[发明专利]旨在减少施主衬底拉伸应力状态的异质结构体的制造方法

说明书

本发明涉及一种制造特别打算应用于电子、光学、光电或光电子领域中的异质结构体的方法。

该方法更为具体地是下述方法，所述方法包括以下步骤：

-将原子物质注入至第一所谓的“施主”衬底内部，以在其中形成脆弱区；

-在施主衬底上组装第二所谓的“受主”衬底；

-沿脆弱区分离出所述施主衬底的后部，以在受主衬底上赋予需要的薄层。

这种类型的方法通常以商标“Smart Cut”著称。

利用这种技术，可以结合薄层材料和支撑体材料的特有优势。

通过转移层，可以在同一叠层(stack)中使据推理具有不相容性(如热膨胀系数的差异较大)的部分相结合。

对于此类结构体，在其制造过程中遇到的问题之一归因于在热处理，如其间进行薄层分离的热处理中相接触的多个层中存在极强的应力场。这些应力归因于相接触的材料之间的不同的热膨胀。

在这种情况下，有必要在低于异质结构体因上述应力而将劣化的临界温度的温度下进行分离。由于起作用的应力值与组装衬底的厚度相关，要注意的是在层分离后，该结构体随后可以进行更为重要的热处理。

在最终结构体的制造中可能发生的劣化通常是相互接触的两个衬底破裂和/或其在结合界面处分离。

因此，在蓝宝石(Al₂O₃)上硅型异质结构体的情况中，硅和蓝宝石的热膨胀系数(TEC)分别是3.6×10^-6/℃和是5.0×10^-6/℃。膨胀不同的现象首先发生在旨在引起薄层与硅施主衬底分离的热处理步骤时。

在此类TEC不同的情况下，薄层的转移变得精细，因为在粘性结合后且转移前进行的热处理步骤(例如分离退火)进行了必要的限制。实际上，两个组装衬底的膨胀不同可导致组装体(assembly)的分离或衬底的破裂。

本发明旨在改进此技术的这种状况。

更具体而言，本发明基于以下观察：在层转移方法，特别是通过Smart Cut技术进行层转移方法的范围内，在组装施主硅衬底与蓝宝石受主衬底的过程中(且更一般而言当施主衬底的热膨胀系数(TEC)小于受主衬底的TEC时)，施主衬底在组装后的热处理过程中拉伸并导致断裂。

目前，施主衬底材料、特别是注入区处的拉伸状态，似乎是“薄片”(platelet)和其他微观缺陷、断裂现象的前体传播和/或发展的障碍。更特别地，在这种有应力的材料中缺陷的取向似乎并非沿着有利方向，即在板平面中产生。这种障碍会导致劣质、延迟断裂或甚至完全阻止断裂。

因此，本发明提供一种制造特别打算应用于电子、光学、光电或光电子领域的异质结构体的方法，所述方法包括以下步骤：

-将原子物质注入至第一所谓的“施主”衬底的内部，以在其中形成脆弱区，

-在施主衬底上组装第二所谓的“受主”衬底，

-沿脆弱区分离出所述施主衬底的后部，以在所述受主衬底上赋予需要的薄层，

其中，所述受主衬底的热膨胀系数大于施主衬底的热膨胀系数，而且为便于分离，所述方法在所述组装后且所述分离前施加所谓的“分离”退火。

本方法由于以下事实而是显著的，所述分离退火包括以下同步施加：

-对施主衬底施加第一温度；

-对受主衬底施加不同于第一温度的第二温度；

对上述第一温度和第二温度进行选择以减少施主衬底的拉伸应力状态。

本发明的其他有利特征和非限制特征为：

-该方法包括预备步骤，其在于在施主衬底上形成或沉积绝缘层，使得在其间存在所谓的“粘合”界面，并且在所述绝缘体的自由表面上进行受主衬底在施主衬底上的组装；

-通过分子结合(molecular bonding)来进行受主衬底在施主衬底上的组装；

-所述分离退火伴随和/或跟随有机械力的施加；

-进行施加第一温度和第二温度的方式使得各衬底的全部体积具有均一温度；

-通过将所述结构体放置于两个加热电极之间来施加所述第一温度和第二温度；

-通过将各衬底放置在可带来相应温度的关联支撑体上来进行第一和第二温度的施加；

-使用了与各衬底相关联的支撑体，该支撑体是粘性结合机的组成部分；

-所述施主衬底由硅形成，而所述受主衬底由蓝宝石形成，所述第一温度高于所述第二温度；

-所述第一温度为300℃的数量级，所述第二温度为80℃的数量级。