CN1723553A

CN1723553A - 在剥离其薄层之后通过机械方法重复利用包含剥离结构的晶片

Info

Publication number: CN1723553A
Application number: CN 200480001944
Authority: CN
Inventors: B·吉瑟朗; C·奥尔内特; B·奥斯特诺德; T·赤津; B·富尔
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2024-01-07
Also published as: FR2849714B1; FR2849714A1; TW200425303A; CN100580903C; TWI309858B

Abstract

在剥离包含选自半导体材料的材料的有用层之后重复利用施主晶片(10)的一种方法。施主晶片(10)依次包含衬底(1)和剥离结构(I)，在剥离之前剥离结构(I)包括待剥离的有用层；该方法包括在发生剥离的一侧除去物质，其特征在于除去物质包括使用机械方法，以便在除去物质之后保留剥离结构的至少一部分(I’)，该剥离结构的至少一部分(I’)包含至少一层在重复利用之后可以剥离的其它有用层，而不需要重新形成有用层的辅助步骤。本文献还涉及：从根据本发明可以重复利用的施主晶片(10)剥离薄层的方法；根据本发明可以重复利用的施主晶片(10)。

Description

在剥离其薄层之后通过机械方法重复利用包含剥离结构的晶片

发明领域

本发明涉及在剥离半导体材料层之后重复利用施主晶片(recyclingof a donor wafer)，重复利用包括在发生剥离的一侧除去涉及施主晶片一部分的物质。

背景技术

在剥离之前，上述施主晶片包含衬底和外延沉积在衬底上的待剥离层(the layer to be taken-off)。

在剥离之后，剥离层大部分与其中将形成组件的结构集成起来，特别是在微电子学、光学或者光电学领域。

因此待剥离层必须达到根据一个或多个特定标准而确定的高水平质量。

待剥离层的质量主要依赖于生长支撑，也就是说，依赖于它被外延沉积于其上的衬底的质量。

上述高质量衬底的形成常常是复杂的并需要特别的注意，涉及技术难点和提高的经济成本。

后一点被进一步证实，考虑到由诸如合金的复合半导体材料所组成的待剥离层，外延衬底也必须具有实施起来常常较难和较贵的结构。

因而包含缓冲层(buffer layer)的衬底明确地显示出上述实施困难。

所谓“缓冲层”，通常理解为在诸如支撑衬底的第一晶体结构和将改变材料性能，诸如结构、化学计量性能或表面原子复合，作为第一功能的第二晶体结构之间的过渡层。

在缓冲层的一个特定例子中，后者允许获得第二晶体结构，其晶格参数基本上不同于支撑衬底的晶格参数。

形成缓冲层的第一技术在于实现后续层的生长，以便形成其成分随厚度逐渐变化的结构，而缓冲层成分的逐渐变化直接与它的晶格参数的逐渐变化相关。

形成在缓冲层上的层膜或重叠层(superposed layers)可以从施主晶片剥离，转移到接收衬底以形成明确的结构。

转移形成在缓冲层上的薄层的主要用途之一涉及弹性应力硅层(layers of elastically stressed silicon)的形成，尤其是在硅受拉应力的情况下，因为明显地改善了其某些性能，诸如材料中的电子迁移率。

其它材料，例如SiGe，也可以经受基本上相似的剥离。

将这些层膜转移到接收衬底，特别是通过本领域技术人员所知晓的、称作Smart-Cut_的方法，允许形成诸如SeOI(Semiconductor OnInsulator，绝缘体上半导体)的结构。

例如，在剥离SiGe弹性松弛层(an elastically relaxed layer of SiGeO)之后，所获得的包含剥离层的结构就可以作为因松弛SiGe层而处于拉力下的硅的生长支撑。

作为示意，在L.J.Huang et al.的IBM文献(“由晶片键合和层膜转移而制备的绝缘体上SiGe以用于高性能场效应晶体管”，AppliedPhysics Letters，26/02/2001，Vol.78，No.9)中描述了上述方法的一个例子，其中给出了形成Si/SGOI结构的工艺。

缓冲层上生长的其它应用是可能的，特别是对于III-V族半导体。

因而通常采用基于GaAs或者基于InP的技术来形成晶体管。

就电子性能而言，InP具有较GaAs明显的优势。

主要因为成本和可行性，所选择的技术由将在GaAs支撑衬底上的缓冲层上生长所获得的InP剥离层转移到接收衬底组成。

某些剥离方法，诸如“回蚀(etch back)”类型的方法，在剥离期间需要破坏支撑衬底和缓冲层的剩余部分。

在其它的某些剥离方法中，可重复利用支撑衬底，但是失去了缓冲层。

形成缓冲层的技术是复杂的。

而且，为了使结晶缺陷的密度最小化，缓冲层的厚度一般相当大，通常是在一微米与几微米之间。

因而制备上述缓冲层导致实施常常很长、很困难并且具有高成本。

在文件WO 00/15885中特别公开了制备缓冲层的第二技术，其主要目标是将由Ge缓冲层施加应力的Ge层弹性松弛。

这一技术基于特定的外延条件，特别是与温度、时间和化学成分的参数有关。

相对于第一技术，其主要优势在于操作更简单、时间更短以及成本更低。

而且，最终所获得的缓冲层没有根据第一技术形成的缓冲层厚。

B H_llander et al.公开了形成缓冲层的第三技术，特别是在标题为“在氢或氦离子注入之后赝形Si_1-xGe_x/Si(100)异质结构的应变松弛以用于制备虚拟衬底”(in Nuclear and Instruments and Methods in PhysicsResearch B 175-177(2001)357-367)的文献中。

它由通过氢或氦的深注入(deep hydrogen or helium implantation)来松弛存在于待剥离层中的弹性应力组成。

因而从这个观点看，第三技术给出的结果接近于根据前面两个技术之一而制备的缓冲层，而对于实施的要求却少得多。

该方法明确描述了处于压应力的SiGe层的松弛，该SiGe层形成在硅衬底上。

所使用的技术包括通过硅衬底中应力层的表面将氢或氦离子注入到给定深度，在注入区域上方的硅的厚度(该厚度便形成缓冲层)中产生干扰(perturbations)，并在热处理的情况下引起SiGe层的某些松弛。

相比于形成缓冲层的第一技术，该技术似乎时间较短、较易实施并且成本更低。

使用这种技术的优点是以后可将松弛或伪松弛层(pseudo-relaxedlayer)集成到结构中以制备组件，特别是用于电子学或者光电子学。

然而，采用与形成缓冲层的第一技术相似的方式，在剥离之后重复利用施主晶片的已知技术期间除去根据上面后两个技术之一制备的缓冲层。

实施的技术困难仍然保留。

发明内容

本发明的目的在于改善这种状况，根据第一方面提出在剥离包含选自半导体材料的材料的有用层(a useful layer comprising a materialchosen from semiconductor materials)之后重复利用施主晶片的一种方法，施主晶片依次包含衬底和剥离结构，在剥离之前剥离结构包括待剥离的有用层，该方法包括在发生剥离的一侧除去物质，其特征在于除去物质包括使用机械方法(employing mechanical means)，以便在除去物质之后保留剥离结构的至少一部分，该剥离结构的至少一部分包含至少一层在重复利用之后可以剥离的其它有用层，而不需要重新形成有用层的辅助步骤。

根据第二方面，本发明提出通过将有用层转移到接收衬底上而从施主晶片剥离该有用层的一种方法，其特征在于它包括：

(a)将施主晶片在待剥离的有用层的一侧键合(bonding)到接收衬底；

(b)分离包含在施主晶片的剥离结构(I)中的有用层；

(c)根据上述重复利用过程重复利用施主晶片。

根据第三方面，本发明提出一种从施主晶片循环剥离有用层的方法，其特征在于它包括剥离有用层的一系列步骤，其中每一个步骤都遵循根据权利要求17到23之一的重复利用的方法。

