CN101620983A

CN101620983A - 薄膜制造方法

Info

Publication number: CN101620983A
Application number: CN200810126986A
Authority: CN
Inventors: 李天锡; 黄敬涵; 张朝喨; 杨耀渝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: CN101620983B

Abstract

本发明是有关于一种薄膜制造方法，其包括下列步骤：提供原始基板；形成蚀刻停止薄膜层于原始基板上；形成牺牲层于蚀刻停止薄膜层上；植入气体离子，以形成离子分布浓度高峰层并界定出有效转移薄膜层及剩余层；以及分离有效转移薄膜层及剩余层。可通过控制牺牲层的厚度，进而有效控制有效转移薄膜层的厚度。此外，也可使有效转移薄膜层厚度均匀，并且达到纳米等级的厚度。

Description

薄膜制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜制造方法，特别是涉及一种在基板上合成薄膜的制造方法。

背景技术

硅晶绝缘体(Silicon On Insulator，SOI)主要是在硅晶圆下设置绝缘层，用以避免电气效应并且可降低耗电量以减少电流的损失，此外硅晶绝缘体也可加快集成电路(Integrated Circuit，IC)的处理速度。硅晶绝缘体可应用在需要低耗电量的装置上，如行动电话、手表等，为了能充分发挥硅晶绝缘体可高速作业的特点，目前也积极朝高频集成电路应用发展。

而硅晶绝缘体亦有各种不同的制造方法，将分别描述如后。一九八八年美国的马舒拉(Dr.W.Maszara)利用一蚀刻停止层(Etch Stop Layer)，制造具微米等级薄膜厚度的键合背蚀式硅晶绝缘体(Bonding Etch-BackSilicon on Insulator，BESOI)。然而由于蚀刻停止层在晶圆上各点的停止蚀刻的工作时间不一，因此会影响键合背蚀式硅晶绝缘体上薄膜的膜厚均匀度(Total Thickness Variation，TTV)。此外，键合背蚀式硅晶绝缘体的制程十分费时，而且所产生的废弃溶液也易造成环境污染问题，并使得制造成本居高不下。

同一时期，国际商业机器公司(IBM)应用氧离子直接植入法(Separation by Implantation Oxygen，SIMOX)制造硅晶绝缘体，由于氧离子直接植入法所制造的硅晶绝缘体具有良好的薄膜的膜厚均匀度，因此也使得键合背蚀式硅晶绝缘体在制造高度集成电路领域的应用几乎被淘汰。

一九九二年，法国的布鲁尔(Dr.M.Bruel)发明一种薄膜制造方法，即「智切法」(Smart Cut

Process)。智切法可成功地由基板切下具有次微米等级薄膜厚度的薄膜，并将薄膜转移到另一基板上。智切法能使键合背蚀式硅晶绝缘体上薄膜的薄膜厚度具有和利用氧离子直接植入法所制造的薄膜一样良好的膜厚均匀度。

如美国专利第5,374,564号所揭露的制造半导体材料薄膜的方法，其在原始基板中植入高剂量离子如氢或钝气等气体离子，并产生一离子层，然后再将原始基板与目标基板键合成一体后，通过加热处理使离子在离子层中聚合，并产生许多的微气泡(microbubbles)。而微气泡会逐渐连成一片，进而使部份的原始基板上下分离，而被分离的原始基板即被转移至目标基板上，藉此在目标基板上形成薄膜。智切法所得的薄膜的膜厚均匀度十分良好，而且薄膜的缺陷密度小，在制造过程中也不会产生腐蚀液，所逸出的气体也无毒无害，因此没有环境污染问题，而且原始基板也还可以回收再次使用。

无论是智切法或是氧离子直接植入法皆以离子植入的能量来控制离子植入的深度，进而控制硅晶绝缘体上薄膜的膜厚。然而，因为智切法中所使用的氢离子质量过低，所以即使降低离子植入的能量，离子植入的深度仍不易缩减至纳米等级，因此难以产生良好离子分布的浅层布植，并制造厚度均匀的薄膜。而且利用智切法将薄膜转移至目标基板后，仍须以化学抛光方式或氧化蚀刻方式使薄膜的厚度减薄至纳米等级。但如此一来，会使得在大面积晶圆中薄膜转移后的薄膜厚度的准确度及均匀度良率都将大幅降低。

