本發(fā)明尤其適用于微電子、微系統(tǒng)、光子學(xué)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、分子粘附是用于接合兩個物體的方法，在該方法中，這兩個物體的完全清潔、平坦和光滑的主表面或表面彼此緊密接觸，從而促進分子鍵(例如范德華鍵或共價鍵)的形成。因此，無需使用粘附劑即可實現(xiàn)兩個物體的接合。通過對接合件進行熱處理，可以加強這些鍵。

2、這種方法特別用于生產(chǎn)微電子、微系統(tǒng)、光子學(xué)等領(lǐng)域中使用的襯底。在這些領(lǐng)域中，襯底通常采用可以為單晶、多晶或非晶、導(dǎo)體、半導(dǎo)體或絕緣體的材料的圓形晶圓的形式。

3、在這些領(lǐng)域中，為了便于襯底的接合，通常在這兩個襯底中的一個和/或另一個上通過沉積(任選地隨后進行拋光的步驟)或者當(dāng)襯底由硅形成或含有硅時通過簡單氧化來形成介電層，通常為氧化硅介電層。通常還需要準(zhǔn)備主表面，以使其清潔(尤其是在顆粒和污染物方面)和光滑(以便在5微米×5微米的視野范圍內(nèi)提供均方根值通常低于0.5nm的表面粗糙度)。有時也設(shè)想通過應(yīng)用等離子體(通常為氧或氮)，使這些表面中的至少一個具有反應(yīng)性。這種表面準(zhǔn)備的目的是在接合步驟之后和任何熱退火之前立即獲得最大的鍵合能。

4、準(zhǔn)備完成之后，將兩個襯底的主表面彼此重疊布置。對兩個襯底中的一個或另一個施加壓力，使主表面之間產(chǎn)生緊密的點接觸，并且使這種緊密接觸以稱為“鍵合波”的波的形式在整個主表面上傳播。

5、專利文獻、技術(shù)文獻和科學(xué)文獻包括大量概述這種粘附方法的原理和用途的文件?？商貏e參考rieutord等人的出版物?！癲ynamics?of?a?bonding?front”，physicalreview?letters，第94卷，第236101頁，2005年。

6、在采用分子粘附方法時經(jīng)常遇到的問題是，在鍵合界面處，即在鍵合波與襯底邊緣相遇的點處，會出現(xiàn)外圍缺陷(通常稱為“疙瘩”)。當(dāng)波在襯底的邊緣引發(fā)時，這些外圍缺陷一般位于與波的引發(fā)點完全相反的邊緣的外圍區(qū)域中。當(dāng)波在其中一個襯底的中心區(qū)域中引發(fā)時，這些外圍缺陷可能位于整個輪廓上。這些缺陷導(dǎo)致氣體和/或水被俘獲在兩個襯底之間的鍵合界面處。出現(xiàn)這種缺陷時，兩個襯底不接觸，局部粘附能非常低或甚至不存在。這些缺陷即便存在也但不一定在鍵合波傳播之后立即可見，但可能在對由兩個襯底接合在一起形成的接合件進行熱退火的過程中出現(xiàn)。

7、鍵合波的速度被認為是影響缺陷數(shù)量的一個因素，降低該速度通常會導(dǎo)致缺陷數(shù)量的減少或甚至完全消除。為此，已經(jīng)提出了各種控制該速度的技術(shù)，尤其是通過對一個和/或另一個襯底的表面進行處理(特別是通過加熱進行處理)(wo2007060145)。為了降低鍵合波的速度而提出的另一種方法是，在鍵合時，朝向鍵合波的引發(fā)點引導(dǎo)一股氣體(任選熱的)射流。然而，這種處理如果能夠有效地降低鍵合速度，也易于降低粘附能，這對某些應(yīng)用可能是不利的。另一方面，文獻wo2013160841設(shè)想在波的傳播過程中，將襯底保持于在氛圍的溫度和壓力下具有負焦耳-湯姆遜系數(shù)的氣體氛圍中，例如氦氣氛圍、氖氣氛圍或氫氣氛圍。

