CN110718486B - 一种薄膜转移方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种薄膜转移方法，其包括：提供供应基板；执行离子注入处理以在所述供应基板中的指定深度处形成离子层，该离子深度定义所述供应基板中的薄层：薄膜，其是通过注入的离子而限定在所述供应基板上的部分；以及剩余基板，其是所述供应基板的没有所述薄膜的剩余部分；执行直接晶片键合处理以将处理基板接合到所述供应基板上。本发明涉及晶片技术领域,该薄膜转移方法，可以改善晶片键合，对于较大晶片以均匀的薄层厚度和较大的表面粗糙度转移到处理晶片上，可以从100摄氏度到450摄氏度之间对键合片进行处理，以达到不同的使用寿命，通过在初始步骤的较低功率，可以提高键合强度，解决了现有技术中，薄膜转移效果较差的问题。

Description

一种薄膜转移方法
技术领域
本发明涉及晶片技术领域，具体为一种薄膜转移方法。
背景技术
除了传统的食物加热外，用于材料加热的多模微波腔体还发现了许多新颖的应用，例如微波增强的化学反应、陶瓷烧结和半导体封装的聚合物固化。
提出了利用固定频率(2.45MHz，900MHz或2.45GHz)或2.45MHz-900MHz可变频率的微波将薄Si层转移到操作晶片上(请参见美国专利6486008和中国专利ZL200310123080.1)。但是，由于加热不均匀，如图1所示，特别是对于直径大于200mm的晶片而言，转移的薄层存在许多问题，例如无规则的环形图案，剥离的表面的明显粗糙度变化，甚至是未转移的小面积，如图2所示。即使平台旋转，固定频率微波多模腔在晶片边缘附近或晶片边缘仍具有较大的环，如图3所示。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种薄膜转移方法，解决了现有的薄层转移质量差问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：1.一种薄膜转移方法，包括：
提供供应基板；
执行离子注入处理以在所述供应基板中的指定深度处形成离子层，该离子深度定义所述供应基板中的薄层：
薄膜，其是通过注入的离子而限定在所述供应基板上的部分；以及
剩余基板，其是所述供应基板的没有所述薄膜的剩余部分；
执行直接晶片键合处理以将处理基板接合到所述供应基板上，形成键合基板对；以及
使用可变频率微波辐射将所述薄膜与所述剩余基板分离，所述薄膜从所述供应基板转移到所述处理基板的表面。
优选的，所述方法还包括在形成所述离子分离层之后并且在从供应基板分离所述薄膜之前执行的预热过程，所述预热过程用于聚合注入的离子，以及产生晶体破裂；其中，聚合的离子在供应基板内形成气泡。
优选的，所述预热过程通过可变频率微波辐射或热处理来执行。
优选的，所述离子注入处理是标准的离子注入处理，其可以针对每个处理步骤在不同的温度下执行。
优选的，在所述离子注入处理中使用的离子包括氢离子、氧离子、氮离子、氟离子、氯离子、氦离子或氖离子。
优选的，在所述离子注入处理中使用的离子是离子或分子离子。
优选的，所述晶片键合处理是直接键合处理，其可以在低温、真空或通过等离子体处理增强的键合表面上进行。
优选的，所述微波辐射由可变频率微波产生装置施加，所述可变频率微波产生装置增加所注入的离子、分子离子或由所述离子与所述键合结构中的所述基板之间的反应产生的反应物的动能。
优选的，所述可变频率微波辐射能够与所述键合结构的直接热加热相结合，直接加热不能超过450摄氏度。
优选的，通过直接激发而不是通过热加热所述键合结构来增加所注入的离子、分子离子或由所述离子与所述键合结构中的所述基板之间的反应产生的反应物的动能。
优选的，使用可变频率微波产生装置来产生高频交变电磁场，通过在2GHz至24GHz之间的频率扫描来产生所述可变频率微波。
优选的，使用可变频率微波产生装置产生高频交变电磁场，通过在4GHz至12GHz之间的频率扫描来产生所述可变频率微波。
优选的，使用可变频率微波产生装置来产生高频交变电磁场，通过在5GHz至7GHz之间的频率扫描来产生所述可变频率微波。
优选的，使用可变频率微波产生装置来产生高频交变电磁场，通过在5.85GHz至6.65GHz之间的频率扫描来产生所述可变频率微波。
