CN104112694B

CN104112694B - 用于薄膜转移的方法

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Publication number: CN104112694B
Application number: CN201310142834.1A
Authority: CN
Inventors: 高地
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN104112694A

Abstract

本发明公开了一种用于薄膜转移的方法，可以有效的将薄膜从一个衬底分离并转移到另外一个衬底上，同时减少或者避免对薄膜可能产生的损伤。本发明针对薄膜转移工艺中经常出现的键合面缺陷、以及由键合面缺陷导致的转移层缺陷问题，采用了在键合片裂片过程之前对键合片施加压力、以及一个任选的在加压的条件下对键合片进行热处理的工艺来提高键合强度，减少或消除键合面缺陷。本发明适用于半导体行业及其它行业中薄膜转移工艺，主要应用于绝缘层上硅(silicon on insulator,SOI)晶圆的生产。

Description

用于薄膜转移的方法

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 ofoxygen,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。

针对此缺陷问题，制造商通常采用不同的方法来改进键合工艺，提高注氢硅片320与衬底片305之间的键合强度，减少键合缺陷。常用的方法比如在键合后对键合片330在常压（约1个大气压绝对压强）、400°C以下进行低温热处理S500（见附图5）。8,198,173和8,211,780号美国专利通过在键合前对器件硅片320和衬底片305表面进行等离子处理来提高键合强度。这些方法虽然不同程度的提高了键合强度，但效果都有限，键合面325仍然存在缺陷，键合强度仍然不理想，智能切割法的成品率仍然较低。

发明内容

鉴于上述问题，半导体工业界急需一种能够改善智能切割法中键合强度、减少或消除键合面缺陷从而大幅度提高良品率的SOI晶圆的新制造方法。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有高良品率的SOI晶圆的新制造方法。

本发明的另一个目的是提供一种适合于应用于半导体行业的薄膜转移新工艺方法，其能有效地避免薄膜转移过程中的薄膜损伤。

因此，本发明一方面提供了一种用于薄膜转移的方法，包括：

a)向用于提供薄膜的由半导体材料构成的第一衬底注入粒子从而在衬底表面下方形成粒子富集层的步骤；

b)将已注入粒子的第一衬底与用于接受薄膜的第二衬底键合在一起，形成键合片的步骤；

c)对键合片施加压力和任选的在加压的条件下对键合片进行热处理的的步骤；

d)通过减压或者通过加热、电磁波辐射或者其它能量输入方式或这些方式的组合来引发第一衬底的粒子富集层至第一衬底表面之间的薄层从第一衬底裂开而转移至第二衬底的步骤（被转移的薄层不包括粒子富集层本身）。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，所述第一衬底的材料选自：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)，或者所述第一衬底是由硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)中的两种或多种材料以薄膜或者层状结构或者其他方式组合在一起的复合衬底。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，本发明的薄膜转移方法还包括在步骤a)之前或者在步骤b)之前向第一衬底表面提供覆盖薄膜的步骤，所述覆盖薄膜也被转移至第二衬底。所述覆盖薄膜可以是氧化物膜或其他绝缘薄膜，例如氮化物膜、聚氨酯膜、聚酰亚胺膜等。所述覆盖薄膜上和第一衬底上可以形成有预先加工的图案。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，本发明的薄膜转移方法的步骤c)中，施加在键合片上的压强在1.1个大气压到500个大气压之间，优选在2个大气压到100个大气压之间，最优选在2个大气压到20个大气压之间。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，本发明的薄膜转移方法的步骤d)中所转移的薄层厚度在0.01微米至100微米之间，优选在0.02微米至20微米之间，更优选在0.05微米至2微米之间。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，向第一衬底注入的粒子选自：氢离子以及氢同位素的离子、稀有气体产生的离子以及它们的同位素的离子、和其他气体产生的离子。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，本发明的薄膜转移方法的步骤b)中第一衬底与第二衬底的键合通过氢键形成、低温热处理、使用胶粘剂、旋涂玻璃、或静电作用来实现。优选通过氢键形成来实现，更优选通过在氧气环境下形成氢键来实现。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，本发明的薄膜转移方法的步骤c)中热处理的温度在200°C到800°C之间，优选在350°C到600°C之间，更优选在400°C到550°C之间。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，本发明的薄膜转移方法的步骤c)包括对键合片施加压力的步骤和在加压的条件下对键合片进行热处理的步骤。所述加压处理与热处理可以同时、先后或者交替进行。所述加压处理和热处理过程可以交替进行并循环多次。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，本发明的薄膜转移方法，所述步骤d)通过减压操作来实现裂片。或者，也可以通过在加压的条件下加热（升温）来裂片；或者可以通过先减压降温，再按照传统方式（例如通过升温或电磁波辐射等能量输入方式）来裂片。

根据本发明的用于薄膜转移的方法的一个实施方式，本发明的薄膜转移方法还包括在步骤b)之前向第二衬底表面提供覆盖薄膜的步骤。所述覆盖薄膜和第二衬底上可以形成有预先加工的图案。

本发明另一个方面提供了一种用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法，包括：

a)提供第一硅衬底；

b)在第一硅衬底表面上形成绝缘薄膜（所述绝缘薄膜可以是氧化物膜或其他绝缘薄膜，例如氮化物膜、聚氨酯膜、聚酰亚胺膜等，优选氧化硅薄膜）；

c)向第一硅衬底注入粒子从而在衬底表面下方形成粒子富集层；

d)将已注入粒子的第一衬底与第二衬底键合在一起，形成键合片；

e)对键合片施加压力并且在加压的条件下对键合片进行热处理；

f)通过减压或者通过加热、电磁波辐射或者其它能量输入方式或这些方式的组合（优选通过减压）来引发第一衬底的粒子富集层上方的硅层和绝缘薄膜构成的薄层从第一衬底裂开而转移至第二衬底。

根据本发明的用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法的一个实施方式，本发明的SOI制造方法的步骤e)中，施加在键合片上的压强在1.1个大气压到500个大气压之间，优选在2个大气压到100个大气压之间，最优选在2个大气压到20个大气压之间。

