薄膜制造方法技术

本发明专利技术是有关于一种薄膜制造方法，其包括下列步骤：提供原始基板；形成蚀刻停止薄膜层于原始基板上；形成牺牲层于蚀刻停止薄膜层上；植入气体离子，以形成离子分布浓度高峰层并界定出有效转移薄膜层及剩余层；以及分离有效转移薄膜层及剩余层。可通过控制牺牲层的厚度，进而有效控制有效转移薄膜层的厚度。此外，也可使有效转移薄膜层厚度均匀，并且达到纳米等级的厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是涉及一种在基板上合成薄膜的 制造方法。
技术介绍
硅晶绝缘体(Silicon On Insulator, SOI)主要是在硅晶圓下设置绝缘 层，用以避免电气效应并且可降低耗电量以减少电流的损失，此外硅晶绝 缘体也可加快集成电路(Integrated Circuit, IC)的处理速度。石圭晶绝缘 体可应用在需要低耗电量的装置上，如行动电话、手表等，为了能充分发 挥硅晶绝缘体可高速作业的特点，目前也积极朝高频集成电路应用发展。而硅晶绝缘体亦有各种不同的制造方法，将分别描述如后。 一九八八年 美国的马舒拉(Dr. W. Maszara)利用一蚀刻停止层(Etch Stop Layer),制 造具微米等级薄膜厚度的键合背蚀式硅晶绝缘体(Bonding Etch-Back Silicon on Insulator, BES0I)。然而由于蚀刻停止层在晶圓上各点的停 止蚀刻的工作时间不一，因此会影响键合背蚀式硅晶绝缘体上薄膜的膜厚 均匀度(Total Thickness Variation, TTV)。此外，4建合背蚀式石圭晶绝全彖 体的制程十分费时，而且所产生的废弃溶液也易造成环境污染问题，并使 得制造成本居高不下。同一时期，国际商业机器公司(IBM)应用氧离子直接植入法 (Separation by Implantation Oxygen, SIMOX)制造硅晶绝缘体，由于氧 离子直接植入法所制造的硅晶绝缘体具有良好的薄膜的膜厚均勻度，因此 也使得键合背蚀式硅晶绝缘体在制造高度集成电路领域的应用几乎被淘 汰。一九九二年，法国的布鲁尔(Dr. M， Bruel)专利技术一种，即 「智切法」(Smart Cut Process)。智切法可成功地由基板切下具有次凝: 米等级薄膜厚度的薄膜，并将薄膜转移到另一基板上。智切法能使键合背 蚀式硅晶绝缘体上薄膜的薄膜厚度具有和利用氧离子直接植入法所制造的 薄膜一样良好的膜厚均匀度。如美国专利第5， 374， 564号所揭露的制造半导体材料薄膜的方法，其在 原始基板中植入高剂量离子如氢或钝气等气体离子，并产生一离子层，然后 再将原始基板与目标基板键合成一体后，通过加热处理使离子在离子层中 聚合，并产生许多的微气泡(microbubbles)。而微气泡会逐渐连成一片，进而使部份的原始基板上下分离，而被分离的原始基板即被转移至目标基板 上，藉此在目标基板上形成薄膜。智切法所得的薄膜的膜厚均匀度十分良 好，而且薄膜的缺陷密度小，在制造过程中也不会产生腐蚀液，所逸出的 气体也无毒无害，因此没有环境污染问题，而且原始基板也还可以回收再 次使用。无论是智切法或是氧离子直接植入法皆以离子植入的能量来控制离子 植入的深度，进而控制硅晶绝缘体上薄膜的膜厚。然而，因为智切法中所 使用的氢离子质量过低，所以即使降低离子植入的能量，离子植入的深度 仍不易缩减至纳米等级，因此难以产生良好离子分布的浅层布植，并制造 厚度均匀的薄膜。而且利用智切法将薄膜转移至目标基板后，仍须以化学 抛光方式或氧化蚀刻方式使薄膜的厚度减薄至纳米等级。但如此一来，会 使得在大面积晶圓中薄膜转移后的薄膜厚度的准确度及均匀度良率都将大 幅降低。即使氧离子直接植入法是使用具有较重质量的氧离子布植，可产生良 好离子分布的浅层布植，并制作出超薄的硅晶绝缘体薄膜。但是在半导体 制程进入纳米等级要求下，氧离子直接植入法所产生的缺陷，特别是因植 入氧离子所产生的氧析出物，会危害元件的制程良率。又为了使智切法达到良好纳米等级的厚度，如美国专利第5, 882, 987 号揭露的一种以智切法制造半导体材料薄膜的方法，其通过在目标硅基板 上生长一蚀刻停止层(Etch Stop Layer),然后再生长一超薄单晶硅层在蚀 刻停止层上，并利用智切法将连同部份在蚀刻停止层下多余的硅一同自目 标硅基板上切下，并转移至一 目标基板。之后将目标基板表面作表面蚀刻，并将蚀刻停止层上多余的硅移除，而使得目标基板上剩下超薄单晶硅层和蚀刻停止层，并再利用制造键合背蚀 式硅晶绝缘体的方法，制作出超薄的硅晶绝缘体晶圆片，但仍会产生膜厚 不均匀的缺点。综合以上所述，以智切法制作硅晶绝缘体会因为氢离子质量轻，所以 不容易制作良好离子分布的浅层布植，进而造成转移后的薄膜厚度难以达 到纳米等级的需求。此外，转移后的薄膜的薄膜厚度又需进一步的减薄步 骤，才可达到纳米等级的薄膜厚度，因此会使得薄膜厚度的准确度及均匀 度都大幅降低。又因为蚀刻停止层与薄膜间的晶体晶格匹配度会影响薄膜 的品质，因此也会产生产品良率下降的问题。由此可见，上述现有的在方法与使用上，显然仍存在有 不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂 商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展 完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业5者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的，实属当前重 要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类 产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极 加以研究创新，以期创设一种新的，能够改进一般现有的薄 膜制造方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及 改进后，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，克服现有的存在的缺陷，而提 供一种新的，所要解决的技术问题是使其通过将牺牲层设置 于蚀刻停止薄膜层上，并控制牺牲层的厚度及离子布植的能量，以使得所 布植的离子可界定出极薄的有效转移薄膜层，以达到纳米等级的膜厚。