[发明专利]用于薄膜转移的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种适用于半导体行业及其它行业中薄膜转移工艺，主要可应用于绝缘层上硅晶圆的生产。

发明背景

绝缘层上硅(silicon on insulator,SOI)作为一种新型半导体材料，已经得到日益广泛的应用。附图1A为SOI的示意图，附图1B为SOI横截面的示意图。如附图1B所示，SOI的组成通常包括顶层单晶硅层100、绝缘层105、及底层基体110。SOI的生产目前主要采用键合回蚀（bonded and etch-back SOI,BESOI）、注氧隔离（separation by implantation of oxygen,SIMOX）和智能切割（SMART CUT）等几种工艺路线。其中，智能切割法对于生产薄膜SOI（通常顶层单晶硅层100厚度小于1微米）具有明显技术优势。

5,374,564号美国专利描述了智能切割法的主要工艺。附图2为现有技术中智能切割法的主要流程。附图3为附图2流程图中主要步骤的示意图。智能切割法的工艺过程可以概括如下：（1）提供一硅片（A）300（S200），将硅片300氧化（S205），在硅片300表面形成一氧化层310，然后对氧化后的硅片300进行氢离子注入（S210），在硅片300表面下一定深度（通常小于1微米）处形成一个富氢层315，同时在氧化层310和富氢层315之间留下一层单晶硅316；（2）提供一衬底片（B）305（S215），将衬底片305与翻转后的注氢硅片320键合在一起（S220），得到键合片330，衬底片305与翻转后的注氢硅片320之间的接触面为键合面325；（3）通过加热使键合片330沿着富氢层315裂开（S225），使原注氢硅片320上富氢层315以上的单晶硅层316和氧化层310从硅片320转向衬底片305，此转移层335与衬底片305构成SOI340（S230）；（4）对SOI片340进行后加工，如热处理、表面抛光、清洁等。

上述工艺中使用的衬底片305通常为另一硅片，但是其他材料也可以用来做衬底片305，比如2002-170942号日本专利提出使用玻璃做衬底片305材料。衬底片305的表面可以为硅表面自然形成的原生氧化层，也可以为用化学或者物理方法沉积或者生长的氧化层，也可以是其他薄膜，比如2002-170942号日本专利在衬底片305上使用一层氮化硅来防止衬底片305里的杂质扩散到单晶硅层316里。智能切割法的裂片过程S225通常由加热引发，也可以由其它能量输入方式引发，如7,459,025号美国专利使用电磁波辐射来引发裂片过程S225。

虽然智能切割法已经成功实现产业化，但是它的成品率仍然较低，这主要表现在裂片步骤S225后，转移层335经常出现缺陷，包括的大面积未转移区400（示意图见附图4A）和微小凹坑缺陷405（示意图见附图4B）。大面积未转移区400通常通过目测即可发现，微小凹坑缺陷405通常需要用光学检测仪发现。造成转移层335缺陷的原因之一是注氢硅片320与衬底片305键合过程S220中，注氢硅片320与衬底片305之间的键合面325产生缺陷，键合强度不足。注氢硅片320与衬底片305之间的键合可以通过氢键的形成、低温热处理、使用胶粘剂、旋涂玻璃（Spin-on-Glass）、静电作用等完成。当衬底片305为硅片或者表面有氧化层的硅片时，键合主要通过氢键的形成来实现。以硅晶圆衬底片为例，键合前，通常需要对注氢硅片320与衬底片305进行彻底的清洗，使其表面具有很高的亲水性。常用的清洗方法如RCA清洗工艺。硅片也可以用浓硫酸和过氧化氢制成的溶液清洗。清洗过的硅片要求具有很高的亲水性，表面富氢氧基集团、通常有水分子吸附。如果经过清洗的注氢硅片320与衬底片305的表面足够平坦、光滑、亲水，当它们被放在一起时，由于氢键的作用，在室温下注氢硅片320与衬底片305即会被比较牢固的键合在一起。然而，生产过程中，由于硅片表面可能存在缺陷、清洗不充分、键合环境中存在尘埃等等原因，可能出现键合面325有缺陷、键合强度不足的问题。这些问题直接导致裂片过程S225后SOI片340上出现缺陷。