KR20070107180A - 기판 강화 방법 및 그 결과물인 디바이스 - Google Patents

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KR20070107180A
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프란코이스 제이 헨리
해리 로버트 커크
제임스 앤드류 설리반
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실리콘 제너시스 코포레이션
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Abstract

하나 또는 그 이상의 디바이스, 예를 들면, 광전자, 집적 회로를 포함하는 다층 기판 구조물. 상기 구조물은 미리 정해진 두께 및, 실질적으로 1 메가파스칼(MPa) 내지 130 기가파스칼(GPa) 범위의 영률(Young's modulus)을 갖는 핸들 기판을 포함한다. 상기 구조물은 상기 핸들 기판에 연결된, 소정 두께의 실질적으로 결정질인 물질을 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 소정 두께의 실질적으로 결정질인 물질은, 실질적으로 100 미크론(micron) 내지 5 밀리미터(mm) 범위의 두께를 갖는다. 상기 구조물은, 상기 소정 두께의 실질적으로 결정질인 물질 상의 클리빙된 표면, 및 100 옹스트롬(Å)보다 작은 표면 거칠기(roughness)를 갖는 클리빙된 막을 포함한다. 적어도 하나 또는 그 이상의 광전자 디바이스가 상기 소정 두께의 물질 상에 제공된다.
다층 기판, 기판 강화, 휨성, 도너 기판, 핸들 기판, 지지 기판.

Description

기판 강화 방법 및 그 결과물인 디바이스{SUBSTRATE STIFFNESS METHOD AND RESULTING DEVICES}
당해 비(非)가출원은 2005년 2월 28일 출원된 미국 가출원 제60/657,558호와 2005년 2월 28일 출원된 미국 가출원 제60/657,262호에 대해 우선권을 주장하고, 상기 가출원들은 여하한 목적으로 참조에 의해 본 명세서에 편입된다.
본 발명은, 디바이스를 포함하는 기판의 제조에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 예를 들면 제작 반도체 집적 회로 또는 광전자(optoelectronic) 디바이스를 위한 다층(multi-layered) 기판 구조물을 형성하는 방법 및 구조물을 포함하는 기술을 제공한다. 그러나, 본 발명이 더욱 넓은 범위에 적용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 즉, 본 발명은 다층의 집적 회로 디바이스, 집적된 반도체 디바이스의 3차원적 패키징, 광양자(photonic) 및/또는 광전자(optoelectronic) 디바이스(예를 들면, 광 밸브(light valve)), 압전기(piezoelectronic) 디바이스, 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system; "MEMS"), 나노 기술 구조물, 센서, 액츄에이터, 태양 전지, 평판 디스플레이(예를 들면, LCD, AMLCD), 생물학 및 생의학적 디바이스 등을 위한 다른 기판들에도 적용될 수 있다.
아주 오래전부터, 인간은 오랜 기간 동안 덜 유용한 물질을 이용하여 유용한 물품, 도구, 또는 디바이스를 만들어 왔다. 어떤 경우에는, 물품들이 더 작은 구성 요소나 구성 블록을 통해 조립된다. 또는, 덜 유용한 물품이 그 효용을 개선하기 위해 더 작은 조각으로 분리된다. 이러한 분리될 물품의 통상적인 예로는, 유리판, 다이아몬드, 반도체 기판 등과 같은 기판 구조물을 포함한다.
이러한 기판 구조물은 종종 다양한 기술을 이용하여 쪼개어지거나 분리된다. 어떤 경우에는, 상기 구조물들은 톱질 동작(saw operation)을 이용하여 분리될 수 있다. 상기 톱질 동작은 일반적으로 회전하는 칼날이나 도구에 의존하는데, 상기 칼날이나 도구는 기판 물질을 두 조각으로 분리하기 위해 상기 기판 물질을 관통하여 자른다. 그러나, 이러한 기술은 종종 극히 "거칠고(rough)", 일반적으로, 미세한 도구 및 부품의 제조를 위한 기판을 정밀하게 분리함에 있어서는 이용될 수 없다. 또한, 상기 톱질 동작은, 종종 다이아몬드나 유리와 같은 극히 단단한 및/또는 깨어지기 쉬운 물질을 분리하거나 또는 자르기가 곤란하다.
따라서, 클리빙(cleaving)적 접근을 이용하여, 이러한 단단한 및/또는 깨어지기 쉬운 물질들을 분리하기 위한 기술이 발전해 왔다. 예를 들면 다이아몬드 절단에 있어서, 방향성이 있는 강한 열적/기계적 충격은 우선, 다이아몬드 물질의 결정학적 평면(crystallographic plane)을 따라 진행된다. 이러한 열적/기계적 충격은 일반적으로 쪼개짐 면(cleave front)이 주 결정학적 평면(major crystallographic planes)을 따라 전파되도록 하는데, 여기서 클리빙은, 열적 기계적 충격으로부터의 에너지 준위가, 선택된 결정학적 평면을 따른 파괴(fracture) 에너지 준위를 초과할 때 일어난다.
유리 절단에 있어서, 도구를 이용한 스크라이브 라인(scribe line)은, 특성상 일반적으로 비결정질인(amorphous) 유리 물질 상에서, 종종 우선 방향(preferred direction)으로 새겨진다. 상기 스크라이브 라인은, 비결정질인 유리 물질을 둘러싸는 더 높은 응력 구역(stress area)을 유발한다. 기계적 힘은 스크라이브 라인의 각 측면에 가해지게 되고, 이는 유리 물질이, 바람직하게는 스크라이브 라인을 따라 파괴될 때까지, 상기 스크라이브 라인을 따라 응력을 증가시킨다. 이러한 파괴는 유리의 클리빙 처리를 완성시키며, 이는 가재(家財)를 포함하는 다양한 응용분야에서 이용될 수 있다.
비록, 상기의 기술은 다이아몬드 또는 가재용 유리 절단에 적용되는 경우에는 대체로 만족스럽지만, 작은 복합 구조물 또는 정밀 작업 부품의 제작에서 심각한 한계를 갖는다. 예를 들면, 상기 기술은 종종 "거칠고", 작고 섬세한 기계 도구, 전자 디바이스 등의 제작에서 높은 정밀함을 가지고 이용될 수는 없다. 또한, 상기 기술은 하나의 큰 유리판을 다른 것으로부터 분리하는데 유용할 수 있으나, 보다 큰 기판으로부터 물질의 박막(thin film)을 쪼개어 내거나, 깎거나, 또는 벗겨내는 데는 종종 비효율적이다. 나아가, 상기 기술은 종종, 서로 미세하게 다른 면을 따라 접하는 쪼개짐 면을 하나 이상 유발할 수 있으며, 이는 정밀 절단 분야에 매우 바람직하지 않다.
따라서, 결정질 물질의 박막을 더 큰 도너(donor) 기판 부분으로부터 클리빙하기 위한 기술들이 발전해 왔다. 이 기술들은 보통 "층 전이(layer transfer)" 처리라고 한다. 상기 층 전이 처리는 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator)와 같은 특성화된 기판 구조물의 제조에 유용했다. 단지 예로서, 프란코이스 제이 헨리(Francois J. Henley)와 나단 청(Nathan Chung)에 의해 물질들의 막을 클리빙하기 위한 첨단 기술이 개발되었다. 상기 기술은 "제어된 클리빙 처리(Controlled Cleaving Process)"라는 명칭의 미국 특허 제6,013,563호에 기재되어 있으며, 상기 특허는 캘리포니아 주(州) 산 호세(San Jose)에 위치한 주식회사 실리콘 제네시스(Silicon Genesis Corporation)에게 공동으로 양도되었으며, 여하한 목적으로 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 상기 기술은 성공적이었음에도 불구하고, 다층 구조물을 제조하는 보다 개선된 방법이 여전히 요구되고 있다.