此 外，由于牺牲层具有类似过滤的功能，可过滤掉所布植的离子中的杂质离 子，因此可使用较简易的离子布植装置，能制造出纳米等级且厚度均匀的 薄膜。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的薄膜制，方法,,其包括下列步骤提供一原始基板(Primary成至少一牺牲层于蚀刻停止薄膜层上；植入气体离子，其利用一离子布植 (Ion Implantation)技术，由牺^^tiA^气体离子并穿越蚀刻停止薄膜层，并 在原始基板内形成一 离子分布浓度高峰层以界定出 一有效转移薄膜层及一 剩余层；以及分离有效转移薄膜层与剩余层，其是通过一输入能量处理使 植入的离子聚合化(Polymerized)而使其分离。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的，其中所述的原始基板的材质为第四族材料、三 五族材料或二六族材料。前述的，其中所述的原始1^^;一硅基板、 一锗基板、一 碳化硅基板、 一砷化镓基板、 一磷化铟基板、 一磷化镓基板、 一氮化铝基 板、 一氮化镓基板或一硫化物基板。前述的，其中所述的牺牲层进一步包括一移除牺牲层步 骤，其通过一蚀刻处理、 一化学溶液蚀刻处理或一离子电浆蚀刻处理移除 该牺牲层。前述的，其中所述的蚀刻停止薄膜层为一绝缘层。 前述的，其中所述的蚀刻停止薄膜层的材质为氧化物材 质、氮化物材质或碳基钻石材质。物理气相沉积技术、 一分子束磊晶成长技术、 一液相磊晶成长技术或一气 相磊晶成长技术所形成。前述的，其中所述的牺牲层为一非晶硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜制造方法，其特征在于其包括以下步骤：　提供一原始基板；　形成一蚀刻停止薄膜层于该原始基板上；　形成至少一牺牲层于该蚀刻停止薄膜层上；　植入气体离子，其利用一离子布植技术，由该牺牲层植入气体离子并穿越该蚀刻停止 薄膜层，并在该原始基板内形成一离子分布浓度高峰层以界定出一有效转移薄膜层及一剩余层；以及　分离该有效转移薄膜层与该剩余层，其通过一输入能量处理使植入的离子聚合化而使其分离。

【技术特征摘要】
1、一种薄膜制造方法，其特征在于其包括以下步骤提供一原始基板；形成一蚀刻停止薄膜层于该原始基板上；形成至少一牺牲层于该蚀刻停止薄膜层上；植入气体离子，其利用一离子布植技术，由该牺牲层植入气体离子并穿越该蚀刻停止薄膜层，并在该原始基板内形成一离子分布浓度高峰层以界定出一有效转移薄膜层及一剩余层；以及分离该有效转移薄膜层与该剩余层，其通过一输入能量处理使植入的离子聚合化而使其分离。2、 根据权利要求l所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的原始 基板的材质为第四族材料、三五族材料或二六族材料。3、 根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的原始 基板为一硅基板、 一锗基板、 一碳化硅基板、 一砷化镓基板、 一磷化铟基 板、 一磷化镓基板、 一氮化铝基板、 一氮化镓基板或一硫化物基板。4、 根据权利要求l所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲 层进一步包括一移除牺牲层步骤，其通过一蚀刻处理、 一化学溶液蚀刻处 理或一 离子电浆蚀刻处理移除该牺牲层。5、 根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的蚀刻 停止薄膜层为一绝缘层。6、 根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的蚀刻 停止薄膜层的材质为氧化物材质、氮化物材质或碳基钻石材质。7、 根据权利要求l所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲 层利用一化学气相沉积技术、 一物理气相沉积技术、 一分子束磊晶成长技 术、 一液相蟲晶成长4支术或一气相磊晶成长4支术所形成。8、 根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲 层为一非晶硅、 一多晶硅、 一单晶硅、氧化硅层或二氧化硅层。9、 根据权利要求l所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲 层为二层以上时，每一该牺牲层的组成元素为相同或不同。10、 根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中进一步包 括一晶圆键合步骤，其将该牺牲层与一 目标基板键合。11、 根据权利要求IO所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶 圆键合步骤进一步包括一表面离子化处理。12、 根据权利要求IO所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶 圓键合步骤进一步包括一预热步骤。13、 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天锡，黄敬涵，张朝喨，杨耀渝，
申请(专利权)人：李天锡，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]