從其上移去層之後的包括緩衝層的晶片的機械再循環的製作方法
2023-12-05 14:42:56 2
專利名稱：從其上移去層之後的包括緩衝層的晶片的機械再循環的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在從施主晶片向接收襯底轉換薄半導體層之後的包括緩衝層的施主晶片的再循環。
背景技術：
術語「緩衝層」一般指的是在第一晶體結構(如襯底)和具有材料的改性(如結構的或化學計量的性能或原子表面再複合性能)的最初功能的第二晶體結構之間的過渡層。
在緩衝層的特殊情況下，後者可以獲得第二晶體結構，其晶格參數基本上與襯底不同。
為此，緩衝層可具有隨著厚度逐漸改變的成分，緩衝層的成分的逐漸改變與其晶格參數的逐漸改變直接相關。
還可以具有更複雜的形式，如隨著可變比率的成分變化，成分中的比率的標記倒置或不連續跳躍，可能連同用於含有缺陷的恆定成分層。
然後說明變質(緩衝)層或變質實施例，如異質外延(metamorphicepitaxy)。
在緩衝層上產生的層或疊加層可以從施主晶片移去，以便轉移給接收襯底，從而製造特殊結構。
轉移形成在緩衝層上的薄層的主要應用之一涉及應變矽層的形成。
如果界面上的其晶格參數分別大於或小於其標稱晶格參數，則由張力或壓縮力上的「應變」的材料構成層。
否則，如果後者基本上接近於其標稱晶格參數，則可以說層由「鬆弛」材料構成，標稱晶格參數是以其體積形式平衡的材料的晶格參數。
當層由張力應變的矽構成時，可以明顯提高某些性能，如材料的電子遷移率。
其它材料，例如SiGe也基本上可以進行同樣的轉移操作。
這種層向接收襯底上的轉移，特別是通過被稱為智能剝離(Smart-cut)的工藝是本領域技術人員熟知的，可以製造如SOI(絕緣體上半導體)結構等結構。
例如，在移去鬆弛SiGe的層之後，然後獲得的結構可用作生長矽的支架。
由於SiGe的標稱晶格參數(取決於鍺含量)大於矽的標稱晶格參數，因此在獲得的SGOI(絕緣體上矽鍺)偽襯底上生長矽可以提供張力應變的矽層。
作為示例，這種工藝的例子在由L.J.Huang等人發布的IBM文獻(「SiGe-On-Insulator prepared by wafer bonding and layer transfer forhigh-performance field transistor」，應用物理文摘，2001年2月26日，第78卷，第9號)中有介紹，其中提出了製造Si/SGOI結構的方法。
在文獻US2002/007481中給出了這種的工藝的另一個例子。
變質生長(metamorphic growth)的其它應用也是可行的，特別是例III-V族的半導體。
這樣，電晶體通常是使用GaAs基或InP基技術製造的。
關於電子性能，InP具有優於GaAs的實質優點，特別是，InP層和InGaAs或InAlAs層的組合可以提高電子遷移率。
然而，市場銷售的使用InP技術的元件的能力與GaAs技術相比受到限制，特別是在價格、可用性、機械脆弱性和體襯底的尺寸(與GaAs的6英寸相比，InP的最大直徑一般為4英寸，)方面。
解決這個問題的方案好像參照接收襯底發現了，通過在GaAs襯底上的緩衝層的異質外延除去和獲得InP層。
某些移去工藝，如「回刻蝕」型的工藝，則導致在移去期間破壞了襯底的剩餘部分和緩衝層。
在有些其它移去工藝中，如智能剝離(Smart-cut)工藝中，襯底被再循環，但是緩衝層損失了。
然而，變質製造技術是複雜的。
因此優化和製造這種緩衝層可能包括冗長、難度和昂貴的操作。
此外，由於成分變化產生的內部應力可能引起出現高比例的晶體缺陷，如位錯和點缺陷。
特別是通過增加晶格參數變化的厚度，可以使這些內部應力以及產生的缺陷最少。
主要原因是製造的緩衝層通常很厚，其典型厚度在一微米到幾微米範圍內。
然而，經濟和技術限制限制了緩衝層的一些主要性能，如其厚度或一定的結構複雜性。
對於所有這些原因，希望在襯底的每個再循環之後完全避免形成緩衝層。
發明內容
根據第一方案，本發明通過提供一種在已經移去選自半導體材料的材料的至少一個有用層之後再循環施主晶片的方法而趨於實現這個目的，其中施主晶片依次包括襯底，緩衝結構和移去之前的有用層，該方法包括在進行移去的施主晶片的一側上除去物質，其特徵在於除去物質包括採用機械手段，在除去物質之後，保留緩衝結構的至少一部分，這個至少一部分緩衝結構在後來的有用層移去期間能夠作為緩衝結構而被再利用。
根據第二方案，本發明提供一種從施主晶片上移去有用層以便轉移到接收襯底上的方法，其特徵在於該方法包括(a)將施主晶片粘接到接收襯底上；(b)從施主晶片上卸下粘接到接收襯底上的有用層；(c)根據所述再循環方法而再循環施主晶片。
根據第三方案，本發明提供一種循環地從施主晶片移去有用層的方法，其特徵在於該方法包括移去有用層的幾個步驟，這些步驟各遵守所述的移去方法。
根據第四方案，本發明提供一種所述的循環移去方法或所述的移去方法的應用，用於製造包括接收襯底和有用層的結構，該有用層包括至少一種下列材料SiGe、應變Si、Ge、屬於III-V族的合金、其成分分別選自可能的(Al、Ga、In)-(N、P、As)組合。
根據第五方案，本發明提供一種施主晶片，該施主晶片具有通過移去而輸送的有用層，並能根據所述再循環方法進行再循環，其特徵在於依次包括襯底和緩衝結構的其餘部分。
