在具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)的氣體的氛圍中的接合方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種直接接合兩個(gè)基板的方法，至少包括：(a)使所述基板的待接合表面緊密接觸；和(b)在所述基板之間傳播接合波，其特征在于，在步驟(b)期間將所述基板維持在使在氛圍的溫度和壓力下具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)的氣體的所述氛圍中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】在具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)的氣體的氛圍中的接合方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及直接接合領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明的主題是一種通過(guò)分子粘合來(lái)接合 兩個(gè)基板的新方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 材料的直接接合（晶圓鍵合），也不準(zhǔn)確地稱(chēng)為"分子鍵合"，是用于制造材料的組 合的熟知技術(shù)，特別是在微電子領(lǐng)域。直接接合尤其出現(xiàn)在用于制造多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)（也 被稱(chēng)為"復(fù)合結(jié)構(gòu)"或"多層半導(dǎo)體晶圓"）的技術(shù)中，例如，在Smart Cut"型技術(shù)中，其將 供體基板的薄層轉(zhuǎn)移到接收基板上，通過(guò)分子粘合將所述薄層與該接收基板整合。
[0003] 一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)將輕機(jī)械壓力局部施加在發(fā)生接觸的基板來(lái)引起直接接合。該壓 力的目的是使兩種材料的距離足夠短，W使吸引力（范德華（Van der Waals)力、氨鍵、甚 至共價(jià)鍵）可建立在待接合的兩個(gè)表面的原子或分子之間。然后，接合前緣從起始點(diǎn)傳播 至表面的整個(gè)范圍，W達(dá)到緊密接合兩個(gè)基板的效果。然而，壓力點(diǎn)的應(yīng)用并不是強(qiáng)制性 的。使兩個(gè)足夠平坦的表面簡(jiǎn)單接觸并在更長(zhǎng)或更短的時(shí)間后，即可足W自發(fā)地引起接合 前緣的傳播。
[0004] 關(guān)于該接合前緣及決定其速度的參數(shù)的研究特別在出版物化ieutord等人的 Dynamics of a bounding front,化ysical Review Letters,第 94 卷，第 236101 頁(yè)，2005 年中進(jìn)行陳述。該文獻(xiàn)中提及了該前緣的進(jìn)展是兩種對(duì)抗作用的結(jié)果：一方面是趨于傳播 接合區(qū)域的板的粘合能量，W及另一方面是趨于減緩該擴(kuò)展的截留在板之間的氣體的粘性 阻力。
[0005] 為了使用通過(guò)直接接合所形成的多層結(jié)構(gòu)，尤其是在微電子領(lǐng)域中，必須獲得展 示優(yōu)異的品質(zhì)和優(yōu)異的均勻性的接合界面。該是因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)分子粘合來(lái)接合兩個(gè)材料板之 后，通常伴隨減薄接合板之一的一個(gè)或多個(gè)階段，例如通過(guò)機(jī)械/化學(xué)拋光、化學(xué)侵蝕或分 裂，直至僅留下薄膜（通常是從幾微米到幾十納米），結(jié)果是最終薄膜的暴露表面非?？拷?該接合界面。
[0006] 因此，如果一些區(qū)域發(fā)生不良接合，則可在接合之后的各技術(shù)階段（薄化、退火、 組件生產(chǎn)等）期間撕去最后層。
