34b、 34c、 34d、 34e) 和第二材料的層(39a、 39b、 39c、 39d、 39e)的復合結構，這些層是通 過從晶片的后部320開始的外延生長并且在鑿掘之前初始形成的。因此， 可以獲得由一系列SiGe層(34a、 34b、 34c、 34d、 34e)和一系列彈性應 變材料Sh.yGey層(39a、 39b、 39c、 39d、 39e)組成的前部310，其中x 與y不同，并且x和y分別在0到1之間，這些層是從后部320開始外 延生長的，包括SiGe緩沖層37b和塊狀Si支撐基板37a。因此可以在Si^G^層(34e)內進行用于準備連續(xù)摘取操作的連續(xù) 植入中的一個，從而用下層的應變Si^Gey層(39e)準備轉移到接收基 板40上。因此，可以對包括接收基板和這些摘取的薄膜的結構進行處理，使 得僅保留Si^Gex層的一部分，從而獲得應變的絕緣體上Si!.xGex/Sii.yGey 結構。作為另選方案，移除整個Si^Gex剩余部分，從而最后獲得應變的絕
緣體上SiLyGey結構。出于此目的，可以在這兩種材料之間進行選擇性的蝕刻?？紤]剩余的晶片30，可以對摘取表面進行再生，從而通過拋光或化 學蝕刻操作保留層34e的已經被植入原子核種的至少一部分。作為另選方案，通過在Si"xGEx和下層的Sii.yGey (層39d)之間進 行選擇性的蝕刻而移除層34e的整個剩余部分。應該注意到，保護層36還可以保護板30的后部320，特別是臺階 31 (垂直壁31a和水平壁31b)免于這種化學侵蝕?？梢蕴貏e地選擇適合 于制造這種阻止層的材料。在一種根據(jù)圖7中所示的建議方法的情況下，y被選擇為等于0，從 而應變的Si^Gey層(39a、 39b、 39c、 39d、 39e)由彈性應變Si制成。更一般來講，本發(fā)明不僅僅限于上面提及的例子，具體地，晶片30 不一定受到形成在臺階31上的保護層36的保護，而是擴展到能夠保護 臺階31不被植入的任意類型的保護。因此，在保護的第一另選方法中，可以在植入期間在臺階31上設置 掩模。因此可以將該掩模設計成僅允許意圖在前表面1下方形成薄弱區(qū) 32的離子通過，而防止離子到達臺階31。該掩?？梢耘c離子植入機齊平 或者與晶片30齊平，或者定位在中間水平。在保護臺階31的第二另選方法中，并且在使用允許離子束沿預定的 路徑掃描一個或更多個晶片30的植入系統(tǒng)的環(huán)境下，該預定路徑被確定， 從而離子僅到達每個晶片30的前表面1而未到達臺階31。因此，用于控 制針對(多個)晶片30的離子束和/或移動支撐的適當方法可以預先限定 離子在每個晶片30上的路徑。因此，例如可以通過使用自動計算機程序 預先確定所述路徑來自動控制掃描操作。當然，本領域技術人員將因此理解本發(fā)明不限于SiGe和應變Si的 情況，而是可以應用于其中可以進行根據(jù)本發(fā)明的摘取或原子植入操作的 任何晶體或非晶體材料。特別是，可以選擇屬于II.VI或III.V合金族和/ 或摻雜材料和/或包括范圍從約5%到約50°/。的碳濃度的材料的晶體材料。
權利要求
1、一種從初始晶片制造要應用于電子、光子或光電子的薄膜的方法，該方法包括通過所述初始晶片的其中一個表面植入原子核種的步驟，該方法的特征在于包括以下階段(a)形成圍繞所述晶片的外周的確定高度的臺階，所述晶片在所述臺階處的平均厚度小于所述晶片的其他部分的平均厚度；(b)使所述臺階免于被植入原子核種；以及(c)通過所述晶片的具有所述臺階的表面植入原子核種，從而以確定的植入深度形成植入?yún)^(qū)；所述薄膜在一側由所述晶片的所述植入表面確定，而在另一側由所述植入?yún)^(qū)確定。
2、 根據(jù)上述權利要求所述的薄膜制造方法，其中階段(a)包括將 薄膜結合到基板上，以形成所述初始晶片，所述薄膜的面積比所述基板 要小，從而一旦它們結合，所述臺階就至少部分地由所述薄膜與所述基 板之間的面積差來決定。
3、 根據(jù)以上權利要求中任意一項所述的薄膜制造方法，其中階段(a) 包括從所述晶片的外周表面上移除材料到確定的移除深度，以形成所述 臺階。