在閱讀了下面通過非限制性的例子和參照附圖的操作其優選方法的詳細說明之後將使本發明的其它方案、目的和優點更顯然，其中圖1表示根據現有技術的施主晶片；圖2表示移去之後的施主晶片；圖3表示第一再循環步驟之後的施主晶片；圖4表示根據本發明的方法的幾個步驟，依次包括從施主晶片移去薄層和移去之後施主晶片的再循環。
具體實施例方式
本發明的主要目的在於在從晶片移去至少一個有用層以便將這個有用層集成到半導體結構中之後對晶片的再循環，該晶片包括緩衝結構(即作為緩衝層的任何結構)，該再循環包括緩衝結構的至少部分恢復，以便它可以在後來的移去工藝中被再利用。
因此所述再循環操作必須包括不損害至少部分緩衝結構的合適處理。
實際上，緩衝結構通常包含晶體缺陷，如位錯，當給其輸送能量時，這些缺陷可能按照主要方式傳播和增加尺寸，這種能量將從熱處理、化學工藝或機械工藝提供。
例如，如果在350°、450°或550°的溫度下處理SiGe的緩衝結構，則結構狀態相對於被選溫度而變化(例如參見Re等人在晶體生長文摘、第227-228卷、749-755頁、2001年7月發表的文獻「Structuralcharacterization and stability of Si1-xGex/Si(100)heterostructures grown bymolecular beam epitaxy」)。隨著溫度增加，緩衝結構將在平滑平面內通過鬆弛它們、堆疊缺陷或其它結構鬆弛型而減小其內部應力。這將在具有將要形成的有用層的界面處產生一些新的難度。而主要的是保持被限制在緩衝結構中的這些內部應力。
則再循環必須按照如下方式進行，利用用於再循環的合適裝置，以便防止和限制緩衝結構內部的這些晶體應力的延伸，這些應力的延伸將破壞其性能和由此破壞形成在其上的有用層的性能。
有利地，具有這樣一種晶體結構它是基本上鬆弛的和/或在表面上沒有明顯數量的結構缺陷。
「緩衝層」是在本文獻中在前面已經一般地限定過的。
有利地，緩衝層被包含於緩衝結構中並具有下列兩個功能的至少一個功能1、減少上面層中的缺陷密度；2、使具有不同晶格參數的兩個晶體結構的晶格參數相匹配。
關於緩衝層的第二功能，後者是兩個結構之間的中間層，並且在其表面之一的周圍具有基本上與第一結構相同的第一晶格參數，在其另一個表面周圍具有基本上與第二結構相同的第二晶格參數。
在本文獻的其餘部分中，所述的緩衝層或緩衝結構將一般符合這個後一種緩衝層。
然而，本發明還涉及在最一般方式中的在本文獻中所限定的任何緩衝層或任何緩衝結構。
此外，將在下面介紹根據本發明的方法的例子，包括通過移去操作而再循環有用層的施主晶片，施主晶片開始包括支撐襯底和緩衝結構。
參見圖1，在公知的現有技術中包括的施主晶片10(通過移去操作而施加薄層)由支撐襯底1和緩衝結構I構成。
在本發明中這個施主晶片10的應用是從緩衝結構I的部分4和/或從形成在緩衝結構I表面上的覆蓋層的至少一部分(圖1中未示出)移去有用層，以便將其集成到如SOI結構等結構中。
施主晶片10的支撐襯底1包括在其與緩衝結構I的界面處具有第一晶格參數的至少一個半導體層。
在特殊結構中，支撐襯底1由具有第一晶格參數的一個半導體構成。
在緩衝結構I的第一結構中，後者由緩衝層2構成。
在這種情況下，位於支撐襯底1上的緩衝層2可以在其表面上賦予基本上不同於襯底1的第一晶格參數的第二晶格參數，由此在相同施主晶片10中具有分別有不同晶格參數的兩層1和4。
此外，在有些應用中，緩衝層2可以用於覆蓋層以便防止後者含有高缺陷密度和/或經受明顯應力。
此外。在有些應用中，緩衝層2可以用於覆蓋層以便具有良好的表麵條件。
一般情況下，緩衝層2具有隨著厚度逐漸改變的晶格參數，從而在兩個晶格參數之間建立過渡。
這種層一般被稱為變質層。
晶格參數的這種逐漸變化可以在緩衝層2的厚度內部連續產生。
或者，可以「分級」進行，每級是具有不同於下級的基本上恆定晶格參數的薄層，以便一級一級地分立地改變晶格參數。
還可以具有更複雜的形式，如隨著可變率、比率的標記倒置或成分中的不連續跳躍，成分進行變化。
通過按照逐漸方式從襯底1開始增加未包含於襯底1中的至少一種原子元素的濃度，有利地發現緩衝層2中的晶格參數的變化。
這樣，例如，在由一元材料構成的襯底1上製造的緩衝層2可以由二元、三元、四元或更高的材料構成。
這樣，例如，在由二元材料構成的襯底1上製造的緩衝層2可以由三元、四元或更高的材料構成。
通過例如利用外延法、使用公知的技術如CVD和MBE(「化學汽相澱積」和「分子束外延」的簡稱)在支撐襯底1上生長，有利地製造緩衝層2。
一般情況下，緩衝層2可以通過其它公知方法製造，以便例如獲得由各種原子元素的合金構成的緩衝層2。
修整緩衝層2下面的襯底1表面的次要步驟例如通過CMP拋光可以進行緩衝層2的製造。
在緩衝結構I的第二結構中，並參照圖1，緩衝結構I由緩衝層2(基本上與第一結構的相同)和附加層4構成。
附加層4可以位於襯底1和緩衝層2之間，或者在緩衝層2上，如圖1所示。
在第一種特殊情況下，附加層4可以構成第二緩衝層，如限制缺陷的緩衝層，由此提高了在緩衝結構I上製造的層的結晶度質量。
這種附加層4由優選具有恆定材料成分的半導體構成。
要製造的這種緩衝層4的厚度和成分的選擇對於實現這種性能是特別重要的關鍵所在。