根据本发明的用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法的一个实施方式，本发明的SOI制造方法的步骤f)中所转移的薄层厚度在0.01微米至100微米之间，优选在0.02微米至2微米之间，更优选在0.05微米至1微米之间。

根据本发明的用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法的一个实施方式，本发明的SOI制造方法的步骤c)中向第一硅衬底注入的粒子为氢离子或氢同位素的离子或其它离子。

根据本发明的用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法的一个实施方式，本发明的SOI制造方法的步骤d)中第一衬底与第二衬底的键合通过氢键形成来实现。优选通过在氧气环境下形成氢键来实现。

根据本发明的用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法的一个实施方式，本发明的SOI制造方法，其中步骤e)中所述热处理的温度在200°C到800°C之间，优选在350°C到600°C之间，更优选在400°C到550°C之间。

根据本发明的用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法的一个实施方式，本发明的SOI制造方法，其中步骤e)中所述加压处理与热处理可以同时、先后或者交替进行。所述加压处理和热处理过程可以交替进行并循环多次。

根据本发明的用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法的一个实施方式，本发明的SOI制造方法的步骤b）还包括在所述第一硅衬底和绝缘薄膜上形成预先加工的图案。

根据本发明的用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法的一个实施方式，本发明的SOI制造方法，还包括在步骤d)之前向第二衬底表面提供覆盖薄膜（所述覆盖薄膜可以是氧化物膜或其他绝缘薄膜，例如氮化物膜、聚氨酯膜、聚酰亚胺膜等，优选氧化硅薄膜）的步骤。所述第二衬底和覆盖薄膜上可以形成有预先加工的图案。

根据本发明的用于制造绝缘层上硅（SOI）晶圆的方法的一个实施方式，所述步骤f)通过减压操作来实现裂片；或者，也可以通过在加压的条件下加热（升温）来裂片；或者可以通过先减压降温，再按照传统方式（例如通过升温或电磁波辐射等能量输入方式）来裂片。

根据本发明的工艺，可以改善智能切割法中键合强度、减少或甚至消除键合面缺陷，从而大幅度提高了SOI或其他类似产品的良品率。

具体实施方式

本发明公开了一种薄膜转移的新工艺，可以有效的将薄膜从一个衬底分离并转移到另外一个衬底上，同时减少或者避免对薄膜可能产生的损伤。例如，该薄膜转移工艺可用于SOI晶圆的生产。

附图6和附图7示意性地示出了使用本发明的薄膜转移工艺生产SOI晶圆的工艺步骤。附图6为此工艺主要步骤的示意图；附图7为此工艺主要步骤的流程图。此工艺主要包括以下几个步骤：（1）向提供薄膜的第一衬底（供体，donor）600注入粒子（例如带电的离子、中性的原子、分子等），注入的粒子在距衬底表面一定距离的位置形成富集层610（步骤S700）；（2）将已注入粒子的供体612与接受薄膜的第二衬底（受体,acceptor）605键合在一起，形成键合片620（步骤S705）；（3）通过对键合片620施加压力，以及一个可选的在加压的条件下对键合片620进行热处理的步骤，来提高键合强度，减少或消除键合面615缺陷（步骤S710）；（4）通过减压或者通过加热、电磁波辐射或者其它能量输入方式或这些方式的组合来引发薄膜625与供体630裂开，将薄膜625转移至受体605（S715）。

提供薄膜的第一衬底（供体）600可以是任何半导体材料，例如是硅晶圆（比如单晶硅晶圆），也可以是其他半导体材料的晶圆或者衬底，包括但不局限于锗(Ge)，锗硅(SiGe),砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)等，也可以是以上这些材料中两种或多种材料以薄膜或者层状结构或者其他方式组合在一起的复合衬底，比如锗硅上应变硅(strained silicon-on-silicon germanium)。提供薄膜的第一衬底（供体）600表面也可以有薄膜覆盖，比如氧化硅薄膜覆盖的单晶硅晶圆。所述覆盖薄膜可以是氧化物膜或其他绝缘薄膜，例如氮化物膜、聚氨酯膜、聚酰亚胺膜等。提供薄膜的第一衬底（供体）600和其表面的薄膜或者材料也可以有使用光刻等技术预先加工的图案。

本发明所公开的的工艺过程可以例如应用于SOI（具体地，薄膜SOI）的生产。生产薄膜SOI时，供体600可以是单晶硅晶圆，但优选地其表面有一层绝缘薄膜（比如氧化硅薄膜）覆盖的单晶硅晶圆。单晶硅晶圆表面的薄膜可以通过多种物理或者化学方法生长或者沉积，比如将单晶硅晶圆置于氧化环境中（比如置于氧气、水蒸气、或者两者的混合气中），在高温下（比如800-1200°C）硅晶圆表面即可生长氧化硅膜；另比如可以用化学气相沉积法通过使用SiH₄和氧气等气体将氧化硅膜沉积于硅晶圆表面；另比如也可以用旋涂法在硅晶圆表面涂覆一层旋涂玻璃（Spin-on-Glass）。这些方法中，通常在氧气、水蒸气中高温条件下生长的氧化膜质量比较高，因此供体600通常是表面覆盖有一层在氧气、水蒸气中高温条件下生长的氧化膜的单晶硅晶圆。氧化膜的厚度通常为几十纳米至几微米，例如0.01微米至2微米，比较常见的厚度为0.1微米至1微米。

接受薄膜的第二衬底（受体）605主要是给薄膜转移提供一个衬底，理论上来讲可以是任何能够与供体600键合并与薄膜转移过程兼容的材料，比如可以是单晶硅晶圆、多晶硅晶圆，也可以是其他半导体材料包括但不局限于锗(Ge)，锗硅(SiGe),砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)等，也可以是绝缘材料包括但不局限于氧化硅、氮化硅、玻璃、石英、蓝宝石、塑料等，也可以是以上这些材料中两种或多种材料以薄膜或者层状结构或者其他方式组合在一起的复合衬底。本领域技术人员可以根据工艺实际需要对第二衬底的材料进行常规的选择。接受薄膜的第二衬底（受体）605表面也可以有薄膜覆盖，比如氧化硅薄膜覆盖的单晶硅晶圆。所述覆盖薄膜可以是氧化物膜或其他绝缘薄膜，例如氮化物膜、聚氨酯膜、聚酰亚胺膜等。接受薄膜的第二衬底（受体）605和其表面的薄膜或者材料也可以有使用光刻等技术预先加工的图案。