根据第四方面，本发明提出根据前面权利要求之一的循环剥离方法或根据权利要求17到23之一的剥离方法，应用于形成包含接收衬底和有用层的结构，有用层包括以下材料中的至少一种：SiGe、Si、其成分分别选自可能组合(Al，Ga，In)-(N，P，As)的属于III-V族的合金。

根据第五方面，本发明提出通过剥离提供有用层、并能根据权利要求1到16之一的方法来重复利用的施主晶片，其特征在于它连续包括衬底和已提供有用层的剥离结构的剩余部分，其特征在于，在剥离之后，剥离结构的剩余部分仍然很厚，足以包含至少一层其它的待剥离的有用层。

附图说明

阅读了以下实施参照附图作为非限制性例子给出的优选方法的详细说明之后，本发明的其它方面、目的和优点将变得更明显，其中：

图1显示了根据本发明的方法的不同步骤，包括连续从施主晶片剥离薄层和在剥离之后重复利用施主晶片。

具体实施方式

本发明的主要目的包括为了将有用层集成到半导体结构，在剥离至少一层有用层(即，被剥离的施主层部分)之后，重复利用包含剥离结构的晶片，实施重复利用以使剥离结构的剩余部分可以在重复利用之后的随后剥离中再次提供有用层，而不需要使用重新形成有用层的步骤，诸如外延晶体生长的步骤。

重复利用应该特定包括不引起剥离结构的一部分退化的适当处理，该剥离结构的一部分中包含有用层，以便在重复利用之后还可以剥离有用层。

在一个特定的构造中，可以有可剥离的几层有用层，因而能够有一系列几次连续的剥离，在其中间将有利地使用根据本发明的重复利用方法。

参照图1a和1b，施主晶片10包含衬底和剥离结构I。

在衬底1的第一构造中，后者包含具有第一晶格参数的单晶材料。

在衬底1的第二构造中，后者是由支撑衬底和与剥离结构I交界的缓冲结构构成的“伪衬底(pseudo-substrate)”。

起缓冲层作用的任何结构称为“缓冲结构”。

在表面处，它有利地具有基本上松弛的和/或没有明显数量的结构缺陷的结晶结构。

缓冲层有利地具有下面两个功能中的至少一个：

-减少上层中的缺陷密度；

-适应(adaptation)在具有不同晶格常数的两个结晶结构之间的晶格参数。

为了执行第二个功能，缓冲层在一个表面附近具有基本上等同于支撑衬底的第一晶格参数，在另一个表面附近具有基本上等同于直接覆盖缓冲结构的剥离结构层I的第二晶格参数。

在缓冲层的第一构造中，后者包含单一的缓冲层。

位于支撑衬底上的缓冲层允许在它的表面处存在基本上不同于支撑衬底的晶格参数，因而允许在同一个施主晶片10上存在具有不同于支撑衬底的晶格参数的层膜。

在某些应用中，缓冲层可进一步允许上面的层膜避免包含高密度的缺陷和/或遭受较大的应力。

在某些应用中，缓冲层可进一步允许上面的层膜具有良好的表面状态(surface state)。

根据形成缓冲结构的第一技术，形成缓冲层以获得在相当厚度上具有整体逐渐变化(overall progressive modification)的晶格参数，而得到在两个晶格参数之间的过渡。

上述层膜一般称为变形层(metamorphic layer)。

这种晶格参数的变化可在在缓冲层的厚度中以连续的方式实现。

或者可以通过“台阶(steps)”来实现，每个台阶都是具有基本上恒定的晶格参数的薄层，不同于下面台阶的晶格参数，以便以离散的方式逐步地改变晶格参数。

还可以具有更复杂的形式，诸如以可变的速度来变化成分、速度符号的反转或者成分的不连续跳跃。

缓冲层中晶格参数的变化可通过从支撑衬底开始，基本上逐渐增加不包含在支撑衬底中的至少一种原子元素的浓度而有利得到。

因而，例如，形成在单一材料(unitary material)的支撑衬底上的缓冲层可以是二元的、三元的、四元的或更多元的材料。通过在支撑衬底上生长，例如通过使用诸如CVD和MBE(分别是“化学气相沉积”和“分子束外延”的缩写)的已知技术的外延，而有利地形成缓冲层。

通常，为了获得，例如，由不同原子元素的合金构成的缓冲层，可通过任何其它的已知方法来形成缓冲层。

如果必要，在形成缓冲层之前，可进行表面抛光(surface finishing)在缓冲层下面的支撑衬底的小步骤，例如通过CMP抛光。

在另一个构造中，由第一技术形成的缓冲层包括在由缓冲层(基本上与第一构造的相同)和附加层(additional layer)组成的缓冲结构中。

附加层可以在支撑衬底和缓冲层之间，或者在缓冲层上。

在第一特定情况下，附加层构成第二缓冲层，诸如允许限制(confined)缺陷的缓冲层，因而改善了形成在缓冲结构上的剥离结构I的晶体质量。

附加层是半导体材料的，优选具有恒定的材料成分。

于是，待形成的上述附加层所选择的成分和厚度是获得这一性能的特别重要的标准。

因而，例如，外延层中的结构缺陷通常在该层膜的厚度中逐渐地减少。

在第二特定情况下，附加层位于缓冲层上并具有松弛材料的恒定成分。

因而可以固定第二晶格参数。

附加层也可以具有几个功能，诸如选自上两个特定情况中的功能。

在一种有利的构造中，附加层位于缓冲层上，并且其晶格参数基本上不同于支撑衬底的晶格参数。

在该有利构造的一个特定情况下，附加层是通过缓冲层松弛的材料。

通过在缓冲层上生长，例如通过CVD或者MBE的外延，而有利地形成附加层。

在第一实施例中，在形成下面的缓冲层之后，直接原地(in situ)完成附加层的生长，在这种情况下，缓冲层也通过层膜生长而有利地形成。

在第二实施例中，在轻微地表面抛光下面缓冲层的步骤之后，例如通过CMP抛光、热处理或者其它光滑技术，实现附加层的生长。

形成缓冲结构的第二技术基于将层膜表面性地(superficially)沉积到支撑衬底上的技术，该表面层的名义(nominal)晶格参数基本上不同于支撑衬底表面的邻近材料的晶格参数。

表面层的这种沉积使得所沉积的层膜几乎没有诸如位错的塑性缺陷(plastic defects)。

形成该表面层以使当结束时具有：

-与支撑衬底接触的第一部分，其限制诸如位错的塑性缺陷，和

-第二部分，通过第一部分松弛或者伪松弛，并且没有或者几乎没有塑性缺陷。

于是，所沉积的表面层的第一部分起缓冲层的作用，因为：

·它限制塑性缺陷以维持表面层的第二部分；以及

·它使表面层的晶格参数适应衬底的晶格参数。

所谓“限制”是指在第一部分中发现绝大多数的塑性缺陷。表面层的第二部分并不绝对没有缺陷，但是它们的浓度与微电子应用相容。

用于形成上述缓冲层的沉积技术有利地包括沉积时的温度变化和化学成分变化(variations in the temperature and chemical compositiontimes of the deposition)。

