控温注入制造技术

为了降低并均匀化施主衬底（１８）在分离之后（分裂之后）的层的表面粗糙度和厚度的变化，控制施主衬底（１８）在其注入过程中的平均温度在２０℃到１５０℃范围内，且最大温度变化小于３０℃。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用SmartCut 技术通过层转移制造SOI (绝缘体上硅)或SeOI (绝 缘体上半导体)类型结构的方法。在文件US-A-5374564或由A. J. Auberton-Herve等撰写的发表在国际期 干Ij Int Journal of High Speed Electronics and Systems (高速电子器件禾口系统)， vol 10，no 1,2000, ρ 131-146 上的题为"Why can SmartCut change the future of microelectronics ？ ”(SmartCut 为什么能够改变微电子的未来)的文章中，具体描述了 SmartCut 技术的注入的示例。该技术包括以下步骤a)用氢或稀有气体(例如氢和/或氦)类型的轻离子轰击施主衬底(例如由硅制 成)，从而将这些离子以足够的浓度注入到衬底中，通过微穴或小板的形成，被注入的区域 产生了弱化层。b)将施主衬底的所述表面与接收衬底紧密接触(键合)；以及c)在注入区劈开/断裂(fracturing)施主衬底，从而将位于被注入的表面和注 入区之间的衬底部分转移到接收衬底上，从而通过将层从施主衬底转移到接收衬底而得到 SOI型衬底。然而，通过上述转移，被转移的层和施主衬底都呈现出粗糙的表面。文件US-A-6150239描述了一种制造SOI型衬底的方法，其中在一个变形中，包括 以下步骤·在比后面的衬底分裂温度高的温度下，进行源衬底的注入；·将所述源衬底键合到接收衬底上，并通过分裂退火(splitting anealing)在注 入区域断裂。该文件指出，如果在高于450°C的温度下进行注入，则可以降低被破坏的区域的厚 度和断裂后的粗糙度。进一步地，已知要将承受注入的晶片冷却到50°C以下。通常，在注入器(注入设 备)中，晶片被放置在支撑装置(support)上。支撑装置有两种类型。第一种支撑装置用于“批量”型注入器，其中晶片被成批地放置和注入。在该“集 体”型注入中，沿着被旋转驱动的大轮子的边缘放置晶片。因此晶片通过离心力固定在支撑t ο第二种支撑装置用于单独的“单晶片”型注入，其中晶片被单独地连续地放置和注 入。该支撑装置(在单晶片注入器中称为“卡盘”)通常具有突出元件(岛)，晶片局部地 停放在这些突出元件上。晶片通过静电力固定在卡盘上——这就是“静电卡盘”(ESC) —词 的出处。在注入过程中，注入物质的流使晶片温度升高。按照已知的方式，可通过在晶片支 撑装置上流通冷却液来为晶片降温。进一步地，在单晶片注入器中，可在晶片和卡盘之间引 入气体，以在这两个元件之间提供最适宜的导热率，从而进一步改善晶片的冷却。然而，尽管在晶片的注入过程中对晶片进行了冷却，但是对表面粗糙度和转移层厚度不规则的改善仍然有限。可是当采用SmartCut (注入+断裂)技术时，制造出具有尽 量低的表面粗糙度并且尽量均勻的晶片是非常重要的。使转移层的厚度的均勻度的变化最 小也是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种降低并均勻化分离后(断裂后)的表面粗糙度和转移 层厚度变化的解决方案。为达此目的，本专利技术提供了一种将层从施主衬底转移到接收衬底上的方法，其中 施主衬底由例如硅的半导体材料构成，该方法包括a)离子注入步骤，通过用离子束轰击施主衬底的前表面在衬底的预定深度处形成 微穴或小板的层，以在衬底的上部限定将要转移的层；b)键合步骤，将施主衬底的前表面与接收衬底的一个表面键合；以及c)分离步骤，通过在施主衬底上形成的微穴或小板的层处分裂而进行分离，从而 将从施主衬底分离的层转移到接收衬底；所述方法的特征在于在步骤a)中，施主衬底平均温度保持在20°C到150°C范围 内，最大温度变化小于30°C。因此，如下文所详细描述的，通过将施主衬底的温度保持在上述值，显著地改善了 粗糙度和转移层厚度的均勻度。