步骤S700中向提供薄膜的第一衬底（供体）600注入粒子（例如带电的离子、中性的原子、分子等）的过程可以用多种现有技术完成，包括但不局限于离子注入（ionimplantation,提供离子注入设备的公司包括美国Applied Materials,Varian,EatonCorporation等）、等离子体浸没离子注入（plasma immersion ion implantation,美国Silicon Genesis公司“PIII”技术）。可注入的粒子包括但不限于氢离子（以及氢同位素的离子）、稀有气体产生的离子（比如氦离子、氖离子、及它们的同位素的离子）、和其他气体（比如水蒸气、氢化合物等）产生的离子等。通常质量比较小的粒子会减少对供体粒子富集层610以上的区域611产生损坏的可能性。工业上最常见的注入粒子是氢离子。注入的粒子据有足够大的能量进入到受体600表面下一定深度，在至距表面一定距离的位置形成粒子富集层610。粒子注入的设备、具体工艺等都可以由本领域技术人员根据实际需要进行常规的调整。以向硅晶圆注入氢离子为例，离子注入剂量通常为10¹⁶cm^-2至10¹⁷cm^-2，较好的范围为5×10¹⁶cm^-2至8×10¹⁶cm^-2，注入能量一般为20keV(kiloelectron volt)至500keV，较好的范围为50keV至150keV。粒子注入深度（即粒子富集层距第一衬底表面的距离，在第一衬底表面提供有覆盖薄膜时为粒子富集层距覆盖薄膜表面的距离）通常为0.01微米至几微米之间，例如0.01微米至2微米之间，比较常见的范围为0.05微米至1微米之间。参照图6，可以理解，在第一衬底表面提供氧化膜的情况下，氧化膜的厚度与粒子注入深度共同决定了被转移的薄膜的厚度。被转移的薄膜的厚度通常在0.01微米至100微米之间，例如在0.02微米至20微米之间，例如在0.02微米至5微米之间，优选在0.05微米至2微米之间。

在步骤S705中，已注入粒子的供体612可以与受体605通过多种方式和途径键合在一起，形成键合片620。可使用的键合途径和方法包括但不限于通过氢键的形成、低温热处理、使用胶粘剂、旋涂玻璃（Spin-on-Glass）、静电作用等。工艺生产中，最常用的工艺是通过形成氢键来键合（因为氢键是自发形成的，也称为“自键合”），因为其简单易行。以键合两硅片为例，供体612与受体605为单晶硅片、或者表面覆盖有一层氧化膜的单晶硅片。这样的两个硅片可以通过氢键键合。氢键键合的具体操作过程和参数都是本领域技术人员熟知的。下面是一个示例性的具体氢键键合工艺。键合前，对供体612与受体605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，通常由以下几步构成：（1）将硅片置于用氨水、过氧化氢和去离子水按1:1:5比例制成的溶液中，在75-80°C浸泡；（2）将硅片置于用氢氟酸和去离子水按1:50比例配成的溶液中，在25°C短时间浸泡；（3）将硅片置于用盐酸、过氧化氢和去离子水按1:1:6比例制成的溶液中，在75-80°C浸泡。做为另一选择，硅片也可以用浓硫酸和过氧化氢制成的溶液清洗。任选地，清洗过的硅片在键合前可以用等离子体处理。等离子体可以是在交流或者直流电场下激发比如氧气、氮气、水蒸气、氨气、氦气、氖气等气体产生的。任选地，清洗过的硅片也可以在键合前使用紫外臭氧（UV Ozone）处理。提供紫外臭氧处理设备的公司包括美国的Jelight公司等。经以上方法处理的供体612与受体605表面具有很高的亲水性，表面富氢氧基集团、通常有水分子吸附。将经以上方法处理的供体612与受体605放在一起时，由于氢键的作用，在常压室温下供体612与受体605即会被键合在一起。作为另外一种选择，两硅片也可以通过使用胶黏剂键合在一起。可选用的胶黏剂包括环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等。作为另外一种选择，两硅片也可以通过使用一种旋涂玻璃（Spin-on-Glass）来键合。旋涂玻璃主要成分包括硅氧烷、硅酸盐等，通常混合于醇类溶剂中。实施时，可以使用旋涂法将旋涂玻璃先涂于一个硅片之上，然后将另一硅片放置其上，进行低温（150°C-250°C）热处理，两硅片即可键合。作为另外一种选择，两硅片也可以通过静电作用键合在一起。比如可以让一个硅片带正电，另一硅片带负电，两硅片靠静电吸引作用键合在一起。以上这些键合方法可根据具体应用的条件和需要进行选择。本发明的方法对于以上各种键合方法均有效，但尤其适合于氢键键合。

硅片键合时可以处于各种气氛环境下，但优选将硅片置于氧气环境下键合，这可以提高键合强度，减少键合面缺陷。硅片键合时，键合面上可能存在缺陷，如果在氧气环境下键合，氧气可以残留于缺陷内，残留的氧气在退火处理时可以帮助修补键合面的缺陷。氧气环境可以为常压、正压、或者负压。

尽管已注入粒子的供体612可以与受体605通过多种方式和途径键合在一起，形成键合片620，但是这些途径和方法都可能出现一个共同的问题，即键合面615可能出现缺陷。键合面615上缺陷的产生可能由多种原因造成，比如已注入粒子的供体612与受体605表面可能存在缺陷、清洗进行的不充分、键合环境中存在尘埃等等。键合面615的缺陷将直接导致裂片过程S715后，转移层625上出现缺陷。此问题是薄膜转移工艺中最难解决的问题之一，至目前为止，还没有解决此问题特别有效的方法。针对此问题，本发明公开的一个主要工艺为通过在键合片620裂片过程715之前对键合片620施加压力、以及一个可选的在加压的条件下对键合片620进行热处理的步骤（步骤S710）来提高键合强度，减少或消除键合面615缺陷。