[0007] 令人遺憾的是，通過(guò)分子粘合的接合通常導(dǎo)致缺陷的出現(xiàn)，尤其是"氣泡"型和沿 著接合基板邊緣的"邊緣空隙"型缺陷。術(shù)語(yǔ)"氣泡"理解成指由截留在兩個(gè)基板之間的接 合界面處的氣體和/或水引起的缺陷。術(shù)語(yǔ)"邊緣空隙"理解成指由接合引起的且通常是 在最終結(jié)構(gòu)（通常呈圓形小板的形狀）的外圍觀察到的缺陷。該些缺陷通?？蓮钠鹗键c(diǎn)的 對(duì)面相對(duì)寬的（通常為120° )扇區(qū)觀察，W及在板的中屯、進(jìn)行引發(fā)的情況下從板的整個(gè)外 圍觀察。
[000引該些截留在接合界面、作為接合表面之間的間隔物的顆?；驓馀莸某霈F(xiàn)，可影響 兩個(gè)基板的接合質(zhì)量W及因此被證明對(duì)于通過(guò)分子粘合而接合的結(jié)構(gòu)的有針對(duì)性的應(yīng)用 是特別有害的。
[0009] 而且，就Smart Cut"'型薄層轉(zhuǎn)移技術(shù)的利用而言，已觀察到邊緣空隙缺陷的外觀 在接合回收的供體基板（也就是說(shuō)，該供體基板已用于移除及轉(zhuǎn)移薄層，稱(chēng)為"再生"小板） 的情況下比在接合原供體基板（從未用于回撤及轉(zhuǎn)移薄層，稱(chēng)為"新生"小板）的情況下更 為嚴(yán)重。因此，增加的缺陷存在形成了在薄層轉(zhuǎn)移技術(shù)中使用回收板的障礙。
[0010] 已通過(guò)各種途徑試圖減小該些缺陷的數(shù)量或尺寸。
[0011] 例如，已證實(shí)接合前緣的速度是影響缺陷數(shù)量的因素，而降低該速度可對(duì)缺陷數(shù) 量產(chǎn)生有益效果。為此，已提出各種用于控制該速度的技術(shù)，尤其是通過(guò)處理所述基板中 的一個(gè)和/或另一個(gè)的表面狀態(tài)，尤其是通過(guò)加熱（W02007060145)。為了降低接合前緣的 速度，還提出在接合時(shí)沿接合前緣的起始點(diǎn)的方向噴射氣體射流，可選為熱氣體射流巧P 2936157)。雖然該些處理確實(shí)可使接合速度下降，但也能夠降低粘合能量，從而不利于某些 應(yīng)用。接合前緣的速度與粘合能量之間的關(guān)系例如由化ieutord等人描述值ynamics of a bonding front,化ysical Review Letters,第 94 卷，第 236101 頁(yè)，2005 年）。
[0012] 此外，文獻(xiàn)EP 2 200 077提出在部分真空下實(shí)施使基板緊密接觸的操作，目的是 減小缺陷數(shù)量而不明顯影響粘合能量。然而，該種在部分真空下接合的方法由于固定及對(duì) 準(zhǔn)基板問(wèn)題而難W將常規(guī)設(shè)備用于通過(guò)分子粘合的接合。
[0013] 最后，還可提及文獻(xiàn)EP1 566 830,其提出在制造期間修改板邊緣的配置，尤其是 修改邊緣垂落的曲率。然而，該解決方案顯示需要對(duì)待接合的板進(jìn)行初步機(jī)械操作的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明旨在提供一種減小在直接接合期間所產(chǎn)生的缺陷的數(shù)量，甚至完全避免該 些缺陷形成的新方法。
[0015] 更具體地，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)可通過(guò)在特定的氣體氛圍（在所述氛圍的溫度和壓力 下，具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)）中通過(guò)分子粘合實(shí)施基板接合，來(lái)減小該些缺陷，甚至予W 完全消除該些缺陷。
[0016] 因此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明設(shè)及一種通過(guò)分子粘合來(lái)接合兩個(gè)基板的方法，至少 包括：
[0017] (a)使所述基板的待接合表面緊密接觸；
[0018] 化）在所述基板之間傳播接合前緣；
[0019] 其特征在于，在步驟化）期間將所述基板維持在使在氛圍的溫度和壓力下具有負(fù) 焦耳-湯姆遜系數(shù)的氣體氛圍中。
[0020] 當(dāng)然，可由本領(lǐng)域技術(shù)人員決定在有利于接合邊緣傳播的條件下使用步驟（a)的 兩個(gè)并列基板。
