CN111868915A - 制造用于生产三维集成结构的供体衬底的工艺及用于制造这种集成结构的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生产供体衬底(20)的方法，所述供体衬底(20)用于制造三维集成结构(40)，所述方法包括以下步骤：‑提供半导体衬底(10)，所述半导体衬底(10)包括称为有源层的表面层(14)和包括多个空腔(12)的层(11)，所述空腔(12)在有源层下方延伸，每个空腔(12)通过隔离体(13)而与相邻的空腔分隔开，‑在与空腔(12)垂直的有源层(14)的区域(14A)中形成电子装置(15)，‑在有源层(14)上沉积保护掩膜(17)，以覆盖所述电子装置(15)，而同时暴露与每个隔离体(13)垂直的有源层的区域(16)，穿过被掩膜暴露的有源层的区域而植入原子物种，以在每个隔离体(13)中形成弱化区域(19)。
Description
技术领域
本发明涉及称为“供体衬底”的衬底的制造，所述衬底用于生产绝缘体上半导体类型的三维集成结构。本发明还涉及一种通过将供体衬底的层转移到称为“受体衬底”的第二衬底来制造这种三维集成结构的工艺，所述三维集成结构由层(特别是设置有电子装置的层)的堆叠形成。
背景技术
三维集成结构(特别是绝缘体上半导体(SeOI)类型，特别是当半导体材料是硅时的绝缘体上硅(SOI)类型)包括多个层(特别是包括其中形成有称为“有源层”的电子装置或电路的层)的堆叠。制造这种集成结构的工艺通常特指为三维(3D)集成工艺。
在可能的集成工艺中，通过从供体衬底到受体衬底的层转移进行的3D集成使其本身成为堆叠有源层的极有前途的解决方案。
根据这种类型的工艺，在供体衬底中创建“弱化”区域，所述区域界定了待转移的层，将供体衬底粘合到受体衬底，然后将供体衬底沿着弱化区域分离，从而将层转移到受体衬底。
一种众所周知的层转移工艺是智能剥离(Smart CutTM)工艺，其中，通过将氢和/或氦原子植入供体衬底中的预定深度处来创建弱化区域，所述预定深度基本上对应于待转移的层的厚度。
Smart CutTM工艺是有利的，因为它使得可以在层转移之后将供体衬底再用于其他后续应用，并且使得可以均匀地转移薄层。
为了根据Smart CutTM工艺来转移非常厚的有源层，已经尝试进行了通过增加植入能量而在很深的深度植入离子。然而，植入能量越高，将要植入的离子的量必定越大，植入电流(电流密度)越低，这导致生产成本增加并且限制了该工艺的可行性。
此外，离子植入是通过将包含电子装置的供体衬底的有源面暴露于离子辐射来进行的。这种辐射导致有源层的电子装置损坏，因此有必要提供旨在修复被损坏的电子装置的额外步骤。当植入能量和将要植入的离子的量较高时，对电子装置造成的损害更大。
为了保持电子装置的电特性，可以考虑施加热预算(budget)以便去除氢并激活掺杂。但是，在这种情况下，温度必须高于700℃，这与通过堆叠有源层来制造3-D结构是不兼容的。为了降低热预算，已经设想进行固相外延生长。因此，在硅外延的情况下，可以达到略高于525℃的温度，温度仍然很高。为了达到475℃左右的温度，可以以热退火时间会大大增加并且变得明显长于24小时为代价来进一步降低热预算，这与工业生产率是不兼容的。
由于将必须小于离子的穿透深度，因此正面和背面上的电子装置的堆叠的总厚度将受到限制。然后，即使所使用的离子具有高能级，这也导致非常小的总厚度(小于或等于大约1或2微米)。
此外，待堆叠的层包括硅层，但也包括介电层和金属层。因此，进行足够深的离子植入需要高能量和很大量的植入离子，以便在以后的阶段能够良好地分离供体衬底。但是，由于离子植入电流可以随着能量而相应地减小，因此分离供体衬底和转移有源层所需的离子植入持续时间非常长，这是进行这种工艺的主要缺点。