本发明的一种实施方式包括：通过在键合片620裂片过程S715之前对键合片620施加压力、以及一个可选的在加压的条件下对键合片620进行热处理的步骤（步骤S710）来提高键合强度，减少或消除键合面615缺陷。加压从两个方面提高键合强度、减少或消除键合面615缺陷。一方面，加压可以使已注入粒子的供体612与受体605接触更紧密，用外加压力提高键合强度，减少或消除键合面615缺陷；同时，加压可以有选择性的与热处理联合使用，与不加压条件下的热处理相比，加压条件下的热处理可以更多的提高键合强度，减少或消除键合面615缺陷。另一方面，加压可以提高热处理可使用的温度。裂片过程前所使用的热处理工艺要求在不能引发裂片过程S715的基础上进行，此要求通常对热处理的温度设定上限，高于此上限的温度会引发裂片S715；加压可以提高裂片前热处理温度的上限，较高温度下的热处理通常可以更好的提高键合强度，减少或消除键合面615缺陷。

本发明所公开的对键合片620施加压力，以及可选的在加压的条件下对键合片620进行热处理的工艺对各种键合途径和方法均适用，包括但不限于通过氢键的形成、低温热处理、使用胶粘剂、旋涂玻璃（Spin-on-Glass）、静电作用等键合途径和方法。理论上来讲，在不损伤供体612与受体605的基础上，对键合片620施加压力越大，提高键合强度的效果越明显，但是太大的压力会增大操作难度和成本。因此，施加在键合片620的压强可以选择在1.1个大气压到500个大气压之间，通常在2个大气压到100个大气压之间，最好在2个大气压到20个大气压之间。对键合片620的加压操作可以通过对键合片620周围的介质（包括气体、液体、固体）加压；也可以利用机械设备对键合片620施加压力，比如可以用机械部件分别与键合片620两侧的供体612与受体605接触而施加压力；也可以通过电磁力对键合片620施加压力，比如可以让键合片620两侧的供体612与受体605携带电荷，靠静电力对键合面615施加压力。这些方法中，操作相对简单的是对键合片620周围的气体加压，实施时可以将键合片620置于压力容器内，将容器内充满气体，然后升高容器内气体的压强。理论上来说，此操作对容器内的气体没有特殊要求，但是比较易操作的条件是气体不会与键合片620发生化学反应，并且在热处理时不会引起爆炸。满足此条件的气体包括但不局限于空气、氮气、氧气、二氧化碳、惰性气体（如氦气、氩气等）、以及这些气体的混合物等。理论上来讲，在不损伤供体612与受体605的基础上，键合片620周围介质压强越大，提高键合强度的效果越明显，但是太大的压强会加大压力容器的制作成本，同时会增大操作难度和操作成本。因此，压力容器内气体的绝对压强可以选择在1.1个大气压到500个大气压之间，通常在2个大气压到100个大气压之间，最好在2个大气压到20个大气压之间。压力保持时间可以由本领域技术人员根据实际需要和具体工艺条件进行调整，一般可以在1分钟至12小时内，例如在5分钟至6小时内，或者在10分钟至4小时，或者15分钟至4小时，例如约20分钟、30分钟、1小时、1.5小时或2小时等。

虽然在键合片620裂片过程S715之前，对键合片620施加压力的操作可以在不升温的条件下进行，单独的加压工艺即可提高键合强度，减少或消除键合面615缺陷；但是如果同时采用加压与热处理两种工艺，键合强度可以提高的更多，键合面615可以得到更多的改善。所以，本发明的一个优选实施方式包括：在键合片620裂片过程S715之前，对键合片620施加压力、并且（加压的条件下）对键合片620进行热处理。采用加压与热处理两种工艺时，加压可以与热处理以各种方式和路径同时、先后或者交替进行。

图8A-8F为根据本发明的几种不同实施方式的几种可能路径的示意图。根据一种实施方式，加压热处理过程可以先进行加压过程S800，然后进行升温S805，见图8A。根据另一实施方式，可以先升温至一定温度S810，然后加压S815，见图8B。根据另一实施方式，可以先升温至一定温度S820，然后加压至一定压强S825，然后再升温S830，然后再加压S835，然后升温和加压过程可交替进行，升温和加压交替进行的过程可以组成一个循环单元S840，循环一定次数后结束此加压热处理过程，见图8C。根据另一实施方式，可以先升温至一定温度S845，然后加压至一定压强S850，然后再升温S855，然后再加压S860，然后升温和加压过程可交替进行，升温和加压交替进行的过程可以组成一个循环单元S865，循环一定次数后，最后进行一次升温过程S870后结束此加压热处理过程，见图8D。根据另一实施方式，可以先加压至一定压强S875，然后升温至一定温度S880，然后再加压S885，然后再升温S890，然后加压和升温过程可交替进行，加压和升温交替进行的过程可以组成一个循环单元S891，循环一定次数后结束此加压热处理过程，见图8E。根据另一实施方式，可以先加压至一定压强S892，然后升温至一定温度S894，然后再加压S895，然后再升温S896，然后加压和升温过程可交替进行，加压和升温交替进行的过程可以组成一个循环单元S897，循环一定次数后最后进行一次加压过程S898后结束此加压热处理过程，见图8F。以上各种路径内，每次升温和加压操作后，都可以根据具体需要停留一定长度的时间。

热处理操作对容器内的气体没有特殊要求，但是比较易操作的条件是气体不会与键合片发生化学反应，并且在热处理时不会引起爆炸。满足此条件的气体包括但不局限于空气、氮气、氧气、二氧化碳、惰性气体（如氦气、氩气等）、以及这些气体的混合物等。优选的是，加压处理与热处理在同样的气体环境下进行，因为这样不需要进行气体更换。

热处理的温度取决于压强，可以由本领域技术人员根据实际需要和具体工艺条件通过有限次的实验来确定，一般可以在200°C到800°C之间，优选在350°C到600°C之间，更优选在400°C到550°C之间。