[0021] 例如，關(guān)鍵在于使待接合的兩個(gè)基板接觸持續(xù)足W自發(fā)引發(fā)接合過(guò)程的時(shí)間。
[0022] 根據(jù)特別有利的實(shí)施方式變型，在步驟化）中的接合前緣的傳播可通過(guò)在由兩個(gè) 并列基板所形成的組合件的外表面中的至少一個(gè)上施加至少一個(gè)壓力點(diǎn)來(lái)引發(fā)。施加接觸 力有利于能夠快速觸發(fā)兩個(gè)基板之間的接合過(guò)程。
[0023] 尤其，可在含有本發(fā)明所需的氣體氛圍的密閉室內(nèi)實(shí)施本發(fā)明的方法。
[0024] 根據(jù)【具體實(shí)施方式】，可在本發(fā)明的氣體氛圍中，尤其是使用導(dǎo)入到含有所述氣體 氛圍的室內(nèi)的常規(guī)的直接接合裝置實(shí)施步驟（a)和化）。
[0025] 術(shù)語(yǔ)"使…緊密接觸"應(yīng)理解為意指使待接合表面移動(dòng)至能夠引發(fā)接合的足夠短 的距離，一般移動(dòng)至小于幾納米的距離。
[0026] 術(shù)語(yǔ)"壓力點(diǎn)"也稱(chēng)為"接觸點(diǎn)"，是指表示在并排放置的基板中的至少一個(gè)的曝露 表面上，例如利用施力工具鍵銷(xiāo)"）局部施加接觸力。如上所述，該壓力點(diǎn)將產(chǎn)生從該壓 力點(diǎn)傳播的接合前緣。對(duì)于在兩個(gè)并列表面的中屯、區(qū)域施用壓力點(diǎn)的情況而言，該傳播例 如將是同屯、的。
[0027] 術(shù)語(yǔ)"接合前緣"是指表示從接合的起始點(diǎn)傳播W及對(duì)應(yīng)于吸引力（例如范德華 力）從該起始點(diǎn)擴(kuò)散至兩個(gè)基板之間的緊密接觸的整個(gè)表面的接合前緣或分子粘合前緣。
[0028] 除非另有說(shuō)明，否則在下文中引用"待接合表面"，也稱(chēng)為"第一接合表面"和"第二 接合表面"，來(lái)表示彼此接觸W進(jìn)行接合的兩個(gè)基板的各表面。
[0029] 本發(fā)明的方法在多個(gè)方面是有利的。
[0030] 首先，如W下實(shí)例所說(shuō)明，在通過(guò)分子粘合實(shí)施接合期間使用根據(jù)本發(fā)明的氣體 氛圍可消除沿著接合基板邊緣的邊緣空隙缺陷或氣泡的出現(xiàn)。
[0031] 此外，使用該氣體氛圍不影響接合的有效性，尤其是不影響粘合能量。該在組裝已 施加電路W及無(wú)法經(jīng)受為了增大接合后的粘合能量而隨后進(jìn)行的高溫退火的板的情況下 尤為有利。
[0032] 此外，僅需在接合期間調(diào)整該氛圍的本發(fā)明方法不影響樣品制備步驟，因此可單 獨(dú)地且不相互作用地優(yōu)化該表面處理過(guò)程，W例如可W增大有針對(duì)性的應(yīng)用所要求的粘合 能量。
[0033] 最后，只要可使用慣用的用于通過(guò)分子粘合來(lái)接合表面的設(shè)備，本發(fā)明的方法證 實(shí)特別容易執(zhí)行。尤其，可在大氣壓及環(huán)境溫度的氛圍中實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的接合，其允許使 用基于在支撐物的下方的負(fù)壓力來(lái)固定基板的系統(tǒng)，且可維持通常用于接合機(jī)中的許多對(duì) 準(zhǔn)及控制系統(tǒng)可運(yùn)作。
[0034] 在隨后放大時(shí)，可在生產(chǎn)要求直接接合表面的各種結(jié)構(gòu)時(shí)，尤其是，在用于在 接收基板上形成包括由半導(dǎo)體材料制成的薄層的結(jié)構(gòu)的技術(shù)（如將在下文詳細(xì)描述的 Smart Cut"型技術(shù)）中，實(shí)施本發(fā)明的接合方法。
[0035] 因此，根據(jù)另一方面，本發(fā)明設(shè)及一種在基板上形成包括由半導(dǎo)體材料制成、尤其 是由娃制成的薄層（13)的結(jié)構(gòu)的方法，所述方法至少包括W下步驟：
[0036] (C)獲得包括待轉(zhuǎn)移部分的供體基板（A)，該待轉(zhuǎn)移部分包括至少一個(gè)由所述半 導(dǎo)體材料制成的薄層（13)且呈現(xiàn)第一接合表面（15)，及獲得呈現(xiàn)第二接合表面（15'）的 接收基板做；