即使氧离子直接植入法是使用具有较重质量的氧离子布植，可产生良好离子分布的浅层布植，并制作出超薄的硅晶绝缘体薄膜。但是在半导体制程进入纳米等级要求下，氧离子直接植入法所产生的缺陷，特别是因植入氧离子所产生的氧析出物，会危害元件的制程良率。

又为了使智切法达到良好纳米等级的厚度，如美国专利第5,882,987号揭露的一种以智切法制造半导体材料薄膜的方法，其通过在目标硅基板上生长一蚀刻停止层(Etch Stop Layer)，然后再生长一超薄单晶硅层在蚀刻停止层上，并利用智切法将连同部份在蚀刻停止层下多余的硅一同自目标硅基板上切下，并转移至一目标基板。

之后将目标基板表面作表面蚀刻，并将蚀刻停止层上多余的硅移除，而使得目标基板上剩下超薄单晶硅层和蚀刻停止层，并再利用制造键合背蚀式硅晶绝缘体的方法，制作出超薄的硅晶绝缘体晶圆片，但仍会产生膜厚不均匀的缺点。

综合以上所述，以智切法制作硅晶绝缘体会因为氢离子质量轻，所以不容易制作良好离子分布的浅层布植，进而造成转移后的薄膜厚度难以达到纳米等级的需求。此外，转移后的薄膜的薄膜厚度又需进一步的减薄步骤，才可达到纳米等级的薄膜厚度，因此会使得薄膜厚度的准确度及均匀度都大幅降低。又因为蚀刻停止层与薄膜间的晶体晶格匹配度会影响薄膜的品质，因此也会产生产品良率下降的问题。

由此可见，上述现有的薄膜制造方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的薄膜制造方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的薄膜制造方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的薄膜制造方法，能够改进一般现有的薄膜制造方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的薄膜制造方法存在的缺陷，而提供一种新的薄膜制造方法，所要解决的技术问题是使其通过将牺牲层设置于蚀刻停止薄膜层上，并控制牺牲层的厚度及离子布植的能量，以使得所布植的离子可界定出极薄的有效转移薄膜层，以达到纳米等级的膜厚。此外，由于牺牲层具有类似过滤的功能，可过滤掉所布植的离子中的杂质离子，因此可使用较简易的离子布植装置，能制造出纳米等级且厚度均匀的薄膜。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的薄膜制造方法，其包括下列步骤：提供一原始基板(PrimarySubstrate)；形成一蚀刻停止薄膜层(Etching Stop Layer)于原始基板上；形成至少一牺牲层于蚀刻停止薄膜层上；植入气体离子，其利用一离子布植(Ion Implantation)技术，由牺牲层植入气体离子并穿越蚀刻停止薄膜层，并在原始基板内形成一离子分布浓度高峰层以界定出一有效转移薄膜层及一剩余层；以及分离有效转移薄膜层与剩余层，其是通过一输入能量处理使植入的离子聚合化(Polymerized)而使其分离。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的薄膜制造方法，其中所述的原始基板的材质为第四族材料、三五族材料或二六族材料。