加压处理和热处理的总时间并不重要，可以由本领域技术人员根据实际需要和具体工艺条件通过有限次的实验来确定，一般可以在1分钟至24小时内，例如在10分钟至12小时内，或者在15分钟至6小时，或者15分钟至4小时，例如约30分钟、1小时、1.5小时或2小时等。

步骤S710之后是裂片过程S715。现有技术的裂片是通过能量输入（例如加热或施加电磁辐射）来引发裂片的。现有技术的裂片方式与本发明的工艺方法是兼容的，可以直接用于本发明。但是本发明工艺方法的一个额外优点是允许简化裂片过程。在步骤S710包括加压和热处理的前提下，可以简单地通过直接减压来更简单、方便地进行裂片。

对键合片加压后，因为键合强度的增大，原来常压（约1个大气压绝对压强）条件下可以引发裂片的能量输入可能会因为加压而不能够引发裂片。以加热作为能量输入方式为例，将键合片加热到现有技术的裂片温度将不会导致裂片的发生。在这种情况下，进行减压操作则可以引发裂片S715。以加热作为能量输入方式为例，附图9A为现有技术在常压条件下通过加热引发裂片的两个过程示意图，附图9B为根据本发明通过减压引发裂片的两个过程示意图。参见图9A，在常压下，将键合片620加热至一定温度（T）即可引发裂片S905；在引发裂片之前，一个可选的步骤是在比裂片温度低的一个温度（T-ΔT1）下进行热处理S910来加强键合强度。在加压条件下，因键合片620所受压强P高于常压，因此将键合片620加热至原常压下的裂片温度T不会引发裂片，但是在此温度下热处理一段时间（S920）可以改善键合面615质量提高键合强度，然后保持温度T，减压至常压，则引发裂片S925。作为另一选择，根据同样机理，另外一个可使用的裂片的过程为在加压至P后，在不引发裂片的条件下，升温至比原常压下的裂片温度T高的温度（T+ΔT2）进行一段时间的热处理（S930），较高的温度（T+ΔT2）可以更好的改善键合面615，然后减压，同时保持温度（T+ΔT2），因为此时键合片620的温度高于原常压下的裂片温度T，所以当压强减至（P-ΔP1），容器内的压强仍然比常压高时，键合片620即可发生裂片S935。

与现有的工艺相比，通过减压操作引发裂片有以下几点主要优势。（1）键合片620上各个不同位置所承受的压强可以控制的比较均匀，比如将键合片620置于一定压强的气体中，键合片620上各个不同位置所承受的压强是基本一致的。然而，给键合片620加热时，键合片620上温度的均匀性取决于加热方式、键合片620自身和周围介质的热传递性能等因素，对温度均匀性的控制要比对压强均匀性的控制难度高。因为压强可以控制的更均匀，所以和由温度变化所引起的裂片过程S905相比，由压强变化所引起的裂片过程S925或者S935产生缺陷的可能性会降低，成品率会提高。（2）从实施操作角度上讲，对压强（比如键合片周围气体的压强）变化的控制比对温度变化的控制更简单，与温度变化相比，压强的变化无论从变化幅度还是变化速度的角度上其可控性都要高出一些。因此，利用压强变化来引发裂片可以给裂片过程提供更高的可控性，比如可以使用线性减压、步进式减压、分阶段减压等方案，在不同的时间尺度内使用不同的减压速率来优化裂片过程。因此，根据本发明的一个优选实施方式的薄膜转移过程包括：向第一衬底注入粒子形成粒子富集层，将注入粒子的第一衬底与第二沉淀键合在一起形成键合片，对键合片施加压力并在加压的条件下对键合片进行热处理，通过加压引起第一衬底的粒子富集层至表面之间的薄层与第一衬底分开转移至第二衬底。

根据本发明的一个实施方式，加压热处理过程（包括但不限于图8A-8F所示意的过程）后，可以以多种方式引发裂片过程，例如通过加热、通过直接减压或者通过加热和减压的组合。比如可以加压热处理过程S1005后，降温S1010，减压S1015（可以减压至常压，也可以减压至常压以上一定压强），然后再通过升温或电磁波辐射等能量输入方式来引发裂片S1020，见附图10A。根据本发明的另一个实施方式，加压热处理过程S1005后也可以在维持加压状态条件下，通过升温或电磁波辐射等能量输入方式来引发裂片S1025，见附图10B，此时的裂片温度要高于原常压条件下的裂片温度，如以其他能量输入方式（如电磁波辐射等）来引发裂片，和常压下的裂片条件相比，加压条件下可能需要更高的能量输入。根据本发明的另一个实施方式，加压热处理过程S1005也可以直接与减压裂片过程结合，在加压热处理后直接通过减压引发裂片S1030，见图10C。

裂片过程S715之后，可以进行常规的后处理。例如，以硅晶圆作为供体和受体，按照图6、图7所示本发明的工艺步骤（额外包括在粒子注入之前在硅衬底600表面形成氧化膜的步骤），即可以得到SOI。裂片后的SOI片的结构如附图1所示。任选地，可以在裂片后对得到的SOI片进行高温热处理，通常热处理的温度为900-1200°C，比较常用的温度为1000-1100°C。

裂片后，从供体612转移给受体605的转移层625表面可能会比较粗糙，因此，一个任选的工艺为对裂片后的SOI片进行研磨或者抛光。比如，可以使用磨料在旋转的SOI片上研磨（提供此类技术和设备的公司包括美国的Disco公司）。又比如，也可以使用化学机械抛光（chemical mechanical polishing）技术对SOI片进行抛光。化学机械抛光通常使用抛光垫以一定压力作用于晶圆表面，抛光垫相对于晶圆旋转，通过抛光液抛光晶圆表面。化学机械抛光使用的抛光液通常成酸性，其组成主要包括磨料和氧化剂等。磨料通常可以使用氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铈等颗粒，氧化剂通常可以是过氧化氢、KIO₃等。

