專利名稱：薄膜制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜制造方法，特別是涉及一種在基板上合成薄膜的 制造方法。
背景技術(shù)：
硅晶絕緣體(Silicon On Insulator, SOI)主要是在硅晶圓下設(shè)置絕緣 層，用以避免電氣效應(yīng)并且可降低耗電量以減少電流的損失，此外硅晶絕 緣體也可加快集成電路(Integrated Circuit, IC)的處理速度。石圭晶絕緣 體可應(yīng)用在需要低耗電量的裝置上，如行動(dòng)電話、手表等，為了能充分發(fā) 揮硅晶絕緣體可高速作業(yè)的特點(diǎn)，目前也積極朝高頻集成電路應(yīng)用發(fā)展。
而硅晶絕緣體亦有各種不同的制造方法，將分別描述如后。 一九八八年 美國的馬舒拉(Dr. W. Maszara)利用一蝕刻停止層(Etch Stop Layer),制 造具微米等級(jí)薄膜厚度的鍵合背蝕式硅晶絕緣體(Bonding Etch-Back Silicon on Insulator, BES0I)。然而由于蝕刻停止層在晶圓上各點(diǎn)的停 止蝕刻的工作時(shí)間不一，因此會(huì)影響鍵合背蝕式硅晶絕緣體上薄膜的膜厚 均勻度(Total Thickness Variation, TTV)。此外，4建合背蝕式石圭晶絕全彖 體的制程十分費(fèi)時(shí)，而且所產(chǎn)生的廢棄溶液也易造成環(huán)境污染問題，并使 得制造成本居高不下。
同一時(shí)期，國際商業(yè)機(jī)器公司(IBM)應(yīng)用氧離子直接植入法 (Separation by Implantation Oxygen, SIMOX)制造硅晶絕緣體，由于氧 離子直接植入法所制造的硅晶絕緣體具有良好的薄膜的膜厚均勻度，因此 也使得鍵合背蝕式硅晶絕緣體在制造高度集成電路領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎被淘 汰。
一九九二年，法國的布魯爾(Dr. M， Bruel)發(fā)明一種薄膜制造方法，即 「智切法」(Smart Cut Process)。智切法可成功地由基板切下具有次凝: 米等級(jí)薄膜厚度的薄膜，并將薄膜轉(zhuǎn)移到另一基板上。智切法能使鍵合背 蝕式硅晶絕緣體上薄膜的薄膜厚度具有和利用氧離子直接植入法所制造的 薄膜一樣良好的膜厚均勻度。
如美國專利第5， 374， 564號(hào)所揭露的制造半導(dǎo)體材料薄膜的方法，其在 原始基板中植入高劑量離子如氫或鈍氣等氣體離子，并產(chǎn)生一離子層，然后 再將原始基板與目標(biāo)基板鍵合成一體后，通過加熱處理使離子在離子層中 聚合，并產(chǎn)生許多的微氣泡(microbubbles)。而微氣泡會(huì)逐漸連成一片，進(jìn)而使部份的原始基板上下分離，而被分離的原始基板即被轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板 上，藉此在目標(biāo)基板上形成薄膜。智切法所得的薄膜的膜厚均勻度十分良 好，而且薄膜的缺陷密度小，在制造過程中也不會(huì)產(chǎn)生腐蝕液，所逸出的 氣體也無毒無害，因此沒有環(huán)境污染問題，而且原始基板也還可以回收再 次使用。
無論是智切法或是氧離子直接植入法皆以離子植入的能量來控制離子 植入的深度，進(jìn)而控制硅晶絕緣體上薄膜的膜厚。然而，因?yàn)橹乔蟹ㄖ兴?使用的氫離子質(zhì)量過低，所以即使降低離子植入的能量，離子植入的深度 仍不易縮減至納米等級(jí)，因此難以產(chǎn)生良好離子分布的淺層布植，并制造 厚度均勻的薄膜。而且利用智切法將薄膜轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板后，仍須以化學(xué) 拋光方式或氧化蝕刻方式使薄膜的厚度減薄至納米等級(jí)。但如此一來，會(huì) 使得在大面積晶圓中薄膜轉(zhuǎn)移后的薄膜厚度的準(zhǔn)確度及均勻度良率都將大 幅降低。
即使氧離子直接植入法是使用具有較重質(zhì)量的氧離子布植，可產(chǎn)生良 好離子分布的淺層布植，并制作出超薄的硅晶絕緣體薄膜。但是在半導(dǎo)體 制程進(jìn)入納米等級(jí)要求下，氧離子直接植入法所產(chǎn)生的缺陷，特別是因植 入氧離子所產(chǎn)生的氧析出物，會(huì)危害元件的制程良率。
又為了使智切法達(dá)到良好納米等級(jí)的厚度，如美國專利第5, 882, 987 號(hào)揭露的一種以智切法制造半導(dǎo)體材料薄膜的方法，其通過在目標(biāo)硅基板 上生長一蝕刻停止層(Etch Stop Layer),然后再生長一超薄單晶硅層在蝕 刻停止層上，并利用智切法將連同部份在蝕刻停止層下多余的硅一同自目 標(biāo)硅基板上切下，并轉(zhuǎn)移至一 目標(biāo)基板。
之后將目標(biāo)基板表面作表面蝕刻，并將蝕刻停止層上多余的硅移除，而
使得目標(biāo)基板上剩下超薄單晶硅層和蝕刻停止層，并再利用制造鍵合背蝕 式硅晶絕緣體的方法，制作出超薄的硅晶絕緣體晶圓片，但仍會(huì)產(chǎn)生膜厚 不均勻的缺點(diǎn)。
