[发明专利]贴合晶片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及贴合晶片的制造方法。

背景技术

以前已经提出了绝缘衬底上的硅(SOI)以及贴合晶片，并期待发现该SOI和贴合晶片的各种应用，该SOI具有由透明绝缘基板构成的操作基板，并包括石英硅(SOQ)、硅玻璃(SOG)、蓝宝石上硅(SOS)，该贴合晶片(在此示例中，半导体基板是透明的)是通过将由GaN、ZnO、金刚石、AlN等透明宽能隙半导体与由硅形成的施主基板结合得到的。由于SOQ、SOG、SOS等操作基板的绝缘性能和透明性等，期待将其用于投影机、高频器件等。此外，在贴合晶片中，宽能隙半导体的薄膜与操作基板结合，该贴合晶片仅仅使用厚度为几百纳米至几微米的昂贵宽能隙半导体材料，可以大幅度地降低成本。因此，期待将该贴合晶片用于高性能激光器和功率器件等。

以往基于贴合的SOI制造技术主要分为两类方法。

一种是SOITEC法：将在室温下预先注入有氢离子的硅基板(施主基板)和作为支承基板的基板(操作基板)彼此贴合，在高温(500℃附近)下实施热处理，在离子注入界面上产生大量称为微腔的微小气泡，在该界面上进行剥离，使硅薄膜转印到操作基板上。

另一种是称为SiGen法的方法：在同样预先注入有氢离子的硅基板和操作基板的表面经过等离子处理活化之后，使硅基板和操作基板彼此贴合，然后在氢离子注入界面以机械方式使基板彼此剥离。

可是，由于上述材料的结合是贴合不同种类的基板，半导体基板和施主基板的热膨胀系数并不相配。

SOITEC法具有如下缺点：由于在贴合后采用了高温热处理(约500℃)以在氢离子注入界面进行热剥离，所以在贴合上述不同种类基板的情况下，因热膨胀系数的较大差别而使一个或多个基板产生裂纹。与SOITEC法相比，SiGen法通过在贴合基板时利用表面活化处理而具有较高的结合强度，而且通过在250℃～350℃左右相对低温的热处理，可以具有更高的贴合强度。但是，在本发明的实验过程中发现，在室温贴合的基板加热到该温度范围后，因两块基板的热膨胀系数不同，会使一个或两个基板破损或产生没有转印部分。另一方面，为使离子注入界面脆化，需要适当的热处理，因此不希望回避使用150℃～350℃的热处理。

因此，会产生如下问题，因贴合基板之间的热膨胀系数不同造成基板损坏，或在将被转印的硅膜上形成没有转印的部分等。这是因为温度上升使贴合界面的结合强度增加，但同时因不同种类基板贴合而产生热变形，造成分离等，从而不能均匀进行面内贴合。当这些基板贴合并进行高温处理时，就会产生基板开裂或贴合的基板分离的问题。

因此，因半导体基板和操作基板的热膨胀系数的不同，难以采用在贴合后进行用于在氢离子注入界面热剥离的高温工序(在约500℃)，存在有难以用于以SOITEC法为代表的传统方法的缺点。

例如，如果上述用于贴合的施主基板和操作基板分别是硅基板和石英基板，建立施主基板的热膨胀系数＞操作基板的热膨胀系数的关系。经实验发现，在满足上述该关系的复合基板的情况下，因产生内部应力的方式和硅基板的损坏机理，用上述SiGen法等从离子注入界面进行剥离，能够成功地转印硅薄膜。

但是，在操作基板的材料是氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅、硅铝氧氮耐热陶瓷、氮化镓等的情况下，建立施主基板的热膨胀系数＜操作基板的热膨胀系数的关系。本发明人的实验发现，在此情况下存在的问题是产生不能从离子注入界面进行剥离或操作基板和施主基板一者或两者开裂的现象。

专利文献1：日本专利申请公开特开2008-114448号公报

发明内容

鉴于上述现状，本发明的目的是提供一种贴合晶片的制造方法，在该方法中，在离子注入界面进行剥离时，特别是在操作基板具有较大热膨胀系数的情况下(即，施主基板的热膨胀系数较小)，基板进行剥离时，在基板上不会产生裂纹。

为了解决上述课题，本发明的贴合晶片的制造方法至少包括下述步骤：从施主基板的表面向所述施主基板注入离子，形成离子注入界面；在所述施主基板的注入了离子的表面上，贴合热膨胀系数比所述施主基板大的操作基板，制成贴合基板；对所述贴合基板进行热处理，制成接合体；和当所述接合体冷却到室温以下的温度时，在所述离子注入界面上剥离所述接合体的所述施主基板，将施主膜转印到所述操作基板上。

根据本发明的贴合晶片的制造方法，在操作基板的热膨胀系数比施主基板的热膨胀系数大的情况下，可以进行剥离，而不会在基板上产生裂纹。

附图说明

图1是示意表示冷却装置、贴合基板的吹气部和剥离基板的吸附保持部件的关系的剖视图。