前述的薄膜制造方法，其中所述的原始基板为一硅基板、一锗基板、一碳化硅基板、一砷化镓基板、一磷化铟基板、一磷化镓基板、一氮化铝基板、一氮化镓基板或一硫化物基板。

前述的薄膜制造方法，其中所述的牺牲层进一步包括一移除牺牲层步骤，其通过一蚀刻处理、一化学溶液蚀刻处理或一离子电浆蚀刻处理移除该牺牲层。

前述的薄膜制造方法，其中所述的蚀刻停止薄膜层为一绝缘层。

前述的薄膜制造方法，其中所述的蚀刻停止薄膜层的材质为氧化物材质、氮化物材质或碳基钻石材质。

物理气相沉积技术、一分子束磊晶成长技术、一液相磊晶成长技术或一气相磊晶成长技术所形成。

前述的薄膜制造方法，其中所述的牺牲层为一非晶硅、一多晶硅、一单晶硅、氧化硅层或二氧化硅层。

前述的薄膜制造方法，其中所述的牺牲层为二层以上时，每一该牺牲层的组成元素是为相同或不同。

前述的薄膜制造方法，其中进一步包括一晶圆键合(Wafer Bonding)步骤，其将该牺牲层与一目标基板键合。

前述的薄膜制造方法，其中所述的晶圆键合步骤进一步包括一表面离子化处理。

前述的薄膜制造方法，其中所述的晶圆键合步骤进一步包括一预热步骤。

前述的薄膜制造方法，其中进一步包括一晶圆键合(Wafer Bonding)步骤，其将该蚀刻停止薄膜层与一目标基板键合。

前述的薄膜制造方法，其中所述的离子植入技术为一浸没式电浆离子布植技术(plasma ion implantation immersion technology)或一离子浴(Ion Shower)掺杂技术。

前述的薄膜制造方法，其中所述的离子植入技术所植入的离子为一氢离子(H⁺)、一分子离子(Molecular Ions)。

前述的薄膜制造方法，其中所述的子离子包括一氢分子离子(H₂ ⁺)。

前述的薄膜制造方法，其中所述的输入能量处理为施以一高频交替电场处理或一磁场照射处理。

前述的薄膜制造方法，其中所述的高频交替电场处理或该磁场照射处理所使用的装置为一微波(Microwave)产生装置、一高周波(RadioFrequency)产生装置或一感应耦合(Inductive Coupled)场产生装置。

前述的薄膜制造方法，其中所述的高频交替电场处理或该磁场照射处理所使用的一微波系统为一固定频率微波系统或一可转变频率微波系统，该固定频率微波系统使用2.45GHz或900MHz频率的微波。

前述的薄膜制造方法，其中所述的微波系统的微波照射时间大于一分钟。

前述的薄膜制造方法，其中所述的输入能量处理为一热处理(Thermaltreatment)。

前述的薄膜制造方法，其中所述的热处理的温度高于室温且低于1250℃。

前述的薄膜制造方法，其中进一步包括一退火处理，其执行于分离该有效转移薄膜层与该剩余层后使该牺牲层再结晶。

前述的薄膜制造方法，其中所述的牺牲层用以过滤该离子布植技术所植入气体离子中的杂质离子。

前述的薄膜制造方法，其中所述的牺牲层用以消除该离子布植技术植入气体离子时的通道效应(Channeling Effect)。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明薄膜制造方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1、可制造纳米等级厚度的薄膜。

2、可平滑地剥离有效转移薄膜层，且不影响有效转移薄膜层的膜厚均匀度。

3、通过牺牲层具有过滤的特性，可过滤植入的离子中的杂质离子，藉此可利用简易的离子布植装置制造薄膜。

综上所述，本发明新颖的薄膜制造方法，其包括下列步骤：提供原始基板；形成蚀刻停止薄膜层于原始基板上；形成牺牲层于蚀刻停止薄膜层上；植入气体离子，以形成离子分布浓度高峰层并界定出有效转移薄膜层及剩余层；以及分离有效转移薄膜层及剩余层。可通过控制牺牲层的厚度，进而有效控制有效转移薄膜层的厚度。此外，也可使有效转移薄膜层厚度均匀，并且达到纳米等级的厚度。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的薄膜制造方法具有增进的突出多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是为本发明的一种薄膜制造方法S10流程实施例图一。

图2A至图2F是为图1的薄膜制造方法S10其制程状态实施例图。

图3是为本发明的一种薄膜制造方法S10’流程实施例图二。

图4A至C图4C是为图3的薄膜制造方法S10’其制程状态实施例图。

图5是为本发明的一种薄膜制造方法S10”流程实施例图三。

图6A至图6C是为第5图的薄膜制造方法S10”其制程状态实施例图。

图7是为离子布植能量与离子布植深度的关系图。

图8为利用场发射扫描式电子显微镜所拍摄的单晶硅薄膜层的断面图。

图9是为利用穿透式电子显微镜所拍摄的单晶硅薄膜层的断面图。

图10是为单晶硅薄膜层的X-Ray能量散布光谱。

S10、S10’、S10”：薄膜制造方法S20：提供一原始基板

S30：形成一蚀刻停止薄膜层于原始基板上

S40：形成至少一牺牲层于蚀刻停止薄膜层上

S50植入气体离子 S60：分离有效转移薄膜层与剩余层

S70：移除牺牲层 S80、S80’：晶圆键合

S90：退火处理 10：原始基板

20：蚀刻停止薄膜层 30、30’：牺牲层

40：离子分布浓度高峰层 50：有效转移薄膜层

60：剩余层 70：目标基板

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的薄膜制造方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。