상기로부터, 비용 효율이 높고 능률적인, 기판으로부터 물질의 박막을 분리하는 기술이 요구되고 있음을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 디바이스를 포함하는 기판의 제조 기술이 제공된다. 특히 본 발명은, 예를 들면, 제작 반도체 집적 회로 또는 광전자 디바이스를 위한 다층 기판 구조물을 형성하는 방법 및 구조물을 포함하는 기술을 제공한다. 그러나, 본 발명이 더욱 넓은 범위에 적용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 즉, 본 발명은 다층의 집적 회로 디바이스, 집적된 반도체 디바이스의 3차원적 패키징, 광양자 및/또는 광전자 디바이스(예를 들면, 광 밸브), 압전기 디바이스, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS), 나노 기술 구조물, 센서, 액츄에이터, 태양 전지, 평판 디스플레이(예를 들면, LCD, AMLCD), 생물학 및 생의학적 디바이스 등을 위한 다른 기판들에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른, 다층 기판을 제조하기 위한 방법 및 구조물의 실시예들이 제공된다. 상기 방법은 제1 휨성(deflection characteristic)을 갖는 도너 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 도너 기판은 후면부, 전면부, 클리빙 영역, 및 상기 클리빙 영역과 상기 전면부 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함한다. 상기 방법은, 상기 도너 기판의 전면부를 핸들(handle) 기판의 전면부에 접합하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 다층 구조물을 형성하기 위하여 지지(backing) 기판을 상기 도너 기판의 후면부에 연결하는 단계를 포함한다. 상기 지지 기판은 상기 도너 기판의 상기 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 한다. 상기 미리 정해진 수준은, 상기 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성이다. 상기 방법은, 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 도너 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 상기 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계를 포함한다.
특정 실시예에서, 본 발명은 다층 기판, 예를 들면 실리콘-온-글라스(silicon on glass), 실리콘-온-쿼츠(silicon-on-quartz) 상에 디바이스를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 휨성을 갖는 핸들 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 핸들 기판은 후면부와 전면부를 더 포함한다. 상기 방법은 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 핸들 기판의 후면부에 지지 기판을 연결하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 지지 기판은 상기 핸들 기판의 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 한다. 상기 미리 정해진 수준은 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성이다. 상기 방법은, 클리빙 영역, 상기 소정 두께의 물질 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 클리빙 영역은, 상기 소정 두께의 물질을 정의하기 위해 상기 도너 기판 내에 존재하며, 상기 소정 두께의 물질은 상기 클리빙 영역과 상기 표면 영역 사이에서 제공된다. 상기 방법은, 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 핸들 기판에 남아있는 동안, 상기 도너 기판의 표면 영역을 상기 핸들 기판의 전면부에 접합하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하고, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 계속하여 이탈시킨다. 바람직하게는, 하나 또는 그 이상의 디바이스가 상기 소정 두께의 물질의 일부분들 상에 제작된다.
다른 특정 실시예에서, 본 발명은 다층 기판에 디바이스를 제조하기 위한 다른 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 휨성을 갖는 도너 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 도너 기판은 후면부, 전면부, 클리빙 영역, 및 상기 클리빙 영역과 상기 전면부 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함한다. 상기 방법은 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 도너 기판의 후면부에 지지 기판을 연결하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 지지 기판은 상기 도너 기판의 상기 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 한다. 상기 미리 정해진 수준은, 상기 지지 기판이 상기 도너 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 소정 두께의 물질이 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성 - 상기 지지 기판은 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 도너 기판에 부착됨 - 이다. 상기 방법은, 상기 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 전면부를 접합하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계를 포함하고, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 계속하여 이탈시킨다. 바람직하게는, 하나 또는 그 이상의 디바이스가 상기 소정 두께의 물질의 일부분들 상에 제작된다.
또 다른 특정 실시예에서, 본 발명은 다층 기판에 디바이스를 제조하기 위한 또 다른 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 휨성을 갖는 도너 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 도너 기판은 후면부, 전면부, 클리빙 영역, 및 상기 클리빙 영역과 상기 전면부 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함한다. 상기 방법은 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 전면부를 접합하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 도너 기판의 후면부에 지지 기판을 연결하는 단계를 포함한다. 상기 지지 기판은 상기 도너 기판의 상기 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 한다. 상기 미리 정해진 수준은 상기 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성이다. 상기 방법은, 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 도너 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 상기 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계를 포함하고, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 계속하여 이탈시킨다. 바람직하게는, 하나 또는 그 이상의 디바이스가 상기 소정 두께의 물질의 일부분들 상에 제작된다.
나아가, 본 발명은 다층 기판에 디바이스를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 휨성을 갖는 핸들 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 핸들 기판은 후면부와 전면부를 포함한다. 상기 방법은, 클리빙 영역, 소정 두께의 물질 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 클리빙 영역은, 소정 두께의 물질을 정의하기 위해 상기 도너 기판 내에 존재하며, 상기 소정 두께의 물질은 상기 클리빙 영역과 상기 표면 영역 사이에서 제공된다. 상기 방법은, 상기 도너 기판의 표면 영역을 상기 핸들 기판의 전면부에 접합하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 핸들 기판의 후면부에 지지 기판을 연결하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 지지 기판은 상기 핸들 기판의 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 한다. 상기 미리 정해진 수준은, 상기 지지 기판이 상기 핸들 기판에 부착되어 있는 동안, 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성 - 상기 지지 기판은, 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 핸들 기판에 부착되어 있음 - 이다. 상기 방법은 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계를 포함하고, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 계속하여 이탈시킨다. 바람직하게는, 하나 또는 그 이상의 디바이스가 상기 소정 두께의 물질의 일부분들 상에 제작된다.
더 나아가 본 발명은, 투명 물질, 예를 들면 유리, 석영을 포함하는 다층 기판에 디바이스를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 휨성을 갖는 투명 핸들 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 투명 핸들 기판은 후면부와 전면부를 포함한다. 상기 방법은 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 대한 지지 기판의 결합(engagement)을 개시하는 단계, 및 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 상기 지지 기판을 부착하여 상기 투명 핸들 기판에 상기 지지 기판을 견고하게 결합하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 지지 기판은, 소정 두께의 실리콘 함유 물질(silicon bearing material)이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는, 상기 다층 구조물의 유효 휨성을 제공한다. 상기 방법은, 클리빙 영역, 상기 소정 두께의 물질 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 클리빙 영역은, 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 정의하기 위해 상기 도너 기판 내에 존재하며, 상기 실리콘 함유 물질은 상기 클리빙 영역과 상기 표면 영역 사이에서 제공된다. 상기 방법은, 실질적으로 상기 유효 휨성을 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 핸들 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 도너 기판의 표면 영역을 상기 투명 핸들 기판의 전면부에 접합하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하고, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 계속하여 이탈시킨다. 바람직하게는, 하나 또는 그 이상의 디바이스가 상기 소정 두께의 물질의 일부분들 상에 제작된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 디바이스를 포함하는 다층 기판 구조물을 제공한다. 상기 구조물은, 실질적으로 10㎜보다 얇은 두께 및 실질적으로 1 메가파스칼(MPa) 내지 130 기가파스칼(GPa)의 범위의 영률(Young's modulus)을 갖는 투명 핸들 기판을 포함한다. 상기 구조물은 상기 투명 핸들 기판에 연결된 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 더 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 실리콘 함유 물질의 두께는 실질적으로 100㎛ 내지 5㎜의 범위를 갖는다. 상기 구조물은 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질 상의 클리빙된 표면 및, 200Å보다 작은 표면 거칠기(surface roughness)를 갖는 클리빙된 막을 포함한다. 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 디바이스가 상기 소정 두께의 물질의 일부분들 상에 제작된다.