4、 根據(jù)以上權利要求中任意一項所述的薄膜制造方法，其中階段(a) 還包括對所述臺階進行加厚。
5、 根據(jù)以上權利要求中任意一項所述的薄膜制造方法，其中所述植 入深度等于或小于所述臺階的高度。
6、 根據(jù)以上權利要求中任意一項所述的薄膜制造方法，其中所述晶 片已經提前經受了薄膜摘取操作，因此所述晶片在外周區(qū)上具有環(huán)，其 中階段(a)包括預先移除該環(huán)。
7、 根據(jù)以上權利要求中任意一項所述的薄膜制造方法，其中所述臺 階的高度被選擇為約1微米或更大。
8、 根據(jù)以上權利要求中任意一項所述的薄膜制造方法，其中通過形成至少在所述臺階上延伸的保護層來執(zhí)行階段(b)。
9、 根據(jù)權利要求8所述的薄膜制造方法，其中由此在階段(b)期 間在所述晶片的不位于所述臺階上的部分上形成了所述保護層。
10、 根據(jù)權利要求9所述的薄膜制造方法，其中以使得形成的所述 保護層的厚度平均上基本等于或大于以下兩者的和的方式來執(zhí)行階段(b):所述植入深度，其與所述植入的高斯分布的峰值相關聯(lián)；以及與 該分布的標準差的大約五倍相對應的深度。
11、 根據(jù)權利要求9和10中任意一項所述的薄膜制造方法，其中該 薄膜制造方法還包括移除所述保護層的未位于所述臺階上的部分的操作。
12、 根據(jù)權利要求11所述的薄膜制造方法，其中通過各向異性蝕刻來執(zhí)行該移除階段。
13、根據(jù)權利要求ll所述的薄膜制造方法，其中通過對所述晶片進行拋光來執(zhí)行所述移除。
14、 根據(jù)權利要求8到13中任意一項所述的薄膜制造方法，該薄膜 制造方法還包括在階段(c)后移除所述保護層的步驟。
15、 根據(jù)以上權利要求中任意一項所述的薄膜制造方法，其中以所 述保護層是由非晶材料制成的層的方式來執(zhí)行階段(b)。
16、 根據(jù)權利要求15所述的薄膜制造方法，其中所述保護層包括氧 化硅、氮化硅、PSG或BPSG。
17、 根據(jù)權利要求1到7中任意一項所述的薄膜制造方法，其中在 階段(c)中通過在植入期間掩蓋所述臺階來執(zhí)行階段(b)。
18、 根據(jù)以上權利要求中任意一項所述的薄膜制造方法，其中以所 述植入?yún)^(qū)為薄弱區(qū)的方式來執(zhí)行階段(c)，其中該方法還包括以下階段在所述晶片的所述植入表面上結合一接收基板；然后 提供能量，從而在所述薄弱區(qū)中從所述晶片上分離出所述薄膜。
19、 根據(jù)權利要求17和18中任意一項所述的薄膜制造方法，其中 所述接收基板在結合前還經受了與階段(a)中類似的材料摘取，從而具 有與所述晶片基本一致的結合表面。
20、 根據(jù)權利要求18和19中任意一項所述的薄膜制造方法，其中，在分離之后，再次執(zhí)行階段(b)和(c)。
21、 根據(jù)權利要求18和19中任意一項所述的薄膜制造方法，其中 以這種方式來選擇所述初始臺階高度和所述植入深度，即，使得在分離 出所述薄膜后，存在通過經由所述分離表面以小于或等于所述臺階的平 均高度的第二植入深度植入原子核種而形成第二薄膜的方法。
22、 根據(jù)權利要求18和19中的任意一項所述的薄膜制造方法，該 薄膜制造方法還包括一次或更多次的以下連續(xù)階段通過前一薄膜被分離的表面植入原子核種，從而形成在所述分離表 面下方限定了新薄膜的薄弱區(qū)；在所述晶片的所述植入表面上結合一接收基板；然后 供應能量，從而在所述薄弱區(qū)中從所述晶片上分離出所述薄膜。
23、 根據(jù)權利要求22所述的薄膜制造方法，其中以這種方式來選擇 所述初始臺階高度和連續(xù)植入的深度，即，使得在所述連續(xù)分離的薄膜 中的最后一個被分離后，與所述臺階齊平地摘取的晶片的平均厚度等于 或小于與所述最后一個分離表面齊平地摘取的晶片的平均厚度。
24、 根據(jù)權利要求23所述的薄膜制造方法，其中以這種方式來選擇 所述初始臺階高度和連續(xù)植入的深度，即，使得在所述連續(xù)分離的薄膜 的最后一個被分離后，存在通過經由所述分離表面以小于或等于所述臺 階的平均高度的深度植入原子核種而形成另一層的方法。