最后，离子的植入深度取决于有源层的物理化学特性，这可能会在离子植入期间或多或少地减慢离子的速度。例如，有源层在它们所包含的金属层的布置上(某些区域包含金属而其他区域不包含金属)可能有所不同，这对穿过有源层的这些区域的离子的行为有影响。这导致形成不连续的弱化区域，并因此导致供体衬底沿着所述弱化区域的不良剥离。
也可以使用其他转移技术。
其中，各种功能的芯片的堆叠或“芯片堆叠”包括：从薄的衬底开始，通过将芯片彼此堆叠而将芯片粘合到衬底，然后通过为互连的目的而提供的手段(例如通过布线或通过使用插入两个芯片之间的硅层)来将芯片和衬底互连，以形成3-D结构。由于组装的芯片的各种功能，因此获得了多功能3D结构。
这种技术的主要缺点在于，除了其高成本之外，这样组装的芯片的对准不是最佳的(通常＜0.5μm，200nm 3σ)。因此，必须提供芯片之间的接触或连接以及具有大直径的衬底，这会导致电损耗并限制集成选项。
3D顺序堆叠包括将硅层转移到有源层，以便能够在底层有源层的那些有源层上制造新的电子装置。在这种情况下，层的对准仅受所使用的光刻技术的限制，并且可以非常精确(达到纳米级)。然后，将形成3D结构的转移的各个有源层互连。与先前描述的“芯片堆叠”相比，这种技术使得可以减少光刻层和互连层的数量。
这种技术的主要缺点在于，制造新的电子装置的工艺必须与底层有源层的特性(特别是通过保留其完整性)兼容，这可能会限制新的电子装置的性能以及底层有源层的电子装置的性能。
电子装置的3D堆叠或“3D装置堆叠”与先前描述的3D顺序堆叠相似并且使得可以获得通常小于微米(通常＜0.5μm，200nm 3σ)的相对精确的层对准。
这种技术的一个缺点在于堆叠的有源层不均匀。然而，使用SOI供体衬底使得可以改善这种情况，但是以额外的成本为代价。而且，去除(通常通过研磨)一部分供体衬底可能会损坏受体衬底的有源层的组件。
此外，不管供体衬底的性质如何，所述衬底在实施工艺之后都不能再使用，因为它已经被部分研磨。由于必须为每次转移更换供体衬底，这除了增加3D结构的制造时间外，还具有重大的财务影响，因此这构成了已知技术的主要缺点。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种制造用于生产三维(3D)集成结构的供体衬底的工艺，特别是绝缘体上半导体类型的集成结构，所述集成结构由配备有电子装置的层的堆叠形成，并且还提出一种通过将有源层从供体衬底转移到受体衬底来制造这种集成结构的工艺，这使得可以避免现有工艺(特别是上述工艺)所固有的实验约束。
所提出的制造工艺更具体地旨在通过堆叠设置有电子装置的有源层而不使所述电子装置的结构和机械性能退化来生产3D结构。
所提出的工艺进一步旨在生产3D结构，同时使得能够再利用供体衬底以用于转移其他有源层或有源层的一部分。
所提出的工艺还旨在使得能够转移非常厚的有源层(即1μm(微米)到几微米)，并且非常具体地是使得Smart CutTM工艺与非常厚的有源层的转移可以兼容。
为此，本发明提供了一种制造用于生产三维集成结构的供体衬底的工艺，其包括以下步骤：
-提供半导体衬底，所述半导体衬底包括称为有源层的表面层和包括多个空腔的层，所述多个空腔在有源层下方延伸，每个空腔通过隔离体而与相邻的空腔分隔开，
-在与空腔垂直的有源层的区域中形成电子装置，
-在有源层上沉积保护掩膜，以覆盖所述电子装置，同时暴露与每个隔离体垂直的有源层的区域，
-穿过被掩膜暴露的有源层的区域而植入原子物种，以在每个隔离体中形成弱化区域。
本发明还涉及一种通过将层从供体衬底转移到受体衬底来制造三维集成结构的工艺，所述三维集成结构由设置有电子装置的有源层的堆叠形成，所述工艺的主要特征在于其包括以下步骤：
-通过前述的制造工艺制造供体衬底，
-将供体衬底粘合到受体衬底，相对于待转移的有源层而与弱化区域相对的供体衬底的表面位于粘合界面处，
-沿着弱化区域分离供体衬底，以将有源层的至少一部分转移到受体衬底。