더 나아가, 본 발명은 디바이스를 포함하는 다른 다층 기판 구조물을 제공한다. 상기 구조물은 미리 정해진 두께 및 실질적으로 1MPa 내지 130GPa의 범위의 영률을 갖는 핸들 기판을 포함한다. 상기 구조물은 상기 핸들 기판에 연결된 소정 두께의 실질적으로 결정질인 물질을 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 실질적으로 결정질인 물질의 두께는 실질적으로 100 미크론 내지 5㎜의 범위를 갖는다. 상기 구조물은 상기 소정 두께의 실질적으로 결정질인 물질 상의 클리빙된 표면 및, 200Å보다 작은 표면 거칠기를 갖는 클리빙된 막을 포함한다. 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 디바이스가 상기 소정 두께의 물질의 일부분들 상에 제작된다.
더 나아가, 본 발명은 바람직한 실시예에 따르면, 투명 물질을 포함하는 다층 기판에 디바이스를 제조하기 위한 방법을 또한 제공한다. 상기 방법은 클리빙 영역, 소정 두께의 물질, 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 클리빙 영역은 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 정의하기 위해 상기 도너 기판 내에 존재하며, 상기 실리콘 함유 물질은 상기 클리빙 영역과 상기 표면 영역의 사이에서 제공되는 실리콘 함유 물질인 것이 바람직하다. 상기 방법은 제1 휨성을 갖는 투명 핸들 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 상기 투명 핸들 기판은 후면부와 전면부를 포함한다. 상기 방법은 상기 투명 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 표면 영역을 접합하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 투명 핸들 기판의 후면부에의 지지 기판의 결합을 개시하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 방법은 다층 구조물을 형성하기 위해, 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 상기 지지 기판을 부착하여 상기 투명 핸들 기판에 상기 지지 기판을 견고하게 결합한다. 바람직하게는, 상기 지지 기판은 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 상기 다층 구조물의 유효 휨성을 제공한다. 상기 방법은 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질의 제거를 시작하기 위해 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 계속하여 이탈시킨다. 바람직하게는, 하나 또는 그 이상의 디바이스가 상기 소정 두께의 물질의 일부분들 상에 제작된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 장치 내의 평판(platen) 구조물을 이용하여 물질의 막을 처리하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 전면부, 후면부, 클리빙 면, 및 상기 전면부와 상기 클리빙 면 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제1 휨성을 갖는 핸들 기판을 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 제1 휨성은, 상기 핸들 기판이 상기 도너 기판에 연결되어 있는 동안, 소정 두께의 물질이 상기 도너 기판의 전면부로 전이되기에 부적합하다. 상기 방법은 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 핸들 기판에 상기 도너 기판의 전면부를 접합하는 단계와, 평판 구조물에 상기 다층 구조물을 연결하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 다층 구조물의 유효 휨성으로 인해, 상기 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하기 위해, 상기 평판 구조물에 상기 다층 구조물을 견고하게 결합하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 다층 구조물이 상기 평판 구조물과 결합되어 있는 동안, 상기 소정 두께의 물질의 일부분을 클리빙한다.
나아가, 본 발명은 물질의 막을 처리하기 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 다층 구조물을 형성하기 위해 핸들 기판에 결합된 도너 기판을 수취하는 인입 디바이스를 포함한다. 바람직하게는, 상기 도너 기판은 전면부, 후면부, 클리빙 면, 및 상기 전면부와 상기 클리빙 면의 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함한다. 상기 핸들 기판은 제1 휨성을 가지며, 상기 제1 휨성은 상기 핸들 기판이 상기 도너 기판에 연결되어 있는 동안, 소정 두께의 물질이 상기 도너 기판의 전면부로 전이되기에 부적합하다. 상기 시스템은, 상기 인입 디바이스에 움직일 수 있게 연결된 이송 디바이스를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 이송 디바이스는 상기 다층 구조물을 챔버(chamber)로 이송한다. 상기 시스템은 표면 영역을 포함하는 평판 구조물을 포함한다. 특정 실시예에 따르면, 상기 평판 구조물의 표면 영역은 복수의 세공(細孔)을 포함하며, 예를 들면 세라믹, 플라스틱, 금속, 반도체, 절연체이다. 상기 시스템은 상기 평판 구조물에 연결된 결합 소스를 더 포함한다. 상기 결합 소스는, 상기 다층 구조물의 유효 휨성으로 인해 상기 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하기 위해, 상기 평판 구조물의 표면 영역에 상기 다층 구조물을 견고하게 결합한다. 에너지 소스(예를 들면, 기계적, 열적, 전기적, 또는 그 조합)가 상기 평판 구조물에 연결된다. 바람직하게는, 상기 에너지 소스는, 상기 다층 구조물의 표면 영역이 상기 평판 구조물에 결합되어 있는 동안, 상기 소정 두께의 물질의 일부분을 클리빙한다.
특정 실시예에 따라서 소정의 변형이 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 클리빙 처리는 핸들 기판에 부착된 소정 두께의 물질을 선택적으로 이탈시키기 위해, 전파되는 쪼개짐 면(propagating cleave front)을 이용하는 제어된 클리빙 처리일 수 있다. 다른 클리빙 기술이 이용될 수도 있다. 상기 기술은, 캘리포니아 주 산타 클라라(Santa Clara)에 위치한 주식회사 실리콘 제네시스(Silicon Genesis Corporation)의 나노클리브(NanocleaveTM) 처리, 프랑스에 위치한 주식회사 소이텍(Soitec)의 스마트컷(SmartCutTM) 처리, 및 일본 도쿄에 위치한 캐논 사(社)의 엘트란(EltranTM) 처리라고 불리는 것들, 및 다른 유사한 처리 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 아니한다. 또한, "제1", 또는 "제2", 또는 "제3"이나 다른 유사한 용어들은 특정 실시예에 있어서 본 명세서의 청구항들의 권리범위를 부당히 제한하도록 의도된 것은 아니다. 나아가, 휨성(deflection characteristic)이라는 용어(예를 들면, 제1 휨성)는, 특정 실시예에 따른 소정 두께의 소정의 물질에 대한 성능인 휘어짐 파라미터(bending parameter)에 의해 정의될 수 있다. 특정 실시예에서 각 기판은 휨성을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 클리빙을 위해 유효하게 사용될 수 없고 클리빙에 부적합한, 소정의 기판의 보다 약한 휨성이, 보다 강한 유효 휨성을 제공하기 위해 지지 기판 또는 유사한 형상을 이용하여 수정(예를 들면 증가)된다. 그러한 보다 강한 유효 휨성은, 물질의 박막이 틈(void), 파손, 거친 표면, 막 분리 등과 같은 소정의 많은 바람직하지 못한 특성들을 갖지 않고, 클리빙을 통해 제거될 수 있도록 한다. 실시예에 따라, "석영(quartz)"이라는 용어는 유리 산업계에서 일반적으로 이해되고 있다. 상기 석영이라는 용어는 적어도 용융 실리콘 글라스(fused silicon glass), 석영(quartz), 용융 실리카(fused silica) 및 실시예에 따른 가능한 다른 물질들을 포함한다. 실시예에 따라, 불순물(impurities), 도펀트(dopants), 및 다른 종과 같은 소정의 첨가제가 상기 석영에 부가될 수 있다. 다른 실시예에서는, 코팅이 상기 석영 물질의 표면 또는 다른 영역에 또한 제공될 수 있다. 이러한 그리고 다른 특징들이 본 명세서의 전반에 걸쳐서 기재되었으며, 특히 이하에서 더욱 그러하다.