因而能够成功地形成具有在厚度上基本上恒定的化学成分的缓冲层，与根据第一技术而形成的缓冲层相反。

然而，可以在缓冲层和表面层的第二部分之间插入一个或多个层膜。

而且缓冲层的厚度可以小于通过第一技术形成的缓冲层的最小厚度。

文献WO 00/15885给出了依据上一技术来形成上述缓冲层的例子，在单晶Si支撑衬底上进行SiGe或者Ge的沉积。

例如，也能以在单晶Si支撑衬底上沉积单晶Ge的方式通过使用以下步骤来实现上述沉积方法：

·将单晶硅支撑衬底的温度稳定在400℃到500℃的第一预定稳定温度，优选430℃到460℃；

·在所述第一确定温度下进行Ge的化学汽相沉积(CVD)，直到在支撑衬底上获得Ge的基层(base layer)，其预定厚度小于所期望的最终厚度；

·将Ge化学汽相沉积的温度从预定的第一温度提高到从750℃到850℃变化的预定的第二温度，优选800℃到850℃；和

·在所述预定的第二温度下继续进行Ge的化学汽相沉积，直到单晶Ge的表面层获得所期望的最终厚度。

缓冲层是与支撑衬底相接触并延伸在结晶缺陷率大于极限值的厚度上的沉积层的一部分。

上述缓冲层的厚度具体地可在0.5至1微米的级别，小于根据第一技术形成的缓冲层的厚度。

该层膜的另一部分至少是剥离结构I的一部分。

上述沉积方法同样可以根据替换方法而实现-例如，文献WO00/15885所公开的方法。

采用这种方法形成施主晶片10的衬底1，衬底1包括所述支撑衬底和所述缓冲层。

形成缓冲结构的第三技术用于包括衬底1和已沉积在衬底1上的层膜的结构。

所选择的构成该层膜的材料，其名义晶格参数基本上不同于衬底1的表面的晶格参数，以使其受到衬底1的弹性压应力或拉应力。

应力层具有应力材料的一般结构，但是还可包括松弛或者伪松弛材料的一个或多个厚度，其累积厚度远小于应力层，以使应力层保持总的应力状态。

在所有的情况下，通过晶体生长，诸如使用已知技术的外延，例如CVD和MBE，在衬底1上有利地形成应力层。

为了获得没有太多结晶缺陷的上述应力层，例如点缺陷或者诸如位错的扩展缺陷，选择构成衬底1和应力层(在它与衬底1的界面附近)的晶体材料，以使它们在各自的第一和第二名义晶格参数之间显示出足够小的差异，这是有利的。

例如，晶格参数的这种差异典型地包含在约0.5％和约1.5％之间，但是还可以具有更大的值。

例如，在IV-V族材料中，Ge具有比Si大4.2％左右的名义晶格参数，因而含30％Ge的SiGe具有比Si大1.15％左右的名义晶格参数。

另一方面，应力层优选具有基本上恒定的厚度，以便它具有基本上恒定的本征特性和/或有助于以后键合到接收衬底(如图1b所示)。

为了避免应力层松弛或者塑性(plastic)类型的内应力出现，上述层膜的厚度应该还保持小于弹性应力的临界厚度。

弹性应力的临界厚度主要取决于所选择的构成应力层的主要材料和与衬底1在晶格参数方面的所述差异。

本领域的技术人员可查阅目前技术水平以获得弹性应力的临界厚度值，用于形成在衬底1材料上的应力层。

一旦形成，应力层就具有基本上接近于其生长衬底1的晶格参数，因而具有处于压缩或者拉伸的弹性内应力。

一旦形成该结构，形成缓冲结构的第三技术包括在衬底1内给定深度形成干扰区(perturbation zone)的第一步骤。

干扰区定义为具有能在周围部分形成结构干扰的内应力的区域。

基本上在衬底1的整个表面上并平行于衬底1的表面而有利地形成干扰区。

形成上述脆化区(embrittlement zone)的方法包括用原子种类的给定注入能量和给定剂量在衬底1内的所述给定深度注入原子种类。

在注入的一个特定实施例中，所注入的原子种类包含氢和/或氦。

通过注入而形成的上述干扰区因而包含由在邻近干扰区的晶格网络中所注入的原子种类所造成的内应力，乃至结晶缺陷。

这些内应力于是能在上面的区域中产生结晶干扰。

为此目的，依据第三技术在执行第二步骤期间形成缓冲区，通过调整到合适参数的适当能量供应，以用于：

·帮助在干扰区之上的区域出现干扰；

·增加在上面区域中干扰的程度；以及

·在出现干扰之后引起应力层的至少相对弹性松弛。

因而上述能量供应的主要目的是引起应力层弹性应力的至少相对松弛以形成松弛应力层。

包含在衬底1的干扰区和应力层之间的中间区：

·限制位错类型的缺陷；

·使衬底1的晶格参数适应应力层的名义晶格参数。

因此在这里上述中间区可视为缓冲层。

有利地进行热处理，如果参数适当，以产生上述足以引起结构改变的能量供应。

在温度基本上低于临界温度时有利地进行所述热处理，超过临界温度则会有极大数量的注入原子种类被除气(degassed)。

从干扰区中的内应力开始，于是产生局部结晶干扰。

特别是因为应力层区域中的弹性能最小化了，这些干扰主要出现在缓冲层中并在热处理的影响下增加幅度(amplitude)。

当这些干扰变得足够大时，它们作用在应力层上，至少相对地松弛那里的弹性应力，这些松弛应力主要是在应力层材料和衬底1材料的各自名义晶格参数之间的晶格错配应力(lattice misfit stresses)。

然而，应力层的松弛也可伴随着在所述层膜厚度中的非弹性类型晶体缺陷的出现，诸如横向位错(traversing dislocations)。

因而可进行适当的处理，诸如热处理，以减少这些缺陷的数量。

可以利用适当的处理，例如，允许增加位错密度直到它包含在两个极限值之间，该极限值定义了其中至少一部分位错被湮灭(annihilated)的位错密度区间(interval)。

无论如何，最终获得松弛或者伪松弛层，其名义晶格参数基本上不同于生长衬底1的名义晶格参数，并且具有对在松弛应力层中形成微电子组件不利的少量位错。

该松弛或者伪松弛层可构成剥离结构I的至少一部分。

对于更多的细节，可以参考B.H_llander et al.，特别是标题为“在氢或氦离子注入之后赝形Si_1-xGe_x/Si(100)异质结构的应变松弛以用于制备虚拟衬底”(in Nuclear and Instruments and Methods in PhysicsResearch B 175-177(2001)357-367)的文献。

通过形成缓冲结构的第三技术而制备的缓冲层于是包含在衬底1中，如同在实施形成缓冲层的第三技术之前所定义的那样。

形成缓冲结构的第四技术基于待形成的缓冲结构的支撑衬底，其表面很明显(in relief)；以及构成缓冲结构的元素在支撑衬底上的沉积。

假设支撑衬底的表面不平，构成缓冲结构的元素的沉积就以具有选择性生长效果(selective growth effects)和局部偏聚(local coalescences)的各向异性方式来进行，赋予形成的缓冲结构以特定的性能。

为了使形成在缓冲结构上的剥离结构I具有高质量的本征结构，形成缓冲结构的第四方式实施特定的技术和参数以使缓冲层获得的性能对应于结晶缺陷的限制性能。

对支撑衬底外形(topography)的选择是获得上述结果的主要数据之一。

特别地，优选在支撑衬底的整个表面上具有周期性重复图案的外形，以将其对晶片整个表面的影响均匀化。

例如，支撑衬底可显示出按给定距离间隔的条带(bands)。

对于上述条带外形以及在某些沉积条件下，有可能在条带的附近，特别是条带的角落处成功地集中外延层的位错。

集中了大部分位错的层膜的厚度于是组成缓冲层。

对于这种特定支撑衬底的表面外形，即在支撑衬底的整个表面上有周期性间隔的条带，条带有利地由形成在衬底上的绝缘材料所构成，因而构成了以后将沉积的材料的掩模。

此外，可在固体衬底与调剂结构(relief structure)之间插入晶体材料的中间层，以作为缓冲层的生长衬底，绝缘的调剂结构足够薄而不至于干扰缓冲结构在其下面生长衬底上的继续生长。

该技术也称为横向外延过度生长(epitaxial lateral overgrowth)，或者“ELOG”，主要用于通过MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition，金属有机化学气相沉积)外延来沉积氮化物薄膜。

例如，the Bulletin of the“Materials Research Community”of May1998，Volume 23，No.5，在Shuji Nakamura的标题为“预算寿命超过10,000小时的InGaN/GaN/AlGaN-基激光二极管”的论文中，其中特定描述了在SiO₂带状结构上生长GaN，可用作基础。