綜合以上所述，以智切法制作硅晶絕緣體會(huì)因?yàn)闅潆x子質(zhì)量輕，所以 不容易制作良好離子分布的淺層布植，進(jìn)而造成轉(zhuǎn)移后的薄膜厚度難以達(dá) 到納米等級(jí)的需求。此外，轉(zhuǎn)移后的薄膜的薄膜厚度又需進(jìn)一步的減薄步 驟，才可達(dá)到納米等級(jí)的薄膜厚度，因此會(huì)使得薄膜厚度的準(zhǔn)確度及均勻 度都大幅降低。又因?yàn)槲g刻停止層與薄膜間的晶體晶格匹配度會(huì)影響薄膜 的品質(zhì)，因此也會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)品良率下降的問題。
由此可見，上述現(xiàn)有的薄膜制造方法在方法與使用上，顯然仍存在有 不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠 商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展 完成，而一般方法又沒有適切的方法能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)
5者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的薄膜制造方法，實(shí)屬當(dāng)前重 要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。
有鑒于上述現(xiàn)有的薄膜制造方法存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類 產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極 加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的薄膜制造方法，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的薄 膜制造方法，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作及 改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的薄膜制造方法存在的缺陷，而提 供一種新的薄膜制造方法，所要解決的技術(shù)問題是使其通過將犧牲層設(shè)置 于蝕刻停止薄膜層上，并控制犧牲層的厚度及離子布植的能量，以使得所 布植的離子可界定出極薄的有效轉(zhuǎn)移薄膜層，以達(dá)到納米等級(jí)的膜厚。此 外，由于犧牲層具有類似過濾的功能，可過濾掉所布植的離子中的雜質(zhì)離 子，因此可使用較簡易的離子布植裝置，能制造出納米等級(jí)且厚度均勻的 薄膜。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)
本發(fā)明提出的薄膜制，方法,,其包括下列步驟提供一原始基板(Primary
成至少一犧牲層于蝕刻停止薄膜層上；植入氣體離子，其利用一離子布植 (Ion Implantation)技術(shù)，由犧^^tiA^氣體離子并穿越蝕刻停止薄膜層，并 在原始基板內(nèi)形成一 離子分布濃度高峰層以界定出 一有效轉(zhuǎn)移薄膜層及一 剩余層；以及分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層與剩余層，其是通過一輸入能量處理使 植入的離子聚合化(Polymerized)而使其分離。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的薄膜制造方法，其中所述的原始基板的材質(zhì)為第四族材料、三 五族材料或二六族材料。
前述的薄膜制造方法，其中所述的原始1^^;一硅基板、 一鍺基板、一 碳化硅基板、 一砷化鎵基板、 一磷化銦基板、 一磷化鎵基板、 一氮化鋁基 板、 一氮化鎵基板或一硫化物基板。
前述的薄膜制造方法，其中所述的犧牲層進(jìn)一步包括一移除犧牲層步 驟，其通過一蝕刻處理、 一化學(xué)溶液蝕刻處理或一離子電漿蝕刻處理移除 該犧牲層。
前述的薄膜制造方法，其中所述的蝕刻停止薄膜層為一絕緣層。 前述的薄膜制造方法，其中所述的蝕刻停止薄膜層的材質(zhì)為氧化物材 質(zhì)、氮化物材質(zhì)或碳基鉆石材質(zhì)。物理氣相沉積技術(shù)、 一分子束磊晶成長技術(shù)、 一液相磊晶成長技術(shù)或一氣 相磊晶成長技術(shù)所形成。
前述的薄膜制造方法，其中所述的犧牲層為一非晶硅、 一多晶硅、一 單晶硅、氧化硅層或二氧化硅層。
前述的薄膜制造方法，其中所述的犧牲層為二層以上時(shí)，每一該犧牲 層的組成元素是為相同或不同。
前述的薄膜制造方法，其中進(jìn)一步包括一晶圓《建合(Wafer Bonding)步 驟，其將該犧牲層與 一 目標(biāo)基板鍵合。
前述的薄膜制造方法，其中所述的晶圓鍵合步驟進(jìn)一步包括一表面離 子化處理。
前述的薄膜制造方法，其中所述的晶圓鍵合步驟進(jìn)一步包括一預(yù)熱步驟。
前述的薄膜制造方法，其中進(jìn)一步包括一晶圓鍵合(Wafer Bonding)步 驟，其將該蝕刻停止薄膜層與一目標(biāo)基板鍵合。
前述的薄膜制造方法，其中所述的晶圓鍵合步驟進(jìn)一步包括一表面離 子化處理。
前述的薄膜制造方法，其中所述的晶圓鍵合步驟進(jìn)一步包括一預(yù)熱步驟。
前述的薄膜制造方法，其中所述的離子植入技術(shù)為 一浸沒式電漿離子 布植技術(shù)(plasma ion implantation immersion technology)或一離子浴 (Ion ShowerH參雜技術(shù)。