虽然以上以SOI的生产为例，但本领域技术人员明白：本发明所公开的技术也可以应用于半导体行业及其它行业中的薄膜转移工艺，比如石英层上硅(silicon on quartz)，玻璃层上硅（silicon on glass），绝缘层上应变硅（strained silicon on insulator），绝缘层上锗(germanium on insulator)，绝缘层上锗硅上应变硅（strained silicon onsilicon germanium on insulator），绝缘层上砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)等。

尽管上文对本发明的主要内容进行了具体描述，本领域的技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的精神的范围内可进行形式和细节上的改变。可以理解，在不脱离此处披露的和根据所附权利要求所理解的更广泛的概念范围内，可以对不同实施方式和实施例做出各种改变。

附图概述

图1A为SOI的示意图。

图1B为SOI横截面的的示意图。

图2为现有技术中智能切割法的主要流程。

图3为图2智能切割法流程图中主要步骤的示意图。

图4A为现有技术中SOI片上大面积未转移区缺陷的示意图。

图4B为现有技术中SOI片上微小凹坑缺陷的示意图。

图5为现有技术中加入对键合片在常压进行400°C以下低温热处理步骤后的智能切割法流程图。

图6为本发明公开的薄膜转移工艺主要步骤的示意图。

图7为本发明公开的薄膜转移工艺主要步骤的流程图。

图8A-8F为本发明加压热处理过程几种可能路径的示意图。

图9A为在现有技术中常压条件下通过加热引发裂片的两个过程示意图。

图9B为根据本发明通过减压引发裂片的两个过程示意图。

图10A为根据本发明加压热处理过程后，降温，减压，然后再通过升温或电磁波辐射等能量输入方式来引发裂片的过程示意图。

图10B为根据本发明加压热处理过程后，在维持加压状态条件下，通过升温或电磁波辐射等能量输入方式来引发裂片的过程示意图。

图10C为根据本发明加压热处理后直接通过减压引发裂片的过程示意图。

实施例

本发明的一个主要应用为SOI晶圆的生产。下面以生产SOI为例描述本发明的具体实施例，其所描述的技术、方法和工艺路径也可同样应用于半导体行业及其它行业中的其它薄膜转移工艺。除非特殊指明，这里使用的涉及工艺参数的数字前都可以加上“大约”这个词汇，即使有的地方没有明确使用“大约”这个词汇。同时，所有以数值范围形式描述的区间区域包括所描述区域内的所有子区域，特别是包括由本文所公开的任意具体数值作为区间端点所构成的子区间。

实施例1

将20片直径10厘米的硅晶圆（P型，美国Silicon Quest International公司）在氧气环境1个大气压绝对压强下在1100°C氧化约9小时，在硅晶圆表面得到约0.4微米厚的氧化硅薄膜。然后，以8×10¹⁶cm^-2的剂量、80keV注入能量向氧化硅薄膜覆盖的硅晶圆进行氢离子注入，离子注入深度约0.75微米厚。另取20片直径10厘米的硅晶圆（P型，美国SiliconQuest International公司）做衬底片。20片注氢后的硅晶圆与20片衬底片共40片晶圆一同以下面工艺清洗。第一步，将40片晶圆置于氨水、过氧化氢、和去离子水按1:1:5比例制成的溶液中，在75-80°C浸泡10分钟，然后以去离子水清洗；第二步，将40片晶圆置于氢氟酸和去离子水按1:50比例配成的溶液中，在25°C浸泡10秒，然后以去离子水清洗；第三步，将40片晶圆用盐酸、过氧化氢、和去离子水按1:1:6比例制成的溶液在75-80°C浸泡10分钟，然后以去离子水清洗。清洗过的40片晶圆用离心机甩干后，做紫外臭氧（UV Ozone，设备由美国Jelight公司提供）处理，然后再以去离子水清洗，离心甩干。经以上处理的20片注氢后的硅晶圆翻转后分别与20片衬底片在室温下靠氢键自键合，得20片键合片。将20片键合片置于15个大气压绝对压强氮气中加热至480°C，保持温度和压强1小时，而后降温至室温约23°C，然后将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强）。将20片键合片在常压下加热至500°C进行裂片。裂片后，原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。因为面积大于约1平方毫米的未转移区可以比较容易的通过目测检测出来，所以先对得到的20片SOI片进行目测。经目测，20片SOI片上有18片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余2片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将18片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后18片转移较完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国Cabot Microelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLA Tencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测，该系统可以检测出SOI片上直径大于0.1微米的缺陷点的个数。18片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有16片。

对比实验1

与此实施例1同时进行了另一个对照试验，将另外20片同样的直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以同样的方法清洗、表面处理、键合。将此20片键合片在常压下（约1个大气压绝对压强）加热至350°C保温1小时，再将20片键合片在常压下加热至500°C进行裂片，经目测，20片SOI片上仅有5片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余15片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将5片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，然后对热处理后5片转移较完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国Cabot Microelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLA Tencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测。5片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点全部大于10个。

以上实验说明对键合片的加压热处理可以显著降低利用薄膜转移方法生产SOI片时转移层出现缺陷的可能性。

实施例2

将20片与实施例1所使用硅晶圆的同样的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样的方法清洗、表面处理、键合。将20片键合片在常压下（约1个大气压绝对压强）加热至350°C保温1小时，而后充氮气加压至15个大气压，继续将20片键合片于15个大气压绝对压强氮气中加热至480°C，保持温度和压强1小时，而后降温至室温约23°C，然后将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强）。将20片键合片在常压下加热至500°C进行裂片。裂片后，原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。经目测，20片SOI片上有18片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余2片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将18片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后18片转移较完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国Cabot Microelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLATencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测，该系统可以检测出SOI片上直径大于0.1微米的缺陷点的个数。18片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有17片。

实施例3

将20片与实施例1所使用硅晶圆的同样的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样的方法清洗、表面处理、键合。将20片键合片在常压下（约1个大气压绝对压强）加热至350°C保温20分钟；而后充氮气加压至5个大气压，继续将20片键合片于5个大气压绝对压强氮气中加热至400°C，保持温度和压强20分钟；而后降温至室温约23°C，然后将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强）。将20片键合片在常压下加热至500°C进行裂片。裂片后，原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。经目测，20片SOI片上有14片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余6片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将14片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后14片转移较完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国Cabot Microelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLATencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测，该系统可以检测出SOI片上直径大于0.1微米的缺陷点的个数。14片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有10片。