本文献下面，在例9中，将描述依据通过ELOG形成缓冲结构的第四技术而形成的GaN结构。

无论衬底1的结构构造如何(包括或者不包括缓冲结构)，所述结构在与剥离结构I的界面区域是由晶体材料构成的，显示出很少或没有结晶缺陷。

通过在衬底1上生长，例如，通过CVD或者MBE的外延，而有利地形成构成剥离结构I的不同层膜的至少一部分。

在第一实施例中，原地进行这些层膜的至少一部分的生长，直接接着分别位于它们下面的层膜的形成，在这种情况下，这些层膜也通过层膜生长而有利地形成。

在第二实施例中，在表面抛光分别位于它们下面的层膜的小步骤之后，例如通过CMP抛光、热处理或者其它光滑处理，进行这些层膜的至少一部分的生长。

最终获得包含晶体材料层膜的剥离结构I。

在重复利用之前，该剥离结构I包括等于或者大于至少两个有用层的厚度。

然而，剥离结构I很有利地具有大于两个有用层的厚度，以使其本身不受处理过程中所除去材料的厚度的影响，这些处理过程是在重复利用期间进行的，以除去绝大多数时候是在剥离有用层时所生成的缺陷。

的确，在剥离之后，通常在施主晶片10的表面处发现粗糙、厚度的不均匀、结构缺陷和/或其它类型的缺陷，就象在剥离之后的结构I’中遇到的那样(参见图1c)。

例如，在剥离之后，会在剩余施主晶片10的剥离表面的区域中出现突出(projecting)和/或粗糙部分。

出现在剥离结构I表面上的表面调剂部分主要取决于剥离的方式和使用的剥离技术。

·因而，例如，目前用于工业中的一种剥离包括不在施主晶片10的整个表面上、而仅仅从其一部分(通常基本上是居中的部分)来剥离有用层，而在施主晶片10的表面上留下突出部分。这些突出部分通常是整体的(monolithic)并位于施主晶片10的外围表面上，因而在工业中称该套突出部分为“剥离王冠(taking-off crown)”。

·因而，例如，诸如下文中将研究的已知的剥离技术，诸如已提到的Smart-Cut_技术，有时引起表面粗糙。

因而在剥离之前的剥离结构I应该具有的厚度是待分离的至少两个有用层的厚度和等于或者大于相应于在重复利用期间要除去的最少材料的厚度富余(thickness margin)。

因而，在Smart-Cut_类型的剥离(在下文讨论)之后重复利用的情况下，该厚度富余通常在1微米的级别。

然而，通过使用诸如选择性化学蚀刻(selective chemical etching)的有效重复利用技术，可以减少该厚度富余。

根据本发明在重复利用期间进行的主要处理是除去物质的处理，以保留剥离结构I的一部分，该剥离结构I的一部分包含至少另一个在重复利用之后可剥离的有用层。

材料的除去是在施主晶片10上进行的，即，在剥离之后仍保留的剥离结构I的自由表面区域中。

在本发明的背景中，任何物质的除去包括使用用于除去材料的机械方法(诸如抛光或者研磨(lapping))。

该处理可以在表面上进行，并用于除去有用层已经从其剥离的剥离结构I的表层部分(superficial portion)，特别是允许除去包含在剥离期间出现的表面缺陷的表层厚度，诸如位错或者点缺陷类型的结晶干扰。

对于使用的剥离技术所产生的缺陷位于剥离结构I厚度中更深处的特定情况，该处理可有利地深入进行。

目前所使用的通过抛光类型的机械方法除去物质的技术由在抛光头(polishing head)和围绕驱动轴旋转的抛光板(polishing plate)之间放置施主晶片10组成。

抛光头和抛光板各自的主表面基本上是平行的。

施加到抛光头的力将施主晶片10靠向板的上表面。

施主晶片10相对于板的旋转运动于是在施主晶片10的一个表面上引起摩擦，因而抛光该表面。

在一个优选方式中，为了使抛光最佳地均匀化，抛光头同施主晶片10一起在抛光板的上表面上沿着给定路径移动。例如，该运动可以是沿着给定轴的往复平移运动或者螺旋状的运动。

抛光板有利地由有纹理或者编织的材料(a textured or woven material)覆盖。

可以有利地注射抛光液，对板在施主晶片上的摩擦动作可以润滑。

在抛光之后，可对晶片表面进行后抛光清洗(post-polishingcleaning)，通常使用注射的去离子水。

在抛光和清洗之间，可进行后抛光冲洗(post-polishing rinsing)，通常用注射的包含适当表面活性剂的溶液。表面活性剂的主要作用是最大限度地在冲洗液中分散能够继续腐蚀切片表面的剩余颗粒(residualparticles)，因此减少它们在表面上的沉积并允许它们抽空(evacuation)。

有利地注射一种或多种溶液，以便将覆盖板的织物润湿，因而将溶液最佳地分配在施主晶片10的整个表面上。

在板的第一实施例中，抛光、冲洗和清洗板的所述功能仅仅通过一块板来进行。

但为了提高整个方法的生产率，优选具有几个板的装置：

在板的第二实施例中，通过抛光板完成抛光功能，并通过称为冲洗/清洗板的一块板完成冲洗和清洗的功能。这一实施例将抛光从冲洗/清洗分离，由于用于冲洗的板没有仍可粘在板上的任何微粒剩余物(particulate residues)，因而改善了冲洗的质量。

在板的第三实施例中，抛光板、冲洗板和清洗板是单独的板。相对于第二实施例，这一实施例将清洗同冲洗分离，由于用于清洗的板没有仍可粘在冲洗板上的任何微粒剩余物，因而改善了切片表面的最终清洁度。

除抛光之外，可引入诸如二氧化硅(silica)颗粒的磨粒以改善对材料的侵蚀(attack)。

除抛光之外，可引入化学试剂使化学侵蚀与由抛光板实现的机械侵蚀同时发生。

在从施主晶片10除去物质的一个有利的实施例中，使用了称为CMP的机械-化学平坦化(mechano-chemical planarization)，其原理是汇集抛光板的抛光表面和包含磨粒及化学侵蚀试剂的抛光液。

除机械抛光之外，抛光液对施主晶片10待抛光的表面共同实现通过侵蚀试剂的化学蚀刻以及通过磨粒的机械蚀刻。

在除去物质后，可再次冲洗和/或清洗施主晶片10的抛光面。

应当注意，某些时候冲洗不仅用作更快地除去剩余物和研磨剂抛光颗粒，而且起化学抛光的作用。

的确，如果在抛光期间所使用的化学侵蚀试剂具有碱性的pH，通过将通常是酸性的表面活性剂添加到抛光液中将有助于快速停止抛光液的化学作用。

对于诸如硅的某些半导体材料，化学作用比机械作用占有优势(在上述半导体材料的表面抛光期间所使用的磨粒尺寸较小)。

使用酸性的表面活性剂的上述冲洗，尤其对上段中提到的材料，使抛光作用可显著停止并使其对切片的影响可控制。这样，从而可确保并可重复后抛光厚度。

可如此获得对抛光停止的控制，以及对除去厚度的更精确控制。

此外，优选冲洗液的逐渐注射(progressive injection)：注射太快将导致抛光液的pH迅速降低，并且对诸如硅的半导体材料的某些情况下，可导致磨粒尺寸因凝聚(agglomeration)而增大，由此存在因更大颗粒凝聚而造成的磨伤风险。

在待平坦化的层膜至少部分包含硅的情况下，这里给出一个使用平坦化层膜的实施例。

适于抛光硅的溶液通常是碱性溶液，pH在7和10之间，优选在8和10之间，于是化学试剂优选诸如氨的含氮碱(a nitrogenous base such asammonia)。

磨粒优选颗粒尺寸在十分之一微米级别的二氧化硅分子。

如果决定冲洗，所使用的表面活性剂将优选pH在3和5之间，乃至4左右，约0.1％或更低的CMC(Critical Micellar Concentration，临界胶束浓度)。

