复合元件、衬底叠层及分离方法、层转移及衬底制造方法技术

键合第一与第二衬底而形成的键合衬底叠层被恰当地分离。具有内部多孔层以及多孔层上的单晶硅层和绝缘层的第一衬底（１０）与第二衬底，在偏离中心位置的情况下紧密接触，以便制备具有突出部分的键合衬底叠层（３０），第一衬底（１０）的外边沿在突出部分处突出到第二衬底（２０）的外边沿外面。首先，将流体喷射到突出部分以形成分离开始部分（４０），然后，在旋转键合衬底叠层（３０）时，从分离开始部分（４０）开始分离。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到复合元件及其分离方法、键合衬底叠层及其分离方法，转移层的转移方法以及SOI衬底制造方法。具有SOI(绝缘体上硅)结构的衬底(SOI衬底)即在绝缘层上有单晶硅层的衬底。采用这种SOI结构的器件具有普通硅衬底无法得到的许多优点。这些优点的例子如下(1)由于介电隔离容易而可提高集成度。(2)可提高抗辐射能力。(3)由于寄生电容小而可提高器件的工作速度。(4)不需要阱台阶。(5)可防止闭锁。(6)可用薄膜制作方法来制作完全耗尽的场效应晶体管。由于SOI结构有上述各种优点，故近几十年对它的制作方法进行了各种研究。作为一种SOI技术，用CVD(化学汽相淀积)方法在单晶蓝宝石衬底上异质外延生长硅的SOS(蓝宝石上硅)技术，早已为人所知。这一SOS技术曾经被认为是最成熟的SOI技术。但由于例如硅层与下方蓝宝石衬底之间的界面中的晶格失配产生大量晶体缺陷、组成蓝宝石衬底的铝混杂在硅层中、衬底昂贵以及难以获得大的面积，SOS技术至今未能得到实际应用。近来曾试图不用任何蓝宝石衬底来实现SOI结构。这些努力粗略地分成二种方法。在第一种方法中，对单晶硅衬底表面进行氧化，并在氧化膜(SiO2层)中制作窗口以局部暴露硅衬底。用暴露的部分作为子晶，横向外延生长单晶硅，从而在SiO2上制作单晶硅层(在此方法中，硅层淀积在SiO2层上)。在第二种方法中，单晶硅衬底本身被用作有源层，而SiO2层制作在衬底的下表面(在此方法中，不淀积硅层)。已知的实现第一种方法的技术有用CVD从单晶硅层沿水平方向直接外延生长单晶硅的方法(CVD)、淀积非晶硅并借助于退火而在固相中横向外延生长单晶硅的方法(固相外延生长)、用诸如电子束或激光束之类的聚焦能量束辐照非晶硅层或多晶硅层以便借助于熔化再结晶而在SiO2层上生长单晶硅层的方法(束退火)、或用棒状加热器扫描带状熔区的方法(区域熔化再结晶)。所有这些方法都具有优点和缺点以及许多控制、产率、均匀性和质量方面的问题，因而在工业应用的意义上一直未能得到实际应用。例如，CVD为了制作平坦的薄膜而需要牺牲性氧化。固相外延生长的结晶性不好。在束退火中，扫描聚焦束所要求的工艺时间以及对束的叠加或聚焦点的调整的可控性都存在问题。区域熔化再结晶是最成熟的方法，并在试验基础上已经制造了相当大规模的集成电路。但由于不希望有地残留有大量诸如小晶粒边界之类的晶体缺陷，无法制造少数载流子器件。下列四种技术可用作上述的第二种方法即不使用硅衬底作为外延生长子晶的方法。作为第一种技术，在具有用各向异性腐蚀方法制作在表面中的V型槽的单晶硅衬底上，制作氧化膜。在氧化膜上淀积厚度几乎与单晶硅衬底相同的多晶硅层。然后，从下表面抛光单晶硅衬底，从而在厚的多晶硅层上形成具有被V形槽环绕和介电隔离的单晶硅区域的衬底。用这种技术可形成具有满意结晶性的衬底。但存在与淀积厚度高达数百μm的多晶硅的工序或从下表面抛光单晶硅衬底以留下隔离的硅有源层相关的可控性和产率的问题。第二种技术是SIMOX(用离子注入的氧进行分离)。在此技术中，氧离子被注入到单晶硅衬底之中以形成SiO2层。在此技术中，为了在衬底中形成SiO2层，氧离子的注入剂量必须为1018(离子/cm2)或更高。这一注入需要很长的时间，导致产率低而制造成本高。此外，由于产生了大量晶体缺陷，对于制造少数载流子器件来说，其质量也太低了。作为第三种技术，借助于对多孔硅层进行氧化形成介电隔离而制作SOI结构。