[0037] (d)通過(guò)分子粘合使所述第一表面（15)和所述第二表面（15'）接合；W及
[003引 （e)將該供體基板（A)的剩余部分從接合至所述接收基板炬）的所述部分移除，
[0039] 其特征在于步驟（d)根據(jù)如上定義的接合方法執(zhí)行。
[0040] 本發(fā)明方法的其它特性、可替選形式及應(yīng)用將通過(guò)閱讀W下通過(guò)說(shuō)明而非限制方 式給出的敘述、實(shí)例及圖而得W更清晰理解。
[0041] 除非另外說(shuō)明，否則表述"包括一"應(yīng)理解為"包括至少一個(gè)"。
[0042] 氣體氛兩
[0043] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的基板接合是在使在氛圍的溫度和壓力下具有負(fù)焦耳-湯 姆遜系數(shù)，尤其是小于或等于-0. (HK/bar，尤其是小于或等于-0. 05K/bar的氣體氛圍中執(zhí) 行。
[0044] 對(duì)于指定氣體或氣體混合物而言，焦耳-湯姆遜系數(shù)描述為，當(dāng)該氣體或氣體混 合物的體積增大（氣體經(jīng)歷壓力下降）時(shí)，與壓力改變相關(guān)的溫度變化y n=at/A P。
[0045] 圖1 W實(shí)例方式示出在大氣壓下不同氣體的焦耳-湯姆遜系數(shù)隨著溫度而變化的 曲線。例如，在此圖中可觀察到，在環(huán)境溫度和大氣壓下，氮和氨具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)， 意思是，在環(huán)境溫度和大氣壓下，該些氣體在壓力下降期間將升溫。
[0046] 術(shù)語(yǔ)"氣體氛圍"應(yīng)理解為意指所述氛圍是由氣體或氣體混合物構(gòu)成。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的氛圍的組成為；在指定的溫度和壓力條件下，所述氛圍具有負(fù)焦 耳-湯姆遜系數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員有能力選擇該氣體或該些氣體的屬性W及調(diào)整操作溫度 和壓力，W形成根據(jù)本發(fā)明的氛圍。
[0048] 更具體地，根據(jù)本發(fā)明的氛圍包括在指定的溫度和壓力條件下具有負(fù)焦耳-湯姆 遜系數(shù)的一種或多種氣體。
[0049] 根據(jù)特別優(yōu)選的實(shí)施方式，接合在環(huán)境溫度和大氣壓下執(zhí)行。
[0050] 術(shù)語(yǔ)"環(huán)境溫度"應(yīng)理解為指約25°C的溫度。術(shù)語(yǔ)"大氣壓"應(yīng)理解為指約1013hPa 的壓力。
[0化1] 對(duì)該實(shí)施方式來(lái)說(shuō)，所述氛圍可包括選自氮、氛和氨的一種或多種氣體。
[0052] 根據(jù)第一可替選的實(shí)施方式，所述氛圍可由在所述氛圍的溫度和壓力下具有負(fù)焦 耳-湯姆遜系數(shù)的一種或多種氣體構(gòu)成。也就是說(shuō)，所述氛圍不包括在所述指定的溫度和 所述指定的壓力下具有正焦耳-湯姆遜系數(shù)的氣體。
[0化3] 例如，對(duì)于在環(huán)境溫度和大氣壓下執(zhí)行接合的情況而言，所述氛圍可由選自氮、氛 和氨的氣體或氣體混合物構(gòu)成。
[0化4] 根據(jù)【具體實(shí)施方式】，所述氛圍由氮組成。
[0055] 根據(jù)另一可替選的實(shí)施方式，所述氛圍可由（i)在所述氛圍的溫度和壓力下具 有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)的一種或多種氣體及（ii)在所述氛圍的溫度和壓力下具有正焦 耳-湯姆遜系數(shù)的一種或多種氣體的混合物構(gòu)成。
[0化6] 當(dāng)然，由本領(lǐng)域技術(shù)人員調(diào)整不同氣體的各個(gè)量W使最終混合物在所述氛圍的溫 度和壓力下具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)。