根据其他方面，前述的制造工艺具有以下各种特征，这些特征单独存在或者以其技术上可行的组合存在：
-在植入原子物种以在隔离体中形成弱化区域之前，对有源层进行选择性蚀刻以去除与隔离体垂直的有源层的至少一部分；
-在植入原子物种以在隔离体中形成弱化区域之前，另外制造在所述隔离体中延伸超过空腔的沟槽，从而将至少一个空腔与其他空腔隔离；
-在沉积保护掩膜之前，沉积附加层，所述附加层在与所述隔离开的空腔垂直的有源层部分上形成超量厚度；
-沿着弱化区域进行供体衬底的分离，弱化区域是通过将原子物种植入到隔离体部分中而形成的，隔离体部分来源于沟槽的形成，并且将与隔离开的空腔垂直的有源层部分选择性地转移到受体衬底；
-通过执行以下步骤来制造半导体衬底：
-在衬底的表面产生多个空腔，以形成包括所述空腔的层，
-将有源层转移到衬底，以密封空腔；
-通过干式蚀刻和/或湿式蚀刻形成空腔；
-空腔是中空的；
-通过电化学处理形成空腔；
-通过执行以下步骤形成空腔：
-在衬底的自由表面上沉积保护掩膜，所述保护掩膜放置为形成覆盖的表面部分和未覆盖的表面部分，
-通过将覆盖有掩膜的衬底的表面暴露于原子物种的入射通量，将原子物种植入到植入区域的垂直于未被保护掩膜覆盖的表面部分的衬底中；
-对衬底进行热退火，以在植入区域处形成空腔；
-每个空腔由多孔介质组成，所述多孔介质具有相对于空腔的总体积大于或等于20％，优选地大于或等于30％的孔隙率。
-通过执行以下步骤来将有源层转移到包含空腔的层：
-植入原子物种以在由半导体材料制成的第二供体衬底中形成弱化区域，以界定待转移的半导体材料层，
-将第二供体衬底粘合到供体衬底的包含空腔的层，相对于待转移的层而与弱化区域相对的待转移的层的表面位于粘合界面处，
-沿着弱化区域分离第二供体衬底，以将所述半导体材料层转移到衬底。
本发明还涉及一种供体衬底，所述供体衬底包括旨在转移到受体衬底的有源层。供体衬底的主要特征在于其包括：
-包括空腔的层，所述空腔在供体衬底的厚度中延伸并且通过隔离体界定，
-有源层，所述有源层位于包含空腔的层上，包括至少一个电子装置，每个电子装置布置在与空腔垂直的有源层的区域中，
-弱化区域，所述弱化区域位于将空腔分隔开的隔离体的至少一部分中。
附图说明
通过参考附图阅读通过以说明性的和非限制性的示例的方式给出的以下描述，本发明的其他优点和特征将变得显而易见，其中：
-图1，根据一个实施方案的“绝缘体上空腔硅”(C-SOI)类型的衬底(即，设置有空腔的SOI类型的衬底)的示意性横断面视图，包括具有空腔的层，有源层沉积在所述层上；
-图2，来自图1的衬底的示意性横断面视图，其中，已经在有源层上制造了电子装置；
-图3，来自图1的衬底的示意性横断面视图，其中，在有源层的电子装置上预先沉积保护掩膜的情况下，进行原子物种(d’espèces atomiques)的植入以形成弱化区域，从而形成供体衬底；
-图4，来自图3的供体衬底的示意图，在有源层上沉积有氧化物层；
-图5，示出了供体衬底与设置有有源层的受体衬底的对准的示意图；
-图6，示出了供体衬底与受体衬底粘合的示意图；
-图7，示出了在弱化区域处分离供体衬底的示意图；
-图8，通过选择性蚀刻去除了分离残留物后所获得的半导体类型的3D结构的示意图；
-图9A、图9B和图9C，示出了根据一个实施方案的通过在衬底上进行蚀刻来制造包括空腔的层的示意图，以及通过Smart CutTM工艺在包括空腔的层上沉积有源层的示意图；
-图10A、图10B和图10C，示出了根据一个实施方案的通过对衬底进行电化学处理来制造包括空腔的层的示意图，以及通过Smart CutTM工艺在包括空腔的层上沉积有源层的示意图；
-图11A、图11B和图11C，示出了根据一个实施方案的通过在衬底中植入原子物种来制造包括空腔的层的示意图；