实施例4

将20片与实施例1所使用硅晶圆的同样的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样的方法清洗、表面处理、键合。将20片键合片在常压下（约1个大气压绝对压强）加热至350°C保温20分钟；而后充氮气加压至300个大气压，继续将20片键合片于300个大气压绝对压强氮气中加热至430°C，保持温度和压强50分钟；而后降温至室温约23°C，然后将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强）。将20片键合片在常压下加热至500°C进行裂片。裂片后，原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。经目测，20片SOI片上有17片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余3片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将17片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后17片转移较完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国Cabot Microelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLA Tencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测，该系统可以检测出SOI片上直径大于0.1微米的缺陷点的个数。17片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有15片。

实施例5

将20片与实施例1所使用硅晶圆的同样的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样的方法清洗、表面处理、键合。将20片键合片在常压下（约1个大气压绝对压强）加热至350°C保温20分钟；而后充氮气加压至5个大气压，继续将20片键合片于5个大气压绝对压强氮气中加热至400°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至10个大气压，继续将20片键合片于10个大气压绝对压强氮气中加热至450°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至20个大气压，继续将20片键合片于20个大气压绝对压强氮气中加热至480°C，保持温度和压强20分钟；而后降温至室温约23°C，然后将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强）。将20片键合片在常压下加热至500°C进行裂片。裂片后，原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。经目测，20片SOI片上有19片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余1片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将19片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后19片转移较完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国CabotMicroelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLA Tencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测，该系统可以检测出SOI片上直径大于0.1微米的缺陷点的个数。19片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有18片。

实施例6

将20片与实施例1所使用硅晶圆的同样的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样的方法清洗、表面处理、键合。将20片键合片置于15个大气压绝对压强氮气中加热至480°C，保持温度和压强1小时，然后保持温度于约480°C，同时将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强），降压过程引发裂片。裂片后，降温至室温约23°C。原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。经目测，20片SOI片中有19片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余1片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将19片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后19片转移完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国CabotMicroelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLA Tencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测。19片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有17片。

实施例7

将20片与实施例1所使用硅晶圆的同样的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样的方法清洗、表面处理、键合。将20片键合片在常压下（约1个大气压绝对压强）加热至350°C保温20分钟；而后充氮气加压至5个大气压，继续将20片键合片于5个大气压绝对压强氮气中加热至400°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至10个大气压，继续将20片键合片于10个大气压绝对压强氮气中加热至450°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至20个大气压，继续将20片键合片于20个大气压绝对压强氮气中加热至480°C，保持温度和压强20分钟；然后保持温度于约480°C，同时将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强），降压过程引发裂片。裂片后，降温至室温约23°C。原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。经目测，20片SOI片全部转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），无SOI片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将20片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后20片转移完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国Cabot Microelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLA Tencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测。20片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有19片。

实施例8

将20片与实施例1所使用硅晶圆的同样的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样的方法清洗、表面处理。经以上处理的20片注氢后的硅晶圆翻转后分别与20片衬底片在室温下在1个大气压绝对压强氧气环境下靠氢键自键合，得20片键合片。将20片键合片置于15个大气压绝对压强氮气中加热至480°C，保持温度和压强1小时，而后降温至室温约23°C，然后将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强）。将20片键合片在常压下加热至500°C进行裂片。裂片后，原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。经目测，20片SOI片上有19片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余1片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将19片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后19片转移较完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国Cabot Microelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLA Tencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测。19片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有18片。

实施例9

将20片与实施例1所使用硅晶圆的同样的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样的方法清洗、表面处理。经以上处理的20片注氢后的硅晶圆翻转后分别与20片衬底片在室温下在5个大气压绝对压强氧气环境下靠氢键自键合，得20片键合片。将20片键合片在常压下（约1个大气压绝对压强）加热至350°C保温20分钟；而后充氮气加压至15个大气压，继续将20片键合片于15个大气压绝对压强氮气中加热至400°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至30个大气压，继续将20片键合片于30个大气压绝对压强氮气中加热至450°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至80个大气压，继续将20片键合片于80个大气压绝对压强氮气中加热至480°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至200个大气压，继续将20片键合片于200个大气压绝对压强氮气中加热至530°C，保持温度和压强20分钟；而后降温至室温约23°C，然后将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强）。将20片键合片在常压下加热至500°C进行裂片。裂片后，原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。经目测，20片SOI片上有19片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余1片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将19片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后19片转移较完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国Cabot Microelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLA Tencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测，该系统可以检测出SOI片上直径大于0.1微米的缺陷点的个数。19片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有19片。

实施例10

将20片与实施例1所使用硅晶圆的同样的硅晶圆以与实施例1同样方法氧化、注入氢离子，然后与20片直径10厘米的硅晶圆以与实施例1同样的方法清洗、表面处理。经以上处理的20片注氢后的硅晶圆翻转后分别与20片衬底片在室温下在5个大气压绝对压强氧气环境下靠氢键自键合，得20片键合片。将20片键合片在常压下（约1个大气压绝对压强）加热至350°C保温20分钟；而后充氮气加压至15个大气压，继续将20片键合片于15个大气压绝对压强氮气中加热至400°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至30个大气压，继续将20片键合片于30个大气压绝对压强氮气中加热至450°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至80个大气压，继续将20片键合片于80个大气压绝对压强氮气中加热至480°C，保持温度和压强20分钟；而后充氮气加压至200个大气压，继续将20片键合片于200个大气压绝对压强氮气中加热至530°C，保持温度和压强20分钟。然后保持温度于约530°C，同时将氮气压力降至常压（约1个大气压绝对压强），降压过程引发裂片。裂片后，降温至室温约23°C。裂片后，原注氢的硅晶圆上的约0.4微米厚氧化薄膜及约0.35微米厚的单晶硅薄膜转移至衬底片上，得到20片SOI片。经目测，20片SOI片上有19片转移较完整（没有观察到面积大于约1平方毫米的未转移区），其余1片可观察到面积大于约1平方毫米的未转移区。将19片转移较完整的SOI片置于氮气环境中在1100°C进行热处理，而后对热处理后19片转移较完整的SOI片使用Strasbaugh6DF-SP型号化学机械抛光机和美国Cabot Microelectronics公司抛光液进行化学机械抛光。清洗后，使用美国KLA Tencor公司的SP1TBI型号表面检测系统对抛光后的SOI片进行检测，该系统可以检测出SOI片上直径大于0.1微米的缺陷点的个数。19片转移较完整的SOI片中，直径大于0.1微米的缺陷点少于10个的SOI片有19片。

