用于制备多层式晶体结构的方法技术

本发明专利技术一般而言涉及用于制造多层式晶体结构的方法。所述方法包括将离子注入到供体结构中，将经注入的供体结构接合到第二结构以形成接合结构，劈裂所述接合结构，以及从完成的多层式晶体结构去除所述供体结构的任何残留部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般而言涉及多层式晶体结构的制备方法。
技术介绍
包括诸如硅锗或蓝宝石层的具有器件质量表面的器件层和具有与器件层的材料不同的晶格结构的硅衬底的多层式结构被用于各种不同目的。这些多层式结构典型包括具有不同热膨胀系数的多个材料层。然而，在制造这样的结构期间，在多层式结构被加热时，不同的热膨胀率在多层式结构中可产生极大的应力，这会使器件层或衬底破裂。这一点严重限制了这些不同类的对在制造期间可被暴露到的最大温度。包括接合到衬底的器件质量层(device quality layer)的多层式结构可以多种方式制造。例如，在一种方法中，可以通过直接层转移而形成多层式结构。在该方法中，注入的晶片被直接接合到衬底，经受低温退火，并进行热和/或机械劈裂(cleave)以在衬底表面上产生薄但却粗糙的层。该粗糙层然后必须被平滑化。可以在相对低的温度下使用化学机械抛光步骤实现某种程度的平滑化。然而，化学机械抛光通常不适合于获得当前技术状态的多层式结构所需的均匀性，因而是不希望的。还可以使用热方法来减薄和平滑化晶片表面；然而，虽然热方法容易实现膜目标厚度、均匀性以及平滑度，但却需要晶片被加热到高温，因此这会因上述应力而损害膜的结晶性。可以制造或制备这样的多层式结构并解决平滑化问题的另一方法包括将绝缘体上硅晶片接合到异类衬底并对二者进行低温接合强化退火(参见例如D. V. Singh, L. Shi, K.ff. Guarni, P. M. Mooney, S. J. Koester 和 A. Grill 白勺“Electronic Materialslol. 32, no. 11,Pg. 1339,2003)。然后，可以将处理晶片(handle wafer)研磨或向下蚀刻到BOX层，并通过氢氟酸蚀刻去除BOX层。暴露的硅层表面从而具有与初始绝缘体上硅晶片相同的厚度，并且最终暴露的表面具有与经抛光的表面相似的粗糙度而不需要化学机械抛光或热步骤。然而，以该方式制备的多层式结构并非没有问题。例如，由于整个处理晶片必须被研磨或蚀刻掉，该方法变得费时且昂贵。
技术实现思路
因而，简要地，本专利技术涉及一种。所述方法包括将选自氢、氦及其组合的离子注入到供体(donor)结构中。所述供体结构包括中心轴和器件层，所述器件层具有与所述中心轴大致垂直的注入表面和器件表面以及沿轴方向从所述器件层的所述注入表面延伸到所述器件表面的平均厚度t。所述供体结构还包括处理层以及中间层，所述中间层沿所述供体结构的所述中心轴位于所述器件表面与所述处理层之间。所述离子通过所述注入表面而在所述供体结构中被注入到注入深度Dl以在注入的供体结构中形成损伤层，所述注入深度Dl大于所述器件层的厚度t，所述损伤层大致垂直于所述轴并位于所述中间层中和/或所述处理层中。所述方法还包括将所述注入的供体结构接合到第二结构以形成接合结构；沿所述损伤层劈裂所述供体结构以形成包括所述第二结构、所述器件层以及残留材料(residual material)的多层式晶体结构,所述残留材料至少包括所述中间层的一部分和可选地所述处理层的一部分；以及从所述多层式晶体结构去除所述残留材料。在另一方面，本专利技术涉及一种用于制备多层式微电子器件的方法。所述方法包括提供微电子器件并将所述微电子器件接合到通过上述方法形成的所述多层式晶体结构。本专利技术的其他目的和特征将在下文中部分地明显且被部分地指出。附图说明图1A为供体结构10的截面示意图，该供体结构10包括器件层14、处理层20以及中间层22。处理层20中的虚线24表示存在于其中的损伤层24。图1B为在与IA的供体结构接合之前的第二结构26的截面示意图。图2为通过使供体结构(图1A中示例)的器件层14的表面与第二结构26 (图1B 中示例)的表面接触而产生的接合结构30的截面示意图。图3为示例了沿处理层20中的损伤层24的接合结构30的分离和由此的器件层 14、中间层22以及可选地存在于其上的处理层20的残留部分(residual portion)40向第二结构26的转移的截面示意图。 图4为本专利技术的多层式晶体结构42的截面示意图。在附图中，对应参考标号指示对应的部分。具体实施方式根据本专利技术，发现了用于制造多层式晶体结构的改善的方法。更具体而言，发现了使用层转移和化学蚀刻技术提供用于更有效地制造多层式晶体结构的改善的方法。根据本专利技术，供体结构可以为通常至少包括器件层、处理晶片以及设置在器件层与处理晶片之间的中间层的任何结构。有利地，供体结构的处理晶片可以被反复利用多次。为了本文中示例的目的，供体结构为绝缘体上硅结构。