-图12，示出了根据一个实施方案的供体衬底进行蚀刻以选择性地去除与隔离体垂直的有源层的部分，然后在蚀刻后的衬底中植入原子物种的示意图；
-图13，示出了根据一个实施方案的供体衬底在选择性蚀刻之后，在隔离体中形成沟槽以用于随后的有源层的给定电子装置选择性转移的示意图。
具体实施方式
本发明的第一主题涉及一种制造用于生产三维集成结构的供体衬底的工艺。从半导体衬底获得供体衬底，其中的一个实施方案在图1中示出。
参照图1，半导体衬底10包括衬底1、包括多个空腔12的层11以及位于包括空腔的层11上以覆盖所述空腔12的有源层14。
空腔12是密度低于衬底的其余部分的密度的衬底的区域。所述空腔可以是中空的或者由多孔介质组成。空腔12在第一深度(在所示的示例中，对应于衬底1的上表面)和第二更大深度之间延伸到衬底10的厚度中，并且通过隔离体13彼此分隔开。
衬底1或至少产生了空腔的衬底的部分由结晶半导体材料(例如硅、锗及其合金)并且还有III/V半导体化合物制成，按照定义，III/V半导体化合物包括来自元素周期表的III族的至少一种元素和来自V族的至少一种元素。
在图1中示意性地示出的空腔12在平行于衬底主表面的平面中具有正方形或矩形的横截面，并且在衬底中形成立方体或平行六面体体积。然而，将理解，空腔可以任选地具有其他形状。
空腔12通过隔离体13彼此分隔开，隔离体13对应于衬底1的具有较大密度(例如，构成衬底1的材料的自然密度)的部分。因此，隔离体13具有与空腔12的形状互补的形状。
优选地，空腔不在衬底的边缘上开口，以避免引发任何过早的断裂。
有源层14布置在包括空腔的层11上并且覆盖空腔12。换句话说，空腔12是封闭的，每个空腔在衬底的厚度方向上由有源层14的一部分并且由衬底1界定，并且在平行于衬底的暴露表面的方向上由两个相邻的隔离体13界定。
如图2所示，从上述的半导体衬底10开始，在与空腔12垂直的有源层的区域14A中形成电子装置15。优选地，在与各自的空腔12垂直的有源层的每个区域14A中常规地形成电子装置15。
然而，电子装置15不延伸到与隔离体13垂直的区域16中。
在将半导体衬底粘合到受体衬底之前而在半导体衬底(旨在形成供体衬底)上生产电子装置的事实使得可以避免限制用于生产这些电子装置的热预算的约束，而不像在现有技术已知的工艺中，仅在将有源层转移到受体衬底之后才生产电子装置。具体地，在现有技术已知的工艺中，用于在转移的有源层上形成电子装置的热预算受到限制，以不使已经存在于所述受体衬底中的电子装置退化。
然后将保护掩膜17沉积在有源层上。此步骤在图3中示出。沉积保护掩膜17以覆盖电子装置15，同时暴露与隔离体垂直的有源层的区域16。因此，与空腔垂直的有源层的区域14A包括由保护掩膜17的一部分封顶的电子装置15。
保护掩膜可以是抗蚀剂或者例如基于氧化物或氮化物的固体掩膜。
仍然参照图3，然后将沉积有掩膜的衬底的表面暴露于原子物种的通量18。
原子物种经由有源层的暴露区域渗透到衬底10中，并且植入到下面的隔离体13中的由植入参数确定的深度处。原子物种在每个隔离体中形成弱化区域19，并且所有弱化区域(图3中用虚线表示)界定了旨在稍后转移到受体衬底的表面层。
与保护掩膜相遇的原子物种本身被所述掩膜阻挡，并且不渗透到衬底中。
优选地，植入的原子物种是氢离子和/或氦离子。
本领域技术人员能够确定植入参数，特别是原子物种的性质、物种的剂量和能量，以便将原子物种植入到隔离体中的期望的深度处。
在有源层中形成电子装置之后进行植入的事实使得可以避免供体衬底沿着弱化区域过早地断裂。具体地，电子装置的形成会使用热预算，所述热预算可能会在预先形成的弱化区域中引发断裂。
因此，根据下文描述的本发明的第二主题，在去除掩膜之后，获得了用于将有源层14转移到受体衬底的供体衬底20。
本发明的第二主题涉及一种用于从如上所述的供体衬底制造三维集成结构的工艺。