冲洗步骤的时间有利地在抛光时间的50％的级别。

这些机械的或者机械-化学方法在本发明的背景中对于控制除去材料的数量以允许保留剥离结构I的至少一部分尤为有利。

但从施主晶片10除去物质通常可包括使用用于侵蚀材料的任何机械方法，例如研磨或者用原子种类轰击。

如有必要，在除去物质之前可进行使待除去的表面进一步光滑的热处理。

参照图1c，原始缓冲结构在除去物质之后仍保留的那一部分的参考符号为I′。

首先以及在某些情况下，优选在第一重复利用步骤期间发生物质除去的区域中对施主晶片10的表面状态进行抛光，以便除去在物质除去期间会出现的任何粗糙。

为此目的，例如，将进行热处理。

参考1a-1d给出了一个示意整个剥离方法的例子，该整个剥离方法包括剥离薄层并在重复利用之后重复利用施主晶片10。

参照图1a并如前所述，剥离结构I具有大于或等于两个有用层的厚度。

图1b和1c示意了一种薄层剥离方法。

本发明的第一优选剥离步骤由在剥离结构I中生成脆化区以实现后面的分离，因而剥离所期望的层膜组成。

在此给出几种可以用来产生上述脆化区的技术：

第一技术，被称为Smart-Cut_，是本领域的技术人员所了解的(有关晶片还原的许多著作中都可找到其说明)，包括，在其第一步骤中，用给定的能量注入原子种类(诸如氢离子)以产生脆化区。

第二技术由通过产生至少一个多孔层而形成脆性界面(fragileinterface)组成，例如，如文献EP-A-0 849 788所述。

参照图1b，涉及薄层剥离的第二步骤由将接收衬底2施加到施主晶片10的表面组成。

接收衬底2构成一个机械支撑，足够刚性以支撑其一部分将从施主晶片10剥离的第二层膜3，并保护它不受来自外部的可能的机械应力。

接收衬底2可以是，例如，硅、石英、蓝宝石、SiC或者另一种类型的材料。

接收衬底2的施加是通过将其与剥离结构I密切接触并产生键合，其中在衬底2和剥离结构I之间有利地形成分子附着力(molecularadhesion)。

在Q.Y.Tong，U.G_sele and Wiley撰写的、标题为“半导体晶片键合”(Science and Technology，Interscience Technology)的文献中特别描述了这种键合技术以及替换技术。

如有必要，键合伴随着对待键合的各个表面的适当预处理和/或供应热能和/或预备辅助的键合试剂。

因而，例如，在键合期间或者之后进行的热处理可使键合坚固。也可通过插入在剥离结构I和接收衬底2之间并能特别加强分子键合的键合层，诸如二氧化硅，来控制键合。

有利地，构成接收衬底2的键合表面的材料和/或如果必要所形成的键合层的材料是电绝缘的，以从剥离层开始形成SeOI结构，于是SeOI结构的半导体层是剥离结构I的剥离部分(即，有用层)。

一旦键合了接收衬底2，就在先前形成的脆化区的区域内通过实现分离而除去施主晶片10的部分。

在所述第一技术(Smart-Cut_)的情况下，在第二步骤中使注入区(形成脆化区)受到热和/或机械处理，或者提供其它能量，以在脆化区的区域中实现分离。

在所述第二技术的情况下，使脆化层受到机械处理或者其它能量供应以在脆化区的区域中实现分离。

根据这两种技术之一的在脆化区的区域中的分离允许除去晶片10的主要部分，以获得包含已剥离的剥离结构I剩余部分(因而在这里代表有用层)、可能的键合层和接收衬底2的结构。

后剥离结构(post-taking-off structure)I′构成在剥离之后仍保留的剥离结构的那部分，而整个晶片形成施主晶片10′，在以后层膜的剥离期间将送去重复利用以便以后再次使用。

图1d显示了上述施主晶片10′的重复利用的结果。

根据上文已讨论过的那些技术之一，对后剥离结构I′进行机械或者机械-化学侵蚀，以除去后剥离结构I′的部分。

这里也可实施通过不同的机械方法而除去物质的几种技术，特别是如果后剥离结构I′包含不同来源的几个层膜，例如，使用通过CMP和简单抛光的连续侵蚀。

对材料的机械侵蚀之前和/或之后可进行表面处理，诸如化学蚀刻、热处理或者光滑。

参照图1d，在重复利用之后所获得的剥离结构I″基本上与剥离结构I相同，其减少的厚度接近于所剥离的层膜和在重复利用期间所除去的材料的平均厚度。根据本发明，该厚度足以包含一个可剥离的有用层。

在以后的剥离期间，施主晶片10″于是适于在剥离结构I″中提供剥离的有用层，而不需要任何其它的辅助步骤，诸如晶体生长的步骤。

在剥离之前的施主晶片10的一个特定构造中，所述晶片包含多个可剥离的有用层。

在这个特定构造中，对于根据本发明的剥离结构I，其中能够在根据本发明的重复利用步骤之间剥离几个有用层，在有利的背景下使用根据本发明从施主晶片10剥离有用层的循环方法，同时接连重复进行：

·剥离过程，和

·根据本发明的重复利用过程。

在实施循环剥离过程之前，可用上文中所描述的在衬底1上形成薄层的一种或多种技术，进行根据本发明形成施主晶片10的过程。

根据本发明，从施主晶片10开始，从形成在衬底1上的相同结构I中剥离若干次，而不必在那里形成辅助层和/或不必进行用于恢复衬底1的至少一部分的处理，这一可能性允许赢得整个剥离方法的实施时间，较容易实施本方法，并且比现有技术的不同方法所提高的经济成本基本上更少。

在剥离结构I中进行一定次数的剥离和重复利用之后，剥离的次数特别是剥离结构I厚度的函数，剩下的剥离结构I不再足够厚以包含待剥离的有用层。

于是施主晶片10仅仅由衬底1构成。

在第一情况下，丢弃施主晶片10，于是失去整个衬底1，衬底1可能是复杂的，制造时间长并且成本高，特别是在衬底1包含缓冲结构的情况下。

在更有利的第二情况下，通过实施重复利用的方法，至少恢复衬底1的一部分。

在衬底1包含缓冲结构的情况下，可进行对衬底1的三种类型的重复利用：

-重复利用包括除去整个缓冲结构，但允许保留其上形成有缓冲结构的支撑衬底的至少一部分；该重复利用总是损失通常形成最难且代价最贵的衬底1的那部分；并有必要实施重新形成缓冲结构的辅助步骤，如果希望的话，例如，重新形成等同于重复利用之前的衬底1；

-重复利用包括除去缓冲结构的一部分，并允许保留其上形成有缓冲结构的支撑衬底以及缓冲结构的一部分，诸如制备昂贵的缓冲层；在重复利用期间，可进行，例如并有利地，由明智地位于缓冲结构的终止层(stop layer)所终止的选择性除去物质；如果希望的话，可有利地特别实施重新形成缓冲结构的辅助步骤，以重新形成等同于重复利用之前的衬底1；

-重复利用包括除去原始剥离结构I剩余部分的至少一部分，并允许保留整个衬底1；在重复利用期间，可进行表面抛光剥离结构I的余下部分的步骤(例如通过CMP、热处理、牺牲氧化、轰击或者其它光滑技术)和/或进行由终止层而终止的选择性除去物质，例如，终止层明智地位于剥离结构I和衬底1之间；