应注意，在本专利技术的示例性实施例中用于供体结构的绝缘体上硅结构是通过公知方法形成的。这样的方法包括例如通过如下的SOI形成氧注入(Simox)、将半导体晶片接合到氧化的处理层(handle)并研磨/蚀刻掉半导体晶片的一部分(BES0I)、或在序列号为 2007/0041566和2007/0117350的美国专利申请公开中描述的接合和层转移技术，通过引用将其整个内容并入到本文中以用于所有目的。优选地，本专利技术的方法利用晶片接合和层转移技术制备供体结构。因此，本专利技术将在这些技术的上下文中被更详细地阐明。然而，应理解，这是为了示例的目的，不应被视为限制性的。还应理解，在本专利技术的实施中，这些技术可以适当地使用本领域中公知的各种装置和工艺条件实施，并且在某些情况下，可以被略去或与其他技术和条件组合而不背离本专利技术的范围。1.多层式晶体结构的形成本专利技术的多层式晶体结构可以通过如下步骤制备将离子注入到包括器件层、 处理层和中间层的供体结构中，将供体结构接合到第二结构以形成接合结构(bonded structure)，从保持接合到第二结构的器件层劈裂处理层的全部或一部分和可选的中间层的一部分，以及可选地从器件层蚀刻剩余的处理层和/或中间层的一部分或全部，由此暴露器件层。在一个实施例中，第一结构(本文中称为“供体结构”)为SOI结构，第二结构为蓝宝石晶片。供体结构提供用于最终的多层式晶体结构的器件层。下文中，其他衬底将称为“第二结构”。第二结构可以由蓝宝石、石英晶体、碳化硅、硅或玻璃构成。在一个替代实施例中， 在将供体结构接合到第二结构之前，在供体结构和第二结构中的至少一者上设置一定量的接合层。A.供体结构现在参考图1A，供体结构10包括中心轴12和器件层14，其中器件层14包括注入表面16和器件表面18。注入表面16和器件表面18通常垂直于中心轴12。平均厚度t沿轴方向从器件层14的注入表面16延伸到器件表面18。供体结构10还包括处理层20和中间层22，该中间层22沿供体结构10的中心轴12位于器件表面18和处理层20之间。器件层包括适用于微电子或光伏器件的制造的任何材料。器件层典型包括选自硅、碳化硅、蓝宝石、锗、硅锗、氮化镓、氮化铝或其任何组合的材料。在一个优选实施例中， 器件层包括娃。通常，器件层具有适合于制造微电子和光伏器件的平均厚度t ;然而，器件层可以具有大于典型使用的厚度的厚度而不背离本专利技术的范围。通常，器件层具有至少约20nm，典型地至少约90nm的平均厚度t，并可以具有从约20nm到约50 0nm的厚度t。中间层可以为能够附接到器件层和处理层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.30 US 61/290,9611.一种用于制备多层式晶体结构的方法，所述方法包括将选自氢、氦及其组合的离子注入到供体结构中，其中所述供体结构包括中心轴、器件层、处理层以及中间层，所述器件层具有与所述中心轴大致垂直的注入表面和器件表面以及沿轴方向从所述器件层的所述注入表面延伸到所述器件表面的平均厚度t，所述中间层沿所述供体结构的所述中心轴位于所述器件表面与所述处理层之间，其中所述离子通过所述注入表面而被注入到所述供体结构中至注入深度Dl以在注入的供体结构中形成损伤层，所述注入深度Dl大于所述器件层的厚度t，所述损伤层大致垂直于所述轴并位于所述中间层中和/或所述处理层中；将所述注入的供体结构接合到第二结构以形成接合结构；沿所述损伤层劈裂所述供体结构以形成包括所述第二结构、所述器件层以及残留材料的多层式晶体结构，所述残留材料至少包括所述中间层的一部分和可选地所述处理层的一部分；以及从所述多层式晶体结构去除所述残留材料。2.根据权利要求1的方法，其中，使用至少约IOkeV的注入能量注入所述离子。3.根据权利要求1的方法，其中，使用至少约SOkeV的注入能量注入所述离子。4.根据权利要求1的方法，其中，使用高至120keV的注入能量注入所述离子。5.根据权利要求1的方法，其中，至少约IxlO16离子/cm2被注入到所述供体结构中。6.根据权利要求1的方法，其中，至少约2xl016离子/cm2被注入到所述供体结构中。7.根据权利要求1的方法，其中，至少约IxlO17离子/cm2被注入到所述供体结构中。8.根据权利要求1的方法，其中，至少约2xl017离子/cm2被注入到所述供体结构中。9.根据权利要求1的方法，还包括热处理所述注入的供体结构以开始劈裂面的形成。10.根据权利要求9的方法，其中，热处理所述注入的供体结构包括将所述注入的供体结构加热到从约150°C到约300°C的温度，持续时长为从约I小时到约100小...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·维特，J·L·利伯特，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：
国别省市：