该工艺的可选的第一步包括在供体衬底20的将被转移的有源层14上沉积氧化物层21，从而覆盖电子装置15。在图4中示出了沉积氧化物层21。在随后的粘合之后，在与受体衬底的粘合界面处发现称为“掩埋氧化物层”(BOX)的该氧化物层。氧化物层使得可以改善供体衬底与受体衬底的后续粘合。也可以在受体衬底上沉积氧化物层，或者在供体衬底和受体衬底上都沉积氧化物层。在供体衬底和受体衬底上都沉积氧化物层使得可以具有氧化物-氧化物类型的粘合，这进一步提高了粘合的质量。
根据一个实施方案，旨在形成粘合界面的表面包括各种性质的部分，以产生所谓的混合式粘合，例如氧化物-金属类型的粘合。具体地，为了在堆叠的层的电子装置之间产生互连，可以设想在粘合界面处朝表面开口的连接，特别是由氧化物制成的连接。因此，可以具有混合的粘合界面部分，例如以下混合部分的组合：氧化物-氧化物(Ox/Ox)、金属-氧化物(Me/Ox)、金属-金属(Me/Me)、氧化物-金属-(Ox/Me)。金属优选地是铜。
然后可以对氧化物层21的暴露表面进行平滑化，以减小其粗糙度并进一步提高粘合的质量。通过化学机械抛光(CMP)的平滑化特别适合于此目的。
然后进行供体衬底20到受体衬底30的粘合。
参照图5，首先将供体衬底20和受体衬底30放置成面对彼此。旨在形成粘合界面的表面(即供体衬底的有源层的自由表面22和受体衬底的自由表面31)是平行的。
图5所示的受体衬底30本身有利地包括有源层32，该有源层32包括多个电子装置33。该有源层可以在其制造期间就已经形成在受体衬底上。根据本工艺，可以在第一次转移期间就已经沉积该有源层，在这种情况下，根据所述工艺的第二次迭代，图5示出了将第二有源层32转移至供体衬底30。如将在下文中更详细地说明的，所述工艺的具体目的是通过迭代或重复该工艺的步骤而利用供体衬底来将多个有源层或有源层的一部分沉积到受体衬底上，从而制造三维集成结构。
参照图6，将供体衬底20粘合到受体衬底30。供体衬底和受体衬底的有源层14、32以及在适当情况下沉积在这些有源层中的一个和/或另一个上的氧化物层21、34形成粘合界面。此外，供体衬底的相对于待转移的有源层而与弱化区域相对的表面位于粘合界面处。
然后，如图7所示，将供体衬底20沿着弱化区域19和空腔12分离。为此，将应力(例如热应力)施加到供体衬底，该应力在弱化区域19和空腔12中引发断裂然后传播断裂，弱化区域19和空腔12本质上是衬底的较弱区域。因此，供体衬底的有源层14被转移到受体衬底。
分离后，保留供体衬底20，该供体衬底20设置有其包括空腔的层。因此，供体衬底可以再利用，用于将其他有源层转移到同一受体衬底30或不同的受体衬底，以便通过重复上述步骤来产生有源层的堆叠并形成集成结构。
考虑到隔离体13已经断裂，分隔裂片35也已经与有源层一起转移到受体衬底。因此，在转移之后，隔离体13的高度以及供体衬底的空腔12的高度分别略微减小，但是不会妨碍供体衬底的再利用。
因此，优选地进行转移后的有源层的自由表面的处理，以去除分隔裂片35。
当在粘合之前就已经在供体衬底上沉积了掩埋氧化物层21时，优选地通过化学蚀刻来对转移后的有源层进行处理，以便去除分隔裂片而不会对掩埋氧化物层产生不利影响。例如，基于四甲基氢氧化铵(TMAH)的化学蚀刻是适合的。
所获得的三维最终结构40在图8中示出。该结构包括受体衬底30并且还有两个有源层14、32的堆叠，每个有源层设置有电子装置。
然后可以将供体衬底再利用，以进行新的有源层向受体衬底的转移。为此，在供体衬底上形成覆盖空腔的新的有源层，然后重复进行在有源层上形成电子装置、可选地沉积氧化物层、在电子装置上沉积保护掩膜、在隔离体中植入原子物种、粘合以及分离供体衬底的步骤。
根据Smart CutTM工艺(未示出)，有源层14优选地从第二供体衬底转移到半导体衬底的包含空腔的层。
详细地，进行原子物种的植入以在第二供体衬底中形成弱化区域，以便界定待转移的有源层。
