用于分子结合的表面处理制造技术

本发明专利技术提供一种通过分子结合将第一衬底（２１０）结合在第二衬底（２２０）上的方法，所述方法包括下列步骤：在所述第一衬底（２１０）的结合面（２１０ａ）上形成绝缘体层（２１２）；将所述绝缘体层（２１２）化学－机械抛光；通过等离子体处理而活化所述第二衬底（２２０）的结合表面；和通过分子结合将所述两个衬底（２１０，２２０）结合在一起，所述方法的特征在于，它还包括：在所述化学－机械抛光步骤之后并且在所述结合步骤之前，蚀刻在所述第一衬底上形成的所述绝缘体层（２１２）的表面（２１２ａ）的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分子结合的表面处理
和现有技术本专利技术涉及通过分子结合将晶片或衬底组装在一起的领域。更准确地，本专利技术涉及使用分子结合来提供两个衬底之间的粘合，所述两个衬底中的至少一个特别由于整体地或部分地制成的部件、电路、图案化等的存在而表现出结构化即非平面的结合表面。这样的衬底称为“图案化衬底”或称为“结构化晶片”。本专利技术可以获得与任何衬底表面的粘合， 所述表面需要被抛光(例如，在组装体形成嵌入绝缘体以后沉积绝缘体层以后)并且不适于暴露于高固结温度(例如当使用Smart Cut技术进行转移或当形成异质结构时所应用的)。图IA至IE显示如何通过利用分子结合致使初始衬底110粘附在最终衬底或支持衬底120上而制成异质结构体。如图IA中所示，初始衬底110包括在其粘合表面IlOa上的多个电路Illa至llld。在熟知的方式中，通过分子结合的粘合(称为“直接晶片结合”或“熔融结合”)是这样的技术用于将表现出完美平面(“镜面抛光”)的表面的两个衬底结合在一起，并且不应用任何粘合剂(胶，焊料等)。结合典型通过对已经被紧密接触放置的两个衬底局部施加轻的压力而开始。结合波(bonding wave)然后在若干秒内在衬底的整个延伸部分上传播。为了使得能够将初始衬底110放置得在支持衬底120上紧密接触，在第一衬底的表面IlOa上沉积氧化物层112，例如四乙氧基正硅烷(TEOS)的层(附图说明图1B)。然而，如图IB中所示，沉积的氧化物层遵循在表面IlOa上存在的部件Illa至Illd的凹凸形貌(relief)。 然后通过化学-机械抛光(CMP)将氧化物层112抛光(图1C)。然后将以此方式抛光的层 112的表面11 清洁，干燥和洗涤(例如，在称为“洗涤器”的设备中)，从而得到与分子结合相容的表面状态。而且，将支持衬底覆盖在热氧化物层121中，所述热氧化物层121例如通过氧化衬底的表面而形成，从而促进与沉积在初始衬底上的氧化物层112的分子结合(图1B)。在已经形成热氧化物层121以后，将其表面121a加工用于结合。用于加工表面121a的处理取决于期望获得的结合能而变化。如果期望获得标准水平的结合能，即相对弱的水平，则可以通过进行化学-机械抛光，随后通过清洁而对表面121a进行加工。另外，如果期望在两个衬底之间获得强的结合能，则对表面121a的加工包括RCA型清洁(即，适于移除粒子和烃的SCl (NH4OH, H2O2，H2O)的浴和适于移除金属污染物的SC2 (HCl, H2O2，H2O)的浴的组合)， 等离子体表面活化，另外的清洁，以及随后的洗涤。一旦表面11 和121a已经准备好，就将它们紧密接触放置并且对两个衬底中的一个施加压力，以在处于接触的表面之间开始结合波的传播(图1D)。随后通过在近似位于 300°C至400°C范围内的温度进行热退火来增强结合。然后通过使初始衬底110变薄以形成转移层113来继续制备异质结构体。最后， 对该结构体进行边缘轧制操作(edge roll-off operation)以移除在转移层113的外围存在的倒棱或滴部(drops)。因而，如在图IE中所示，得到包括支持衬底120和转移层113的异质结构体100。然而，这样的异质结构体暴露于在转移层和支持衬底之间的结合界面上的剥离问题，特别是在边缘轧制的过程中。更精确地，剥离问题对应于在层的周边附近中的某些区域中的转移层分层。由于倒棱或滴部的存在，结合能在层的结合部附近更弱。从而，在这样的部位可以导致剥离，从而层在其与支持衬底的结合界面处部分分离。如上所述，通过增强分子结合能，例如通过支持衬底的结合表面的等离子体活化， 可以限制此剥离现象。然而，尽管增强结合能使得能够限制剥离问题，但是在转移层观察到缺陷如边缘空隙。