图1是为本发明的一种薄膜制造方法S10流程实施例图一。2A图至图2F是为图1的薄膜制造方法S10其制程状态实施例图。图3是为本发明的一种薄膜制造方法S10’流程实施例图二。图4A至图4C为图3的薄膜制造方法S10’其制程状态实施例图。图5是为本发明的一种薄膜制造方法S10”流程实施例图三。图6A至图6C是为图5的薄膜制造方法S10”其制程状态实施例图。图7是为离子布植能量与离子布植深度的关系图。图8为利用场发射扫描式电子显微镜所拍摄的单晶硅薄膜层的断面图。图9是为利用穿透式电子显微镜所拍摄的单晶硅薄膜层的断面图。图10是为单晶硅薄膜层的X-Ray能量散布光谱。

如图1所示，本实施例是为一种薄膜制造方法S10，其包括下列步骤：提供一原始基板S20；形成一蚀刻停止薄膜层于原始基板上S30；形成至少一牺牲层于蚀刻停止薄膜层上S40；植入气体离子S50；以及分离有效转移薄膜层与剩余层S60。

提供一原始基板S20：如图2A所示，可依使用需求选择不同材质的原始基板10，例如原始基板10的材质可以为一第四族材料(Group IV)，例如原始基板10可以为一硅(Si)基板或一锗(Ge)基板...等。另外，原始基板10的材质也可以为三五族材料(Group III-V)，使原始基板10可以为一砷化镓(GaAs)基板、一磷化铟(InP)基板、一磷化镓基板、一氮化铝基板或一氮化镓(GaN)基板...等。此外，原始基板10的材质亦可以为二六族材料(GroupII-VI)或者原始基板10可以为一硫化物基板，例如一硫化硒(SeS)基板或一硫化镉(CdS)基板...等，又或者原始基板10可以为一碳化硅(SiC)基板。

形成一蚀刻停止薄膜层于原始基板上S30：如图2B所示，可通过薄膜生长技术在原始基板10上形成蚀刻停止薄膜层20，而蚀刻停止薄膜层20是可以为一绝缘层，又蚀刻停止薄膜层20的材料是可以为氧化物材料、氮化物材料、或碳基钻石材料...等。由于在使用碱性溶液或有机溶液移除牺牲层时，蚀刻停止薄膜层20不易被碱性溶液或有机溶液蚀刻，因此可进一步避免原始基板10被蚀刻。

形成至少一牺牲层于蚀刻停止薄膜层上S40：如图2C所示，可通过一化学气相沉积(CVD)技术、一物理气相沉积(PVD)技术、一分子束磊晶成长(MBE)技术、一液相磊晶(LPE)成长技术或一气相磊晶(VPE)成长技术...等类似技术形成牺牲层30于蚀刻停止薄膜层20上。此外，牺牲层30可以为一非晶硅、一多晶硅或一单晶硅，或者牺牲层30也可以为氧化硅层或二氧化硅层。当牺牲层30为二层以上时，每一牺牲层30的组成元素可以为相同或不同。

植入气体离子S50：如图2D所示，通过一离子布植(Ion Implantation)技术，例如一浸没式电浆离子布植技术(plasma ion implantationimmersion technology)或一离子浴掺杂技术...等植入气体离子。所植入的离子可以为一氢离子(H⁺)或一分子离子(Molecular Ions)，而分子离子又可包括一氢分子离子(H₂ ⁺)。在植入气体离子的过程中，植入的温度可设计为温度相异的阶段，分别植入气体离子。