본 발명을 이용하면 기존의 기술에 비해 많은 이점이 달성된다. 특히, 본 발명은 복수의 물질의 샌드위치형 막을 포함하는 도너 기판으로부터 물질의 박막을 선호적으로 클리빙하기 위해, 제어된 에너지와 선택된 조건을 이용한다. 이러한 클리빙 처리는 상기 막 또는 상기 기판의 남아있는 부분에 손상을 입힐 수 있는 가능성을 방지하면서, 상기 기판으로부터 물질의 박막을 선택적으로 제거한다. 따라서, 상기 남아있는 기판 부분은 다른 적용을 위해 반복적으로 재사용될 수 있다. 또한, 본 발명은, 다른 실시예에 따른 분리된 막, 도너 기판 또는 복수의 물질 막의 온도 변동을 감소시키기 위해, 박막의 제어된 클리빙 처리 동안 비교적 저온을 이용한다. 이러한 보다 저온의 방법은, 예를 들면, 실질적으로 서로 다른 열 팽창 계수를 갖는 물질들의 클리빙 및 접합과 같은, 보다 많은 물질 및 처리 범위를 허용한다. 다른 실시예에서, 본 발명은 기판에서의 에너지 또는 응력을 클리빙 개시 에너지 이하의 값으로 제한하고, 이는 전반적으로 임의의 쪼개짐 개시 지점 즉 면(front)이 생성될 가능성을 제거한다. 이는, 기존의 기술에서 종종 발생하는 클리빙 손상(예를 들면, 패인 부분, 결정질적 결함, 파손, 균열, 계단 현상, 틈, 과도한 거칠기(roughness))을 감소시킨다. 나아가, 본 발명은 기존의 기술에 비해, 필요보다 높은 응력 또는 압력 효과에 의해 야기되는 손상과, 고에너지의 입자에 의해 야기되는 결정핵 생성(nucleation) 지점을 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 본 방법과 구조물은 전이된 막을 유효하게 수취할 수 없는 기판상에, 클리빙을 허용하는 지지 기판을 제공한다. 특정 실시예에 따르면, 상기 지지 기판은 얇고 휘어지기 쉬운 기판에서의 유효한 클리빙을 허용하기 위해, 도너 및 핸들 기판을 포함하는 기판 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에게 소정의 강도(剛度)를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 휘어지기 쉬운 기판에서 소정의 주된 백 그라인딩 및/또는 박층화(thinning) 동작 없이, 상기 휘어지기 쉬운 기판에 전이된 물질의 얇은 층을 형성하는 방법 및 구조물을 제공한다. 상기 실시예에 따르면, 이러한 이점들 중 하나 또는 그 이상이 성취될 수 있다. 이러한 그리고 다른 이점들이 본 명세서의 전반에 걸쳐서 기재될 것이며, 특히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
본 발명은 기존의 일련의 처리 기술의 맥락 내에서 이러한 이점들 및 다른 이점들을 성취한다. 그러나, 본 발명의 본질 및 이점에 대한 심층적인 이해가 본 명세서의 후반부 및 첨부된 도면을 참조함으로써 이루어질 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 5는 다층 기판 구조물을 형성하기 위한 층 전이 방법을 도시한다.
도 6 내지 도 19는 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 디바이스를 포함하는 다층 기판을 제조하는 방법을 도시한다.
도 20 내지 도 25는 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 디바이스를 포함하는 다층 기판을 제조하는 다른 방법을 도시한다.
도 26 내지 도 31은 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 디바 이스를 포함하는 다층 기판을 제조하는 다른 방법을 도시한다.
도 32 내지 도 34는 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 디바이스를 포함하는 다층 기판을 제조하는 다른 방법을 도시한다.
도 35 내지 도 44는 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 디바이스를 포함하는 다층 기판을 제조하는 바람직한 방법을 도시한다.
도 45 내지 도 47은 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 다층 기판을 제조하는 다른 바람직한 방법을 도시한다.
도 48 내지 도 51은 본 발명의 실시예들에 따른, 당해 층 전이 방법을 이용하는 예시 실험 및 연산을 도시하는 단순화된 도면이다.
본 발명에 따르면, 기판의 제조를 위한 기술이 제공된다. 특히 본 발명은, 예를 들면 제작 반도체 집적 회로를 위한 다층 기판 구조물을 형성하는 방법 및 구조물을 포함하는 기술을 제공한다. 그러나, 본 발명이 더 넓은 범위에 적용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 즉, 본 발명은 다층의 집적 회로 디바이스, 집적된 반도체 디바이스의 3차원적 패키징, 광양자 및/또는 광전자 디바이스, 압전기 디바이스, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS), 나노 기술 구조물, 센서, 액츄에이터, 태양 전지, 평판 디스플레이(예를 들면, LCD, AMLCD), 생물학 및 생의학적 디바이스 등을 위한 다른 기판에도 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 다층 기판 구조물을 형성하기 위한 층 전이 방법을 도시한 다. 도시된 바와 같이, 파손, 및/또는 극도의 표면 거칠기 및 불연속 막을 야기하는 기판들의 소정의 예시가 준비되었다. 단지 예로서, 초기 기판은 도 1에 도시된 실리콘 웨이퍼 100을 포함하였다. 상기 실리콘 웨이퍼는 단결정 실리콘(single crystal silicon)이다. 상기 단결정 실리콘은 SEMI 표준 디바이스 등급 물질로서, P 타입이고, 6 내지 9 ohm-cm이었다. 상기 실리콘 웨이퍼는 표면 영역 107, 클리빙 영역 103, 및 상기 클리빙 영역과 상기 표면 영역 사이의 소정 두께의 물질 105를 포함하였다. 상기 클리빙 면은 수소 주입 처리(hydrogen implantation process)를 이용하여 제공되었다. 상기 수소 주입 처리는 소정의 레시피에 따라 6.6×1016 atoms/cm2의 분량 및 실질적으로 34.5 KeV의 에너지에서 제공되었다.
상기 방법은 도 2에서 도시된 투명 기판 201을 더 제공하였다. 상기 투명 기판은 실질적으로 800±20 미크론(micron)의 두께를 갖고, 후면 및 전면부를 포함하였다. 상기 투명 기판은 일본, 도쿄의 주식회사 신-에츠 케미컬(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)에 의해 제조된, 합성 석영(synthetic quartz; VISIL-SQ,SX)이라 불리는 석영(quartz)이었다. 상기 석영의 표면 거칠기는, 10 미크론×10 미크론의 원자 힘 현미경(atomic force microscope; AFM) 측정으로, 실질적으로 2 내지 3Å 표면 거칠기였다.