接下来，将第二供体衬底粘合到衬底的包含空腔的层。在粘合期间，相对于待转移的层而与弱化区域相对的待转移的有源层的表面位于粘合界面处。
然后将第二供体衬底沿着弱化区域分离，以便将有源层转移到衬底。
优选地根据下文参考图9A-图9C、图10A-图10C和图11A-图11C描述的实施方案来形成供体衬底的空腔12。
根据第一实施方案，通过干式蚀刻和/或湿式蚀刻而在图9A中示出的衬底1中形成空腔12。获得图9B的衬底，其包括设置有空腔12的层11。
蚀刻使得可以获得中空的空腔。蚀刻具有在半导体结构的制造领域中共同使用的优点，因此其实现相对简单。规定了除蚀刻以外的技术可以适用，条件是这些技术使得可以形成中空的空腔。
如图9C所示，在形成空腔12之后，转移有源层14以覆盖空腔。优选地根据上述的Smart CutTM工艺来进行有源层的转移。
根据第二实施方案，通过电化学处理而在图10A中示出的衬底1中形成空腔12。获得图10B的衬底，其包括设置有空腔12的层11。
这种处理在于通过施加电流来局部地形成孔隙，并且通常用“电化学多孔化”来表示。
这种电化学处理使得可以获得由多孔介质组成的空腔。相对于空腔的总体积，形成的空腔的孔隙率优选地大于或等于20％，并且更优选地大于或等于30％。
如图10C所示，在形成空腔12之后，转移有源层14以覆盖空腔。优选地根据上述的Smart CutTM工艺来进行有源层的转移。
根据第三实施方案，通过在图11A中示出的衬底1中植入原子物种而在所述衬底中形成空腔12。
这始于在衬底的自由表面上沉积保护掩膜2。掩膜形成覆盖的表面部分和未覆盖的表面部分3。
然后将被掩膜覆盖的衬底的表面暴露于原子物种4的入射通量，以便将原子物种植入衬底中。这优选地是氢离子和/或氦离子的通量。
原子物种通过未被掩膜覆盖的区域3渗透到衬底中，并且垂直于未被覆盖的区域而植入。植入到衬底中的原子物种在图11B中由虚线5表示。原子物种形成彼此间隔开的植入区域，每个植入区域旨在形成空腔。
与保护掩膜相遇的原子物种本身被所述掩膜阻挡，并且不渗透到衬底中。
本领域技术人员能够确定植入参数，特别是原子物种的性质、物种的剂量和能量，以便将原子物种植入到衬底中的期望的深度处。
然后进行衬底的退火，以便开发由植入产生的缺口(片晶)，以在植入区域中形成空腔12。由此获得的衬底在图11C中示出。空腔12通过隔离体13彼此分隔开，所述隔离体13与未被光刻掩膜2覆盖的表面部分3垂直。
与第一实施方案和第二实施方案不同，有源层被定义为由包含空腔的层11界定的表面层14(参见图11C)。因此，该第三实施方案不涉及将有源层转移到设置有空腔的层以制造供体衬底。这使得可以省去一个制造步骤并且因此减少了供体衬底的制造时间。
可选地，然后将如上所述的氧化物层沉积在有源层上以覆盖电子装置，从而改善粘合。
根据图12所示的一个实施方案，对有源层14进行选择性蚀刻，以去除与隔离体垂直的有源层的部分。该蚀刻是在通过植入原子物种而在隔离体中形成弱化区域之前进行的。
这样的选择性蚀刻使得可以使入射通量更容易地进入隔离体，并且改善了原子物种在隔离体中的植入，并且还改善了分离供体衬底期间的隔离体的断裂的可行性。具体地，原子物种因此通过与隔离体13垂直的镂空部分23渗透到衬底中，而不穿过有源层14。
当有源层具有相当大的厚度(即从1μm(微米)到几微米，这倾向于限制植入)时，该实施方案是特别有利的。由于这些凹部，原子物种的植入不再受到有源层的厚度的限制。
根据图13所示的一个实施方案，在隔离体中形成弱化区域之前，在隔离体13的至少一部分中另外制造沟槽24。
沟槽24延伸到衬底的超出空腔12的厚度中，即，比空腔更深。
沟槽24使得可以隔离给定的空腔，并且因此特别地隔离与所述空腔垂直的给定的电子装置，以便随后能够将该给定的电子装置选择性地转移到受体衬底。