這樣，例如，外延生長層中的結構缺陷通常在這層的厚度內部逐漸減少。
在第二種特殊情況下，附加層4位於緩衝層2上並用作緩衝層2的上面層。
這樣，可以固定第二晶格參數。
在第三種特殊情況下，附加層4位於緩衝層1上並在將要在施主晶片10上進行的移去操作中起作用，如在其水平面上進行的移去操作。
附加層還可具有幾種功能，如選自這些後三種特殊情況的功能。
在有利的結構中，附加層4位於緩衝層2上並具有不同於襯底1的第一晶格參數的第二晶格參數。
在這後種結構的特殊情況下，附加層4由通過緩衝層2鬆弛的材料構成，並具有第二晶格參數。
例如利用CVD或MBE的外延生長，通過在緩衝層2上生長可以有利地製造附加層4。
在第一實施例中，附加層4的生長原位地直接與下面的緩衝層2的形成連續進行，在這種情況下後者有利地通過層生長來形成。
在第二實施例中，附加層4的生長是在例如通過CMP拋光、熱處理或其它平滑技術修整下面的緩衝層2的表面的次要步驟之後進行的，從而緩衝層2中包含的位錯和其它缺陷不會傳播，不會增加尺寸和不會增加任何滑面、堆疊缺陷或可能降低由此形成的最終緩衝結構I的質量的其它缺陷。
根據下面的一種主要方式執行從施主晶片10移去有用層的操作(1)將要移去的有用層是附加層4的一部分。
(2)將要移去的有用層是預先形成在緩衝結構I上的覆蓋層(圖1中未示出)的一部分，所述覆蓋層例如是通過外延生長形成的並可能是通過修整緩衝結構I的表面而進行的。
施主晶片10則用作用於生長覆蓋層的襯底。
後者可以包括一個或多個薄層，這取決於所希望使用的移去方式。
此外，有利地，其具有基本上與緩衝結構I的自由面的鬆弛材料的晶格參數相同的晶格參數，如相同材料的層，或者具有在張力或壓縮力中應變的所有或部分其晶體結構的其它材料，或者這兩種類型的材料的組合。
在施主晶片10的特殊實施例中，一個或多個中間層插在緩衝結構I和覆蓋層之間。這種情況下，這個或這些中間層不移走。
(3)要移去的有用層是附加層4的一部分和覆蓋層(按照基本上與第二種移去方式中所述的方式相同的方式形成的)。
無論選擇哪種移去方式，參照圖2，在移去之後和在大多數情況下，突起部分7a和/或粗糙部分7b出現在剩餘施主晶片10的移去表面上。
「浮雕一樣(in relief)」的這個移去表面屬於位於緩衝層2上方的後移去層7。
這個後移去層7由所有的或部分層4構成，可能是一個或多個中間層和可能是覆蓋層的一部分，這取決於選自三種前述移去方式的移去方式。
出現在後移去層7表面上的浮雕一樣的部分7a和7b主要取決於移去方式和在移去操作期間使用的技術。
·這樣，例如，在工業上目前使用的移去方式是移去不是位於施主晶片10的整個表面上的有用層，而是只是移去有用層的一部分(一般主要是中心部分)，在施主晶片10的表面上留下突起部分，如參照標記7a所表示的。這些突起部分一般是整體的，並且位於施主晶片10的表面的周邊上，所有突起部分在商業上被公知為「移去環(taking-offring)」。
·這樣，例如，公知的移去技術如我們在將來和以後在本文獻中研究的那些技術，如前面已經提到的智能剝離(Smart-cut)技術，有時產生表面粗糙度，如移去表面上的參考標記7b所表示的。
一旦進行移去操作，為了回收施主晶片10，進行根據本發明的再循環操作。
根據本發明的再循環操作的第一步驟是至少除去浮雕部分7a和7b(如圖2所示)。
執行根據本發明的這個除去物質操作，以便在除去之後，留下緩衝結構I的至少一部分，這部分能在新的有用層的後來的移去操作期間被再利用。
在除去物質之後，再循環緩衝結構I的其餘部分，這與現有技術公知的在循環不一樣。
在再循環的並涉及所述移去的第二方式(2)的第一種特殊情況下，有利地選擇覆蓋層的厚度，從而在移去操作之後，覆蓋層的其餘部分(後移去層7)通過用於除去物質的標準機械手段被除去，如拋光裝置或CMP，而不從安全緩衝結構I除去物質，由此保持整個緩衝結構I。
在再循環期間通過標準機械手段如拋光等除去的材料的厚度通常為2微米左右，即使目前發展成功地達到了1微米左右。
在再循環的和涉及所述第二種移去方式(2)的第二種特殊情況下，有利地選擇覆蓋層和附加層4的厚度，從而在移去操作之後，覆蓋層的其餘部分(後移去層7)和至少一部分附加層4可以通過用於除去物質的標準機械手段而除去，例如拋光裝置或CMP，而不需要從安全緩衝層2除去物質，由此保持整個緩衝層2。
除去物質包括使用用於機械攻擊物質的裝置的操作，如拋光或研磨。
通常使用的拋光技術包括在拋光頭和能圍繞驅動軸旋轉的拋光板之間放置施主板10。
拋光頭和拋光板的各個主表面基本上是平行的。
施加於拋光頭的力對著板的上表面給施主晶片10加壓。
施主晶片10相對於板的旋轉運動在施主晶片10的一個表面上產生摩擦力，由此拋光這個面。
在優選方式中，帶有施主晶片10的拋光頭在拋光板的上表面上沿著為了使拋光儘可能地均勻而確定的路徑運動。這個運動例如可以是沿著特殊軸來回平移或者是螺旋運動。
拋光板有利地塗上織構材料或纖維。
可以有利地注入使板在施主晶片上的摩擦作用潤滑的拋光液。
可在拋光之後進行一般利用注入的去離子水的晶片表面的後拋光清洗。
可以在拋光和清洗之間進行後拋光漂洗操作，該操作一般利用包括注入的合適的表面活性劑的溶液。表面活性劑的主要功能是使殘餘顆粒儘可能地在漂洗液中分散，這些顆粒可能繼續侵蝕切片的表面，由此減少表面上的沉積物，並允許除去它們。