상기 투명 기판 및 실리콘 웨이퍼 모두에는 플라스마 활성 처리(plasma activated processes)가 행해졌다. 상기 플라스마 활성 처리는 기판들의 표면을 세정(clean) 및/또는 활성화하기 위해 사용되었다. 그 후, 이 기판들의 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 서로 접합되었다. 도시된 바와 같이, 투명 기판 201은 실리콘 웨이퍼 100에 접합되었다. 접합 후에, 상기 접합된 구조물은 베이킹 처리(bake treatment)가 행해졌다. 상기 베이킹 처리는 상기 접합된 기판을 실질적으로 1시간 정도 동안 실질적으로 섭씨 350도의 어닐링(anneal)에 유지하였다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 방법은 상기 접합된 기판 구조물에 대해 제어된 클리빙 처리를 수행하였다. 상기 제어된 클리빙 처리는 클리빙 영역의 일부 내에 선택된 에너지 301을 공급하였다. 단지 예로서, 상기 제어된 클리빙 처리는 "제어된 클리빙 처리(Controlled Cleaving Process)"라는 명칭의 미국 특허 제6,013,563호에 기재되었으며, 상기 특허는 캘리포니아 주(州) 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 공동으로 양도되었고, 여하한 목적으로 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 상기 클리빙 처리의 수행 중에, 도 4에 도시된 바와 같이, 도면 부호 405가 부여된 클리빙 에너지의 개시시에, 변형 및/또는 습곡된 상기 접합된 기판의 소정의 부분들이 발견되었다.
상기 방법은 매우 거친 막 501, 표면 분리 503, 및/또는 막 파손 505와 같은 결함과, 다른 결함들과, 불완전함을 산출했다. 상기 결함은 집적 회로나 다른 디바이스의 제조에 부적합하다. 이러한 활동에 기초하여, 다층 기판 구조물의 제조를 위한 다른 것들 중 이러한 결점들을 개선하거나 적어도 감소하기 위해, 바람직하지 않은 휘어짐 특성을 극복하는 방식이 필요하다는 점이 결의되었다. 이러한, 그리고, 다른 한계들이 본 발명의 국면들을 이용하여 극복되었고, 이는 본 명세서의 전반에 걸쳐서 기재되었다.
다른 특정 실시예에 따른, 투명 물질을 포함하는 다층 기판에 디바이스를 제조하기 위한 방법은 이하와 같이 약술될 수 있다.
1. 제1 휨성을 갖고, 후면부 및 전면부를 포함하는 투명 핸들 기판을 제공하는 단계;
2. 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 다층 구조물의 유효 휨성을 제공하는, 지지 기판을 제공하는 단계;
3. 상기 핸들 및 지지 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
4. 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 지지 기판의 결합을 개시하는 단계;
5. 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 상기 지지 기판을 부착하여 상기 투명 핸들 기판에 상기 지지 기판을 견고하게 결합하는 단계;
6. 클리빙 영역, 상기 소정 두께의 물질 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계;
7. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
8. 적어도 상기 유효 휨성을 실질적으로 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 핸들 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 도너 기판의 표면 영역을 상기 투명 핸들 기판의 전면부에 부착하는 단계;
9. 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터의 상기 소정 두께 의 실리콘 함유 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
10. 상기 도너 기판으로부터 소정 두께의 물질을 제거하는 단계;
11. 선택적으로, 상기 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계;
12. 상기 소정 두께의 물질에 하나 또는 그 이상의 디바이스를 형성하는 단계; 및
13. 필요하다면, 다른 단계들을 수행하는 단계.
다른 특정 실시예에 따르면, 투명 물질을 포함하는 다층 기판을 제조하기 위한 방법은 이하와 같이 약술될 수 있다.
1. 제1 휨성을 갖고, 후면부 및 전면부를 포함하는 투명 핸들 기판을 제공하는 단계;
2. 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 다층 구조물의 유효 휨성을 제공하는 지지 기판을 제공하는 단계;
3. 상기 핸들 및 지지 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
4. 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 지지 기판의 결합을 개시하는 단계;
5. 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 상기 지지 기판을 부착하여 상기 투명 핸들 기판에 상기 지지 기판을 견고하게 결합하는 단계;
6. 클리빙 영역, 상기 소정 두께의 물질 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판 을 제공하는 단계;
7. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
8. 적어도 상기 유효 휨성을 실질적으로 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 핸들 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 도너 기판의 표면 영역을 상기 투명 핸들 기판의 전면부에 부착하는 단계;
9. 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터의 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
10. 상기 도너 기판으로부터 소정 두께의 물질을 제거하는 단계;
11. 선택적으로, 상기 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계; 및
12. 필요하다면, 다른 단계들을 수행하는 단계.
상기 일련의 단계들은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 제공한다. 기술된 바와 같이, 상기 방법은, 바람직하지 않은 휘어짐 특성을 갖는 기판에 강화용 기판을 사용하여, 디바이스를 포함하는 다층 기판 구조물을 형성하는 방식을 포함하는, 단계들의 조합을 이용한다. 또한, 본 명세서의 청구항들의 권리범위로부터 벗어나지 아니한 채, 단계가 추가되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 제거되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 다른 순서로 제공되는 다른 대체적인 방식이 제공될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들은 본 명세서의 전반에 걸쳐서 제공되며, 특히 이하에서 더욱 그러하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 디바이스를 포함하는 다층 기판 구조물을 제작하기 위한 다른 방법은 이하와 같이 약술될 수 있다.
1. 제1 휨성을 갖는 핸들 기판을 제공하는 단계 - 상기 제1 휨성은, 소정의 층이 상기 핸들 기판으로 유효하게 전이되기에 부적합함 -;
2. 상기 핸들 기판의 상기 제1 휨성이, 미리 정해진 수준으로 감소되도록 하는 지지 기판을 제공하는 단계 - 상기 미리 정해진 수준은, 소정 두께의 물질이 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성임 -;
3. 상기 핸들 및/또는 지지 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
4. 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 핸들 기판의 후면부에 상기 지지 기판을 연결하여 상기 핸들 기판의 후면부와 상기 지지 기판 사이에 임시 접합을 형성하는 단계;
5. 클리빙 영역, 상기 소정 두께의 물질, 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계 - 상기 소정 두께의 물질은, 상기 클리빙 영역과 상기 표면 영역 사이에 정의됨 -;
6. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
7. 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 핸들 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 표면 영역을 접 합하는 단계;
8. 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터의 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
9. 핸들 기판에 연결된 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 완전히 제거하는 단계;
10. 선택적으로, 상기 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계;
11. 상기 소정 두께의 물질에 하나 또는 그 이상의 디바이스를 형성하는 단계; 및
12. 필요하다면, 다른 단계들을 수행하는 단계.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 기판 구조물을 제작하는 다른 방법은 이하와 같이 약술될 수 있다.