[0化7] 例如，對(duì)于在環(huán)境溫度和大氣壓下執(zhí)行接合的情況而言，所述氛圍可由（i)選自 氮、氛和氨的一種或多種氣體，與（ii)在環(huán)境溫度和大氣壓下具有正焦耳-湯姆遜系數(shù)、尤 其是選自氮、氧和氣的一種或多種氣體按比例組成的混合物構(gòu)成，使得所述混合物在環(huán)境 溫度和大氣壓下具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)。
[005引尤其，所述氛圍可由（i)選自氮、氛和氨的一種或多種氣體與（ii)空氣的按比例 組成的混合物構(gòu)成，使得所述混合物在環(huán)境溫度和大氣壓下具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)。 [0化9] 根據(jù)【具體實(shí)施方式】，所述氛圍可由氮和空氣按比例組成的混合物構(gòu)成，W使所述 混合物具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)。
[0060] 接合方法
[0061] 根據(jù)本發(fā)明的接合方法包括通常用于通過(guò)分子粘合來(lái)接合的步驟。尤其，首先使 待接合的基板的表面緊密接觸W及隨后通過(guò)該兩個(gè)基板之間接合前緣的傳播執(zhí)行該接合。
[0062]
[0063] 可將本發(fā)明的方法應(yīng)用于組裝可與通過(guò)分子粘合接合相容的任何類(lèi)型材料，尤其 是絕緣材料（例如，石英和玻璃）W及半導(dǎo)體材料（例如娃、錯(cuò)等）。
[0064] 直接接合尤其發(fā)生在制作"絕緣體上半導(dǎo)體"型結(jié)構(gòu)、也稱(chēng)為SeOI結(jié)構(gòu)的情況下， W及尤其用于制作"絕緣體上娃"型結(jié)構(gòu)，也稱(chēng)為SOI結(jié)構(gòu)。
[00化]就后一種應(yīng)用而言，待接合的基板中的至少一個(gè)具有在表面上的氧化物層。例如， SOI結(jié)構(gòu)的形成可包括Si/Si〇2或SiO 2/Si〇2接合。
[0066] 待組裝的基板可為各種形狀，條件是其各自具有適合用于緊密接觸的平坦表面。
[0067] 尤其，該些基板可W是具有總體圓形輪廓的晶圓的形狀且具有不同直徑，例如，介 于lOOnm至300nm之間的直徑。
[0068] 表而的制作
[0069] 在緊密接觸之前，可對(duì)待接合的所述基板的表面進(jìn)行尤其用于促進(jìn)分子粘合的一 個(gè)或多個(gè)表面處理步驟，例如，拋光、清潔、親水性/疏水性處理等。
[0070] 該些處理可對(duì)待接合的兩個(gè)表面之一、甚至對(duì)待接合的兩個(gè)表面執(zhí)行。
[0071] 該是因?yàn)?，為了促進(jìn)分子粘合，待接合的表面必須足夠平滑且無(wú)顆?；蛭廴?。
[0072] W化學(xué)處理為例，尤其提及：
[0073] -RCA型清洗，即，適合分離顆粒和姪的SCi浴（畑40H、H2化、&0)與適合分離金屬污 染物的SC2浴做1、H 2〇2、&0)的組合；
[0074] -通過(guò)臭氧（〇3)溶液清洗，適合分離有機(jī)污染物；或
[0075] -通過(guò)包括硫酸和過(guò)氧化氨的混合物的溶液（也稱(chēng)為SPM(硫酸過(guò)氧化氨混合物） 溶液）清潔。
[0076] 待接合表面的制作也可包括連同或不連同化學(xué)處理的表面的機(jī)械制作（輕柔拋 光、擦拭）。該些處理尤其適用于提供具有適合接合的平坦度的表面。優(yōu)選地，例如經(jīng)原子 力顯微鏡（即，利用10皿至1 ym波長(zhǎng)的橫向尺度）測(cè)量的表面粗趟度優(yōu)選地不超過(guò)0. 5皿 rms W使接合得W發(fā)生。
[0077] 本領(lǐng)域技術(shù)人員有能力采取合適的方法來(lái)制作常規(guī)的通過(guò)分子粘合進(jìn)行接合的 技術(shù)中的表面。
[007引也可將本發(fā)明的方法與用于減小缺陷出現(xiàn)所提出的其它已知方式（例如，改變表 面狀態(tài)、基板可提性、基板邊緣曲率等）結(jié)合。
[00巧]接合巧驟化)
[0080] 根據(jù)本發(fā)明的方法的傳播接合前緣的步驟化）在如上所述的具體氣體氛圍中執(zhí) 行。