前述的薄膜制造方法，其中所述的離子植入技術(shù)所植入的離子為一氫 離子OT)、 一分子離子(Molecular Ions)。
前述的薄膜制造方法，其中所述的子離子包括一氫分子離子(H2+)。
前述的薄膜制造方法，其中所述的輸入能量處理為施以一高頻交替電 場處理或一J茲場照射處理。
前述的薄膜制造方法，其中所述的高頻交替電場處理或該磁場照射處 理所使用的裝置為 一微波(Microwave)產(chǎn)生裝置、 一 高周波(Radio Frequency)產(chǎn)生裝置或一感應(yīng)耦合(Inductive Coupled)場產(chǎn)生裝置。
前述的薄膜制造方法，其中所述的高頻交替電場處理或該磁場照射處理所 使用的一微波系統(tǒng)為一 固定頻率微波系統(tǒng)或一可轉(zhuǎn)變頻率微波系統(tǒng)，該固 定頻率;f鼓波系統(tǒng)-使用2.45 GHz或900 MHz頻率的孩i波。
前述的薄膜制造方法，其中所述的微波系統(tǒng)的微波照射時(shí)間大于一分鐘。
前述的薄膜制造方法，其中所述的輸入能量處理為一熱處理(Thermal treatment)。前述的薄膜制造方法，其中所述的熱處理的溫度高于室溫且低于1250。C。
前述的薄膜制造方法，其中進(jìn)一步包括一退火處理，其執(zhí)行于分離該 有效轉(zhuǎn)移薄膜層與該剩余層后使該犧牲層再結(jié)晶。
前述的薄膜制造方法，其中所述的犧牲層用以過濾該離子布植技術(shù)所 植入氣體離子中的雜質(zhì)離子。
前述的薄膜制造方法，其中所述的犧牲層用以消除該離子布植技術(shù)植 入氣體離子時(shí)的通道效應(yīng)(Channeling Effeet)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方 案，本發(fā)明薄膜制造方法可達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)步性及實(shí)用性，并具有產(chǎn)業(yè)上 的廣泛利用價(jià)值，其至少具有下列優(yōu)點(diǎn)
1、 可制造納米等級(jí)厚度的薄膜。
2、 可平滑地剝離有效轉(zhuǎn)移薄膜層，且不影響有效轉(zhuǎn)移薄膜層的膜厚均 勻度。
3、 通過犧牲層具有過濾的特性，可過濾植入的離子中的雜質(zhì)離子，藉 此可利用筒易的離子布植裝置制造薄膜。
綜上所述，本發(fā)明新穎的薄膜制造方法，其包括下列步驟提供原始 基板；形成蝕刻停止薄膜層于原始基板上；形成犧牲層于蝕刻停止薄膜層 上；植入氣體離子，以形成離子分布濃度高峰層并界定出有效轉(zhuǎn)移薄膜層 及剩余層；以及分離有效4輛多薄膜層及剩余層?？赏ㄟ^控制犧牲層的厚度，進(jìn) 而有效控制有效轉(zhuǎn)移薄膜層的厚度。此外，也可使有效轉(zhuǎn)移薄膜層厚度均 勻，并且達(dá)到納米等級(jí)的厚度。本發(fā)明具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，其 不論在方法或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并產(chǎn)生了 好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的薄膜制造方法具有增進(jìn)的突出多項(xiàng)功效，從 而更加適于實(shí)用，并具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用 的新設(shè)計(jì)。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附 圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是為本發(fā)明的一種薄膜制造方法S10流程實(shí)施例圖一。
圖2A至圖2F是為圖1的薄膜制造方法S10其制程狀態(tài)實(shí)施例圖。
圖3是為本發(fā)明的一種薄膜制造方法S10'流程實(shí)施例圖二。
圖4A至C圖4C是為圖3的薄膜制造方法S10'其制程狀態(tài)實(shí)施例圖。圖5是為本發(fā)明的一種薄膜制造方法S10"流程實(shí)施例圖三。
圖6A至圖6C是為第5圖的薄膜制造方法S10"其制程狀態(tài)實(shí)施例圖。
圖7是為離子布植能量與離子布植深度的關(guān)系圖。
圖8為利用場發(fā)射掃描式電子顯微鏡所拍攝的單晶硅薄膜層的斷面圖。
圖9是為利用穿透式電子顯微鏡所拍攝的單晶硅薄膜層的斷面圖。
圖10是為單晶硅薄膜層的X-Ray能量散布光譜。
SIO、 S10'、 S10，':薄膜制造方法S20:提供一原始基板
S30:形成一蝕刻停止薄膜層于原始基板上
S40:形成至少一犧牲層于蝕刻停止薄膜層上
S 5 0植入氣體離子 S 6 0:分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層與剩余層
S70:移除犧牲層 S80、 S80':晶圓鍵合
S90:退火處理 10:原始基板
20:蝕刻停止薄膜層 30、 30，犧牲層
40:離子分布濃度高峰層 50:有效轉(zhuǎn)移薄膜層
60:剩余層 70:目標(biāo)基板