1. 제1 휨성을 갖는 핸들 기판을 제공하는 단계 - 상기 제1 휨성은, 소정의 층이 상기 핸들 기판으로 유효하게 전이되기에 부적합함 -;
2. 상기 핸들 기판의 상기 제1 휨성이, 미리 정해진 수준으로 감소되도록 하는 지지 기판을 제공하는 단계 - 상기 미리 정해진 수준은, 소정 두께의 물질이 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성임 -;
3. 상기 핸들 및/또는 지지 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
4. 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 핸들 기판의 후면부에 상기 지지 기판 을 연결하여 상기 핸들 기판의 후면부와 상기 지지 기판 사이에 임시 접합을 형성하는 단계;
5. 클리빙 영역, 상기 소정 두께의 물질, 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계 - 상기 소정 두께의 물질은, 상기 클리빙 영역과 상기 표면 영역 사이에 정의됨 -;
6. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
7. 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 핸들 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 표면 영역을 접합하는 단계;
8. 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터의 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
9. 핸들 기판에 연결된 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 완전히 제거하는 단계;
10. 선택적으로, 상기 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계; 및
11. 필요하다면, 다른 단계들을 수행하는 단계.
상기 일련의 단계들은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 제공한다. 기술된 바와 같이, 상기 방법은, 바람직하지 않은 휘어짐 특성을 갖는 기판에 강화용 기판을 사용하여, 디바이스를 포함하는 다층 기판 구조물을 형성하는 방식을 포함하는, 단계들의 조합을 이용한다. 또한, 본 명세서의 청구항들의 권리범위로부터 벗어나지 아니한 채, 단계가 추가되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 제거되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 다른 순서로 제공되는 다른 대체적인 방식이 제공될 수 있다. 본 방법에 관한 더욱 상세한 기재가 본 명세서의 전반에 걸쳐서 발견될 것이며, 특히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
도 6 내지도 19는 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 디바이스를 포함하는 다층 기판을 제조하기 위한 방법을 도시한다. 이러한 도면은 단지 예에 불과하며, 이는 본 명세서의 청구항들의 권리범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제1 휨성을 갖고, 후면부 및 전면부를 포함하는 투명 핸들 기판 601을 제공한다. 상기 투명 핸들 기판은 유리, 석영, 중합체 또는 다른 합성물 등일 수 있다. 단지 예로서, 상기 투명 기판은 실질적으로 800±20 미크론(micron)의 두께를 갖고, 후면 및 전면부를 포함한다. 상기 투명 기판은 일본, 도쿄의 주식회사 신-에츠 케미컬에 의해 제조된, 합성 석영(VISIL-SQ,SX)이라고 하는 석영이다. 상기 합성 석영은, 10 미크론×10 미크론의 원자 힘 현미경(AFM) 측정으로, 실질적으로 2 내지 3Å의 표면 거칠기를 갖는다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 핸들 기판은 균질의, 경사가 있는(graded), 또는 다층의 물질이나, 이들의 소정의 조합일 수 있다. 즉, 상기 핸들 기판은 거의 어 떠한 단결정(monocrystalline), 다결정(polycrystalline), 또는 심지어 비결정(amorphous) 타입의 기판으로도 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기판은 갈륨 비소(gallium arsenide), 갈륨 질화물(gallium nitride; GaN) 등과 같은 Ⅲ/Ⅴ족 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기판은 휘어지기 쉬운 특성을 지닌 실리콘 카바이드, 게르마늄, 실리콘, 유리 또는 석영 화합물, 플라스틱 및 중합체일 수 있다. 상기 핸들 기판은 Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 핸들 기판은, 특정 실시예에 따른 층 전이 처리에 부적합한, 소정의 휘어지기 쉬운 특성을 갖는다. 상기 기판의 부적합한 성질은 특정 실시예에 따라 과도한 거칠기(roughness), 파손, 및 부분적 막 분리 등을 야기한다. 특정 실시예에 따라, 물질들의 소정의 다른 조합도 또한 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이, 핸들 기판 구조물에 강성(rigidity)을 부가하기 위해 지지 기판 701을 제공한다. 상기 지지 기판은, 적어도 상기 지지 기판과 핸들 기판을 포함하는 다층 구조물의 유효 휨성 - 상기 유효 휨성으로 인해, 상기 도너 기판으로부터의 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이됨 - 을 제공하는 두께 및 물질을 갖는 것이 바람직하다.
단지 예로서, 상기 지지 기판은 석영 핸들 기판을 위한 실리콘 웨이퍼이다. 상기 지지 기판은, 예를 들면 200㎜ 도너/핸들/지지 기판 구조물을 사용한다면, 725 미크론 ± 15 미크론의 두께를 갖고, 단결정 실리콘으로 이루어진다. 상기 기 판은 실질적으로 130GPa의 영률을 갖는다. 플라스틱, 금속, 유리, 석영, 합성물 등과 같은, 다른 타입의 물질들 및 소정의 두께가, 상기 결합된 지지 및 핸들 기판 구조물에 강성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 다른 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 세정 및/또는 활성화 처리(예를 들면, 플라스마 활성 처리)를 지지 기판 802 및/또는 투명 핸들 기판 902의 표면에 수행한다. 상기 플라스마 활성 처리는 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템(dual frequency plasma activation system)에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 방법은, 종종 다른 구조물로부터 물리적으로 분리되는 상기 투명 핸들 기판의 후면부에의, 상기 지지 기판의 결합 1002를 개시한다. 상기 방법은, 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 지지 기판을 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 일시적으로 부착하여 상기 지지 기판을 상기 투명 핸들 기판에 견고하게 결합하는 것이 바람직하다. 단지 예로서, 바람직한 실시예에 따르면 실리콘 웨이퍼 지지 기판이 소정의 다른 수정 및/또는 변경이 없이 견고하게 석영판에 부착된다. 여기서, 상기 실리콘 웨이퍼는 자연 산화막(native oxide)의 매우 얇은 코 팅을 포함하며, 이는 상기 석영 판의 표면에 접합하지만, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 자연 산화막이 없는 실시예들도 존재할 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 방법은, 도 12에 도시된 바와 같이 클리빙 영역 1203, 전면부 1205, 후면부 1207 및, 상기 전면부와 상기 클리빙 영역 사이의 소정 두께의 실리콘 함유 물질 1209를 포함하는 도너 기판 1201을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 소정 두께의 물질의 예로서 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 포함된다. 단지 예로서, 상기 도너 기판은 실리콘 웨이퍼, 게르마늄 웨이퍼, 실리콘 게르마늄 물질, 실리콘 카바이드 함유 물질, Ⅲ/Ⅴ족 화합물, 이들의 소정의 화합물 등일 수 있다. 상기 도너 기판은 Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 합성물, 및 Ⅲ/Ⅴ족 합성물일 수 있다. 물론 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
실시예에 따라서, 클리빙 영역은 다양한 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 클리빙 영역은 주입된 입자, 증착된 층, 확산된 물질, 패턴화된 영역, 및 다른 기술들의 적절한 조합을 이용하여 형성될 수 있다. 도 12를 참조하면, 상기 방법은 도너 기판의 최상면을 통과해 선택된 깊이에 이르는 주입 처리를 이용하여, 소정의 고에너지의 입자 1211을 도입하는데, 상기 선택된 깊이는 물질의 "박막(thin film)"이라고 불리는 소정 두께의 물질 영역을 정의한다. 다양한 기술들이 상기 고에너지 입자를 실리콘 웨이퍼 내에 주입하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 기술들은, 예를 들면, 어플라이드 머티어리얼 사(Applied Materials, Inc.) 등과 같은 기업들로부터 제조된 빔 라인 이온 주입(beam line ion implantation) 장비를 이용하는 이온 주입을 포함한다. 또는, 주입은 플라스마 잠입 이온 주 입(plasma immersion ion implantation; PIII) 기술, 이온 샤워, 및 다른 비질량(non-mass)의 특정 기술을 이용하여 이루어질 수 있다. 상기 기술들의 조합 역시 이용될 수 있다. 물론, 사용되는 기술들은 그 적용 분야에 의존할 것이다.