在此技术中，用质子注入(见Imai等人的论文J.Crystal Growth，vol.63，547(1983))或外延生长和图形化的方法，在p型单晶硅衬底表面上制作n型硅岛。将此衬底在HF溶液中进行阳极氧化，以便只将n型硅岛周围的p型衬底转变成多孔结构。然后，用加速氧化的方法，对n型硅岛进行介电隔离。在此技术中，由于在器件工序之前必须确定待要隔离的硅区域，故器件设计的自由度受到限制。作为第四种技术，借助于用退火或粘合剂将单晶硅衬底键合到另一个热氧化的单晶硅衬底而制作SOI结构。在此技术中，用来制作器件的有源层必须均匀地薄。更具体地说是，厚度为数百μm的单晶硅衬底必须减薄到μm数量级或更薄。抛光或选择性腐蚀可用来减薄衬底。单晶硅衬底很难用抛光方法来均匀地减薄。特别是减薄到亚微米数量级时，变化范围是百分之几十。随着晶片尺寸的增大，这一困难更明显。选择性腐蚀可有效地用来均匀地减薄衬底。但选择比低达约102，腐蚀之后的表面平整度很差，因而SOI层的结晶性不能令人满意。在制作诸如光接收元件或投影液晶显示器件之类的接触传感器的过程中，以玻璃衬底为代表的透明衬底是重要的。为了实现具有传感器或显示器件的较高的密度和分辨率的高精密象素(图象元件)，需要高性能的驱动元件。为此目的，已经出现了对在透明衬底上制作具有优异结晶性的单晶硅层的要求。但当硅层被淀积在以玻璃衬底为代表的透明衬底上时，只得到非晶硅层或多晶硅层。这是由于透明衬底具有非晶结构，制作在此衬底上的硅层反映了透明衬底晶体结构的无序性。本申请人在日本专利公开No.5-21338中公开了一种新的SOI技术。在此技术中，用在单晶硅衬底上制作多孔层并在其表面上制作无孔单晶层的方法得到的第一衬底，经由绝缘层被键合到第二衬底。然后，此键合衬底叠层在多孔层处被分离成二个衬底，从而将无孔单晶层转移到第二衬底。由于SOI层的薄膜厚度均匀性好、可降低SOI层中的晶体缺陷密度、SOI层的表面平整度好、不需要特别指标的昂贵制造装置、且具有厚度约为数百埃到10μm的SOI膜的SOI衬底能够用同一个制造装置来制造，故此技术很有优点。本申请人还在日本专利公开No.7-302889中公开了一种技术，用来键合第一和第二衬底、从第二衬底分离第一衬底而不损坏第一衬底、整平分离的第一衬底的表面、再次在第一衬底上制作多孔层并重新使用此衬底。由于没有浪费第一衬底，故此技术的优点是大幅度降低了制造成本和简化了制造工艺。为了将键合衬底叠层分离成二个衬底同时又不损坏第一和第二衬底，例如，当沿垂直于键合界面的方向加力时，二个衬底沿相反的方向受拉，切应力平行施加于键合界面(例如，二个衬底在平行于键合界面的平面内沿相反方向被移动，或在沿圆周方向加力时沿相反方向旋转)，压力沿垂直于键合界面的方向施加，诸如超声波之类的波能量被加于分离区，剥离元件(例如刀之类的锋利刀片)平行于键合界面从键合衬底叠层的侧表面插入到分离区中，采用充满用作分离区的多孔层的孔的物质的膨胀能，用作分离区的多孔层被从键合衬底叠层的侧表面热氧化以使多孔层的体积膨胀并分离衬底，或用作分离区的多孔层被从键合衬底叠层的侧表面选择性地腐蚀以分离衬底。多孔硅在1956年由正在研究半导体的电抛光的Uhlir等人发现(见Uhlir，Bell Syst.Tech.J.，vol.35，333(1956))。借助于在HF溶液中对硅衬底进行阳极氧化，能够制作多孔硅。Unagami等人研究了阳极氧化时硅的溶解反应并报道，空穴对于硅在HF溶液中的阳极氧化反应是必须的，且反应如下(见T.Unagami，J.Electrochem.Soc.，vol.127，476(1980))。或其中e+和e-分别表示空穴和电子，n和λ是溶解一个Si原子所需的空穴数。据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离复合元件（３０）的方法，在此复合元件的结构中，内部具有分离层（１２）的第一元件（１０）与第二元件（２０）紧密接触，此方法的特征是所述复合元件（３０）具有突出部分，所述第一元件（１０）的外边沿在此处突出到所述第二元件（２０）的外边 沿外面，且所述方法包含从所述突出部分开始分离所述复合元件（３０），然后在所述分离层（１２）处将所述复合元件（３０）分离成二个元件（１０′，２０′）的分离步骤（图１Ｄ，图１Ｅ）。