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的薄膜制造方法其具體 實(shí)施方式、方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，在以下配合參考圖 式的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中將可清楚的呈現(xiàn)。為了方便說明，在以下的實(shí) 施例中，相同的元件以相同的編號(hào)表示。
圖1是為本發(fā)明的一種薄膜制造方法S10流程實(shí)施例圖一。2A圖至圖 2F是為圖1的薄膜制造方法S10其制程狀態(tài)實(shí)施例圖。圖3是為本發(fā)明的 一種薄膜制造方法S10'流程實(shí)施例圖二。圖4A至圖4C為圖3的薄膜制造 方法S10'其制程狀態(tài)實(shí)施例圖。圖5是為本發(fā)明的一種薄膜制造方法S10" 流程實(shí)施例圖三。圖6A至圖6C是為圖5的薄膜制造方法S10"其制程狀態(tài) 實(shí)施例圖。圖7是為離子布植能量與離子布植深度的關(guān)系圖。圖8為利用 場發(fā)射掃描式電子顯微鏡所拍攝的單晶硅薄膜層的斷面圖。圖9是為利用 穿透式電子顯微鏡所拍攝的單晶硅薄膜層的斷面圖。圖10是為單晶硅薄膜 層的X-Ray能量散布光譜。
如圖l所示，本實(shí)施例是為一種薄膜制造方法S10，其包括下列步驟 提供一原始基板S20;形成一蝕刻停止薄膜層于原始基板上S30;形成至少 一犧牲層于蝕刻停止薄膜層上S40;植入氣體離子S50;以及分離有效轉(zhuǎn)移 薄膜層與剩余層S60。提供一原始基板S20:如圖2A所示，可依使用需求選擇不同材質(zhì)的原 始基板IO,例如原始基板10的材質(zhì)可以為一第四族材料(Group IV),例如 原始基板10可以為一硅(Si)基板或一鍺(Ge)基板…等。另外，原始基板IO 的材質(zhì)也可以為三五族材料(Group III-V),使原始基板10可以為一砷化 鎵(GaAs)基板、 一磷化銦(InP)基板、 一磷化鎵基板、 一氮化鋁基板或一氮 化鎵(GaN)基板…等。此外，原始基板10的材質(zhì)亦可以為二六族材料(Group II-VI)或者原始基板10可以為一硫化物基板，例如一硫化硒(SeS)基板或 一硫化鎘(CdS)基板…等，又或者原始基板10可以為一碳化硅(SiC)基板。
形成一蝕刻停止薄膜層于原始基板上S30:如圖2B所示，可通過薄膜 生長技術(shù)在原始基板10上形成蝕刻停止薄膜層20,而蝕刻停止薄膜層20 是可以為一絕緣層，又^i'J停ihJI膜層20的材料是可以為氧化物材料、氮化物 材料、或碳基鉆石材料…等。由于在使用堿性溶液或有機(jī)溶液移除犧牲層 時(shí)，蝕刻停止薄膜層20不易被堿性溶液或有^/L溶液蝕刻，因此可進(jìn)一步避 免原始基板10被蝕刻。
形成至少一犧牲層于蝕刻停止薄膜層上S40:如圖2C所示，可通過一 化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)、 一物理氣相沉積(PVD)技術(shù)、 一分子束磊晶成長 (MBE)技術(shù)、 一液相磊晶(LPE)成長技術(shù)或一氣相磊晶(VPE)成長技術(shù)…等類 似技術(shù)形成犧牲層30于蝕刻停止薄膜層20上。此外，犧牲層30可以為一 非晶硅、 一多晶硅或一單晶硅，或者犧牲層30也可以為氧化硅層或二氧化 硅層。當(dāng)犧牲層30為二層以上時(shí)，每一犧牲層30的組成元素可以為相同 或不同。
植入氣體離子S50:如圖2D所示，通過一離子布植(Ion Implantation) 技術(shù)，例如 一 浸沒式電漿離子布植技術(shù)(plasma ion implantation immersion technology)或一離子浴摻雜技術(shù)…等植入氣體離子。所植入的 離子可以為一氫離子(H+)或一分子離子(Molecular Ions),而分子離子又可 包括一氫分子離子GV)。在植入氣體離子的過程中，植入的溫度可設(shè)計(jì)為 溫度相異的階段，分別植入氣體離子。
如圖2E所示，利用離子布植技術(shù)所植入的離子可穿越犧牲層30及蝕 刻停止薄膜層20進(jìn)入原始基板10內(nèi)，并通過植入的氣體離子的植入離子 濃度分布以形成一 離子分布濃度高峰層4 0并可界定出 一有效轉(zhuǎn)移薄膜層5 0 及一剩余層60。由于可通過犧牲層30的設(shè)置而增加厚度，以使得離子分布 濃度高峰層40可位于原始基板10較淺的位置，并界定出較薄的有效轉(zhuǎn)移 薄膜層50。
而通過控制離子布植的能量，可準(zhǔn)確地控制離子植入的深度，因此可 準(zhǔn)確地控制有效轉(zhuǎn)移薄膜層50的厚度至納米等級(jí)。此外，犧牲層30的厚 度也可通過磊晶薄膜生長技術(shù)準(zhǔn)確地控制至納米等級(jí)。因此，可利用控制
10犧牲層30的厚度和植入氣體離子的能量，使有效轉(zhuǎn)移薄膜層50的厚度獲 得良好的控制。舉例來說，以80KeV的離子布植能量、植入劑量為1017/cm2 的氫離子(H+)植入原始基板10，而植入的離子可在原始基板10表面下約700 納米處形成一氫離子植入濃度高峰層，也就是說可控制有效轉(zhuǎn)移薄膜層50 的厚度大約為700納米。