적용 분야에 따라서, 바람직한 실시예에 따르면 상기 물질 영역에의 손상 가능성을 감소시키기 위해 더 작은 질량 입자가 일반적으로 선택된다. 즉, 더 작은 질량 입자는, 상기 입자가 통과해서 이동하는 물질 영역에 실질적으로 손상을 주지 않으면서 상기 기판 물질을 통해 상기 선택된 깊이에 용이하게 이동할 수 있다. 예를 들면, 상기 더 작은 질량 입자(즉, 고에너지 입자)는 거의 어느 것으로든 대전(예를 들면, 양 또는 음)될 수 있고/있거나 중성 원자 또는 분자, 또는 전자 등일 수도 있다. 특정 실시예에서 상기 입자는, 중성 입자 및/또는, 수소 및 그 동위 원소의 이온, 헬륨 및 그 동위 원소와 네온과 같은 희유 기체 이온, 또는 실시예에 따른 다른 이온들을 포함하는 대전된 입자일 수 있다. 상기 입자는 또한 기체들, 예를 들면, 수소 기체, 수증기, 메탄, 및 수소 화합물과 같은 화합물 및 다른 가벼운 원자 질량 입자로부터 전달될 수 있다. 또는, 상기 입자는 상기 입자들 및/또는 이온들 및/또는 분자종(molecular species) 및/또는 원자종(atomic species)의 소정의 조합일 수 있다. 상기 입자는 일반적으로, 표면을 통과하여 상기 표면 아래의 상기 선택된 깊이까지 관통하기에 충분한 운동 에너지를 갖는다.
일례로서, 실리콘 웨이퍼 내로 주입된 종으로서 수소를 이용하면, 주입 처리는 특정 조건 집합을 이용하여 수행된다. 주입 분량은 실질적으로 1015 내지 1018 atoms/cm2의 범위를 갖고, 바람직하게는, 상기 분량은 실질적으로 1016 atoms/cm2보다 크다. 주입 에너지는 실질적으로 1KeV 내지 1MeV의 범위를 갖고, 일반적으로는 실질적으로 50KeV이다. 주입 온도는 실질적으로 200 내지 600℃의 범위를 갖고, 많은 양의 수소 이온이 주입된 실리콘 웨이퍼로부터 확산되고 주입시 발생된 손상(implanted damage) 및 응력을 어닐링할 가능성을 방지하기 위해, 실질적으로 400℃보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 수소 이온은 실질적으로 ±0.03에서 ±0.05 미크론의 정확도로 상기 선택된 깊이까지 상기 실리콘 웨이퍼 내로 선택적으로 도입될 수 있다. 물론, 사용되는 이온과 처리 조건의 타입은 그 적용 분야에 의존한다.
효과적으로, 상기 도입된 입자는 상기 선택된 깊이에서 상기 기판의 최상면에 평행한 면 1301을 따라 응력을 부가하거나 파괴 에너지(fracture energy)를 감소시킨다. 상기 에너지는 주입 종(species)과 조건에 부분적으로 의존한다. 이러한 입자는 상기 선택된 깊이에서 상기 기판의 파괴 에너지 레벨을 감소시킨다. 이는 상기 선택된 깊이에서 상기 주입된 면을 따라 제어된 클리빙이 가능하도록 한다. 주입은, 모든 내부의 위치에서의 상기 기판의 에너지 상태가, 상기 기판 물질에서의 비가역 파괴(예를 들면, 분리 또는 클리빙)를 개시하기에 불충분한 조건 하에서 일어날 수 있다. 그러나, 일반적으로 주입 분량은, 대체로 그 후의 열 처리, 예를 들면 열 어닐링 또는 급속 열 어닐링에 의해 적어도 부분적으로 복구될 수 있는, 기판 내의 소정의 양의 결함(예를 들면, 미세 검출(micro-detects))을 야기한 다는 점을 주의하여야 한다. 주입이 행해진 그 결과의 기판 1300이 도 13의 단순화된 도면에 의해 도시되어 있다.
실시예에 따라서, 클리빙 영역 및/또는 클리빙 층을 형성하는 다른 기술들이 존재할 수 있다. 단지 예로서, 상기 클리빙 영역은 캘리포니아 주 산타 클라라의 주식회사 실리콘 제네시스의 나노클리브(NanocleaveTM) 처리, 프랑스의 주식회사 소이텍의 스마트컷(SmartCutTM) 처리, 및 일본 도쿄의 캐논 사의 엘트란(EltranTM) 처리와 같은 다른 처리들, 이와 유사한 소정의 처리 등을 이용하여 형성된다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 지지 기판에 연결된 상기 투명 핸들 기판과 도너 기판 모두에는 플라스마 활성화 처리가 된다. 상기 플라스마 활성 처리는 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 상기 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있으며, 이는 본 명세서 내에서는 물론, 본 명세서 외에서도 기재되었다.
다음으로, 이 기판들의 각각은 도 14에서 또한 도시된 바와 같이 서로 접합된다. 도시된 바와 같이, 핸들 기판이 접합된 구조물 1401을 형성하기 위해 도너 웨이퍼에 접합되었다. 상기 기판들은 일렉트로닉 비전 그룹(Electronic Vision Group)에 의해 제조된 EVG 850 접합 도구 또는 다른 유사한 처리를 이용하여 접합되는 것이 바람직하다. 칼 수스(Karl Suss)에 의해 제조된 것들과 같은 다른 타입의 도구들도 또한 이용될 수 있다. 물론, 다른 변경, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 투명 핸들 기판과 상기 도너 사이의 접합은 실질적으로 영구하고, 양호한 신뢰성을 갖는다.
따라서, 접합 후에, 상기 접합된 구조물은 베이킹 처리가 된다. 상기 베이킹 처리는 미리 정해진 온도와 미리 정해진 시간에서 상기 접합된 구조물을 유지한다. 바람직하게는, 상기 온도는 실질적으로 200 또는 250℃, 내지 400℃의 범위를 갖고, 실리콘 도너 기판 및 투명 석영 핸들 기판에 대해 실질적으로 1시간 정도 동안 실질적으로 350℃인 것이 바람직하다. 특정 적용 분야에 따라서, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 기판들은 저온의 열 단계를 이용하여 함께 결합되거나 용융된다. 상기 저온 열 처리는 일반적으로, 주입된 입자가 물질 영역에, 비제어된 클리빙 활동을 산출할 수 있는 과도한 응력을 발생시키지 않을 것을 보증한다. 특정 실시예에서, 상기 저온 접합 처리는 자기-결합(self-bonding) 처리에 의해 일어난다. 특히, 하나의 웨이퍼가 그로부터의 산화를 제거하기 위해 벗겨내어 진다(즉, 하나의 기판은 산화되지 않음). 세정액이 상기 웨이퍼 표면에 O--H 결합을 형성하기 위해, 상기 웨이퍼의 표면을 처리한다. 웨이퍼 세정에 사용되는 용액의 예는 과산화수소와 황산의 혼합물이나 유사한 다른 용액이다. 건조기가 잔여 액체나 입자를 상기 기판 표면들로부터 제거하기 위해 상기 웨이퍼 표면들을 말린 다. 자기-결합은 세정된 기판들의 표면을 인접시킴으로써 일어난다.