有利地注入這些溶液之一，以便溼潤覆蓋板的纖維，由此在施主晶片10的整個表面上儘可能好地分布溶液。
在板的第一實施例中，拋光、漂洗和清洗的所述板功能只由一個板來實現。
然而，為了提高整個方法的生產性，將優選具有幾個板的裝置在板的第二實施例中，拋光功能由拋光板實現，漂洗和清洗功能由被稱為漂洗/清洗板的一個板來實現。不將拋光從漂洗/清洗耦合的這個實施例通過使用用於漂洗的板而提高了漂洗質量，其中用於漂洗的板完全沒有保持固定在板上的任何特殊殘餘物。
在板的第三實施例中，拋光板、漂洗板和清洗板是分開的板。相對於第二實施例而言，不將漂洗與清洗耦合的本實施例通過使用用於清洗的板而提高了切片表面的最終清潔度，其中用於傾斜的板完全沒有保持固定到板上的任何特殊殘餘物。
除了拋光之外，可以包括研磨劑顆粒如矽石顆粒，以便提高物質的研磨性。
除了拋光之外，還可以包括化學劑，以便伴隨著利用化學刻蝕通過拋光板操作的機械攻擊。
在從施主晶片10除去物質的有利操作方式中，進行還稱為CMP的化學-機械平坦化，其原理是將拋光板的拋光表面與包括研磨劑顆粒和化學刻蝕劑的拋光液放在一起。
除了機械拋光之外，通過使用刻蝕劑和藉助研磨顆粒的化學研磨劑，拋光液結合用於施主晶片10的要拋光的表面的化學刻蝕。
這裡，除去物質操作可以在施主晶片10的被拋光表面的漂洗和/或清洗之後進行。
應該指出的是，在有些情況下，漂洗不僅是快速除去拋光的殘餘物和研磨劑顆粒，而且是關於拋光的化學作用。
這是因為，如果在拋光期間使用的化學刻蝕劑具有鹼性pH值，通過給拋光液添加一般酸性表面活性劑，可以促進快速停止拋光液的化學作用。
對於某些半導體，如矽，化學作用比機械作用(在拋光這種半導體的表面時使用的研磨劑顆粒很小)更佔優勢。
因此這種利用酸性表面活性劑的漂洗可以明顯地停止拋光作用並控制它對切片的影響，尤其是在最後段落中提到的材料。因此，可以確保後拋光厚度和可再現性。
這樣，可以控制拋光的停止，並因此更精確地控制除去的厚度。
此外，進一步注入漂洗液是優選的注入的太快導致拋光液的pH值的快速下降，在半導體的有些情況下，如矽，這種注入通過聚集而具有增加研磨劑顆粒的尺寸的效果，因此將其暴露以研磨這些較大顆粒結塊導致的損傷。
這裡，在要進行平坦化的層至少部分地包括矽的情況下，提出平坦化層的操作應用的例子。
適合於拋光矽的溶液一般是具有pH為7和10之間的鹼性溶液，優選在8和10之間，優選具有含氮的鹼的化學試劑，如氨。
研磨劑顆粒優選是矽石分子，其尺寸大約為十分之一微米。
如果決定漂洗，將使用具有優選在3和5之間或者甚至在4左右的pH值的表面活性劑，並具有接近於0.1％的CMC(臨界膠束濃度)。
漂洗步驟的時間有利地是拋光時間的大約50％。
這些機械或化學機械手段在用於控制被除去的物質的質量的本發明範圍內是特別有利的，以便允許緩衝結構I的至少一部分保存下來。
然而，一般情況下，從施主晶片10除去物質可包括操作侵蝕物質的所有機械手段，例如，研磨或用原子物質進行轟擊。
這種物質的除去可以通過熱處理來進行，以便進一步使被除去的表面平滑化和/或除去突起部分7a或粗糙部分7b。
例如，熱處理可以如在文獻US 6596610中所公開的那樣進行操作，其中這種突起部分7a和粗糙部分7b是通過熱處理除去的。在緩衝結構上的覆蓋層上進行移去的情況下有利地執行這種技術，從而這個熱處理主要作用在這個覆蓋層上，而不作用在緩衝結構I上，保持後者以增加內部缺陷。
因此採用下面物質除去方式之一(a)除去至少包括浮雕部分7a和7b的後移去層7的部分；或者
(b)除去所有的後移去層7；或者(c)除去所有後移取部分7和部分緩衝層2。
如果後移去層7包括一部分原始的覆蓋層，則物質除去方式(a)優選包括完全移去這個覆蓋層部分。
參見圖3，在物質除去之後保留下來的原始緩衝結構的一部分用I』表示。
它包括-當採用物質除去方式(a)時和當後者不包括移去附加層4的任何部分時的整個原始緩衝結構I；或-當採用物質除去方式(a)時和後者包括移去附加層4的一部分時的緩衝層2和部分附加層4；或-當採用物質除去方式(b)時的緩衝層2；或-當採用物質除去方式(c)時的緩衝層2的一部分。
第二再循環步驟包括在涉及物質除去的第一再循環步驟之後，重新形成在第一步驟期間除去的層的至少一些層。
首先，在某些情況下，優選修整在第一再循環步驟期間進行了物質除去的施主晶片10的表面，以便除去可能在物質除去期間出現的任何粗糙物。
為此，例如，將使用熱處理，使緩衝結構I中包含的位錯和其它缺陷不能傳播，不能增加尺寸和不產生任何切滑面或堆疊缺陷，如上所述。
第二步驟則包括當在第一再循環步驟期間除去了原始緩衝結構I的一部分時，從剩餘的緩衝結構I』恢復緩衝結構I。
有利地，緩衝結構I的恢復是這樣的一旦形成，後者基本上與原始緩衝結構I相同。
然而，在特殊實施例中，可以稍微改變某些製造參數，以便獲得稍微不同於原始緩衝結構的緩衝結構I。例如，將稍微改變材料中的某些化合物的濃度。
在第一再循環步驟期間切掉原始緩衝層2時，恢復緩衝結構I包括重新形成緩衝層2的被除去部分。
在第一再循環步驟期間切掉原始附加層4時，恢復緩衝結構I包括重新形成所有或部分附加層4。
在這種情況下，可以製造具有基本上與原始厚度相同或者基本上不同於原始厚度的附加層4。