在重复利用衬底1之后，于是重新形成新的剥离结构I，其中根据本发明的一种方法可剥离几个有用层。

新的剥离结构I可基本上等同于重复利用之前的。

通过稍微改变形成的某些参数，新的剥离结构I所具有的结构可稍不同于重复利用之前的剥离结构I。例如，会稍微改变材料中某些化合物的浓度。

无论如何，通过层膜生长而有利地形成剥离结构，例如通过CVD或者MBE外延。

在第一情况下，包含在剥离结构I中的至少一层膜的生长是原地形成的，直接在形成下面的支撑层之后，在这种情况下，下面的支撑层也有利地通过层膜生长而形成。

在第二情况下，在表面抛光下面的生长支撑的小步骤之后，进行这些层膜的至少一个的生长，例如通过CMP抛光、热处理或者其它光滑技术。

在本文献的下文中，我们给出了施主晶片10的构造的例子，施主晶片10包含具有几层膜的结构I，并能通过根据本发明的方法而使用。

特定地，我们将给出可有利地用于上述施主晶片10的材料。

对于某些详述的例子，衬底1包含缓冲结构和支撑衬底，缓冲结构形成在支撑衬底上。

在涉及的例子中，缓冲结构于是在其支撑衬底区域中具有第一晶格常数并在与上面剥离结构I的界面附近具有第二晶格常数。

上述缓冲结构包含允许进行晶格常数的上述适应的缓冲层。

形成缓冲结构(如上文所述)的第一方法，最常用来获得具有该性能的缓冲层，是具有包含几个原子元素的缓冲层，所述几个原子元素包括：

·在支撑衬底的成分中发现的至少一种原子元素，和

·在支撑衬底中没有发现的或者几乎没有发现的至少一种原子元素，并且其浓度在缓冲层的厚度中逐渐变化。

该元素在缓冲层中的梯度浓度将是晶格常数在缓冲层中以改变结构的方式(in a metamorphic manner)而逐渐变化的主要原因。

因而，在该构造中，缓冲层主要是合金。

为缓冲衬底的支撑衬底以及缓冲层的成分而选择的原子元素可以是IV族类型的，诸如Si或者Ge。

例如，在这种情况下，可以有Si支撑衬底和SiGe缓冲层，Ge的浓度随厚度而逐渐变化，在与支撑衬底的界面处其值接近于0，而在缓冲层的另一面上是一个特定的值。

在所示的另一情况下，支撑衬底和/或缓冲层的成分可包含III-V族的一对原子元素，诸如选自可能组合(Al，Ga，In)-(N，P，As)中的一对。

例如，在这种情况下，可以有AsGa支撑衬底和包含As和/或Ga以及至少一种其它元素的缓冲层，该其它元素随厚度而逐渐变化，在与支撑衬底的界面处其值接近于0，而在缓冲层的另一面上是一个特定的值。

支撑衬底和/或缓冲层的成分可包含II-VI族的一对原子元素，诸如选自可能组合(Zn，Cd)-(S，Se，Te)中的一对。

下面我们给出上述构造的几个例子：

前三个例子特别涉及包括Si衬底1和SiGe缓冲层和Si及SiGe的其它层膜的施主晶片10。

这些晶片10在剥离SiGe层膜和/或应力Si层膜以形成SGOI、SOI或者Si/SGOl结构的情况下尤为有用。

下面我们给出上述构造的几个例子：

例1：施主晶片10由下列构成：

-衬底1，其由下列构成：

√Si支撑衬底

√根据所述形成缓冲结构的第一技术而形成的SiGe缓冲结构，包含缓冲层和附加层；

-包含SiGe和可能一个或多个薄弹性应力Si层的剥离结构I。

缓冲层优选具有从与支撑衬底的界面逐渐增加的Ge浓度，以使SiGe的晶格参数按以上说明而变化。

厚度通常包含在1和3微米之间，以在表面获得良好的结构松弛，并限制与晶格参数差异有关的缺陷以便将它们埋入。

附加层是SiGe，基本上通过缓冲层松弛，有利地具有均匀的Ge浓度，基本上等同于在它们界面附近的缓冲层的。

在松弛的SiGe层内的硅中的锗浓度通常包含在15％和30％之间。

30％的这一限制代表本技术的典型限制，但可以在来年中变化。

附加层的厚度可根据情况而极大地变化，厚度通常包含在0.5和1微米之间。

例2：施主晶片10由下列构成：

-衬底1，其由下列构成：

√Si支撑衬底；

√根据所述形成包括SiGe缓冲层和Ge附加层的缓冲结构的第一技术而形成的缓冲结构；

-在剥离之前包含AsGa和/或AlGaAs的剥离结构I。

缓冲层优选具有从与支撑衬底的界面逐渐增加的Ge浓度，以使晶格参数在Si支撑衬底的晶格参数和Ge附加层的晶格参数之间变化。

为此目的，缓冲层中的Ge浓度从约0到约100％，或更精确地98％左右而变化，以在理论上完全符合两种材料的晶格。

例3：施主晶片10由下列构成：

-由Si构成的衬底1；

-在剥离之前包含Si和可能一个或多个薄弹性应力SiGe层的剥离结构I。

例4：施主晶片10由下列构成：

-衬底1，其由下列构成：

√Si支撑衬底；

√根据上文所讨论的并由文献WO 00/15885所公开的所述形成缓冲结构的第二特定技术而形成的缓冲层，即，由下列构成：

■根据上文所讨论的并由文献WO 00/15885所公开的所述形成缓冲结构的第二特定技术而沉积Ge或者SiGe的第一层膜，

■可能随后沉积能改善上面层膜结晶质量的可选的第二层膜，如文献WO 00/15885所公开的那样，第二层膜是：

○SiGe(50/50)，在缓冲层的第一层膜是Ge的情况下；

○应力Si，在缓冲层的第一层膜是SiGe的情况下；

√包含以下材料：Ge、SiGe、Si中至少一种的剥离结构I。

剥离结构I中的剥离可涉及剥离结构I的一组层膜或者一个层膜。

应注意根据此例在剥离后所获得的结构没有位错类型的缺陷，甚至在埋入区域中。

于是，所获得的这种结构可用于在SiGe、Ge或者Si层膜上外延生长辅助层，例如应力硅。

例5：施主晶片10由下列构成：

-衬底1，其包括：

√Si支撑衬底；

√根据所述形成缓冲结构的第三技术而形成的Si缓冲层；

√包含下列材料：SiGe、Si中的至少一种的剥离结构I。

该施主晶片10是在根据所述形成缓冲结构的第三技术而形成缓冲层之后所获得的晶片。

在缓冲层的第一实施例中，在形成缓冲层之前就存在剥离结构I。

在剥离之前的剥离结构有利地具有小于约10⁷cm^-2的缺陷密度，诸如位错。

对于具有15％Ge的SiGe剥离结构和具有30％Ge的SiGe剥离结构，其在剥离之前的典型厚度分别是约250nm和约100nm，因而保持在它们各自的弹性应力最终临界厚度(final critical thicknesses of elastic stress)之下。

根据上文中所看到的，根据两个主要步骤而形成缓冲层：

●通过注入诸如H或He的原子种类而在Si支撑衬底1中形成干扰区域；

●热处理以在剥离结构中至少引起弹性应力的相对松弛。

在第一步骤期间，所使用的H或He的注入能量范围典型地在12和25keV之间。

所注入的H或He的剂量典型地在10¹⁴和10¹⁷cm^-2之间。

因而，例如，对于具有15％Ge的剥离结构，优选使用H，在约25keV的能量下用约3·10¹⁶cm^-2的注入剂量。

因而，例如，对于具有30％Ge的剥离结构，优选使用H，在约18keV的能量下用约2·10¹⁶cm^-2的注入剂量。

于是，衬底1中原子种类的注入深度典型地在约50nm和100nm之间。

在第二步骤期间进行的热处理应该适于显著地增加位于干扰区域和剥离结构之间的区域中的干扰数量和幅度。

产生干扰的区域将形成所述缓冲层。

缓冲层中位错的出现于是引起剥离结构的整体松弛。

优选在惰性气氛之下进行热处理。

然而，可以在另一气氛下进行热处理，例如氧化性气氛。

因而，对这种类型的施主晶片10所进行的特定热处理典型地是在400℃和1,000℃之间的温度下进行的，其时间介于30秒与60分钟之间，更准确地说是约5分钟至约15分钟。