此外，當(dāng)離子穿越過犧牲層30時(shí)，由于犧牲層30可以為非晶硅或多 晶硅，因此當(dāng)離子穿過犧牲層30時(shí)，由于犧牲層30亦具有類似過濾的功 能，可使得離子布植的能量均勻，而降低有效轉(zhuǎn)移薄膜層50的粗糙度。而 且犧牲層30也可消除離子布植技術(shù)植入氣體離子時(shí)的通道效應(yīng) (Channeling Effect)，進(jìn)而使得植入的離子濃度均勻，并且均勻地植入于 同 一平面，使得分離后的有效轉(zhuǎn)移薄膜層具有相當(dāng)均勻的平坦度及平滑的 粗糙度。
此外，犧牲層30也可過濾植入的離子的雜質(zhì)離子，因此可使用較簡易 的離子布植裝置，而不用使用精密且較為昂貴的離子布植裝置，即能制造 出極薄的有效轉(zhuǎn)移薄膜層50，藉此可降低可觀的制造成本。
分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層與剩余層S60:如圖2F所示，通過一輸入能量處 理使離子分布濃度高峰層40中的離子與周圍散布的離子聚合化。由于所植 入的離子為氣體離子，因此聚合化后的離子可形成氣體核種，并且可結(jié)聚 其他植入氣體離子所產(chǎn)生的氣體，填充于氣體分子所造成的氣體核種中，進(jìn) 而膨脹碎裂周圍的固體結(jié)構(gòu)，藉此使有效轉(zhuǎn)移薄膜層50平滑地與剩余層60 分離。
輸入能量處理可以為施以一高頻交替電場處理或一磁場照射處理。其 中高頻交替電場處理或-茲場照射處理所-使用的裝置為一樣"皮(Microwave) 產(chǎn)生裝置、 一高周波(Radio Frequency)產(chǎn)生裝置或一感應(yīng)耦合(Inductive Coupled)場產(chǎn)生裝置。此外，輸入能量處理也可以為一熱處理(Thermal treatment),而熱處理的溫度是可高于室溫并且低于1250°C。
又高頻交替電場處理或磁場照射處理所使用的一微波是統(tǒng)是可以為一 固定頻率微波是統(tǒng)或一可轉(zhuǎn)變頻率微波是統(tǒng)，而固定頻率微波是統(tǒng)是可使 用2.45 GHz或900 MHz頻率的微波，且微波是統(tǒng)的微波照射時(shí)間是可大于 一分鐘。
如圖3所示，薄膜制造方法S10，又可進(jìn)一步包括一移除犧牲層步驟 S70以及一晶圓鍵合步驟S80，其執(zhí)行于植入氣體離子步驟S50及分離有效 轉(zhuǎn)移薄膜層與剩余層步驟S60之間。
移除犧牲層S70:如圖4A所示，可通過一蝕刻處理、 一化學(xué)溶液蝕刻 處理或一離子電漿蝕刻處理…等將圖2E中的犧牲層30移除。例如可以使 用堿性溶液或有機(jī)溶液移除犧牲層30,而堿性溶液或有機(jī)溶液例如氫氧化鉀(potassium hydroxide, K0H) 、 TMAH 和 EDP (EthyleneDamine Pyrocatochol, EDP) 、 TMAH (TetraMethy Ammonium Hydroxide, TMAH)標(biāo)準(zhǔn) 蝕刻溶液...等。
晶圓鍵合S80:如圖4B所示，可以通過晶圓鍵合技術(shù)，例如一直接鍵 合技術(shù)、 一陽極鍵合技術(shù)、 一低溫鍵合技術(shù)、 一真空鍵合技術(shù)、或一電漿 強(qiáng)化鍵合技術(shù)…等技術(shù)，將蝕刻停止薄膜層20與目標(biāo)基板70鍵合為一體。 又晶圓^t合步驟S80可進(jìn)一步包括一表面離子化處理，以加強(qiáng)蝕刻停止薄 膜層20與目標(biāo)基板70的鍵合強(qiáng)度。
如圖4C所示，接著再通過分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層與剩余層步驟S60使有 效轉(zhuǎn)移薄膜層50平滑地與剩余層60分離，而使得蝕刻停止薄膜層20及有 效轉(zhuǎn)移薄膜層50順利地轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板70上。
此外，晶圓鍵合步驟S80可進(jìn)一步包括一預(yù)熱步驟，藉此提高蝕刻停 止薄膜層20、有效轉(zhuǎn)移薄膜層50、離子分布濃度高峰層40及剩余層60的 溫度，用以縮短分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層50與剩余層60所需的時(shí)間。例如輸 入能量處理為熱處理，且熱處理的溫度大于50(TC時(shí)，需耗費(fèi)30分鐘以上 才可使有效轉(zhuǎn)移薄膜層50與剩余層60分離，若先以300。C的溫度執(zhí)行預(yù)熱 步驟1小時(shí)，并使蝕刻停止薄膜層20與目標(biāo)基板70鍵合，則在500。C的條 件下只需10分鐘即可分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層50及剩余層60。
如圖5所示，薄膜制造方法S10"又可進(jìn)一步包括一晶圓鍵合步驟S80' 以及一退火處理步驟S90，其中晶圓鍵合步驟S80'執(zhí)行于植入氣體離子步 驟S50及分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層與剩余層步驟S60之間，而退火處理步驟S90 則執(zhí)行于分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層與剩余層步驟S60之后。