8、無論選擇哪種現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，也無論其可能多么有效，所述解決方案都構(gòu)成重要的約束。

9、本發(fā)明的主題

10、本發(fā)明的目的是提供一種不同于現(xiàn)有技術(shù)的通過分子粘附來接合的方法，該方法可以防止或至少限制“疙瘩”型缺陷的出現(xiàn)。更具體地，本發(fā)明的目的是提供一種通過分子粘附來接合的方法，該方法能夠提供高鍵合能，同時“疙瘩”型缺陷的數(shù)量遠遠低于現(xiàn)有技術(shù)中的方法，而且所述方法不受現(xiàn)有技術(shù)的限制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，本發(fā)明的主題提供一種通過分子粘附來接合兩個襯底的方法，每個襯底都具有主表面，兩個襯底中的至少一個在其主表面的一側(cè)上設(shè)置有介電表面層。所述方法包括如下步驟：

2、a)將兩個襯底的主表面接觸，然后；

3、b)在兩個襯底的主表面之間引發(fā)并傳播鍵合波，從而將兩個表面接合在一起。

4、值得注意的是，在接觸步驟之前，該方法包括準(zhǔn)備介電表面層的步驟，目的是將劑量大于3.0e13?at/cm^2的硫引入該層中。

5、將硫以這樣的劑量引入表面層中出人意料地使得可以防止或至少限制疙瘩型缺陷的出現(xiàn)，甚至當(dāng)兩個襯底以高鍵合能接合時也是如此。

6、根據(jù)本發(fā)明的其他優(yōu)點和非限制性特征(這些特征單獨采用或以任何技術(shù)可行的方式組合)：

7、-引入的硫的劑量為3.5e13?at/cm^2；

8、-準(zhǔn)備介電表面層的步驟還旨在將劑量大于4.0e14?at/cm^2的氟引入該層中；

9、-準(zhǔn)備步驟包括通過含硫氣體的等離子體來活化介電表面層；

10、-準(zhǔn)備步驟包括通過含六氟化硫的等離子體來活化介電表面層；

11、-等離子體還包含氧或氮；

12、-表面層的活化進行15秒至2分鐘之間的活化時間；

13、-在整個活化的持續(xù)時間內(nèi)，表面層暴露于氧或氮的等離子體，并且對于活化時間的特定時間段，將可控量的六氟化硫與氧或氮混合；

14、-在所述特定時間段之前和之后，分別是將介電表面層暴露于由氧或氮的活化氣體形成的等離子體的時間段；

15、-準(zhǔn)備步驟包括用含硫氣體的等離子體準(zhǔn)備等離子體活化裝置的室，然后準(zhǔn)備好室之后，用含氧或氮的等離子體處理室中的介電表面層；

16、-準(zhǔn)備步驟包括用含六氟化硫的等離子體準(zhǔn)備等離子體活化裝置的室，然后準(zhǔn)備好室之后，用含氧或氮的等離子體處理室中的介電表面層；

17、-接合方法包括對接合在一起的兩個襯底進行熱處理；

18、-兩個襯底在其主表面的側(cè)面上設(shè)置有氧化硅或氮化硅的介電表面層，在每個介電表面層上進行準(zhǔn)備步驟；

19、-介電表面層由氧化硅組成；

20、-介電表面層中的氧化硅摻有氮，氮/氧比優(yōu)選小于0.5；

21、-介電表面層由氮化硅組成；

22、-在準(zhǔn)備步驟和接觸步驟之間，接合方法包括對兩個襯底的至少一個主表面進行清潔的步驟。

23、根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括支撐襯底、布置在支撐襯底上并與支撐襯底接觸的介電掩埋層，以及位于掩埋層上并與掩埋層接觸的稱為“工作層”的層。