尽管上文已经对具体实施例进行了具体描述，本领域的技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的精神的范围内可进行形式和细节上的改变。可以理解，在不脱离此处披露的和根据所附权利要求所理解的更广泛的概念范围内，可以对不同实施例的适应性描述做出各种改变。

Claims

1.一种用于薄膜转移的方法，包括：

b)将已注入粒子的第一衬底与用于接受薄膜的第二衬底键合在一起，形成键合片的步骤，其中第一衬底与第二衬底的键合通过氢键形成来实现；

c)对键合片施加压力和在加压的条件下对键合片进行热处理的步骤，其中施加在键合片上的压强在1.1个大气压到500个大气压之间，并且对键合片施加压力是通过对键合片周围的气体加压来实现的；

d)通过减压操作来引发第一衬底的粒子富集层至第一衬底表面之间的薄层从第一衬底裂开而转移至第二衬底的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，所述第一衬底的材料选自：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)，或者所述第一衬底是由硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)中的两种或多种材料以薄膜或者层状结构或者其他方式组合在一起的复合衬底。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括在步骤a)之前或步骤b)之前向第一衬底表面提供覆盖薄膜的步骤，所述覆盖薄膜也被转移至第二衬底。

4.根据权利要求3所述的方法，所述覆盖薄膜是氧化物膜或其他绝缘薄膜。

5.根据权利要求1所述的方法，在步骤c)中，施加在键合片上的压强在2个大气压到100个大气压之间。

6.根据权利要求1所述的方法，在步骤c)中，施加在键合片上的压强在2个大气压到20个大气压之间。

7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中步骤d)中所转移的薄层厚度在0.01微米至100微米之间。

8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤d)中所转移的薄层厚度在0.02微米至20微米之间。

9.根据权利要求7所述的方法，其中步骤d)中所转移的薄层厚度在0.05微米至2微米之间。

10.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中向第一衬底注入的粒子选自：氢离子以及氢同位素的离子、稀有气体产生的离子以及它们的同位素的离子、水蒸气产生的离子和氢化合物产生的离子。

11.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中所述步骤c)中热处理的温度在200℃到800℃之间。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述步骤c)中热处理的温度在350℃到600℃之间。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述步骤c)中热处理的温度在400℃到550℃之间。

14.根据权利要求1所述的方法，所述加压处理与热处理同时、先后或者交替进行。

15.根据权利要求14所述的方法，所述加压处理和热处理过程交替进行并循环多次。

16.根据权利要求1-4任一项所述的方法，还包括在步骤b)之前向第二衬底表面提供覆盖薄膜的步骤。

17.根据权利要求3所述的方法，所述覆盖薄膜上或第一衬底上形成有预先加工的图案。

18.根据权利要求16所述的方法，所述覆盖薄膜上或第二衬底上形成有预先加工的图案。

19.一种用于制造绝缘层上硅(SOI)晶圆的方法，包括以下步骤：

a)提供第一硅衬底；

b)在第一硅衬底表面上形成绝缘薄膜；

d)将已注入粒子的第一衬底与第二衬底键合在一起，形成键合片，其中第一衬底与第二衬底的键合通过氢键形成来实现；

e)对键合片施加压力并且在加压的条件下对键合片进行热处理，其中施加在键合片上的压强在1.1个大气压到500个大气压之间，并且对键合片施加压力是通过对键合片周围的气体加压来实现的；

f)通过减压操作引发第一衬底的粒子富集层上方的硅层和绝缘薄膜构成的薄层从第一衬底裂开而转移至第二衬底。

20.根据权利要求19所述的方法，在步骤e)中，施加在键合片上的压强在2个大气压到100个大气压之间。

21.根据权利要求19所述的方法，在步骤e)中，施加在键合片上的压强在2个大气压到20个大气压之间。

22.根据权利要求19所述的方法，其中步骤f)中所转移的薄层厚度在0.01微米至100微米之间。

23.根据权利要求22所述的方法，其中步骤f)中所转移的薄层厚度在0.02微米至2微米之间。

24.根据权利要求22所述的方法，其中步骤f)中所转移的薄层厚度在0.05微米至1微米之间。

25.根据权利要求19所述的方法，其中步骤c)中向第一硅衬底注入的粒子为氢离子或氢同位素的离子。

26.根据权利要求19所述的方法，其中步骤e)中所述热处理的温度在200℃到600℃之间。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述步骤e)中热处理的温度在350℃到600℃之间。

28.根据权利要求26所述的方法，其中所述步骤e)中热处理的温度在400℃到550℃之间。

29.根据权利要求19所述的方法，其中步骤e)中所述加压处理与热处理同时、先后或者交替进行。

30.根据权利要求29所述的方法，所述加压处理和热处理过程交替进行并循环多次。

31.根据权利要求19所述的方法，其中步骤b)还包括在所述绝缘薄膜上或者第一硅衬底上形成预先加工的图案。

32.根据权利要求19所述的方法，其中步骤b)中所述绝缘薄膜为氧化硅膜。

33.根据权利要求19所述的方法，还包括在步骤d)之前向第二衬底表面提供覆盖薄膜的步骤。

34.根据权利要求33所述的方法，所述覆盖薄膜上或者第二硅衬底上形成有预先加工的图案。

35.根据权利要求19所述的方法，所述氢键形成在氧气环境下进行。