一旦恢復了緩衝結構I，可以在其上方形成覆蓋層，該覆蓋層將至少部分地包括將要被除去的新的有用層，並且可能在緩衝結構I和覆蓋層之間有一個或多個中間層。
可能在這個第二再循環步驟期間形成的層有利地通過在它們的各個下面層上進行層生長而製造，例如通過CVD或MBE外延生長。
在第一種情況下，這些層I和5的至少之一直接原位地與下面的生長支架的形成連續地形成，在這種情況下後者也是有利地通過層生長形成的。
在第二種情況下，例如通過CMP拋光、熱處理或其它平滑化技術，在修整下面的生長支架的表面的次要步驟之後，生長這些層的至少之一，使得緩衝結構I中所包含的位錯和其它缺陷不傳播、不增加尺寸和部產生任何滑面、堆疊缺陷或者可能使緩衝結構I的質量下降的其它缺陷。
這樣，除了由本領域技術人員所希望的和進行的修改之外，最終獲得了基本上與原始相同的施主晶片10，就是說，圖1所示的施主晶片10。
通過這種方式獲得的施主晶片10包括至少一部分原始緩衝結構I，因此包括至少一部分原始緩衝層2，這使得避免其完整、冗長和昂貴的再形成，如在公知再循環方法中的情況那樣。
參照圖4a-4f，其中示出了根據本發明的從施主晶片10移去薄層和在移去之後再循環施主晶片10的方法的各個步驟，該方法採用了具有基本上與參照圖1所述的層結構相同的層結構的施主晶片10，因此包括襯底1和緩衝結構I，如圖4a所示。
在根據本發明的這個典型方法中，覆蓋層5已經添加在緩衝結構I的上方。
在這種方法期間執行的除去操作將涉及覆蓋層5的移去和部分的緩衝結構I的移去。
利用相同的方式和在施主晶片10的其它結構中，可能存在幾個覆蓋層並且移去操作可能涉及覆蓋層和可能部分的緩衝結構I，或者可能不存在覆蓋層，則移去操作將只涉及部分緩衝結構I。
這兩層I和5有利地根據公知技術通過外延生長例如通過CVD和MBE形成。
在第一種情況下，這些層的至少之一原位地直接與下面生長支架的形成連續地形成，在這種情況下後者也是有利地通過層生長而形成的。
在第二種情況下，例如通過CMP拋光、熱處理或其它平滑化技術，在修整下面的生長支架的表面的次要步驟之後，生長這些層的至少之一，使得緩衝結構I中所包含的位錯和其它缺陷不傳播、不增加尺寸和不產生任何滑面、堆疊缺陷或者可能使緩衝結構I的質量下降的其它缺陷。
移去薄層的方法示於圖4b和4c中。
本發明的第一優選移去步驟包括在施主層10中產生脆弱區，以便在這個脆弱區中進行後來的卸去操作，並由此分開所希望的有用層。
可操作產生這種脆弱區的幾種技術如下第一種技術，被稱為智能剝離(Smart-cut)，這是本領域技術人員公知的(其說明可以在覆蓋用於還原晶片技術的大量文章中找到)，包括在其第一步驟中，為了通過這種方式產生脆弱區，而用特殊能量注入原子物質(如氫離子)。
第二種技術是通過吸收至少一個多孔層而形成脆弱區，如在文獻EP-A-0849788中所述的。
在襯底1上產生根據這兩種技術之一有利地形成的脆弱區。
-在緩衝結構I的緩衝層中；或-在緩衝層和緩衝結構I的任何鬆弛層之間；或-在緩衝結構I的任何鬆弛層中；或-在緩衝結構I和覆蓋層5之間；或-如果後者足夠厚，在覆蓋層5中；這是由堆疊層構成的覆蓋層5的特殊情況。
參照圖4b，涉及移去薄層的第二步驟是將接收襯底6固定到覆蓋層5的表面上。
接收襯底6形成機械支架，它是剛性的足以支撐將從施主晶片10除去的覆蓋層5，並且保護它不受來自外部的任何機械應力的影響。
這個接收襯底6例如可以由矽或石英或其它類型的材料構成。
通過將接收襯底6緊密接觸覆蓋層5而放置和通過將其粘接在其上，而固定接收襯底6，其中在襯底6和覆蓋層5之間有利地進行分子粘接。
這種粘接技術連同改型一起特別地在由Q.Y.Tong，U.Gsele和Wiley發表的題目為「Semiconductor Wafer Bonding」(科學技術，Interscience Technology)的文獻中有介紹。
如果需要的話，粘接可以伴隨著要粘接的各個表面的適當的預處理和/或供給熱能和/或供給附加粘接劑。
這樣，例如，在粘接期間或者剛剛在粘接之後進行的熱處理可以使粘接的接點硬化。
粘接還可以通過插在覆蓋層5和接收襯底6之間的特別地具有高分子粘接能力的粘接層如矽石來控制。
有利地，形成接收襯底6的粘接面的材料和/或可能形成的粘接層的材料是電絕緣的，以便由移去的層製造SOI結構，則SOI結構的半導體層是被轉移的有用層5。
一旦粘接了接收襯底6，通過卸去它而在預先形成的脆弱區中移去一部分施主晶片10。
在所述第一種技術(智能剝離)的情況下，在第二步驟中，對注入區(形成脆弱區)進行熱和/或機械處理，或者其它供給能量，以便在脆弱其拆卸它。
在所述第二種技術的情況下，對脆弱層進行機械處理或其它供給能量，以便在脆弱層拆卸它。
根據這兩種技術之一在脆弱區的拆卸，例如，可以除去大部分晶片10，以便獲得可能包括剩餘緩衝結構I、覆蓋層5、任何粘接層和接收襯底6的結構。
然後，例如利用化學-機械拋光CMP、刻蝕或熱處理，在除去的層上有利地進行修整形成的結構的表面的步驟，以便除去任何表面粗糙度、厚度上的不均勻性和/或不希望的層。
後移去層7』形成位於移去操作之後留下來的襯底1上方的施主晶片10的一部分，形成施主晶片10』的這個整個晶片將被發送用於再循環，以便後來在其它層移去期間被再利用。
再循環步驟示於圖4d、4e和4f中。