如图2E所示，利用离子布植技术所植入的离子可穿越牺牲层30及蚀刻停止薄膜层20进入原始基板10内，并通过植入的气体离子的植入离子浓度分布以形成一离子分布浓度高峰层40并可界定出一有效转移薄膜层50及一剩余层60。由于可通过牺牲层30的设置而增加厚度，以使得离子分布浓度高峰层40可位于原始基板10较浅的位置，并界定出较薄的有效转移薄膜层50。

而通过控制离子布植的能量，可准确地控制离子植入的深度，因此可准确地控制有效转移薄膜层50的厚度至纳米等级。此外，牺牲层30的厚度也可通过磊晶薄膜生长技术准确地控制至纳米等级。因此，可利用控制牺牲层30的厚度和植入气体离子的能量，使有效转移薄膜层50的厚度获得良好的控制。举例来说，以80KeV的离子布植能量、植入剂量为10¹⁷/cm²的氢离子(H⁺)植入原始基板10，而植入的离子可在原始基板10表面下约700纳米处形成一氢离子植入浓度高峰层，也就是说可控制有效转移薄膜层50的厚度大约为700纳米。

此外，当离子穿越过牺牲层30时，由于牺牲层30可以为非晶硅或多晶硅，因此当离子穿过牺牲层30时，由于牺牲层30亦具有类似过滤的功能，可使得离子布植的能量均匀，而降低有效转移薄膜层50的粗糙度。而且牺牲层30也可消除离子布植技术植入气体离子时的通道效应(Channeling Effect)，进而使得植入的离子浓度均匀，并且均匀地植入于同一平面，使得分离后的有效转移薄膜层具有相当均匀的平坦度及平滑的粗糙度。

此外，牺牲层30也可过滤植入的离子的杂质离子，因此可使用较简易的离子布植装置，而不用使用精密且较为昂贵的离子布植装置，即能制造出极薄的有效转移薄膜层50，藉此可降低可观的制造成本。

分离有效转移薄膜层与剩余层S60：如图2F所示，通过一输入能量处理使离子分布浓度高峰层40中的离子与周围散布的离子聚合化。由于所植入的离子为气体离子，因此聚合化后的离子可形成气体核种，并且可结聚其他植入气体离子所产生的气体，填充于气体分子所造成的气体核种中，进而膨胀碎裂周围的固体结构，藉此使有效转移薄膜层50平滑地与剩余层60分离。

输入能量处理可以为施以一高频交替电场处理或一磁场照射处理。其中高频交替电场处理或磁场照射处理所使用的装置为一微波(Microwave)产生装置、一高周波(Radio Frequency)产生装置或一感应耦合(InductiveCoupled)场产生装置。此外，输入能量处理也可以为一热处理(Thermaltreatment)，而热处理的温度是可高于室温并且低于1250℃。

又高频交替电场处理或磁场照射处理所使用的一微波是统是可以为一固定频率微波是统或一可转变频率微波是统，而固定频率微波是统是可使用2.45GHz或900MHz频率的微波，且微波是统的微波照射时间是可大于一分钟。

如图3所示，薄膜制造方法S10’又可进一步包括一移除牺牲层步骤S70以及一晶圆键合步骤S80，其执行于植入气体离子步骤S50及分离有效转移薄膜层与剩余层步骤S60之间。

移除牺牲层S70：如图4A所示，可通过一蚀刻处理、一化学溶液蚀刻处理或一离子电浆蚀刻处理...等将图2E中的牺牲层30移除。例如可以使用碱性溶液或有机溶液移除牺牲层30，而碱性溶液或有机溶液例如氢氧化钾(potassium hydroxide，KOH)、TMAH和EDP (EthyleneDaminePyrocatochol，EDP)、TMAH(TetraMethy Ammonium Hydroxide，TMAH)标准蚀刻溶液...等。

晶圆键合S80：如图4B所示，可以通过晶圆键合技术，例如一直接键合技术、一阳极键合技术、一低温键合技术、一真空键合技术、或一电浆强化键合技术...等技术，将蚀刻停止薄膜层20与目标基板70键合为一体。又晶圆键合步骤S80可进一步包括一表面离子化处理，以加强蚀刻停止薄膜层20与目标基板70的键合强度。