[0081] 如上所述，接合前緣的傳播可有利地通過(guò)至少在并列放置的兩個(gè)基板中的至少一 個(gè)基板的曝露表面上施加至少一個(gè)壓力點(diǎn)來(lái)引發(fā)。
[0082] 可將該壓力點(diǎn)施加在所述基板的外圍邊緣或中央，尤其在外圍邊緣。通常通過(guò)使 用施力工具（鍵銷(xiāo)）將機(jī)械壓力施加至兩個(gè)基板中的一個(gè)基板的曝露表面來(lái)引發(fā)接觸點(diǎn)。 該接觸力的施加可引發(fā)接合前緣從該起始點(diǎn)開(kāi)始傳播。因此，接合前緣在基板的整個(gè)接合 表面上的傳播，可使兩個(gè)基板通過(guò)分子粘合來(lái)接合。
[008引所施加的接觸力的強(qiáng)度通常對(duì)應(yīng)于小于2MPa的機(jī)械壓力。
[0084] 如上所述，尤其在大氣壓和環(huán)境溫度下執(zhí)行的根據(jù)本發(fā)明的接合方法，具有與當(dāng) 前用于通過(guò)分子粘合來(lái)接合的裝置相容的優(yōu)點(diǎn)。
[0085] 因此，本發(fā)明的方法可利用常規(guī)的通過(guò)分子粘合來(lái)接合兩個(gè)基板的任何接合裝置 執(zhí)行。該些裝置通常包括基板保持器和用于施加壓力點(diǎn)W在該兩個(gè)基板之間引起接合前緣 的工具，例如Teflon"尖筆。
[0086] 可將常規(guī)的接合裝置引入含有根據(jù)本發(fā)明的氣體氛圍的室內(nèi)，W執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明 的接合方法。
[0087] 應(yīng)丑
[008引因此，根據(jù)【具體實(shí)施方式】，可將根據(jù)本發(fā)明的接合方法用于在接收基板上形成由 半導(dǎo)體材料制成的薄層結(jié)構(gòu)，例如，形成SeOI結(jié)構(gòu)，尤其是SOI結(jié)構(gòu)。
[0089] 就該種結(jié)構(gòu)的制作而言，在包括待轉(zhuǎn)移部分（該待轉(zhuǎn)移部分包括至少一個(gè)由半導(dǎo) 體材料制成的薄層且呈現(xiàn)第一接合表面）的基板（稱(chēng)為"供體基板"）與呈現(xiàn)第二接合表面 的基板（稱(chēng)為"接收基板"）之間執(zhí)行該接合方法。
[0090] 因此，本發(fā)明設(shè)及一種在基板上形成包括由半導(dǎo)體材料制成的薄層的結(jié)構(gòu)的方 法，至少包括W下步驟：
[0091] (C)獲得包括待轉(zhuǎn)移部分的供體基板，該待轉(zhuǎn)移部分包括至少一個(gè)由所述半導(dǎo)體 材料制成的薄層且呈現(xiàn)第一接合表面，及獲得呈現(xiàn)第二接合表面的接收基板；
[0092] (d)通過(guò)分子粘合接合所述第一表面和所述第二表面；W及
[0093] (e)將該供體基板的剩余部分從接合至所述接收基板的所述部分移除，
[0094] 其特征在于通過(guò)分子粘合進(jìn)行接合的步驟（d)是在如上所述的本發(fā)明氣體氛圍 中執(zhí)行。
[0095] 由所述半導(dǎo)體材料制成的所述薄層可包括選自Si、SiC、SiGe、Ge、III-V化合物 (由元素周期表中的III族元素和V族元素制成的復(fù)合半導(dǎo)體）、II-VI化合物及其混合物 的至少一種材料。該接收基板可包括呈現(xiàn)第二接合表面的一個(gè)材料層或一種或多種材料的 幾個(gè)層。該接收支撐物可包括選自娃、藍(lán)寶石、玻璃和石英的材料。
[0096] 待轉(zhuǎn)移部分除待轉(zhuǎn)移的薄層外還可包括呈現(xiàn)所述第一接合表面的另一材料層。尤 其，該另一層可包括選自Si〇2、SisN4、金剛石、Al2〇3或A1N的至少一種材料。尤其，它可為 Si〇2 層。
[0097] 作為可實(shí)施的示例，根據(jù)本發(fā)明的接合方法可用于由Soitec所研發(fā)的 Smart Cut"型技術(shù)中，W獲得SOI型堆疊結(jié)構(gòu)。在下文中將參照?qǐng)D2更具體地描述該技術(shù)。
[0098] 該技術(shù)包括通過(guò)在起始基板（供體基板）中通過(guò)離子注入穿過(guò)該基板表面W利用 可選的絕緣體來(lái)界定由半導(dǎo)體材料制成的薄層，W獲得改變至預(yù)定深度的層，然后通過(guò)直 接接合使得該注入面與接收支撐物的面整合，最后，使該薄層與該起始基板的剩余部分分 離。