【技术特征摘要】
JP 1999-2-2 025484/19991.一种分离复合元件(30)的方法，在此复合元件的结构中，内部具有分离层(12)的第一元件(10)与第二元件(20)紧密接触，此方法的特征是所述复合元件(30)具有突出部分，所述第一元件(10)的外边沿在此处突出到所述第二元件(20)的外边沿外面，且所述方法包含从所述突出部分开始分离所述复合元件(30)，然后在所述分离层(12)处将所述复合元件(30)分离成二个元件(10′，20′)的分离步骤(图1D，图1E)。2.根据权利要求1的方法，其特征是，所述第一元件(10)的主表面具有与所述第二元件(20)的主表面相同的形状，且所述复合元件(30)的结构中，所述第一元件(10)的主表面与所述第二元件(20)的主表面，在彼此偏离中心位置的情况下紧密接触。3.根据权利要求1的方法，其特征是，所述第二元件(20)的主表面小于所述第一元件(10)的主表面，且所述复合元件(30)的结构中，所述第一元件(10)的主表面与所述第二元件(20)的主表面紧密接触。4.根据权利要求1-3中的任何一个的方法，其特征是分离步骤(图1D，图1E)包含对所述突出部分进行处理以形成分离开始部分(40)的预分离步骤(图1D)；以及从所述分离开始部分(40)开始分离所述复合元件(30)，然后基本上仅仅击破所述分离层(12)，以便在所述分离层(12)处将所述复合元件(30)分离成二个元件(10′，20′)的主分离步骤(图1E)。5.一种使内部具有分离层(12)的第一元件(10)与第二元件(20)紧密接触，以便制造具有突出部分的复合元件(30)的方法，所述第一元件(10)的外边沿在此突出部分处突出到所述第二元件(20)的外边沿外面。6.一种将第一元件(10)表面上的转移层(13，14)转移到第二元件(20)的方法，其特征是包含将具有内部分离层(12)和所述分离层上的所述转移层(13，14)的第一元件(10)与第二元件(20)紧密接触以制备其中所述第一元件(10)的外边沿突出到所述第二元件(20)的外边沿外面的复合元件(30)的准备步骤(图1A-1C)；以及从所述突出部分开始分离所述复合元件(30)，并在所述分离层(12)处将所述复合元件(30)分离成二个元件(10′，20′)，从而将所述第一元件(10)的所述转移层(13，14)转移到所述第二元件(20)的分离步骤(图1D，图1E)。7.一种将键合衬底叠层(30)分离成二个衬底(10′，20′)的分离方法，此键合衬底叠层的结构借助于使具有内部分离层(12)和所述分离层上的所述转移层的第一衬底(10)的转移层与第二衬底(20)紧密接触而形成，此方法的特征是所述键合衬底叠层(30)具有突出部分，所述第一衬底(10)的外边沿在此处突出到所述第二衬底(20)的外边沿外面，且所述分离方法包含从所述突出部分开始分离所述键合衬底叠层(30)，然后在所述分离层(12)处将所述键合衬底叠层(30)分离成二个衬底的分离步骤(图1D，图1E)。8.根据权利要求7的方法，其特征是，所述第一衬底(10)具有与所述第二衬底(20)相同的尺寸，且所述键合衬底叠层(30)的结构中，所述第一衬底(10)与所述第二衬底(20)，在彼此偏离中心位置的情况下紧密接触。9.根据权利要求7的方法，其特征是，所述键合衬底叠层(30)的结构中，所述第一衬底(10)与小于所述第一衬底(10)的所述第二衬底(20)紧密接触。10.根据权利要求7的方法，其特征是，所述第二衬底(20)具有一个定向平面或缺口，且所述键合衬底叠层(30)具有作为所述突出部分的在有所述第二衬底(20)的定向平面或缺口时暴露所述第一衬底(10)的部分。11.根据权利要求7的方法，其特征是，各个所述第一衬底(10)和所述第二衬底(20)具有一个定向平面或缺口，且借助于使所述第一衬底(10)与所述第二衬底(20)彼此紧密接触而不必使所述第一衬底(10)的定向平面或缺口与所述第二衬底(20)的定向平面或缺口一致来制作所述键合衬底叠层(30)，并具有作为所述突出部分的在有所述第二衬底(20)的定向平面或缺口时暴露所述第一衬底(10)的部分。