[发明专利]促进从半导体施体衬底的层转移的光辅助薄片形成

说明书

本发明揭示一种用于通过用光照射单晶半导体施体衬底来促进所述单晶半导体施体衬底中的均匀薄片的形成的方法。光子吸收辅助薄片形成工艺产生具有最小内置应力的均匀分布的薄片，其促进在后续层转移工艺中形成良好界定的劈裂平面。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2018年4月27日申请的第62/663,357号美国临时申请案的优先权的权益，所述申请案的揭示内容宛如全文阐述那样是以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体涉及一种制备多层半导体元件的方法。更特定来说，本发明涉及一种在接合到载体衬底之前制备半导体施体衬底的方法。

背景技术

半导体晶片一般从单晶锭(例如，单晶硅锭)制备，所述单晶锭经修整且研磨以具有用于在后续程序中恰当定向晶片的一或多个平面或缺口。锭接着经切片成个别晶片。虽然本文将参考从硅建构的半导体晶片，但可使用其它材料来制备半导体晶片，例如锗、碳化硅、硅锗、砷化镓及III族及V族元素的其它合金(例如氮化镓或磷化铟)或II族及VI族元素的合金(例如硫化镉或氧化锌)。

半导体晶片(例如，硅晶片)可用于制备复合层结构。复合层结构(例如，绝缘体上覆半导体，且更具体来说，绝缘体上覆硅(SOI)结构)一般包括处置晶片或层、装置层、及处置层与装置层之间的绝缘(即，电介质)膜(通常为氧化物层)。一般来说，装置层的厚度介于0.01与20微米之间，例如介于0.05与20微米之间。厚膜装置层可具有在约1.5微米与约20微米之间的装置层厚度。薄膜装置层可具有在约0.01微米与约0.20微米之间的厚度。一般来说，复合层结构(例如绝缘体上覆硅(SOI)、蓝宝石上覆硅(SOS)及石英上覆硅)通过将两个晶片放置为紧密接触而产生，借此通过范德华力起始接合，其后紧接热处理以强化接合。退火可将末端硅醇基转换为两个界面之间的硅氧烷键，借此强化接合。

在热退火之后，经接合结构经历进一步处理以移除施体晶片的大部分以实现层转移。例如，可使用晶片薄化技术(例如蚀刻或研磨)，通常被称为回蚀刻SOI(即，BESOI)，其中硅晶片经束缚到处置晶片且接着缓慢蚀刻掉，直到仅保留处置晶片上的硅薄层。见例如第5,189,500号美国专利案，所述专利案的揭示内容宛如全文阐述那样以引用的方式并入本文中。此方法是费时且成本高的，浪费衬底中的一者且一般对于比数微米更薄的层不具有适当厚度均匀性。

实现层转移的另一常见方法利用氢植入，其后紧接热诱发层分离。在施体晶片的前表面下方的特定深度处植入粒子(原子或离子化原子，例如，氢原子或氢原子与氦原子的组合)。植入粒子在施体晶片中于其所植入的特定深度处形成劈裂平面。清洁施体晶片的表面以移除在植入工艺期间沉积于晶片上的有机化合物或其它污染物(例如硼化合物)。

接着通过亲水接合工艺将施体晶片的前表面接合到处置晶片以形成经接合晶片。在接合之前，施体晶片及/或处置晶片通过将晶片的表面暴露于含有(例如)氧或氮的等离子体而活化。暴露于等离子体在通常被称为表面活化的工艺中使表面的结构改质，所述活化工艺使施体晶片及处置晶片中的一者或两者的表面亲水。晶片表面可另外通过湿式处理(例如SC1清洁或氢氟酸)化学活化。湿式处理及等离子体活化可以任一顺序发生，或晶片可经受仅一个处理。接着将晶片按压在一起并在其间形成接合。此接合相对弱(归因于范德华力)，且必须在可发生进一步处理之前加强。

在一些工艺中，施体晶片与处置晶片(即，经接合晶片)之间的亲水接合通过将经接合晶片对加热或退火而加强。在一些工艺中，可在低温下发生晶片接合，例如在约300℃与500℃之间。在一些工艺中，可在高温下发生晶片接合，例如在约800℃与1100℃之间。高温导致在施体晶片与处置晶片的相邻表面之间形成共价键，因此固化施体晶片与处置晶片之间的接合。在经接合晶片的加热或退火的同时，之前植入于施体晶片中的粒子弱化劈裂平面。