[0099] 尤其，圖2a示出了例如由娃制成的起始基板（A)，若適宜，該起始基板被呈現(xiàn)表面 (15)的氧化娃層（12)覆蓋。該圖示出在用于在基板中界定薄層（13)的離子注入步驟（由 箭頭表示）期間的基板。注入穿過(guò)表面（15)的氣態(tài)物質(zhì)在熱處理后，在由注入能量決定的 深度處，產(chǎn)生微腔層（16)。該些氣體物質(zhì)可優(yōu)選地選自氨、氮或該些物質(zhì)的組合。因此，在 起始基板中界定的薄層（13)隨后將被轉(zhuǎn)移至例如由娃制成的接收支撐物炬）上。
[0100] 圖化示出了在根據(jù)本發(fā)明通過(guò)分子粘合接合基板（A)的表面（15)和接收基板 炬）的表面（15'）之一后獲得的結(jié)構(gòu)。
[0101] 在隨后的步驟中，通過(guò)在層（16)處分裂而將薄層（13)從起始基板的剩余部分分 離。斷裂是例如通過(guò)由熱處理獲得，該熱處理也可加強(qiáng)直接接合。獲得由圖2c表示的堆疊 結(jié)構(gòu)。
[0102] 該結(jié)構(gòu)包括由該接收支撐物炬）支撐且通過(guò)由氧化層（12)組成的絕緣層而與該 支撐物絕緣的娃薄層（13)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0103] 圖1示出在大氣壓下不同氣體的焦耳-湯姆遜系數(shù)隨著溫度而變化的示意圖。
[0104] 圖2示出在Smart Cut"埋方法的不同步驟中的一個(gè)基板或多個(gè)基板的橫截面。
[010引應(yīng)當(dāng)注意，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，圖2中的不同元件不按比例繪制，故觀察不到不同部分的 真實(shí)尺寸。
[0106] W下實(shí)例W說(shuō)明的方式給出但不限制本發(fā)明。

【具體實(shí)施方式】
[0107] 連例
[0108] 通社分子粘合的接合
[0109] 在限定第一接合表面的承載氧化娃層的第一娃晶圓和限定第二接合表面的第二 娃晶圓之間執(zhí)行通過(guò)分子粘合的接合。該些晶圓呈圓形小板的形狀，具有1英寸（2.54cm) 至450mm的直徑。
[0110] 事先通過(guò)擦拭，隨后通過(guò)超純水沖洗及離屯、干燥來(lái)清潔該些基板的待接合表面。
[0111] 將該些基板放置在常規(guī)的接合裝置（EV'i' 450 Automated Wafer Bonding System,來(lái)自EVG)的基板固定器上，該常規(guī)的接合裝置可使所述基板的表面緊密接觸并通 過(guò)在該些基板之一的曝露表面的外圍邊緣的點(diǎn)處應(yīng)用鍵銷(xiāo)來(lái)引發(fā)接合前緣。
[0112] 將該接合裝置引入到含有氣體氛圍的室內(nèi)且在該室內(nèi)通過(guò)該接合裝置執(zhí)行自動(dòng) 化接合。
[0113] 在環(huán)境溫度和大氣壓下重復(fù)該接合方法，同時(shí)改變接合室的氣體氛圍的屬性。所 測(cè)試的氛圍如下：
[0114] 1.空氣，
[0115] 2.氮?dú)猓?br> [0116] 3.氣氣，及
[0117] 4.氮?dú)狻?br> [011引 結(jié)果
[0119] 利用紅外照相機(jī)或通過(guò)聲學(xué)顯微鏡觀察接合界面，發(fā)現(xiàn)板在空氣、氮?dú)饣驓鈿夥?圍下沿板邊緣出現(xiàn)邊緣空隙或氣泡缺陷。
[0120] 另一方面，對(duì)于在氮?dú)夥諊聢?zhí)行接合的情況而言，在接合界面的外圍觀察不到 邊緣空隙或氣泡缺陷。
【權(quán)利要求】
1. 一種通過(guò)分子粘合來(lái)接合兩個(gè)基板的方法，所述方法至少包括： (a) 使所述基板的待接合表面緊密接觸；和 (b) 在所述基板之間傳播接合前緣； 其特征在于，在步驟（b)期間使所述基板維持在使在氣體氛圍的溫度和壓力下具有負(fù) 焦耳-湯姆遜系數(shù)的所述氣體氛圍中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述接合前緣的傳播通過(guò)在由兩個(gè)并列基板所 形成的組合件的外表面中的至少一個(gè)上施加至少一個(gè)壓力點(diǎn)來(lái)引發(fā)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述氛圍由氣體或氣體混合物構(gòu)成，所述氣 體或氣體混合物在所述氛圍的溫度和壓力下具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)。
4. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述氛圍由（i)在所述氛圍的溫度和 壓力下具有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)的一種或多種氣體及（ii)在所述氛圍的溫度和壓力下具 有正焦耳-湯姆遜系數(shù)的一種或多種氣體按比例組成的混合物構(gòu)成，使得所述混合物在所 述氛圍的溫度和壓力下具有負(fù)焦耳_湯姆遜系數(shù)。
5. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟（b)在環(huán)境溫度和大氣壓下執(zhí)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述氛圍包括選自氦、氖和氫的一種或多種氣 體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，所述氛圍由選自氦、氖和氫的一種或多種氣 體構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，所述氛圍由（i)選自氦、氖和氫的一種或多 種氣體，與（ii)在環(huán)境溫度和大氣壓下具有正焦耳-湯姆遜系數(shù)、尤其選自氮、氧和氬的一 種或多種氣體按比例組成的混合物構(gòu)成，使得所述混合物在環(huán)境溫度和大氣壓下具有負(fù)焦 耳-湯姆遜系數(shù)。
9. 根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述氛圍由（i)選自氦、氖和氫的一種或多 種氣體與（ii)空氣按比例組成的混合物構(gòu)成，使得所述混合物在環(huán)境溫度和大氣壓下具 有負(fù)焦耳-湯姆遜系數(shù)。
10. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在步驟（a)之前，對(duì)所述基板的待接 合的一個(gè)表面、甚至兩個(gè)表面，進(jìn)行尤其用于促進(jìn)分子粘合的一個(gè)或多個(gè)表面處理步驟，例 如，拋光、清潔和/或親水性處理或疏水性處理。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述壓力點(diǎn)被施加在所述兩個(gè)并 列基板中的至少一個(gè)基板的曝露表面的外圍邊緣。
12. -種在基板上形成包括由半導(dǎo)體材料制成、尤其是由硅制成的薄層（13)的結(jié)構(gòu)的 方法，所述方法至少包括以下步驟： (c) 獲得包括待轉(zhuǎn)移部分的供體基板（A)，所述待轉(zhuǎn)移部分包括至少一個(gè)由所述半導(dǎo) 體材料制成的薄層（13)且呈現(xiàn)第一接合表面（15)，及獲得呈現(xiàn)第二接合表面（15'）的接 收基板⑶； (d) 通過(guò)分子粘合接合所述第一表面（15)和所述第二表面（15'）；以及 (e) 將所述供體基板（A)的剩余部分從接合至所述接收基板（B)的所述部分移除， 其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)定義的方法執(zhí)行接合步驟（d)。
13. 根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述待轉(zhuǎn)移部分除所述薄層外還包括另一 材料層（12)，尤其是氧化硅層，所述另一材料層（12)呈現(xiàn)所述第一接合表面（15)。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK104488066SQ201380022409
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】弗朗索瓦·里烏托德 申請(qǐng)人:原子能與替代能源委員會(huì)