參照圖4d，第一再循環步驟對應後移去層7』的除去部分。
執行根據前面已經介紹過的技術之一進行的機械或化學機械研磨或刻蝕操作，以便除去後移去層7』的一部分。
也可以操作用於通過各種機械手段除去物質的幾種技術，特別是，如果後移去層7』包括幾個不同的原始層(例如覆蓋層5的一部分和緩衝結構I的一部分)，例如，通過CMP進行研磨和通過隨後的簡單拋光。
這種物質的機械侵蝕可以先進行和/或在表面處理之後進行，如化學刻蝕、熱處理或平滑化，使得緩衝結構I中包含的位錯和其它缺陷不傳播、不增加尺寸和不產生任何滑面、堆疊缺陷或者可能使緩衝結構I的質量下降的其它缺陷。
在所有情況下，在這個第一再循環步驟結束時，參照圖4d，至少一部分緩衝結構I』保留下來。
參照圖4e和4f，第二再循環步驟對應與移去之前存在的那些層基本相同的層的恢復，並分別形成緩衝結構I和覆蓋層5的任何缺少部分。
通過根據基本上與前面詳細說明的那些技術之一相同的技術形成層，有利地恢復這些層。
在第一種情況下，這些層的至少之一原位地直接與下面生長支架的形成連續地生長，在這種情況下後者也是有利地通過層生長而形成的。
在第二種情況下，例如通過CMP拋光、熱處理或其它平滑化技術，在修整下面的生長支架的表面的次要步驟之後，生長這四層的至少之一，使得緩衝結構I中所包含的位錯和其它缺陷不傳播、不增加尺寸和不產生任何滑面、堆疊缺陷或者可能使緩衝結構I的質量下降的其它缺陷。
施主晶片10的獲得的層I和5不必與施主晶片10的層I和5相同，可以是圖4d中所示的施主晶片以便用作用於其它類型層的襯底。
在根據本發明再循環施主晶片10之後，可以再次操作移去有用層的方法。
這樣，在本發明的有利上下文中，通過重複地進行下列步驟而操作根據本發明從施主晶片10移去有用層的循環方法·移去方式；和·根據本發明的再循環方法。
在操作循環移去方法之前，可以根據本發明利用用於在襯底上製造薄層的一種或多種技術而執行製造施主晶片10的方法，如上所述。
在本文獻的其餘部分中，我們提出了包括緩衝結構I並能通過根據本發明的方法來操作的施主晶片10的結構的例子。
特別是，我們將提供可以有利地在這種施主晶片中使用的材料。
如我們看到的那樣，大多數情況下，在具有第一晶格參數的襯底1上製造的緩衝結構I具有在其自由面上具有第二晶格參數的主要功能。
則這種緩衝結構I包括緩衝層2，從而可以產生晶格參數的這種匹配。
通常用於獲得具有這種性能的緩衝層2的技術是具有由集中原子元素構成的緩衝層2，該原子元素包括·在襯底1的成分中的至少一種原子元素；和·在襯底1中沒有的或極少的至少一種原子元素，它具有在緩衝層2的厚度內逐漸改變的濃度。
緩衝層2中的這種元素的漸進濃度將成為以變形方式使緩衝層2中的晶格參數逐漸改變的主要原因。
這樣，在這種結構中，緩衝層2主要是合金。
用於襯底1的成分和用於緩衝層2的成分進行選擇的原子元素可以是IV型的，如Si或Ge。
例如，在這種情況下，可以具有由Si構成的襯底1和由SiGe構成的緩衝層2，其中緩衝層2中Ge的濃度隨著厚度在與襯底1的界面處的接近於0的值和在緩衝層2的其它面上的特殊值之間而逐漸變化。
在其它情況下，襯底1和緩衝層2的成分由III-V族的合金構成，如可能的(Al，Ga，In)-(N，P，As)組合。
緩衝層2優選由三元型或更高程度的合金構成。
例如，在這情況下，可以具有由AsGa構成的襯底1和包括As和/或Ga並具有至少一種其它元素的緩衝層2，後種元素隨著厚度在與襯底1的界面處的接近於0的值和在緩衝層2的其它面上的特殊值之間而逐漸變化。
襯底1和緩衝層2的成分可包括II-VI類型的原子元素對，如可能的(Zn，Cd)-(S，Se，Te)組合。
下面我們提供這種結構的幾個例子例1再循環之後，施主晶片10由以下部件構成-由Si構成的襯底1；-具有緩衝層2和附加層4的由SiGe構成的緩衝結構I；-在移去一部分覆蓋層之後形成覆蓋層5的一部分的由Si或SiGe構成的後移去層7。
在為了製造SGOI、SOI或Si/SGOI結構而移去SiGe和/或應變矽的層時，特別使用這些施主晶片10。
緩衝層2優選地具有從與襯底1的界面處逐漸增加的Ge濃度，以便使SiGe晶格參數如上所述那樣變化。
厚度通常在1和3微米之間，以便獲得在表面上的良好的結構鬆弛和包含與晶格參數的差別相關的缺陷，以便掩埋它們。
附加層4由被緩衝層2鬆弛過的SiGe構成，其中Ge濃度有利地是均勻的並基本上與其界面附近的緩衝層2的濃度相同。
附加的SiGe層4內的矽中的鍺的濃度通常在15％和30％之間。
在30％個這個極限表示目前技術的典型極限，但是在不久的幾年當中可以改變。
附加層4具有可能根據情況而極大地變化的厚度，典型厚度在0.5和1微米之間。
例2在循環之後，施主晶片10由以下部件構成-矽襯底1；-具有SiGe緩衝層2和基本上鬆弛的Ge的附加層4的緩衝結構I；-在移去一部分覆蓋層之後形成覆蓋層5的其餘部分的後移去層7。
緩衝層2優選地具有從與襯底1的界面處逐漸增加的Ge濃度，以便使晶格參數在矽襯底1的晶格參數和附加Ge層4的晶格參數之間變化。
為此，在緩衝層2中，使Ge濃度從大約0增加到大約100％，或者更精確地在98％左右，用於完全符合兩種材料的理論晶格。