晶圓鍵合步驟S80，如圖6A所示，可以通過晶圓鍵合技術(shù)，例如直接 鍵合技術(shù)、陽極鍵合技術(shù)、低溫鍵合技術(shù)、真空鍵合技術(shù)、或電漿強(qiáng)化鍵 合技術(shù)…等技術(shù)，將犧牲層30與目標(biāo)基板70鍵合為一體。又晶圓鍵合步 驟S80'可進(jìn)一步^i舌一表面離子^^t理，用以力口強(qiáng)晶圓鍵合的強(qiáng)度。此外，同 樣地晶圓鍵合步驟S80'亦可進(jìn)一步^i舌"""f貞熱步驟，llit匕提高犧牲層30、蝕刻 停止薄膜層20、有效轉(zhuǎn)移薄膜層50、離子分布濃度高峰層40及剩余層60 的溫度，用以縮短分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層50與剩余層60所需的時(shí)間。
如圖6B所示，接著再通過分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層與剩余層步驟S60使有 效轉(zhuǎn)移薄膜層50平滑地與剩余層60分離，而使得犧牲層30、蝕刻停止薄 膜層20及有效轉(zhuǎn)移薄膜層50順利地轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板70上。
退火處理S90:如圖6C所示，為了改善犧牲層30的晶體結(jié)構(gòu)，并使?fàn)?牲層30的晶體結(jié)構(gòu)可與目標(biāo)基板70的晶體結(jié)構(gòu)相接近，因此可通過退火 處理步驟S9Q使?fàn)奚鼘?0再結(jié)晶。經(jīng)過退火處理步驟S90后，被轉(zhuǎn)移至目 標(biāo)基板70的犧牲層30可再結(jié)晶，以形成4^較佳晶體結(jié)構(gòu)的犧牲層30，，并使?fàn)奚鼘?0'與目標(biāo)基板70間晶體結(jié)構(gòu)的晶格匹配度相近。
本實(shí)施例的方法通過薄膜生長技術(shù)準(zhǔn)確地控制犧牲層30厚度至納米等 級(jí)，并可搭配犧牲層30的厚度以控制離子布植的能量，使離子分布濃度高 峰層40位于較為淺層的位置，進(jìn)而使得有效轉(zhuǎn)移薄膜層50的厚度為納米 等級(jí)。犧牲層30可以在執(zhí)行晶圓鍵合步驟S80前，通過化學(xué)蝕刻方式移除，或 者可不移除犧牲層30，而在將犧牲層30、蝕刻停止薄膜層20及有效轉(zhuǎn)移 薄膜層5Q轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板70后，再通過退火處理步驟S9G使?fàn)奚鼘?0' 的晶格匹配度與目標(biāo)基板70相近。
為了方便了解本實(shí)施例的功效，以下將提供一些較佳的具體實(shí)施例，藉 以進(jìn)一步說明本實(shí)施方式的架構(gòu)制作方法與特點(diǎn)。 〈第一具體應(yīng)用例〉
利用原始硅晶圓作為原始基板IO、 二氧^^i^g作為蝕刻停止薄膜層20、多 晶硅犧牲層作為犧牲層30、以及氫離子布植為例，進(jìn)一步詳細(xì)說明如下。 如圖7為通過SRIMiM程式計(jì)算一定布植能量與相對(duì)應(yīng)的離子布植深度分布 的關(guān)系圖，藉以估計(jì)從原始硅晶圓上所轉(zhuǎn)移下來的單晶硅薄膜層的厚度。
如圖7所示，將氬離子布植能量設(shè)定為160keV、布植傾斜角為7。，而 二氧化硅層的厚度為300納米、多晶硅犧牲層的厚度為400納米，所以可 由圖7中得知，氫離子濃度分布高峰值約位在730-810納米的深度，因此 可推知離子分布濃度高峰層40所界定出的有效轉(zhuǎn)移薄膜層50大約具有 30-110納米的厚度。
在植入氫離子后，可通過堿性溶液或有機(jī)溶液移除多晶硅犧牲層，而 堿性溶液或有機(jī)溶液例如氬氧化鉀(potassium hydroxide, KOH) 、 TMAH和 EDP (EthyleneDamine Pyrocatochol， EDP)等為較常見的非等向性硅蝕刻 溶液…等。而一般來說較多選用TMAH作為移除多晶硅犧牲層的蝕刻液，因 為TMAH是一種無色無毒的有機(jī)溶劑。此外，TMAH也與互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體 (Complementary Metal—Oxide—Semiconductor, CMOS)制牙呈具有高度的沖目容 性，且具有對(duì)二氧化硅及氮化硅有低蝕刻率的優(yōu)點(diǎn)。
在經(jīng)過TMAH溶液移除多晶硅犧牲層后，可通過原子力顯微鏡(Atomic Force Microsc叩e， AFM)量測(cè)4尋知其表面相4造度為0.586納米，此結(jié)果i正 實(shí)經(jīng)過蝕刻后，并不會(huì)嚴(yán)重影響晶圓鍵合的品質(zhì)。并可通過橢圓儀 (ellipsometer)量測(cè)單晶硅薄膜層轉(zhuǎn)移后的厚度約為97納米，而其中二氧 化硅層的厚度約為313納米。
如圖8所示，上層單晶硅薄膜層厚度約為100. 6nm、而二氧化硅層則為 283,8nm。圖9所示，可看出鍵合的界面相當(dāng)平整、均勻而且沒有任合的未 鍵合區(qū)域。由圖8及圖9中可知其與SRIM 所模擬出來的結(jié)果相近，這表 示氫離子濃度最大處就是薄膜分離的地方。如圖IO所示，其用以說明圖8中位于二氧化硅層上層的硅為〈100〉的 單晶硅。在以多晶硅犧牲層作為犧牲層30時(shí)，多晶硅犧牲層可作為有效的 離子布植屏蔽層，可避免在離子布植過程中，由于晶格排列而造成的離子 布植深度差異，因此可得到更平滑、低粗糙度(Ra約為1. 3納米)的劈裂面。