优选的，通过在每个频率之间以0.1秒的循环时间进行频率扫描来产生所述可变频率微波。
优选的，将所述键合结构暴露于微波辐射超过1分钟。
有益效果
本发明提供了一种薄膜转移方法。具备以下有益效果:该薄膜转移方法，可以改善晶片键合，对于较大晶片以均匀的薄层厚度和较大的表面粗糙度转移到处理晶片上，可以从100摄氏度到450摄氏度之间对键合片进行处理，以达到不同的使用寿命，通过在初始步骤的较低功率，最高可达1kW，可以提高键合强度，解决了现有技术中，薄膜转移效果较差的问题。
附图说明
图1示出了固定频率微波加热。(a)是微波多模腔中的单频图；(b)是加热节点的3-D模型；(c)是显示热点和电弧的实际结果。
图2示出了通过2.45GHz微波辐射进行200mm Si的薄膜转移。(a)显示转移后的表面上的圆形条纹；(b)显示在光学显微镜下观察到的由条纹分开的区域之间的表面粗糙度。
图3带有转盘的固定频率微波多模腔实现了非常均匀的加热场，但仍具有圆形对称的不均匀加热模式。(A)和(B)是由两个具有相同盘状负载的不同2.45GHz家用微波炉在热敏纸上产生的两种加热模式。
可变频率微波与固定频率微波相比具有固有的优势，它可以扫频某个频带中的频率以获得更好的加热均匀性(见图4)。可变频率微波已用于半导体组装过程中，例如聚合物固化和陶瓷烧结等。在本发明中，我们将在晶片键合和从大晶片(直径大于等于200mm)的薄层剥离中使用可变频率微波。
图4是可变频率微波多模腔加热，(a)是在微波多模腔中扫频为0.1秒，停留时间为25微秒的4100个频率的可变频率微波图；(b)是加热节点的3-D模型；(c)是显示没有热点和电弧的实际结果。
图5是晶片处理流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种薄膜转移方法，其特征在于，包括：提供供应基板；执行离子注入处理以在所述供应基板中的指定深度处形成离子层，该离子深度定义所述供应基板中的薄层：薄膜，其是通过注入的离子而限定在所述供应基板上的部分；以及剩余基板，其是所述供应基板的没有所述薄膜的剩余部分；执行直接晶片键合处理以将处理基板接合到所述供应基板上，形成键合基板对；以及使用可变频率微波辐射将所述薄膜与所述剩余基板分离，所述薄膜从所述供应基板转移到所述处理基板的表面，所述方法还包括在形成所述离子分离层之后并且在从供应基板分离所述薄膜之前执行的预热过程，所述预热过程用于聚合注入的离子，以及产生晶体破裂；其中，聚合的离子在供应基板内形成气泡，所述预热过程通过可变频率微波辐射或热处理来执行，所述离子注入处理是标准的离子注入处理，其可以针对每个处理步骤在不同的温度下执行，在所述离子注入处理中使用的离子包括氢离子、氧离子、氮离子、氟离子、氯离子、氦离子或氖离子，在所述离子注入处理中使用的离子是离子或分子离子，所述晶片键合处理是直接键合处理，其可以在低温、真空或通过等离子体处理增强的键合表面上进行，所述微波辐射由可变频率微波产生装置施加，所述可变频率微波产生装置增加所注入的离子、分子离子或由所述离子与所述键合结构中的所述基板之间的反应产生的反应物的动能，所述可变频率微波辐射能够与所述键合结构的直接热加热相结合，直接加热不能超过450摄氏度，通过直接激发而不是通过热加热所述键合结构来增加所注入的离子、分子离子或由所述离子与所述键合结构中的所述基板之间的反应产生的反应物的动能，使用可变频率微波产生装置来产生高频交变电磁场，通过在2GHz至24GHz之间的频率扫描来产生所述可变频率微波，使用可变频率微波产生装置产生高频交变电磁场，通过在4GHz至12GHz之间的频率扫描来产生所述可变频率微波，使用可变频率微波产生装置来产生高频交变电磁场，通过在5GHz至7GHz之间的频率扫描来产生所述可变频率微波，使用可变频率微波产生装置来产生高频交变电磁场，通过在5.85GHz至6.65GHz之间的频率扫描来产生所述可变频率微波，通过在每个频率之间以0.1秒的循环时间进行频率扫描来产生所述可变频率微波，将所述键合结构暴露于微波辐射超过1分钟。
通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。