例3再循環之後，施主晶片10由以下部件構成-包括在與緩衝結構I的界面處的至少一個AsGa部分的襯底1；-由III-V材料構成的緩衝結構I；-在移去一部分覆蓋層之後構成覆蓋層5的其餘部分的包括III-V材料的後移去層7。
這種緩衝結構I的主要優點是使覆蓋層5的材料V的晶格參數(其標稱值為大約5.87埃)與AsGa的晶格參數(其標稱值為大約5.65埃)相匹配。
在體III-V材料中，通過比較體InP與體AsGa，後者是較便宜的、在半導體市場中更廣泛地獲得、機械脆性較少、使用技術由後表面與其接觸的材料是較公知的以及其尺寸可以達到高值(通常為6英寸，而不是體InP的4英寸)。
在移去之前的施主晶片10的特殊結構中，移去之前的覆蓋層5包括要除去的InP。
由於體InP具有一般限於4英寸的尺寸，因此施主晶片10例如提供用於製造6英寸尺寸的InP層的溶液。
用於製造這種覆蓋層的緩衝結構I需要通常大於1微米的厚度，並且將向較大厚度改變，特別是如果根據本發明可以再循環的話。
此外，通常操作的用於製造這種緩衝結構I的外延生長技術是特別困難和昂貴的，因此能夠在移去有用層之後至少部分地恢復是很有意義的。
有利地，緩衝結構I包括由InGaAs構成的緩衝層2，其中In濃度在0和大約53％之間變化。
緩衝結構I可進一步包括由III-V材料構成的附加層4，如InGaAs或InAlAs，並具有基本上不變的原子元素的濃度。
在特殊的移去情況下，InP覆蓋層5和一部分附加層4將被除去，以便將其轉移給接收襯底。
這樣，可以有益於存在於兩個被除去材料之間的電氣或電子性能。
例如，如果被除去的一部分附加層4由InGaAs或InAlAs構成，是這樣一種情況在後種材料和InP之間電子帶不連續性產生移去層中的改進的電子遷移率。
施主晶片10的其它結構也是可以的，包括其它III-V化合物，如InAlAs等。
這種被移去層的典型應用是HEMT或HBT(分別為「High-ElectronMobility Transistor(高電子遷移率電晶體)」和「Heterjunction BipolarTransistor(異質結雙極型電晶體)」)製造。
在本文獻中提到的半導體層中，也可以向其中添加其它成分，如碳，其中碳濃度基本上小於或等於50％，或者更特別是，在所述層中的碳濃度小於或等於5％。
最後，本發明不限於由上述例中提到的材料構成的緩衝結構I、中間層8或覆蓋層5，而是可以延伸到IV-IV、III-V、II-VI型的合金的其它類型。
應該指出的是，這些合金可以是二元的、三元的、四元或更高程度的。
本發明不限於具有使具有不同各自晶格參數的兩個相鄰結構之間的晶格參數相匹配的主要功能的可再循環的緩衝層2或緩衝結構I，而是還可以涉及在本文獻中按照最一般的方式限定的根據本發明可以再循環的任何緩衝層2或緩衝結構I。
在移去之後最終獲得的結構不限於SGOI或SOI結構。
權利要求
1.一種在已經移去選自半導體材料的材料的至少一個有用層之後再循環施主晶片(10)的方法，該施主晶片(10)依次包括襯底(1)、緩衝結構(I)和移去之前的有用層，該方法包括在進行移去的施主晶片(10)的一側上除去物質，其特徵在於除去物質包括採用機械手段，在除去物質之後，保留緩衝結構(I)的至少一部分，這個至少一部分緩衝結構(I』)在後來的有用層移去期間能夠作為緩衝結構(I)而被再利用。
2.根據權利要求1所述的再循環施主晶片(10)的方法，其特徵在於在除去物質時的機械手段的操作包括拋光。
3.根據前述權利要求之一的再循環施主晶片(10)的方法，其特徵在於在除去物質時的機械手段的操作包括研磨拋光。
4.根據前述權利要求之一的再循環施主晶片(10)的方法，其特徵在於在除去物質時的機械手段的操作伴隨著化學刻蝕。
5.根據前述權利要求之一的再循環施主晶片(10)的方法，其特徵在於在除去物質時的機械手段的操作化學-機械平坦化。
6.根據前述權利要求之一的再循環施主晶片(10)的方法，其特徵在於機械手段的操作是在表面平滑化處理之前和/或之後進行的。
7.根據前述權利要求的再循環施主晶片(10)的方法，其特徵在於表面平滑化處理包括熱處理，使得緩衝結構(I)中包含的位錯和其它缺陷不傳播、不增加尺寸和不產生任何滑面、堆疊缺陷或者可能使緩衝結構(I)的質量下降的其它缺陷。
8.根據前述權利要求之一的再循環的方法，其特徵在於移去之前，緩衝結構(I)包括緩衝層(2)和附加層(4)，附加層(4)具有·足夠大的厚度以便限制缺陷；和/或·基本上不同於襯底(1)的表面晶格參數。
9.根據前述權利要求的再循環的方法，其特徵在於施主晶片(10)包括-由矽構成的襯底(1)；-包括Si1-xGex緩衝層(2)和被緩衝層(2)鬆弛過的Si1-yGey層(4)的緩衝結構(I)，其中Ge濃度x隨著厚度在0和y值之間變化。
10.根據前述權利要求之一的再循環的方法，其特徵在於除去物質包括除去在移去之後留下的一部分緩衝結構(I)。
11.根據權利要求8和10的再循環的方法，其特徵在於除去物質包括除去移去之後留下的附加層(4)的至少一部分。
12.根據權利要求8和10的再循環的方法，其特徵在於除去物質包括除去一部分緩衝層(2)。
13.根據前述權利要求之一的再循環的方法，其特徵在於，在移去之前，施主晶片(10)包括具有被除去的有用層的覆蓋層(5)，並且除去物質包括在移去之後除去剩餘覆蓋層(5)。