此外，在以浸沒式電漿離子布植技術(shù)植入氣體離子的過程中，多晶硅 犧牲層能夠有效地將植入的雜質(zhì)離子阻絕于多晶硅犧牲層內(nèi)，再通過移除 多晶硅犧牲層，也可將雜質(zhì)離子一并過濾移除，而使雜質(zhì)離子的不會(huì)進(jìn)入 原始基板IO內(nèi)，所以可以使用較簡易的離子布植設(shè)備。
<第二具體應(yīng)用例>
第二具體應(yīng)用例為提供兩片P型〈100〉晶向、阻值15-20ohm-cm的硅晶 圓，使其中一片硅晶圓作為原始基板10。在離子布植之前，先在硅晶圓上 以熱氧化法成長一層300納米厚度的氧化層作為蝕刻停止薄膜層20，接者 在氧化層上以液相磊晶成長技術(shù)沉積400納米厚度的多晶硅，用以作為犧 牲層30，然后施予離子布植能量160keV、植入劑量為4 x 1016 ions/cm2氬分 子離子(H2+)的離子布植制程。在晶圓鍵合之前，將多晶硅以TMAH化學(xué)蝕 刻的方式移除，而剩下300納米厚度的氧化層在經(jīng)過氫分子離子布植的硅 晶圓上。
經(jīng)過晶圓鍵合后，施以低溫退火處理，用以加強(qiáng)鍵能，再由900瓦的 微波照射10分鐘，即可將約100納米厚度的單晶硅及300納米厚度的二氧 化硅層轉(zhuǎn)移至另 一硅晶圓上。
<第三具體應(yīng)用例>
第三具體應(yīng)用例為^是供兩片P型〈100〉晶向、阻值為15-20ohm-cm的硅 晶圓，使其中一片硅晶圓作為原始基板10。并在硅晶圓上以濕式氧化方式 成長一層厚度為300納米的二氧化硅層，作為蝕刻停止薄膜層20，然后再 以低壓化學(xué)汽相沉積技術(shù)沉積一層未摻雜的多晶硅，用以作為犧牲層30并 使其厚度為400納米。將此硅晶圓施以氫氣離子布植，其離子布植能量為 160keV、植入劑量為4 x 10"ions/cm2。在離子布植后，以TMAH溶液移除多 晶硅，然后以RCA溶液清洗表面，再以晶圓4定合技術(shù)將硅晶圓直接與另一 硅晶圓直接鍵合。并施予微波照射10分鐘，以使得約100納米厚度的單晶 硅及300nm厚度的二氧化硅層可轉(zhuǎn)移至另 一硅晶圓上。
<第四具體應(yīng)用例>
第四具體應(yīng)用例為提供兩片P型〈10(^晶向、阻值15-20ohm-cm的硅晶 圓，使其中一片硅晶圓作為原始基板10。在離子布植之前，先在硅晶圓上 以熱氧化法成長一層300納米厚度的氧化層，接者以液相磊晶成長技術(shù)在 氧化層上沉積400納米厚度的多晶硅作為犧牲層30。然后將此硅晶圓施以 離子布植能量為160keV、植入劑量為4x 10" ions/cm2的氫分子離子(H2+)布植制程。
在晶圓鍵合之前，將多晶硅保留不予移除。在晶圓鍵合后，再以低溫
退火處理加強(qiáng)^t能，再以900瓦的孩i波照射10分鐘，即可將約100納米厚 度的單晶硅、300納米厚度的二氧化硅層，及400納米厚度的多晶硅轉(zhuǎn)移至 另一硅晶圓上。并可再將另一硅晶圓經(jīng)過適當(dāng)?shù)母邷赝嘶鹛幚恚苟嗑Ч?發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，藉以產(chǎn)生更佳的單晶晶體結(jié)構(gòu)，并可使多晶硅層與另一 硅晶圓的晶格匹配度相近。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利 用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例 所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種薄膜制造方法，其特征在于其包括以下步驟提供一原始基板；形成一蝕刻停止薄膜層于該原始基板上；形成至少一犧牲層于該蝕刻停止薄膜層上；植入氣體離子，其利用一離子布植技術(shù)，由該犧牲層植入氣體離子并穿越該蝕刻停止薄膜層，并在該原始基板內(nèi)形成一離子分布濃度高峰層以界定出一有效轉(zhuǎn)移薄膜層及一剩余層；以及分離該有效轉(zhuǎn)移薄膜層與該剩余層，其通過一輸入能量處理使植入的離子聚合化而使其分離。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的原始 基板的材質(zhì)為第四族材料、三五族材料或二六族材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的原始 基板為一硅基板、 一鍺基板、 一碳化硅基板、 一砷化鎵基板、 一磷化銦基 板、 一磷化鎵基板、 一氮化鋁基板、 一氮化鎵基板或一硫化物基板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的犧牲 層進(jìn)一步包括一移除犧牲層步驟，其通過一蝕刻處理、 一化學(xué)溶液蝕刻處 理或一 離子電漿蝕刻處理移除該犧牲層。