在缓冲层的第二实施例中，在形成缓冲层之前不存在缓冲结构I，于是，施主晶片有利地以下列形式出现：

-Si衬底1；

-具有至少15％Ge的SiGe层，SiGe被施加了弹性应力。

松弛SiGe层的技术和参数基本上与缓冲层的第一实施例的相同。

在形成缓冲层之后，构成剥离结构I的层膜包括整体松弛层或者整套层膜。

剥离结构I因此形成在缓冲层之后，与在此例中提出的第一实施例相反。

关于上述实验技术的更多细节，参考B.H_llander et al.做的研究，特别是在标题为“在氢或氦离子注入之后赝形Si_1-xGe_x/Si(100)异质结构的应变松弛以用于制备虚拟衬底”(in Nuclear and Instruments andMethods in Physics Research B 175-177(2001)357-367)的文献中。

在将晶片10键合到接收衬底5之后，根据前述的一个或多个已知技术，在有或者没有中间键合层的情况下进行剥离，然后根据本发明重复利用晶片。

例6：施主晶片10由下列构成：

-衬底1，其由下列构成：

√支撑衬底，在其与上面缓冲结构的界面区域中至少包含一个AsGa部分；

√根据所述形成缓冲结构的第一技术而形成的III-V族材料的缓冲结构；

-在剥离之前包含III-V族材料的剥离结构I。

该缓冲结构的主要目的是使它们界面附近的剥离结构I材料的晶格参数(例如，在InP的情况下，名义值约为5.87埃)适应AsGa的晶格参数(其名义值约为5.65埃)。

在固态III-V族材料中，出现对上述缓冲结构的实际兴趣，例如，是因为对诸如固体InP和固体AsGa的不同材料的比较，例如，与固体InP相比，固体AsGa更便宜，在半导体市场上更易获得，机械脆性更小，已经实施过背面接触技术(rear face contact technologies)，并且尺寸更大(典型地为6英寸，而对于固体InP则是4英寸)。

然而，InP的电子性能一般超过AsGa的。

因而，例如，通过提出包含形成在AsGa支撑衬底上并由缓冲结构松弛的InP的剥离结构I，所述施主晶片10给出了形成尺寸为6英寸的InP层的解决办法。

因而，在这里看到了上述施主晶片10所能提供的所有优点：它允许形成III-V族材料的有源层(active layer)，用于以给定的质量和性能而转移，其性能例如能够接近在所述固体材料的实施例中会得到的性能。

包含在上述施主晶片10中的缓冲结构使得厚度必须大于一微米，并且厚度可变大，特别是如果通过根据本发明的重复利用方法可避免在每次剥离之后破坏它。

在与下面缓冲结构的界面区域中包含基本上松弛的InP的剥离结构I的例子中，衬底1的缓冲结构于是有利地包含由InGaAs构成的缓冲层，其中In的浓度在0和53％之间变化。

缓冲结构可进一步包含III-V族材料的附加层，诸如InGaAs或者InAlAs，具有基本上恒定的原子元素浓度。

在剥离的一个特例中，至少从剥离结构I剥离一个InP层，以转移到接收衬底2。

因而能够获得可能的电学或者电子性能的优点。

例如，如果被剥离的部分还包含InGaAs或InAlAs，就是这种情况：后者材料和InP之间的电子能带(electronic bands)的不连续性在剥离层中显著地产生更好的电子迁移率。

施主晶片10的其它构造是可能的，包含其它的III-V族化合物。

上述剥离层膜的应用通常是实施HEMT或者HBT(High ElectronMobility Transistor and Heterojunction Bipolar Transistor，高电子迁移率晶体管和异质结双极晶体管)。

例7：施主晶片10由下列构成：

-衬底1，其由下列构成：

√在与上面缓冲结构的界面区域中包含AsGa的支撑衬底；

√根据所述形成缓冲的第一技术而形成的缓冲结构，并在与剥离结构I的界面区域中包含InGaAs；

-在剥离之前包含InP和/或In_xGa_1-xAs_yP_1-y的剥离结构I。

例6中已经描述过这种类型的施主晶片10。

例8：施主晶片10由下列构成：

-衬底1，其由下列构成：

√蓝宝石或SiC或Si的支撑衬底；

√根据所述形成缓冲层的第一技术而形成的缓冲结构，其由下列构成：

·Al_xGa_1-xN的变形缓冲层，x从与蓝宝石的界面开始随着厚度从0到1变化；

·GaN的附加层，意在限制位错类型的结晶缺陷；

-包含氮化物层的剥离结构I。

III-V族氮化物GaN、AlN和InN在微电子学领域中引起兴趣，特别是诸如激光器的发光器件(light emitting devices)，用于读取和写入以高密度存储在光盘上的数据，或者诸如电致发光二极管(electroluminescent diodes)的发光器件，用于新显示技术(new displaytechnologies)。这些材料也全都指定用于制备高功率电子组件或者在高温下工作的电子组件。

形成包含在剥离结构I中的氮化物层膜的一种方式是在GaN附加层上的外延生长，通过沉积诸如三甲基镓(trimethyl gallium)、三甲胺铝烷(trimethylamine alane)或三甲基铟(trimethyl indium)的I族有机金属化合物(organometallic compounds of Group I)，以分别沉积GaN、AlN和InN层膜。

当用于从同一个施主晶片10转移这些氮化物层中的几层时，本发明包括在每次层膜剥离之间的重复利用步骤，允许为另一次剥离而准备剥离结构I的另一层膜。

例9：施主晶片10由下列构成：

-衬底1，其由下列构成：

√蓝宝石或SiC或Si的支撑衬底；

√GaN中间层；

√SiO₂掩模；

√GaN缓冲层；

-包含一层或一套氮化物层的剥离结构I，其中至少一层是GaN层。

形成缓冲层的方式在上文中描述所述形成缓冲层的第四技术时已经描述过，由根据ELOG技术造成连续氮化物层膜的各向异性生长组成，在这里特别是GaN。

用于该构造的SiO₂掩模有利地具有条带的形式，以周期性方式位于GaN中间层之上并基本上互相平行。

每个条带的厚度典型地在十分之几微米的级别，而条带的宽度在几个微米的级别。

条带分开的周期性间距典型地为约10微米或者15微米。

例如，可以有一个周期为13微米的条带系统，每个条带具有0.2微米的厚度和5微米的宽度。

如上面在一般情况下所说明的，这些SiO₂条带将导致位错，这些位错位于这些条带的自由表面附近，在沉积于它们上方的GaN层中。

于是，其中位错位于掩模周围的GaN厚度构成所述缓冲层。

GaN层或者具有接近GaN晶格常数的其它材料层沉积在缓冲层上以形成所述剥离结构I。

于是该剥离结构I包含至少两层膜，每层膜的厚度都等于或者大于所希望剥离的有用层的厚度。

对于根据LOG方法形成晶片的方式的更多细节，可以参考取自“MRS Bulletin”，May 1998，Volume 23，No.5，Shuji Nakamura的标题为“预算寿命超过10,000小时的InGaN/GaN/AlGaN-基激光二极管”的文献。

在InN层形成期间，InN层可特别集成到该剥离结构I中，如前面在例8中描述的那样。

可以将其它组分加入到本文献所提及的半导体层中，诸如碳，在所考虑的层膜中碳浓度基本上等于或者小于50％，或更特别地浓度等于或者小于5％。

最后，本发明中施主晶片10的材料并不限于在上文例子中所提到的，而是涵括属于II、III、IV、V或者VI族的其它类型的材料以及属于IV-IV、III-V或者II-VI族的合金。

应提及的是，在合金材料的情况下，所选择的合金可以是二元的、三元的、四元的或者更高元数的。

在施主晶片10包括缓冲层或者缓冲结构的情况下，本发明中的缓冲层或者缓冲结构的主要作用并不限于在具有各自不同晶格参数的两个邻近结构之间的晶格参数的适应，还涉及诸如在本文献中以最一般方式定义的任何缓冲层或缓冲结构。