沟槽24将隔离体分成两个部分13A、13B，其中，第一部分界定与电子装置垂直的第一空腔12A，第二部分界定与第一空腔相邻而与另一电子装置垂直的第二空腔12B。
在相应的隔离体中，在待转移的有源层的部分周围全部形成沟槽。例如，在诸如空腔12A、12B和12C的立方体空腔的情况下，所述空腔由四个隔离体界定，并且每个隔离体被沟槽穿过。
参照图13，在界定了空腔12A的隔离体13中制造沟槽24，沟槽24垂直于将与其电子装置15A一起转移的有源层的部分14A。由于界定空腔12A的其他两个隔离体在图13中不可见，因此图13中仅示出了两个沟槽。
界定待转移的有源层的部分12A的隔离体部分13A从所述有源层部分横向突出，突出部由图13中的附图标记16A标记，并且部分地与先前蚀刻的有源层部分对齐。
界定与待转移的有源层部分14A相邻的有源层部分14B、14C的其他隔离体部分13B、13C本身并不从它们各自的有源层部分14B、14C突出。
因此，在植入原子物种的步骤期间，界定待转移的有源层部分14A的隔离体部分13A暴露于入射通量。然后将原子物种植入到所述暴露的隔离体部分中。
界定与待转移的有源层部分相邻的有源层部分14B、14C的其他隔离体部分13B、13C本身不暴露于入射通量，从而原子物种不植入其中。
因此，弱化区域19形成在界定待转移的有源层部分14A的隔离体部分的每一个中。
接下来，将供体衬底粘合到受体衬底，然后沿着隔离体部分13A的弱化区域19分离给定的有源层部分14A，这使得可以将有源层部分14A选择性地转移到受体衬底，同时有源层14的其余部分保留在供体衬底上。
参照图13给出的该选择性转移的描述涉及有源层的单个部分的转移。然而，应当理解，可以通过执行一次或更多次连续转移来选择性地转移有源层的多个给定部分，以便使用同一供体衬底来将期望的电子装置转移到受体衬底，或者转移到多个不同的受体衬底。
根据一个优选实施方案，在沉积保护掩膜之前，在待转移的有源层部分14A上沉积附加层25，以便形成超量厚度。然后，附加层位于有源层部分和保护掩膜之间。
在去除掩膜之后，并且可选地在有源层上沉积氧化物层并进行表面处理(优选地通过CMP进行表面处理)之后，具有超量厚度25的有源层部分14A被转移到受体衬底30。
超量厚度25的形成使得可以进一步使待转移的有源层部分个体化，并且因此简化其转移。具体地，在粘合期间，仅凸起的有源层部分与受体衬底接触。通过相应的隔离体部分的断裂而简单地分离供体衬底使得可以将期望的电子装置转移到受体衬底，而其他有源层部分保持与受体衬底相距一定距离，并且保留在供体衬底上。
然后，可以在供体衬底上的一个或更多个剩余的有源层部分上沉积附加层，以形成超量厚度，从而将所述剩余的部分转移到另一受体衬底。
因此，所描述的工艺使得可以通过再利用同一供体衬底来选择性地将电子装置从供体衬底转移到一个或更多个不同的受体衬底。
Claims (14)
1.一种制造用于生产三维集成结构(40)的供体衬底(20)的工艺，其包括以下步骤：
-提供半导体衬底(10)，所述半导体衬底包括称为有源层的表面层(14)和包括多个空腔(12)的层(11)，空腔(12)在有源层的下方延伸，每个空腔(12)通过隔离体(13)而与相邻的空腔分隔开，
-在与空腔(12)垂直的有源层(14)的区域(14A)中形成电子装置(15)，
-在有源层(14)上沉积保护掩膜(17)，以覆盖所述电子装置(15)，同时暴露与每个隔离体(13)垂直的有源层的区域(16)，
-穿过被掩膜暴露的有源层的区域而植入原子物种，以在每个隔离体(13)中形成弱化区域(19)。
2.一种通过将层从供体衬底(20)转移到受体衬底(30)来制造三维集成结构(40)的工艺，所述三维集成结构由设置有电子装置(15)的有源层(14)的堆叠形成，所述工艺的特征在于其包括以下步骤：
-通过根据权利要求1所述的制造工艺来制造供体衬底(20)，