如图4C所示，接着再通过分离有效转移薄膜层与剩余层步骤S60使有效转移薄膜层50平滑地与剩余层60分离，而使得蚀刻停止薄膜层20及有效转移薄膜层50顺利地转移至目标基板70上。

此外，晶圆键合步骤S80可进一步包括一预热步骤，藉此提高蚀刻停止薄膜层20、有效转移薄膜层50、离子分布浓度高峰层40及剩余层60的温度，用以缩短分离有效转移薄膜层50与剩余层60所需的时间。例如输入能量处理为热处理，且热处理的温度大于500℃时，需耗费30分钟以上才可使有效转移薄膜层50与剩余层60分离，若先以300℃的温度执行预热步骤1小时，并使蚀刻停止薄膜层20与目标基板70键合，则在500℃的条件下只需10分钟即可分离有效转移薄膜层50及剩余层60。

如图5所示，薄膜制造方法S10”又可进一步包括一晶圆键合步骤S80’以及一退火处理步骤S90，其中晶圆键合步骤S80’执行于植入气体离子步骤S50及分离有效转移薄膜层与剩余层步骤S60之间，而退火处理步骤S90则执行于分离有效转移薄膜层与剩余层步骤S60之后。

晶圆键合步骤S80’：如图6A所示，可以通过晶圆键合技术，例如直接键合技术、阳极键合技术、低温键合技术、真空键合技术、或电浆强化键合技术...等技术，将牺牲层30与目标基板70键合为一体。又晶圆键合步骤S80’可进一步包括一表面离子化处理，用以加强晶圆键合的强度。此外，同样地晶圆键合步骤S80’亦可进一步包括一预热步骤，藉此提高牺牲层30、蚀刻停止薄膜层20、有效转移薄膜层50、离子分布浓度高峰层40及剩余层60的温度，用以缩短分离有效转移薄膜层50与剩余层60所需的时间。

如图6B所示，接着再通过分离有效转移薄膜层与剩余层步骤S60使有效转移薄膜层50平滑地与剩余层60分离，而使得牺牲层30、蚀刻停止薄膜层20及有效转移薄膜层50顺利地转移至目标基板70上。

退火处理S90：如图6C所示，为了改善牺牲层30的晶体结构，并使牺牲层30的晶体结构可与目标基板70的晶体结构相接近，因此可通过退火处理步骤S90使牺牲层30再结晶。经过退火处理步骤S90后，被转移至目标基板70的牺牲层30可再结晶，以形成具有较佳晶体结构的牺牲层30’，并使牺牲层30’与目标基板70间晶体结构的晶格匹配度相近。

本实施例的方法通过薄膜生长技术准确地控制牺牲层30厚度至纳米等级，并可搭配牺牲层30的厚度以控制离子布植的能量，使离子分布浓度高峰层40位于较为浅层的位置，进而使得有效转移薄膜层50的厚度为纳米等级。牺牲层30可以在执行晶圆键合步骤S80前，通过化学蚀刻方式移除，或者可不移除牺牲层30，而在将牺牲层30、蚀刻停止薄膜层20及有效转移薄膜层50转移至目标基板70后，再通过退火处理步骤S90使牺牲层30’的晶格匹配度与目标基板70相近。

为了方便了解本实施例的功效，以下将提供一些较佳的具体实施例，藉以进一步说明本实施方式的架构制作方法与特点。

<第一具体应用例>

利用原始硅晶圆作为原始基板10、二氧化硅层作为蚀刻停止薄膜层20、多晶硅牺牲层作为牺牲层30、以及氢离子布植为例，进一步详细说明如下。如图7为通过SRIM_TM程式计算一定布植能量与相对应的离子布植深度分布的关系图，藉以估计从原始硅晶圆上所转移下来的单晶硅薄膜层的厚度。

如图7所示，将氢离子布植能量设定为160keV、布植倾斜角为7°，而二氧化硅层的厚度为300纳米、多晶硅牺牲层的厚度为400纳米，所以可由图7中得知，氢离子浓度分布高峰值约位在730-810纳米的深度，因此可推知离子分布浓度高峰层40所界定出的有效转移薄膜层50大约具有30-110纳米的厚度。