从剥离有用层开始最终所获得的结构也并不限于SGOI、SOI或者Si/SGOI结构，不限于用于晶体管的HEMT和HBT结构，或者用于激光器的结构。

Claims

1.在剥离包含选自半导体材料的材料的有用层之后重复利用施主晶片(10)的一种方法，所述施主晶片(10)依次包含衬底(1)和剥离结构(I)，在剥离之前剥离结构(I)包括待剥离的有用层，所述方法包括在发生剥离的一侧除去物质，其特征在于除去物质包括使用机械方法，以便在除去物质之后保留剥离结构的至少一部分(I’)，该剥离结构的至少一部分(I’)包含至少一层在重复利用之后可以剥离的其它有用层，而不需要重新形成有用层的辅助步骤。

2.如前面的权利要求所述的重复利用施主晶片(10)的方法，其特征在于在除去物质期间使用的机械方法包括抛光。

3.如权利要求1所述的重复利用施主晶片(10)的方法，其特征在于在除去物质期间使用的机械方法包括研磨剂抛光。

4.如前面权利要求之一所述的重复利用施主晶片(10)的方法，其特征在于在除去物质期间使用的机械方法伴随着化学蚀刻。

5.如权利要求1所述的重复利用施主晶片(10)的方法，其特征在于包括使用机械方法的除去物质包含化学和机械平坦化(CMP)。

6.如前面权利要求之一所述的重复利用施主晶片(10)的方法，其特征在于在使用机械方法之前和/或之后进行表面抛光处理。

7.如前面的权利要求所述的重复利用施主晶片(10)的方法，其特征在于所述表面抛光处理包括热处理。

8.如前面权利要求之一所述的重复利用的方法，其特征在于衬底(1)包含位于支撑衬底和剥离结构(I)之间的缓冲层，所述缓冲层是具有恒定化学成分并与支撑衬底晶格失配的晶体材料，以便它限定结晶缺陷。

9.如前面的权利要求所述的重复利用的方法，其特征在于所述缓冲层是Si、SiGe、Ge或氮化物材料的，并且所述剥离结构(I)包含下面材料中的至少一种：有弹性应力作用的Si、SiGe或Ge或氮化物材料。

10.如权利要求1至7之一所述的重复利用的方法，其特征在于所述衬底(1)包括支撑衬底和缓冲结构，所述缓冲结构的晶格参数是在支撑衬底的晶格参数和另一个基本上不同于支撑衬底的晶格参数之间随缓冲结构的厚度逐渐增大并变化足够大。

11.如前面的权利要求所述的重复利用的方法，其特征在于所述缓冲结构还包括在缓冲层上的附加层，所述附加层具有：

·足够大的厚度以限定缺陷；和

·基本上不同于支撑衬底的表面晶格参数。

12.如前面两个权利要求之一所述的重复利用的方法，其特征在于所述缓冲结构和所述剥离结构(I)都包含属于下面原子合金族之一的原子合金：

·IV-V族；

·III-V族；

·II-VI族；

所述合金是二元的、三元的、四元的或更高元数的类型。

13.如权利要求1至7之一所述的重复利用的方法，其特征在于所述施主晶片(10)包括：

-在第一构造中：

√由Si构成的支撑衬底；

√包括Ge浓度随厚度增加的SiGe缓冲层和由缓冲层松弛的SiGe附加层的缓冲结构；

√在剥离之前包括SiGe和/或Ge的剥离结构(I)；或者

-在第二构造中：

√由Si构成的支撑衬底；

√包括Ge浓度随厚度在约0％和约100％之间逐渐增加的

SiGe缓冲层和由缓冲层松弛的Ge附加层的缓冲结构；

√在剥离之前包括AsGa和/或Ge的剥离结构(I)；或者

-在第三构造中：

√至少在与剥离结构(I)交界的较厚的部分上的Si；

√在剥离之前包括Si的剥离结构(I)；或者

-在第四构造中：

√在与缓冲结构的界面区域中包括AsGa的支撑衬底；

√包括缓冲层的缓冲结构，所述缓冲层包括属于III-V族的三元或更高元数类型的原子合金，其成分分别选自可能组合(Al，Ga，In)-(N，P，As)，并且至少两种元素选自III族或至少两种元素选自V族，所述两种元素具有在缓冲层的厚度中逐渐变化的浓度；

√在剥离之前包括属于III-V族合金的剥离结构(I)；或者

-在第五构造中：与第四构造相同的层膜和相同的材料，具有：

√缓冲结构，在与支撑衬底界面的相对面附近具有与InP相似的晶格参数；

√在剥离之前包括InP和/或InGaAs的剥离结构(I)；或者

-在第六构造中：

√蓝宝石或SiC或Si的支撑衬底；

√Al_xGa_1-xN缓冲层，x从与支撑衬底的界面开始从0到1变化；

√可能的GaN附加层；

√在剥离之前包括InP和/或InGaAs的剥离结构(I)；或者

-在第七构造中：

√蓝宝石或SiC或Si的支撑衬底；

√可能的GaN层；

√掩模；

√GaN缓冲层；

√在剥离之前包括GaN和可能其它氮化物的剥离结构(I)。

14.如前面的权利要求所述的重复利用的方法，其特征在于所述剥离结构(I)还包括：

-在第一构造中：有弹性应力作用的Si；

-在第三构造中：有弹性应力作用的SiGe。

15.如前面权利要求之一所述的重复利用的方法，其特征在于所述施主晶片(10)包括还包含碳的至少一层膜，在所述层膜中的碳浓度基本上等于或小于50％。

16.如前面权利要求之一所述的重复利用的方法，其特征在于所述施主晶片(10)包括还包含碳的至少一层膜，在所述层膜中的碳浓度基本上等于或小于5％。

17.通过将有用层转移到接收衬底(2)上而从施主晶片(10)剥离有用层的方法，其特征在于它包括：

(a)将施主晶片(10)在待剥离的有用层的一侧键合到接收衬底(2)；

(b)分离包含在施主晶片(10)的剥离结构(I)中的有用层；

(c)如权利要求1至16之一所述的方法重复利用施主晶片(10)。

18.如前面的权利要求所述的剥离有用层的方法，其特征在于它还包括在步骤(a)之前形成键合层。

19.如前面两个权利要求之一所述的剥离有用层的方法，其特征在于：

-它还包括在步骤(a)之前形成位于有用层之下的脆化区，以及在于：

-步骤(b)的进行是通过给脆化区的区域施加能量而从施主晶片(10)分离包含有用层的结构。

20.如前面的权利要求所述的剥离有用层的方法，其特征在于通过注入原子种类来进行脆化区的形成。

21.如前面的权利要求所述的剥离有用层的方法，其特征在于所注入的原子种类包含氢和/或氦。

22.如权利要求19所述的剥离有用层的方法，其特征在于通过多孔化形成所述脆化区。

23.如权利要求17至22之一所述的剥离有用层的方法，其特征在于它包括，在步骤(b)之后，在发生分离的区域中的有用层之上表面抛光的步骤。

24.从施主晶片(10)循环剥离有用层的方法，其特征在于它包括剥离有用层的一连串步骤，所述步骤中的每一个都遵循根据权利要求17到23之一的重复利用的方法。

25.如前面权利要求之一所述的循环剥离方法或如权利要求17到23之一所述的剥离方法应用于形成包括接收衬底(2)和有用层的结构，所述有用层包括以下材料中的至少一种：SiGe、Si、其成分分别选自可能组合(Al，Ga，In)-(N，P，As)的属于III-V族的合金。

26.如权利要求24所述的循环剥离方法或如权利要求17到23之一所述的剥离方法应用于形成绝缘体上半导体结构，所述结构包括接收衬底(2)和有用层，所述有用层是绝缘体上半导体结构的半导体层的至少一部分。

27.通过剥离而提供有用层、并能通过根据权利要求1至16之一的方法而重复利用的施主晶片(10)，其特征在于它连续地包括衬底(1)和已经提供了有用层的剥离结构(I)的剩余部分，其特征还在于，在剥离之后，剥离结构的剩余部分(I’)仍然足够厚，以包括至少一个待剥离的其它有用层。

28.如前面的权利要求所述的施主晶片(10)，其特征在于所述衬底(1)包括支撑衬底和缓冲结构，所述缓冲结构位于支撑衬底和剥离结构的剩余部分(I’)之间。