根据本专利技术的一个方面，所述的平均温度范围20°C到150°C，最大温度变化小于 30°C，可通过在注入步骤中将离子束的功率调节到500瓦特(W)，或者更低，优选为300W或 者更低来实现。根据本专利技术的另一方面，在步骤a)中，施主衬底由支撑装置固定，该支撑装置能 够在施主衬底的背面扩散冷却气体，所述冷却气体保持预定的压强。所述冷却气体优选为具有高传热系数的气体，例如氦或氢。所述冷却气体可朝着施主衬底的背面的中心扩散。为了改善衬底的冷却的均勻度，所述冷却气体也可朝着施主衬底的背面的边缘扩散。根据本专利技术的另一方面，在步骤a)中，支撑装置还可包括线路，冷却气体以8°C到 45 °C的范围的温度在该线路中流通。根据本专利技术的又一方面，支撑装置的表面面对施主衬底的背面，在这两个表面之 间冷却气体的流通是平的，即不包括任何沟道、凹槽、轨迹或其他形状可能改变由气体获得 的冷却的均勻度。由此，降低了注入过程中衬底的温度的空间变化。施主衬底是半导体材料，例如硅、锗或硅_锗。附图说明参考附图，通过以下非限制性的描述，本专利技术的特征和优点将更加明显，其中·图1是显示了用于测量注入器所使用的离子束的电流的装置的简化图；·图2是根据本专利技术的一个实施例的用于注入的晶片支撑装置的示意性剖面图； 以及·图3是根据本专利技术的另一实施例的用于注入的晶片支撑装置的示意性剖面图。 具体实施例方式本专利技术适用于任何层转移方法，如SmartCut 技术中那样，所述层转移方法利用 至少一个注入步骤，在施主衬底中注入离子以通过弱化平面的方式限定要转移的层；键合 步骤，将被注入的施主衬底键合到接收衬底上；以及施加步骤，施加分离应力，可在施加热 处理(分裂退火)中进行、和/或机械分离应力，例如在注入的离子集中的层插入刀片、和 /或施加张应力、和/或施加适当功率和频率的超声波或微波。施主衬底或晶片是半导体材料薄片的形式，半导体材料例如为硅。利用已知的设备或注入装置进行离子注入，该设备和注入装置主要包括离子束发 生器，以及注入腔室，半导体晶片在该注入腔室中被从该腔室中固定位置发射的离子束轰 击。一般来说，晶片被放置在可移动支撑装置上从而使得晶片的整个表面被离子束扫描和 /或连续地扫描多个晶片。本专利技术的原理在于降低构成施主衬底的晶片中的平均温度和空间温度变化，同时 离子被注入到所述施主衬底中，这一原理有降低和均勻化分裂后的表面粗糙度以及转移层 的厚度中的变化的作用。然而，已知的冷却方法在该粗糙度和转移层的均勻度方面的效果是有限的。事实 上，尽管这些冷却方法能够降低整体温度，但申请人发现晶片表面的温度是不均勻的。具体 而言，当晶片没有直接停放在支撑装置上，而是停放在例如岛的突出元件上时，支撑装置和 晶片之间存在空腔，这导致在这些空腔处的局部温度升高。申请人认为在温度的均勻度、粗 超度以及转移层厚度均勻度之间存在关系。申请人发现·转移层的厚度取决于注入过程中晶片的温度。因此被注入的晶片的温度均勻性 差导致转移层厚度的均勻性差(空间起伏)。·第一修整(finishing)步骤(RTA)之后转移表面的粗糙度也取决与被注入的晶 片的温度。因此，被注入的晶片的温度均勻性差也导致转移层粗糙度的均勻性差(空间起 伏)。更确切地，申请人确定如果在注入过程中晶片的温度保持在平均温度为20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将层从由半导体材料构成的施主衬底（１８）转移到接收衬底的方法，该方法包括：ａ）离子注入步骤，利用离子束轰击施主衬底（１８）的前表面而在所述衬底的预定深度处形成微穴或小板的层，该微穴或小板的层在该衬底上部限定了将被转移的层；ｂ）键合步骤，将施主衬底的前表面与接收衬底的一个表面键合；以及ｃ）分离步骤，通过在施主衬底中形成的微穴或小板的层处进行分裂，从而将该分离的层从施主衬底转移到接收衬底；所述方法的特征在于在步骤ａ）中，施主衬底（１８）的平均温度保持在２０℃到１５０℃范围内，且最大温度变化小于３０℃。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B斯卡弗利耶罗，N苯默罕默德，S卡泰，
申请(专利权)人：SOITEC绝缘体上硅技术公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]