14.根據前述權利要求的再循環的方法，其特徵在於選擇覆蓋層(5)的厚度，使得在移去之後，可以在除去物質期間在覆蓋層(5)上執行用於除去物質的標準機械手段，如拋光手段，而不用從緩衝結構(I)上除去物質。
15.根據權利要求8和6的再循環的方法，其特徵在於選擇覆蓋層(5)的厚度和附加層(4)的厚度，使得在移去之後，可以在除去物質期間在覆蓋層(5)上和附加層(4)上執行用於除去物質的標準機械手段，如拋光手段，而不用從緩衝結構(I)上除去物質。
16.根據前述三項權利要求之一結合權利要求9的再循環的方法，其特徵在於覆蓋層(5)包括SiGe和/或應變矽。
17.根據權利要求13至15之一併結合權利要求9的再循環的方法，其特徵在於y＝1，並且覆蓋層(5)包括AsGa和/或Ge。
18.根據前述權利要求之一的再循環的方法，其特徵在於還包括在從施主晶片(10)除去物質的步驟之後，在發生除去物質的施主晶片(10)的一側上形成層的步驟，以便再生施主晶片(10)。
19.根據前述權利要求和權利要求10至12之一的再循環的方法，其特徵在於形成層的步驟包括在緩衝結構(I』)的其餘部分上方形成新的一部分緩衝結構(I)的操作。
20.根據前面兩項權利要求之一和權利要求13至15之一的再循環的方法，其特徵在於形成層的步驟包括在施主晶片(10)上形成覆蓋層(5)的操作，以便形成後來將要移去的至少一個新的有用層。
21.根據前面三項權利要求之一的再循環的方法，其特徵在於在形成層的步驟期間通過晶體生長形成所述層。
22.根據前述權利要求之一的再循環的方法，其特徵在於施主晶片(10)包括至少一個層，該至少一個層還包括碳，該層中的碳濃度基本上小於或等於50％。
23.根據前述權利要求之一的再循環的方法，其特徵在於施主晶片(10)包括至少一個層，該層還包括碳，該層中的碳濃度基本上小於或等於5％。
24.一種在施主晶片(10)上移去有用層以便將其轉移給接收襯底(6)的方法，其特徵在於包括(a)將施主晶片(10)粘接到接收襯底(6)上；(b)從施主晶片(10)上卸下粘接到接收襯底(6)上的有用層；(c)遵照根據前述權利要求之一的再循環方法而再循環施主晶片(10)。
25.根據前述權利要求的移去有用層的方法，其特徵在於它包括在步驟(a)之前形成粘接層的步驟。
26.根據前兩項權利要求之一的移去有用層的方法，其特徵在於-它還包括在步驟(a)之前，以預定深度，通過與緩衝結構(I)相鄰的施主晶片(10)的表面注入原子物質的步驟，以便在這個深度處形成脆弱區；和-步驟(b)是通過給施主晶片(10)供給能量來進行的，以便在脆弱區除去包括接收襯底(6)和有用層的結構。
27.根據權利要求24之一的移去有用層的方法，其特徵在於-它還包括在步驟(a)之前，通過在施主晶片(10)中進行多孔化而形成層的步驟，然後生長層(在步驟(b)的拆卸之後它將成為有用層)，該多孔層在緩衝結構(I)的內部或上方形成脆弱區；以及-步驟(b)是通過給施主晶片(10)供給能量來操作的，以便在脆弱區水平上拆卸包括接收襯底(6)和有用層的結構。
28.根據權利要求24至30之一的移去有用層的方法，其特徵在於在步驟(b)期間拆卸的有用層包括一部分緩衝結構(I)。
29.根據權利要求24至27之一的移去有用層的方法，其特徵在於施主晶片(10)包括在移去之前的位於遠離襯底(1)的一側上的覆蓋層(5)，並且在步驟(b)期間拆卸的有用層包括至少一部分覆蓋層(5)。
30.一種從施主晶片(10)循環地移去有用層的方法，其特徵在於包括移去有用層的幾個步驟，這些步驟的每個步驟都遵守權利要求24至29之一的移去方法。
31.根據前述權利要求之一的循環地移去的方法或者根據權利要求24至29之一的移去方法的應用，用於製造包括接收襯底(6)和有用層的結構，該有用層包括下列材料的至少一種SiGe、應變矽、Ge、屬於III-V族的合金、它們的成分分別選自可能的(Al，Ga，In)-(N，P，As)組合。
32.根據權利要求30的循環地移去的方法或者根據權利要求24至29之一的移去方法的應用，用於製造絕緣體上半導體結構，這種結構包括接收襯底(6)和有用層。
33.一種通過移去方法供給有用層並能根據權利要求1至23之一的再循環方法被再循環的施主晶片(10)，其特徵在於它依次包括襯底(1)和緩衝結構(I)的剩餘部分。
全文摘要
提供一種在移去至少一個有用層之後再循環施主晶片(10)的方法，該施主晶片(10)依次包括襯底(1)、緩衝結構(I)和移去之前的有用層。該方法包括採用機械手段除去發生移去的一側上的施主晶片(10)的一部分，從而在除去物質之後，保留至少一部分緩衝結構(I)，這部分緩衝結構(I)能在後來的有用層移去期間被再用作至少一部分緩衝結構(I)。本文獻還涉及a)從根據本發明能再循環的施主晶片(10)上除去薄層的方法；b)根據本發明可以再循環的施主晶片(10)。
文檔編號C30B33/00GK1679158SQ03820053
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月26日 優先權日2002年8月26日
發明者B·吉斯蘭, C·奧倫特, B·奧斯特努德, Y·勒瓦揚, T·阿卡蘇 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上矽技術公司