-将供体衬底(20)粘合到受体衬底(30)，相对于待转移的有源层(14)而与弱化区域(19)相对的供体衬底的表面位于粘合界面处，
-沿着弱化区域(19)分离供体衬底(20)，以将有源层(14)的至少一部分转移到受体衬底(30)。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的工艺，其中，在植入原子物种以在隔离体(13)中形成弱化区域(19)之前，对有源层(14)进行选择性蚀刻以去除与隔离体(13)垂直的有源层的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的工艺，其中，在植入原子物种以在隔离体(13)中形成弱化区域(19)之前，另外制造在隔离体(13)中延伸超过空腔(12)的沟槽(24)，从而将至少一个空腔(12)与其它空腔隔离开。
5.根据权利要求4所述的工艺，其中，在沉积保护掩膜(17)之前，沉积附加层(25)，所述附加层在与隔离开的空腔(12A)垂直的有源层部分(14A)上形成超量厚度。
6.根据权利要求2结合权利要求4或权利要求5所述的工艺，其中，沿着弱化区域(19)进行供体衬底(20)的分离，所述弱化区域是通过将原子物种植入到隔离体部分(13A)中而形成的，所述隔离体部分来源于沟槽(24)的形成，并且将与隔离开的空腔(12A)垂直的有源层部分(14A)选择性地转移到受体衬底(30)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其中，通过执行以下步骤来制造半导体衬底(10)：
-在衬底(1)的表面产生多个空腔(12)，以形成包括所述空腔(12)的层(11)，
-将有源层(14)转移到衬底(1)以密封空腔(12)。
8.根据权利要求1和7中的任一项所述的工艺，其中，通过干式蚀刻和/或湿式蚀刻形成空腔(12)。
9.根据权利要求1、7和8中的任一项所述的工艺，其中，空腔(12)是中空的。
10.根据权利要求1或7所述的工艺，其中，通过电化学处理形成空腔(12)。
11.根据权利要求1所述的工艺，其中，通过执行以下步骤来形成空腔(12)：
-在衬底(1)的自由表面上沉积保护掩膜(2)，所述保护掩膜放置为形成覆盖的表面部分和未覆盖的表面部分(3)，
-通过将覆盖有掩膜的衬底的表面暴露于原子物种的入射通量，将原子物种植入到植入区域(5)的垂直于未被保护掩膜覆盖的表面部分(3)的衬底中；
-对衬底(1)进行热退火，以在植入区域(5)处形成空腔(12)。
12.根据权利要求1、10和11中的任一项所述的工艺，其中，每个空腔(12)由多孔介质组成，所述多孔介质具有相对于空腔的总体积大于或等于20％，优选地大于或等于30％的孔隙率。
13.根据权利要求7所述的工艺，其中，通过执行以下步骤来将有源层(14)转移到包含空腔的层(11)：
-植入原子物种以在由半导体材料制成的第二供体衬底中形成弱化区域，以界定待转移的半导体材料层，
-将第二供体衬底粘合到供体衬底的包含空腔的层(11)，相对于待转移的层而与弱化区域相对的待转移的层的表面位于粘合界面处，
-沿着弱化区域分离第二供体衬底，以将所述半导体材料层转移到衬底。
14.一种供体衬底(10)，其包括旨在转移到受体衬底(20)的有源层(14)，其特征在于，其包括：
-包括空腔(12)的层(11)，所述空腔延伸到供体衬底(10)的厚度中并且通过隔离体(13)界定，
-有源层(14)，所述有源层位于包含空腔的层(11)上，包括至少一个电子装置(15)，每个电子装置布置在与空腔垂直的有源层的区域(14A)中，
-弱化区域(19)，所述弱化区域位于将空腔(12)分隔开的隔离体(13)的至少一部分中。
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