在植入氢离子后，可通过碱性溶液或有机溶液移除多晶硅牺牲层，而碱性溶液或有机溶液例如氢氧化钾(potassium hydroxide，KOH)、TMAH和EDP(EthyleneDamine Pyrocatochol，EDP)等为较常见的非等向性硅蚀刻溶液...等。而一般来说较多选用TMAH作为移除多晶硅牺牲层的蚀刻液，因为TMAH是一种无色无毒的有机溶剂。此外，TMAH也与互补式金氧半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)制程具有高度的相容性，且具有对二氧化硅及氮化硅有低蚀刻率的优点。

在经过TMAH溶液移除多晶硅牺牲层后，可通过原子力显微镜(AtomicForce Microscope，AFM)量测得知其表面粗糙度为0.586纳米，此结果证实经过蚀刻后，并不会严重影响晶圆键合的品质。并可通过椭圆仪(ellipsometer)量测单晶硅薄膜层转移后的厚度约为97纳米，而其中二氧化硅层的厚度约为313纳米。

如图8所示，上层单晶硅薄膜层厚度约为100.6nm、而二氧化硅层则为283.8nm。图9所示，可看出键合的界面相当平整、均匀而且没有任合的未键合区域。由图8及图9中可知其与SRIM_TM所模拟出来的结果相近，这表示氢离子浓度最大处就是薄膜分离的地方。

如图10所示，其用以说明图8中位于二氧化硅层上层的硅为<100>的单晶硅。在以多晶硅牺牲层作为牺牲层30时，多晶硅牺牲层可作为有效的离子布植屏蔽层，可避免在离子布植过程中，由于晶格排列而造成的离子布植深度差异，因此可得到更平滑、低粗糙度(Ra约为1.3纳米)的劈裂面。

此外，在以浸没式电浆离子布植技术植入气体离子的过程中，多晶硅牺牲层能够有效地将植入的杂质离子阻绝于多晶硅牺牲层内，再通过移除多晶硅牺牲层，也可将杂质离子一并过滤移除，而使杂质离子的不会进入原始基板10内，所以可以使用较简易的离子布植设备。

<第二具体应用例>

第二具体应用例为提供两片P型<100>晶向、阻值15-20ohm-cm的硅晶圆，使其中一片硅晶圆作为原始基板10。在离子布植之前，先在硅晶圆上以热氧化法成长一层300纳米厚度的氧化层作为蚀刻停止薄膜层20，接者在氧化层上以液相磊晶成长技术沉积400纳米厚度的多晶硅，用以作为牺牲层30，然后施予离子布植能量160keV、植入剂量为4×10¹⁶ions/cm²氢分子离子(H₂ ⁺)的离子布植制程。在晶圆键合之前，将多晶硅以TMAH化学蚀刻的方式移除，而剩下300纳米厚度的氧化层在经过氢分子离子布植的硅晶圆上。

经过晶圆键合后，施以低温退火处理，用以加强键能，再由900瓦的微波照射10分钟，即可将约100纳米厚度的单晶硅及300纳米厚度的二氧化硅层转移至另一硅晶圆上。

<第三具体应用例>

第三具体应用例为提供两片P型<100>晶向、阻值为15-20ohm-cm的硅晶圆，使其中一片硅晶圆作为原始基板10。并在硅晶圆上以湿式氧化方式成长一层厚度为300纳米的二氧化硅层，作为蚀刻停止薄膜层20，然后再以低压化学汽相沉积技术沉积一层未掺杂的多晶硅，用以作为牺牲层30并使其厚度为400纳米。将此硅晶圆施以氢气离子布植，其离子布植能量为160keV、植入剂量为4×10¹⁶ions/cm²。在离子布植后，以TMAH溶液移除多晶硅，然后以RCA溶液清洗表面，再以晶圆键合技术将硅晶圆直接与另一硅晶圆直接键合。并施予微波照射10分钟，以使得约100纳米厚度的单晶硅及300nm厚度的二氧化硅层可转移至另一硅晶圆上。

<第四具体应用例>

第四具体应用例为提供两片P型<100>晶向、阻值15-20ohm-cm的硅晶圆，使其中一片硅晶圆作为原始基板10。在离子布植之前，先在硅晶圆上以热氧化法成长一层300纳米厚度的氧化层，接者以液相磊晶成长技术在氧化层上沉积400纳米厚度的多晶硅作为牺牲层30。然后将此硅晶圆施以离子布植能量为160keV、植入剂量为4×10¹⁶ions/cm²的氢分子离子(H₂ ⁺)布植制程。

