裂開材料晶片各層的工藝的製作方法

2023-12-09 11:00:26 3

專利名稱：裂開材料晶片各層的工藝的製作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及材料的處理，尤其涉及用於電子學、光學和光電子學中的基片。
更具體地說，本發明涉及一種沿晶片兩層間的脆化面將晶片兩層裂開的工藝，這一工藝包括一個熱退火過程，目的是裂開包含所述層的晶片。
背景技術：
就實際情形來講，人們知道應用已知工藝可以在同一基片上的材料兩層間產生分裂，這兩層之間已先通過將核素注入基片內形成了一個脆化面。
注入的核素可以是離子或原子。這樣，已知可用如氫或氦這樣的核素注入如矽這樣的半導體材料基片中。
脆化面由材料的性質、所注入核素的性質及注入能量來決定(所述脆化面通常包括一個平行於基片注入表面的平面)。
同樣，用本領域中已知的任何其他方法也能產生脆化面，例如，在兩個緻密材料區域之間建立一個多孔材料中間區域；將氧化物層嵌入基片(如SOI型基片)；或者還可以將兩層粘接在一起，於是粘接區就相當於脆化面。
這種對由脆化面分開的兩層所進行的裂開能用於產生薄膜(膜厚在零點幾微米到幾微米的範圍內)，例如，如文獻FR2 681 472中所描述的。
該文獻實際上描述了一種已知通用名稱為SMARTCUT的工藝，其目的是製造SOI型結構(絕緣體矽，根據廣泛使用的英語專有名詞)。這一工藝的主要步驟如下-氧化所謂的上部矽片，目的是產生一個氧化物層(相當於SOI結構的嵌入氧化物層)；-將氫離子注入進所述上部矽片，目的是產生脆化面，並通過這個表面，一方面，定界出SOI結構(位於嵌入氧化物層的一邊)，另一方面，定界出矽殘餘物；-將上部片粘接在一個支撐盤(可由矽製成，也可由其他材料製成)上；-裂開和分離退火，目的是一方面裂開包括支撐盤、嵌入氧化物層和位於嵌入氧化物層和脆化面之間的矽層的SOI結構，另一方面，裂開位於脆化面另一側的矽殘餘物。另外，在裂開過程完成後，在兩層間還是存在有粘著力，因此，它們彼此之間還是一個整體。
將兩層分離，即除了裂開以外，還要將它們物理分離，-再進行其他處理，以減小由於裂開和分離過程所導致的SOI結構的表面粗糙度。
在下文中，要被分離的結構，和組成這些要被分離的結構的層將用一個通用術語「晶片」來表示，相當於法語術語「tranche」。
晶片的表麵條件是一個極其重要的因素，根據分離工藝之後晶片的最終使用，例如，形成電子元件、光學元件或光電元件，要採用非常嚴格的技術要求。
特別地，這種表麵條件的特徵在於晶片分離後的表面粗糙度。
所以，一般發現，用一個RMS值來表述(相當於英語「均方根」的首字母縮寫詞)粗糙度時，其技術要求必須不超過5埃。
一般用原子力顯微鏡(AFM，相當於原子力顯微鏡的英語名的首字母縮寫詞)米測量粗糙度。
用這類裝置，通過AFM顯微鏡的尖端掃描測量的表面粗糙度範圍從1×1μm2到10×10μm2，很少為50×50μm2，更少為100×100μm2。
很清楚，還可以用其他的方法來測量表面粗糙度，特別是用一種根據廣泛使用的英語術語叫做「haze」測量方法。特別地，這種方法的優點是能在整個表面區快速表徵粗糙度的均勻性。
這種haze值，用ppm來測量，是一種利用被表徵的表面的光學反射特性的方法所得結果，並且相當於一個由於表面具有顯微粗糙度而被表面擴散的光學「背景噪聲」。
圖1示出了在SOI表面的情況下，haze和粗糙度之間關係的一個實例。
需指明，本文中將提供的haze測量按照同樣的方案，用同一裝置來進行，在這種情況下使用一種KLA Tencor Surfscan SPI型(註冊商標)儀器。
同樣還要指明，也能用SMARTCUT型工藝來形成SOI之外的其他結構，例如SOA結構(任何東西上的矽，根據廣泛使用的英語術語)，或者甚至AOA結構(任何東西上的任何東西，根據廣泛使用的英語術語)。
裂開和分離退火傳統上是在退火爐中進行的，其結構如圖2所示。這種爐子能同時處理多個晶片。
圖2示出了排列在接收器11如石英舟上的多個晶片10，晶片平行排列。
舟11本身放在承載器12上，承載器緊固在門13上，門用於密封爐口。