25、 根據(jù)權利要求22到24中任意一項所述的薄膜制造方法，其中 在分離出薄膜后執(zhí)行清理和/或化學蝕刻操作，從而所述分離表面的質量足 以執(zhí)行與接收基板的進一步結合操作，以從所述晶片上進一步摘取薄膜。
26、 根據(jù)權利要求25所述的薄膜制造方法，其中通過在所述臺階上 形成保護層來執(zhí)行階段(b)，其中所述保護層還能夠保護所述臺階免于 受到在所述清理和/或化學蝕刻操作期間使用的化學試劑的影響。
27、 根據(jù)權利要求26所述的薄膜制造方法，其中，在形成了所述保 護層后，在下一植入步驟前生長外延層。
28、 根據(jù)權利要求18到27中任意一項所述的薄膜制造方法，其中 所述晶片包括基板上的Si^G^層，x在0到l之間，每個薄膜都是從該Si^Gex層上摘取的。
29、 根據(jù)權利要求18到27中任意一項所述的薄膜制造方法，其中 所述晶片包括基板上的Sh.xGex層和其上的彈性應變Si^Gey層，x和y 在0到1之間，y與x充分不同，并且所述植入發(fā)生在所述Sii.xGex層中。
30、 根據(jù)權利要求22到27中任意一項所述的薄膜制造方法，其中 所述晶片包括支撐基板上的復合結構，所述復合結構由Si^Gex層和彈性 應變SiLyGey層交替形成，x和y在0至ljl之間，y與x充分不同，并且 每次植入都發(fā)生在所述SikG&層中。
31、 根據(jù)權利要求30所述的薄膜制造方法，其中在摘取后執(zhí)行至少 一次選擇性蝕刻操作，從而至少移除所述Si^G^層的剩余部分。
32、 一種用于提供要應用于電子、光子或光電子的薄膜的晶片，所 述晶片的外周區(qū)的平均厚度比所述晶片的其他部分小了大約1微米或更 多，從而圍繞所述晶片的外周形成了臺階，其特征在于，所述臺階被保 護層包覆從而使所述臺階免于被植入原子核種，并且所述晶片具有掩埋 植入?yún)^(qū)。
33、 根據(jù)權利要求32中所述的晶片，其中所述保護層由非晶材料制成。
34、 根據(jù)權利要求32和33中任意一項所述的晶片，其中所述保護 層包括氧化硅、氮化硅、PSG或BPSG。
35.根據(jù)權利要求31到34中任意一項所述的晶片，其中所述晶片由 體晶材料制成。
36、 根據(jù)權利要求32到34中任意一項所述的晶片，其中所述晶片 為主要由晶體材料組成的復合結構。
37、 根據(jù)權利要求中36所述的晶片，其中所述晶片包括支撐基板、 緩沖結構以及厚得足以能夠通過811^11-0^@從其上分離薄膜的上層。
38、 根據(jù)權利要求37所述的晶片，其中所述上層包括Si^G^。
39、 根據(jù)權利要求38所述的晶片，其中所述上層可選地包括Si^Gex 和Sh.yGey， x與y不同，x和y分別在O到l之間。
40、 根據(jù)權利要求37到39中任意一項所述的晶片，其中所述臺階 的高度等于或大于所述上層的厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供了薄膜制造方法。本發(fā)明涉及從初始晶片制造要應用于電子、光子或光電子的薄膜的方法，該方法包括通過所述晶片的其中一個表面植入原子核種的步驟，該方法包括以下階段(a)形成圍繞所述晶片的外周的確定高度的臺階，所述晶片在所述臺階處的平均厚度小于所述晶片的其他部分的平均厚度；(b)使所述臺階免于被植入原子核種；以及(c)通過所述晶片的具有所述臺階的表面植入原子核種，從而以確定的植入深度形成植入?yún)^(qū)，所述薄膜在一側由所述晶片的所述植入表面確定，而在另一側由所述植入?yún)^(qū)確定。本發(fā)明還涉及通過所述方法獲得的晶片。
文檔編號H01L21/762GK101213651SQ200680024450
公開日2008年7月2日 申請日期2006年7月6日 優(yōu)先權日2005年7月8日
發(fā)明者伊恩·凱雷佛爾克, 卡洛斯·馬祖拉, 塞西爾·奧爾內特 申請人:硅絕緣體技術有限公司