在晶圆键合之前，将多晶硅保留不予移除。在晶圆键合后，再以低温退火处理加强键能，再以900瓦的微波照射10分钟，即可将约100纳米厚度的单晶硅、300纳米厚度的二氧化硅层，及400纳米厚度的多晶硅转移至另一硅晶圆上。并可再将另一硅晶圆经过适当的高温退火处理，使多晶硅发生再结晶现象，藉以产生更佳的单晶晶体结构，并可使多晶硅层与另一硅晶圆的晶格匹配度相近。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1、一种薄膜制造方法，其特征在于其包括以下步骤：

提供一原始基板；

形成一蚀刻停止薄膜层于该原始基板上；

形成至少一牺牲层于该蚀刻停止薄膜层上；

植入气体离子，其利用一离子布植技术，由该牺牲层植入气体离子并穿越该蚀刻停止薄膜层，并在该原始基板内形成一离子分布浓度高峰层以界定出一有效转移薄膜层及一剩余层；以及

分离该有效转移薄膜层与该剩余层，其通过一输入能量处理使植入的离子聚合化而使其分离。

2、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的原始基板的材质为第四族材料、三五族材料或二六族材料。

3、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的原始基板为一硅基板、一锗基板、一碳化硅基板、一砷化镓基板、一磷化铟基板、一磷化镓基板、一氮化铝基板、一氮化镓基板或一硫化物基板。

4、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲层进一步包括一移除牺牲层步骤，其通过一蚀刻处理、一化学溶液蚀刻处理或一离子电浆蚀刻处理移除该牺牲层。

5、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的蚀刻停止薄膜层为一绝缘层。

6、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的蚀刻停止薄膜层的材质为氧化物材质、氮化物材质或碳基钻石材质。

7、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲层利用一化学气相沉积技术、一物理气相沉积技术、一分子束磊晶成长技术、一液相磊晶成长技术或一气相磊晶成长技术所形成。

8、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲层为一非晶硅、一多晶硅、一单晶硅、氧化硅层或二氧化硅层。

9、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲层为二层以上时，每一该牺牲层的组成元素为相同或不同。

10、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中进一步包括一晶圆键合步骤，其将该牺牲层与一目标基板键合。

11、根据权利要求10所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶圆键合步骤进一步包括一表面离子化处理。

12、根据权利要求10所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶圆键合步骤进一步包括一预热步骤。

13、根据权利要求4所述的薄膜制造方法，其特征在于其中进一步包括一晶圆键合步骤，其将该蚀刻停止薄膜层与一目标基板键合。

14、根据权利要求13所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶圆键合步骤进一步包括一表面离子化处理。

15、根据权利要求13所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的晶圆键合步骤进一步包括一预热步骤。

16、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的离子植入技术为一浸没式电浆离子布植技术或一离子浴掺杂技术。

17、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的离子植入技术所植入的离子为一氢离子、一分子离子。

18、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的分子离子包括一氢分子离子。

19、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的输入能量处理为施以一高频交替电场处理或一磁场照射处理。

20、根据权利要求19所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的高频交替电场处理或该磁场照射处理所使用的装置为一微波产生装置、一高周波产生装置或一感应耦合场产生装置。

21、根据权利要求20所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的高频交替电场处理或该磁场照射处理所使用的一微波系统为一固定频率微波系统或一可转变频率微波系统，该固定频率微波系统使用2.45GHz或900MHz频率的微波。

22、根据权利要求21所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的微波系统的微波照射时间大于一分钟。

23、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的输入能量处理为一热处理。

24、根据权利要求23所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的热处理的温度高于室温且低于1250℃。

25、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中进一步包括一退火处理，其执行于分离该有效转移薄膜层与该剩余层后使该牺牲层再结晶。

26、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲层用以过滤该离子布植技术所植入气体离子中的杂质离子。

27、根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于其中所述的牺牲层用以消除该离子布植技术植入气体离子时的通道效应。