裝置100能相對於爐子結構20移動，其中裝置100由門13、承載器12和由承載器支撐的晶片和舟組成，爐子結構包括一個石英處理管21，管上繞有一個加熱元件22。
同樣還有一個裝有熱電偶的高溫計保護管23。
圖2所示的爐子位於開口位置。
在關閉位置，裝置100插入爐子結構20，門13堵住爐口。
在每個要被分離的晶片內，形成晶片的兩層互相面對，以使有用表面面對面放置，對有用表面來說，要求用極其精確的方式來控制表麵條件。
所以，對這些有用表面進行測量以確保可能的最好表麵條件(特別是粗糙度)是特別重要的。
回到圖2所示的現有技術，要被分離的晶片因此是垂直排列的。
用這種方式，每個晶片中要分離的兩層不能移動，也不能相對於其他晶片移動(特別是在分離過程後，當分離的層從爐子中移出時)。
這種兩層間的相對移動實際上可能要冒在分離層表面產生刮傷的風險。
同樣，在層的表面上，這些層的表麵條件(特別是粗糙度)儘可能光滑也是非常重要的。
圖3示出了在圖2所示退火爐中用傳統方式進行裂開退火，然後分離後的SOI晶片的表面粗糙度。
表面粗糙度用haze測量方法來表示。
此圖示出了SOI結構的粗糙度中的不對稱處，它與位於爐子底部的SOI結構部分的低haze(所謂SOI結構的「刻痕」，位於左側，在圖3中的9點鐘處，晶片在退火過程中放在底部)相對應。
這樣看來似乎是，如果用已知的分離退火，實際上有可能防止導致形成刮傷的移動，這些刮傷加重了由分離工藝導致的層表面粗糙度的不規則。
這形成了一個缺點，本發明意在克服該缺點。

發明內容
為實現這一目的，本發明提出了一種沿晶片兩層間的脆化面將晶片兩層裂開的工藝，這一工藝包括一個熱退火過程，目的是裂開包括所述層的晶片，其特徵是所述晶片在退火過程中按水平方向排列。
本發明工藝中的一些優選但非限定性的特徵如下-結構放在位於兩個加熱電極間的腔室中，-用於在水平位置裝卸材料層的裝置，-所述裝卸是對每一晶片單獨進行的，-所述裝卸是對每一層單獨進行的，-多個晶片同時退火，每個晶片放在兩個加熱電極之間。
並且，根據本發明的另一方面，本發明提出了上述裂開由脆化面界定出的材料兩層的工藝的應用，所述脆化面由SMARTCUT型工藝方法產生。
這種應用的優選但非限定性的特徵如下-材料的兩層包括一層矽層，-材料的兩層為兩層矽層，其中一層相當於SOI結構的表面層，另一層相當於矽殘餘物。
最後，本發明提出一種用於裂開晶片的退火裝置，包括一個能容納至少一個晶片的爐子，其特徵是每個晶片以水平位置放在腔室中，結果是當晶片放在水平位置時進行裂開退火處理。
在另一個變化的實施例中，該裝置還包括用於在水平位置裝卸晶片和/或組成所述晶片的層的方法。


圖1示出了在SOI表面的情況下，haze和粗糙度之間關係的一個實例。
圖2示出了排列在接收器11如石英舟上的多個晶片10，晶片平行排列。
圖3示出了在圖2所示退火爐中用傳統方式進行裂開退火，然後分離後的SOI晶片的表面粗糙度。
圖4是實施本發明，進行裂開退火的裝置的示意圖。
圖5a示出了在圖2所示的「垂直」爐中進行傳統的裂開退火後分離的SOI結構表面上的haze分布。
圖5b示出了在本發明「水平」爐中進行裂開退火後分離的SOI的極佳的對稱粗糙度。
具體實施例方式
在參考圖1-3之外的附圖並且讀過下面描述的本發明實施例之後，本發明其他的特徵、目的和優點將更加明顯，圖1-3已參照現有技術進行了說明。
-圖4是實施本發明，進行裂開退火的裝置的示意圖。
-圖5a和5b分別表示兩個SOI結構表面上的haze的空間分布。圖5a中的SOI結構，根據現有技術，在習慣上用於此目的的爐子中經受過裂開退火；圖5b中的SOI，根據本發明，水平插入退火爐中時本身已經受過裂開退火。
現在來參考圖4，根據本發明，所示爐子30用於進行多個晶片10的裂開退火。
更具體地說，每個晶片10放在腔室31內，腔室由爐子30中的多個電極中的兩個相鄰電極32形成。
並且，這些電極32在水平方向上是互相平行的，限定出水平腔室31，每個腔室都能水平方向容納一個要裂開的晶片10。
加熱由氣體來保證，氣體從各個入口310滲入腔室31中，這些氣體本身被界定每個腔室的電極來加熱。