边缘空隙是由结合导致的缺陷并且典型地在最终结构体(通常，处于圆形晶片的形式)的周边观察到的缺陷。这样的边缘空隙是在转移层中或在结合界面处的孔或气泡(例如，具有约10微米(ym)至250μπι的直径)并且对应于没有转移到支持衬底的初始衬底的区域。边缘空隙通常出现在支持衬底(圆形晶片)上的薄层结构的边缘(周边区域)处。 它们位于距离晶片的边缘典型在1毫米(mm)至6mm的范围内的距离处。因而边缘空隙是与在晶片边缘的弱的结合相关的宏观缺陷。它们构成破坏性的缺陷，因为在存在这种空隙的尺寸的情况下，位于至少一个边缘空隙处的电子部件毫无疑问是有缺陷的。图2非常概略性显示了在结合并热处理以增强结合以后的结构体10，其中已经对组装在一起的衬底的结合表面中的至少一个进行了化学-机械抛光。在本专利技术的上下文中，如在图2中所示，观察到边缘空隙型缺陷与“标准”边缘空隙11相比包含缺陷12，缺陷12存在于晶片的周边并且似乎在由抛光步骤导致的缺陷(例如，微-擦痕)上排列。然而，这些缺陷在结合以后不可直接观察到并且它们还可能在用于增强结合界面的热处理步骤以后变得明显。已经提出了用于减少在两个衬底的分子结合过程中出现的边缘空隙型缺陷的方法。文献US 2007/0119812提出了一种这样的方法，所述方法包括通过加热或通过粗糙化，以控制(并且具体地，减慢)结合波的传播速度的方式改变用于组装的两个衬底中的至少一个的表面状态。专利技术概述本专利技术的目的之一是通过提出能够在两个衬底之间获得良好的分子结合的方案来抵消上述缺点，所述两个衬底中的至少一个已经进行化学-机械抛光，以及在限制缺陷出现并且具体地限制边缘空隙型缺陷出现的同时进行所述方案。为此目的，本专利技术提出一种通过分子结合将第一衬底结合在第二衬底上的方法， 所述方法包括下列步骤在所述第一衬底的结合面上形成绝缘体(例如，氧化物)的层；将所述绝缘体层化学-机械抛光；通过等离子体处理活化所述第二衬底的结合表面；和通过分子结合将所述两个衬底结合在一起，在所述方法中，在所述化学-机械抛光步骤之后并且在所述结合步骤之前，根据本专利技术进行蚀刻在所述第一衬底上形成的所述绝缘体层的表面的步骤。通过消除大部分缺陷或通过将由化学-机械抛光导致的缺陷(擦痕，粒子等)的影响最小化，和/或通过改变它们的形貌，这种蚀刻步骤起到了减少或消除在分子结合工艺过程中可能位于结合波的传播路径上的障碍的作用，从而非常显著地减少乃至消除了边缘空隙型缺陷的出现。从而，在此传播的最后，在已经进入接触的衬底的整个表面上得到了连续的结合界面。这避免了使用现有技术进行结合或增强所述结合以后通常观察到的边缘空隙型缺陷的出现。在蚀刻过程中移除的绝缘层的厚度为至少20埃(人)，并且优选至少5()入，例如位于 100 A至300 A的范围内。在本专利技术的一个方面中，所述方法还包括使用等离子体处理活化在所述第一衬底上形成的所述绝缘体层的表面，所述活化在蚀刻绝缘体层的所述表面的步骤之后进行。在本专利技术的另一个方面中，所述方法还包括在所述蚀刻在所述第一衬底上形成的绝缘体层的表面的步骤以后，在经蚀刻的绝缘体层的所述表面上沉积薄的氧化物层，可以随后通过等离子体处理进行所述薄的氧化物层的表面的活化。蚀刻可以具体地使用SCl溶液(含有1体积的氢氧化铵(NH4OH)，5至22体积的过氧化氢(H2O2)和5体积的去离子水(H2O)的混合物)在70°C的温度进行至少5分钟的持续时间，或代替地，使用氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种通过分子结合将第一衬底（２１０）结合在第二衬底（２２０）上的方法，所述方法包括下列步骤：·在所述第一衬底（２１０）的结合面（２１０ａ）上形成绝缘体层（２１２）；·将所述绝缘体层（２１２）化学－机械抛光；·通过等离子体处理而活化所述第二衬底（２２０）的结合表面；和·通过分子结合将所述两个衬底（２１０，２２０）结合在一起，所述方法的特征在于，它还包括：在所述化学－机械抛光步骤之后并且在所述结合步骤之前，蚀刻在所述第一衬底上形成的所述绝缘体层（２１２）的表面（２１２ａ）的步骤。

【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：阿诺·卡斯泰，
申请(专利权)人：SOI技术硅绝缘体技术公司，
类型：发明
国别省市：FR