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的蝕刻 停止薄膜層為一絕緣層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的蝕刻 停止薄膜層的材質(zhì)為氧化物材質(zhì)、氮化物材質(zhì)或碳基鉆石材質(zhì)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的犧牲 層利用一化學(xué)氣相沉積技術(shù)、 一物理氣相沉積技術(shù)、 一分子束磊晶成長技 術(shù)、 一液相蟲晶成長4支術(shù)或一氣相磊晶成長4支術(shù)所形成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的犧牲 層為一非晶硅、 一多晶硅、 一單晶硅、氧化硅層或二氧化硅層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的犧牲 層為二層以上時(shí)，每一該犧牲層的組成元素為相同或不同。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中進(jìn)一步包 括一晶圓鍵合步驟，其將該犧牲層與一 目標(biāo)基板鍵合。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶 圓鍵合步驟進(jìn)一步包括一表面離子化處理。
12、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶 圓鍵合步驟進(jìn)一步包括一預(yù)熱步驟。
13、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜制造方法，其特征在于其中進(jìn)一步包括一晶圓鍵合步驟，其將該蝕刻停止薄膜層與一 目標(biāo)基板鍵合。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶 圓鍵合步驟進(jìn)一步包括一表面離子化處理。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶 圓鍵合步驟進(jìn)一步包括一預(yù)熱步驟。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的離 子植入技術(shù)為 一浸沒式電漿離子布植技術(shù)或 一 離子浴摻雜技術(shù)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的離 子植入技術(shù)所植入的離子為一氫離子、 一分子離子。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的分 子離子包括一氫分子離子。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的輸 入能量處理為施以一高頻交替電場處理或一》茲場照射處理。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的高 頻交替電場處理或該一磁場照射處理所使用的裝置為一微波產(chǎn)生裝置、 一高 周波產(chǎn)生裝置或一感應(yīng)耦合場產(chǎn)生裝置。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的高 頻交替電場處理或該》茲場照射處理所使用的一微波系統(tǒng)為一固定頻率微波 系統(tǒng)或一可轉(zhuǎn)變頻率微波系統(tǒng)，該固定頻率微波系統(tǒng)使用2.45 GHz或900 MHz頻率的微波。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的微 波系統(tǒng)的微波照射時(shí)間大于一分鐘。
23、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的輸入能量處理為一熱處理。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的熱 處理的溫度高于室溫且低于12 5 0°C。
25、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中進(jìn)一步包 括一退火處理，其執(zhí)行于分離該有效轉(zhuǎn)移薄膜層與該剩余層后使該犧牲層 再結(jié)晶。
26、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的犧 牲層用以過濾該離子布植技術(shù)所植入氣體離子中的雜質(zhì)離子。
27、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的犧 牲層用以消除該離子布植技術(shù)植入氣體離子時(shí)的通道效應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種薄膜制造方法，其包括下列步驟提供原始基板；形成蝕刻停止薄膜層于原始基板上；形成犧牲層于蝕刻停止薄膜層上；植入氣體離子，以形成離子分布濃度高峰層并界定出有效轉(zhuǎn)移薄膜層及剩余層；以及分離有效轉(zhuǎn)移薄膜層及剩余層?？赏ㄟ^控制犧牲層的厚度，進(jìn)而有效控制有效轉(zhuǎn)移薄膜層的厚度。此外，也可使有效轉(zhuǎn)移薄膜層厚度均勻，并且達(dá)到納米等級(jí)的厚度。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101620983SQ20081012698
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者張朝喨, 李天錫, 楊耀渝, 黃敬涵 申請(qǐng)人:李天錫