实施例：在本发明中，我们使用2GHz-18GHz的新型可变频率微波(VFM)来改善晶片键合，并且对于较大晶片(>200mm)将薄层以均匀的薄层厚度和较大的表面粗糙度转移到处理晶片上。图5是具有以下处理步骤的处理流程图。
1)供应基板101具有注入层103，注入的离子可以是氢离子和/或氦离子。可选地，101覆盖有电介质层102，该电介质层可以是氧化物、氮化物或氧氮化物。101可以是诸如Si、Ge、SiC、SiGe、III-V或II-VI的半导体。处理基板201可以是半导体、玻璃、Al2O3、AlN、BeO或者甚至是陶瓷。可选地，基板201被电介质层202覆盖，该电介质层202可以是氧化物、氮化物或氮氧化物。
2)基板101和102在室温下通过直接键合而接合。在键合前，可以用湿化学制品(例如RCA1、RCA2和/或稀HF溶液)清洗晶片。晶片表面也可以被O2、N2、Ar或NH3等离子体激活，以促进直接键合。
3)可选地，可以在从100℃到450℃的温度下对键合对101/201进行热处理达各种时间段。
4)然后通过VFM辐射处理键合对101/201。VFM可以在2GHz至18GHz的频带内扫描，功率最高可达2kW。VFM处理可以是单个处理条件，也可以是多个步骤。在最后一个实施例中，初始步骤的功率较低，最高可达1kW，这是为了提高键合强度。单个步骤或多个步骤中的后续步骤是激活注入的H或He离子以形成气体分子薄层，并将薄层110从基板101剥离到基板201上。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种薄膜转移方法，其特征在于，包括：
提供供应基板；
执行离子注入处理以在所述供应基板中的指定深度处形成离子层，该离子深度定义所述供应基板中的薄层：
薄膜，其是通过注入的离子而限定在所述供应基板上的部分；以及
剩余基板，其是所述供应基板的没有所述薄膜的剩余部分；
执行直接晶片键合处理以将处理基板接合到所述供应基板上，形成键合基板对；以及
使用可变频率微波辐射将所述薄膜与所述剩余基板分离，所述薄膜从所述供应基板转移到所述处理基板的表面；
所述微波辐射由可变频率微波产生装置施加，所述可变频率微波产生装置增加所注入的离子、分子离子或由所述离子与所述键合基板对中的所述基板之间的反应产生的反应物的动能；
使用可变频率微波产生装置来产生高频交变电磁场，通过在2GHz至24GHz，或4GHz至12GHz，或5GHz至7GHz，或5.85GHz至6.65GHz之间的频率扫描来产生所述可变频率微波；
通过在每个频率之间以0.1秒的循环时间进行频率扫描来产生所述可变频率微波。
2.根据权利要求1所述的薄膜转移方法，其特征在于，所述方法还包括在形成所述离子分离层之后并且在从供应基板分离所述薄膜之前执行的预热过程，所述预热过程用于聚合注入的离子，以及产生晶体破裂；其中，聚合的离子在供应基板内形成气泡。
3.根据权利要求2所述的薄膜转移方法，其特征在于，所述预热过程通过可变频率微波辐射或热处理来执行。
4.根据权利要求1所述的薄膜转移方法，其特征在于，所述离子注入处理是标准的离子注入处理，其针对每个处理步骤在不同的温度下执行。
5.根据权利要求1所述的薄膜转移方法，其特征在于，在所述离子注入处理中使用的离子包括氢离子、氧离子、氮离子、氟离子、氯离子、氦离子或氖离子。
6.根据权利要求1所述的薄膜转移方法，其特征在于，在所述离子注入处理中使用的离子是离子或分子离子。
7.根据权利要求1所述的薄膜转移方法，其特征在于，所述晶片键合处理是直接键合处理，其在低温、真空或通过等离子体处理增强的键合表面上进行。
8.根据权利要求1所述的薄膜转移方法，其特征在于，所述可变频率微波辐射能够与所述键合基板对的直接热加热相结合，直接加热不能超过450摄氏度。
9.根据权利要求1所述的薄膜转移方法，其特征在于，通过直接激发而不是通过热加热所述键合基板对来增加所注入的离子、分子离子或由所述离子与所述键合基板对中的所述基板之间的反应产生的反应物的动能。
10.根据权利要求1所述的薄膜转移方法，其特征在于，将所述键合基板对暴露于微波辐射超过1分钟。
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