應當注意到，「加熱」氣體可以僅用於將來自電極的熱擴散到晶片上。還可以在將氣體導入爐子之前，先對氣體進行預熱。
本發明用於進行裂開退火的「水平」爐子的特殊構造使它能消除爐內頂部和底部之間的溫度梯度的影響。
這將導致分離後層的表面粗糙度的光滑度的改善。
在這方面，用本發明「水平」爐的作用是為了裂開退火，這在圖5a和5b中已示出。
圖5a示出了在圖2所示的「垂直」爐中進行傳統的裂開退火後分離的SOI結構表面上的haze分布。
此圖與圖3類似，顯示出一個「緻密區」，對應於層的右下側的粗糙度的不規則性。
相反地，圖5a示出在本發明「水平」爐中進行裂開退火後分離的SOI的極佳的對稱粗糙度。
並且，這一粗糙度不再顯示出如圖5a中的SOI結構中所觀察到的「緻密區」。
這樣可以看出，用本發明的「水平」爐可以克服上述根據現有技術裂開退火後帶有粗糙度的緻密區問題。
另外，它表明該裝置也用於，在圖4中的「水平」爐情況下，防止任何可能產生刮傷的層移動，特別是當分離的層從爐子中卸載時。
在這方面，可使用一個自動裝置40，如圖4所示，它能-單獨抓取晶片，以將晶片插進爐子中，和分離的層，以在裂開後將晶片從爐中取出。另外，還能預期進行只有裂開退火而沒有完成晶片分離的過程，可在自動裝置40卸下(比如通過機械動作方式)裂開的晶片後在爐外完成這種分離。
- 並在一個方向41(及垂直於方向41的「垂直」方向)移動，以進行必要的裝卸操作(在單獨處理每個晶片時)，另外，在退火過程中實際上進行晶片兩層分離的情況下，晶片分離的兩層，可由自動裝置單獨卸載。在這點上，自動裝置的手臂42能抓取晶片和/或層，該手臂包括一種裝置如吸杯，該吸杯能選擇性地放在部分真空下；或包括別的通過邊來裝卸晶片的裝置，以便從已分離的層中單獨抓住每一層；或包括別的能同時抓住兩層的裝置，以在爐子外面分離它們。
當自動裝置40進行這些裝卸操作時，晶片和層保持水平。
另外，如果上面的例子是關於裂開操作來描述的，特別是用SMARTCUT型工藝時，可能產生一種SOI結構，本發明適於裂開任何包括一個能界定各層的脆化面的結構。
權利要求
1.一種用於沿晶片兩層間的脆化面將晶片兩層裂開的工藝，這一工藝包括一個熱退火過程，目的是裂開包括所述層的晶片，其特徵是所述晶片在退火過程中按基本上水平的方向排列。
2.根據前一項權利要求所述的工藝，其特徵在於所述結構放在兩加熱電極(32)間的腔室(31)中。
3.根據前面權利要求中的任何一項所述的工藝，其特徵在於用於在水平位置裝卸材料層的裝置(40)。
4.根據前一項權利要求所述的工藝，其特徵在於所述裝卸對每個晶片是單獨進行的。
5.根據前面權利要求中的任何一項所述的工藝，其特徵在於所述裝卸對每層是單獨進行的。
6.根據前面權利要求中的任何一項所述的工藝，其特徵在於所述多個晶片被同時退火，每個晶片被放在兩個加熱電極之間。
7.根據前面權利要求中的任何一項所述的工藝的應用，用於裂開由脆化面所界定的材料的兩層，所述脆化面已由SMARTCUT型工藝裝置產生。
8.根據前一項權利要求所述的應用，其特徵在於所述材料的兩層包括一個矽層。
9.根據前面權利要求中的任何一項所述的應用，其特徵在於所述材料的兩層是兩個矽層，兩層中的一層相當於SOI結構的表面層，另一層相當於矽殘餘物。
10.用於裂開晶片的退火裝置，該裝置包括一個能容納至少一個晶片的爐子(30)，其特徵在於每個晶片以水平位置放在腔室中，結果晶片放在水平位置被裂開退火。
11.根據前一項權利要求所述的裝置，其特徵在於所述裝置還包括裝置(40)，用於在水平位置裝卸晶片和/或組成所述晶片的層。
全文摘要
本發明涉及一種沿晶片兩層間的脆化面將晶片兩層裂開的工藝，這一工藝包括一個熱退火過程，目的是裂開包含所述層的晶片，其特徵是所述晶片在退火過程中按基本水平的方向排列。本發明還涉及這種工藝的應用和相關裝置。
文檔編號H01L21/02GK1433056SQ03100518
公開日2003年7月30日 申請日期2003年1月16日 優先權日2002年1月16日
發明者W·施瓦岑巴赫, C·馬勒維爾 申請人:絕緣體矽片技術公司