12.一种将具有内部分离层(12)和所述分离层上的所述转移层(13，14)的第一衬底(10)的转移层(13，14)键合到第二衬底(20)，以便制造键合衬底叠层(30)的方法，此键合衬底叠层具有突出部分，所述第一衬底(10)的外边沿在此处突出到所述第二衬底(20)的外边沿外面。13.一种将第一衬底(10)表面上的转移层(13，14)转移到第二衬底(20)的转移方法，其特征是包含将具有内部分离层(12)和所述分离层上的所述转移层(13，14)的所述第一衬底(10)的所述转移层(13，14)键合到所述第二衬底(20)，以便制备键合衬底叠层(30)的准备步骤(图1A-1C)，此键合衬底叠层具有突出部分，所述第一衬底(10)的外边沿在此处突出到所述第二衬底(20)的外边沿外面，以及从所述突出部分开始分离所述键合衬底叠层(30)，然后在所述分离层(12)处分离所述键合衬底叠层(30)，从而将所述第一衬底(10)的所述转移层(13，14)转移到所述第二衬底(20)的分离步骤(图1D，图1E)。14.根据权利要求13的方法，其特征是，准备步骤(图1A-1C)包含将所述第一衬底(10)与尺寸相同的所述第二衬底(20)，在偏离中心位置的情况下彼此紧密接触，以便制备所述键合衬底叠层(30)。15.根据权利要求13的方法，其特征是，准备步骤(图1A-1C)包含将所述第一衬底(10)与小于所述第一衬底(10)的所述第二衬底(20)紧密接触，以便制备所述键合衬底叠层(30)。16.根据权利要求13的方法，其特征是，准备步骤(图1A-1C)包含将所述第一衬底(10)与具有一个定向平面或缺口的所述第二衬底(20)紧密接触，以便制备具有作为所述突出部分的在有所述第二衬底(20)的定向平面或缺口时暴露所述第一衬底(10)的部分的所述键合衬底叠层(30)。17.根据权利要求13的方法，其特征是，准备步骤(图1A-1C)包含制备各具有一个定向平面或缺口的所述第一衬底(10)和所述第二衬底(20)，并使所述第一衬底(10)与所述第二衬底(20)彼此紧密接触而所述第一衬底(10)的定向平面或缺口不必与所述第二衬底(20)的定向平面或缺口一致，以便制备所述键合衬底叠层(30)。18.根据权利要求13的方法，其特征是，分离步骤包含处理所述突出部分以形成分离开始部分(40)的预分离步骤(图1D)；以及从所述分离开始部分(40)开始，分离所述键合衬底叠层(30)，然后基本上仅仅击破所述分离层(12)，以便在所述分离层(12)处将所述键合衬底叠层(30)分离成二个衬底(10′，20′)。19.根据权利要求18的方法，其特征是，预分离步骤(图1D)包含将流体喷射到所述突出部分，以便用流体形成所述分离开始部分(40)。20.根据权利要求18的方法，其特征是，预分离步骤(图1D)包含将楔形元件(210)插入到所述突出部分处的所述第一衬底(10)与所述第二衬底(20)之间的间隙中，以便形成所述分离开始部分(40)。21.根据权利要求18的方法，其特征是，预分离步骤(图1D)包含将振动能量馈送到所述突出部分，以便形成所述分离开始部分(40)。22.根据权利要求18的方法，其特征是，预分离步骤(图1D)包含将所述突出部分浸入流体中，并通过流体将振动能量馈送到所述突出部分，以便形成所述分离开始部分(40)。23.根据权利要求22的方法，其特征是，用水作为流体。24.根据权利要求22的方法，其特征是，用腐蚀剂作为流体。25.根据权利要求18的方法，其特征是，预分离步骤(图1D)包含腐蚀所述突出部分处的所述转移层(13，14)和所述分离层...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳田一隆，近江和明，坂口清文，栗栖裕和，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]