24、根據(jù)本發(fā)明，介電掩埋層含有劑量大于3.0e13?at/cm^2的硫。

25、根據(jù)本發(fā)明的其他優(yōu)點和非限制性特征(這些特征單獨采用或以任何技術(shù)可行的方式組合)：

26、-硫的劑量大于3.5e13?at/cm^2；

27、-介電掩埋層含有劑量大于4.0e14?at/cm^2的氟；

28、-介電掩埋層由氧化硅組成；

29、-介電掩埋層中的氧化硅摻有氮，氮/氧比優(yōu)選小于0.5；

30、-介電掩埋層由氮化硅組成。

技術(shù)特征：

1.通過分子粘附來接合兩個襯底的方法，每個襯底都具有主表面，兩個襯底中的至少一個在其主表面的一側(cè)上設(shè)置有介電表面層，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的接合方法，其中，硫的劑量大于3.5e13?at/cm^2。

3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的接合方法，其中，準(zhǔn)備介電表面層的步驟還旨在將劑量大于4.0e14?at/cm^2的氟引入該層中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項所述的接合方法，其中，準(zhǔn)備步驟包括通過含硫氣體的等離子體，例如含六氟化硫的等離子體來活化介電表面層。

5.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的接合方法，其中，等離子體還包含氧或氮。

6.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的接合方法，其中，介電表面層的活化進行15秒至2分鐘之間的活化時間。

7.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的接合方法，其中，在整個活化的持續(xù)時間內(nèi)，將表面層暴露于氧或氮的等離子體，并且對于活化時間的特定時間段，將可控量的六氟化硫與氧或氮混合。

8.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的接合方法，其中，在所述特定時間段之前和之后，分別是將介電表面層暴露于由氧或氮的活化氣體形成的等離子體的時間段。

9.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項所述的接合方法，其中，準(zhǔn)備步驟包括用含硫氣體的等離子體準(zhǔn)備等離子體活化裝置的室，然后在準(zhǔn)備好室之后，用含氧或氮的等離子體處理室中的介電表面層。

10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的接合方法，所述方法包括對接合在一起的兩個襯底進行熱處理。

11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的接合方法，其中，兩個襯底在其主表面的側(cè)面上設(shè)置有氧化硅或氮化硅的介電表面層，在每個介電表面層上進行準(zhǔn)備步驟。

12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的接合方法，其中，所述介電表面層由氧化硅組成。

13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的接合方法，在準(zhǔn)備步驟和接觸步驟之間，所述方法包括對兩個襯底的至少一個主表面進行清潔的步驟。

14.結(jié)構(gòu)(1)，所述結(jié)構(gòu)(1)包括支撐襯底(2)、布置在所述支撐襯底(2)上并與所述支撐襯底(2)接觸的介電掩埋層(3)，以及位于掩埋層(3)上并與掩埋層(3)接觸的稱為“工作層”(4)的層，所述結(jié)構(gòu)的特征在于，所述介電掩埋層(3)含有劑量大于3.0e13at/cm^2的硫。

15.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(1)，其中，硫的劑量大于3.5e13?at/cm^2。

16.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(1)，其中，所述介電掩埋層(3)含有劑量大于4.0e14at/cm^2的氟。

17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項所述的結(jié)構(gòu)(1)，其中，所述介電掩埋層由氧化硅組成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種通過分子粘附來組裝兩個襯底的方法，每個襯底都具有主表面，兩個襯底中的至少一個在其主表面上帶有介電表面層。所述方法包括：(a)將兩個襯底的主表面接觸，然后(b)在兩個襯底的主表面之間引發(fā)并傳播鍵合波以使它們彼此組裝在一起。根據(jù)本發(fā)明，在接觸步驟之前，所述方法包括準(zhǔn)備介電表面層的步驟，目的是將劑量大于3.0E13at/cm^2的硫引入該層中。本發(fā)明還涉及一種通過該方法獲得的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：M·波卡特,M·洛吉奧
受保護的技術(shù)使用者：SOITEC公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30