또는, 접착성 있는 물질이 상기 기판들의 표면 중 하나 또는 양쪽 모두에 배치되고, 이는 하나의 기판을 다른 기판에 접합한다. 특정 실시예에서, 상기 접착성 있는 물질은 에폭시, 폴리이미드 타입의 물질 등을 포함한다. 스핀-온-글라스(spin-on-glass) 층이 하나의 기판 표면을 다른 기판의 전면부에 접합하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 스핀-온-글라스(SOG) 물질은, 다른 것들 중, 종종 알콜 기반의 용매 등과 혼합되는 실록산(siloxanes) 또는 규산염(silicates)을 포함한다. 상기 웨이퍼들의 표면에 SOG가 인가된 후 상기 SOG를 경화(cure)하기 위해 필요한 온도가 종종 낮기 때문에(예를 들면, 150 내지 250℃), 상기 SOG는 바람직한 물질이 될 수 있다.
또는, 다양한 다른 저온 기술들이 핸들 기판에 도너 웨이퍼를 결합하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 정전 결합 기술이 상기 두 기판을 함께 결합하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 일방 또는 쌍방의 기판 표면(들)이 대전되어 타방의 기판 표면으로 끌려간다. 또한, 상기 도너 기판은 이미 공통적으로 알려진 다양한 다른 기술들을 이용하여 상기 핸들 웨이퍼에 용융될 수 있다. 물론, 사용되는 상기 기술은 적용 분야에 의존한다.
상기 방법은 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 접합된 기판 구조물에서 제어된 클리빙 처리 1601을 수행한다. 상기 제어된 클리빙 처리는 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에 선택된 에너지 1501을 공급하였다. 단지 예로서, 상기 제어된 클리빙 처리는 "제어된 클리빙 처리(Controlled Cleaving Process)"라는 명칭의 미국 특허 제6,013,563호에 기재되어 있고, 이는 캘리포니아 주 산 호세에 위치한 주식회사 실리콘 제네시스에 공동으로 양도되었으며 여하한 목적으로 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 다음으로, 상기 방법은, 도 17에 도시된 바와 같이, 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 완전하게 제거하기 위해, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 이탈시킨다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 투명 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거한다. 바람직한 실시예에서, 상기 지지 기판과 핸들 기판 사이의 부착은 일시적이고, 어느 쪽의 기판에도 손상을 주지 않고 기계적인 힘에 의해 제거될 수 있다. 특정 실시예에서, 제어된 클리빙 처리가 상기 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
도 19를 참조하면, 상기 방법은 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질의 표면에 디바이스 1901을 형성한다. 상기 디바이스는 집적된 반도체 디바이스, 광양자 및/또는 광전자 디바이스(예를 들면, 광 밸브), 압전기 디바이스, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS), 나노 기술 구조물, 센서, 액츄에이터, 태양 전지, 평판 디스플레이(예를 들면, LCD, AMLCD), 생물학 및 생의학적 디바이스 등을 포함할 수 있다. 상기 디바이스는 증착, 에칭, 주입, 포토 마스킹 처리, 이들의 소정의 조합 등을 이용하여 제조될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 관한 상세가 본 명세서의 전반에 걸쳐서 발견될 것이며, 특히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
다른 특정 실시예에 있어서, 본 발명은, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 다층 기판 구조물에 디바이스를 제작하기 위한 방법을 제공하며, 이는 이하와 같이 약술될 수 있다.
1. 제1 휨성을 갖고, 후면부 및 전면부를 포함하는 핸들 기판을 제공하는 단계;
2. 클리빙 영역, 소정 두께의 물질 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계 - 상기 클리빙 영역은 상기 소정 두께의 물질을 정의하기 위해 상기 도너 기판 내에 존재함 -;
3. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
4. 상기 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 표면 영역을 접합하는 단계;
5. 상기 핸들 기판의 상기 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 하는 지지 기판을 제공하는 단계 - 상기 미리 정해진 수준은, 상기 지지 기판이 상기 핸들 기판에 부착되어 있는 동안, 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성이며, 상기 지지 기판은 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 핸들 기판에 부착됨 -;
6. 상기 핸들 및 지지 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
7. 상기 핸들 기판의 후면부에 지지 기판을 연결하는 단계;
8. 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터의 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
9. 선택적으로, 상기 핸들 기판의 후면부로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계;
10. 분리된 소정 두께의 물질에 하나 또는 그 이상의 디바이스를 형성하는 단계; 및
11. 필요하다면, 다른 단계들을 수행하는 단계.
다른 특정 실시예에 있어서 본 발명은, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 다층 기판 구조물을 제작하기 위한 방법을 제공하며, 이는 이하와 같이 약술될 수 있다.
1. 제1 휨성을 갖고, 후면부 및 전면부를 포함하는 핸들 기판을 제공하는 단계;
2. 클리빙 영역, 소정 두께의 물질 및 표면 영역을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계 - 상기 클리빙 영역은 상기 소정 두께의 물질을 정의하기 위해 상기 도너 기판 내에 존재함 -;
3. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
4. 상기 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 표면 영역을 접합하는 단계;
5. 상기 핸들 기판의 상기 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 하 는 지지 기판을 제공하는 단계 - 상기 미리 정해진 수준은, 상기 지지 기판이 상기 핸들 기판에 부착되어 있는 동안, 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성이며, 상기 지지 기판은 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 핸들 기판에 부착됨 -;
6. 상기 핸들 및 지지 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
7. 상기 핸들 기판의 후면부에 지지 기판을 연결하는 단계;
8. 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터의 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
9. 선택적으로, 상기 핸들 기판의 후면부로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계; 및
10. 필요하다면, 다른 단계들을 수행하는 단계.
상기 일련의 단계들은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 제공한다. 기술한 바와 같이, 상기 방법은, 바람직하지 않은 휘어짐 특성을 갖는 기판에 강화용 기판을 사용하여, 다층 기판 구조물과 디바이스를 형성하는 방식을 포함하는 단계들의 조합을 이용한다. 또한, 본 명세서의 청구항들의 권리범위로부터 벗어나지 아니한 채, 단계가 추가되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 제거되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 다른 순서로 제공되는 다른 대체적인 방식이 제공될 수 있다. 본 방법에 관한 더욱 상세한 기재가 본 명세서의 전반에 걸쳐서 발견될 것이며, 특 히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
도 20 내지 도 25는 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 디바이스를 포함하는 다층 기판을 제조하기 위한 방법을 도시한다. 당해 도면들은 단지 예에 지나지 아니하며, 이로써 본 명세서의 청구항들의 권리범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 것이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 제1 휨성을 갖고, 후면부 및 전면부를 포함하는 투명 핸들 기판 2001을 제공한다. 상기 투명 핸들 기판은 유리, 석영, 중합체 또는 다른 합성물 등일 수 있다. 단지 예로서, 상기 투명 기판은 석영 기판을 이용하는 실시예에서, 실질적으로 800±20 미크론의 두께를 갖고, 후면 및 전면부를 포함한다. 상기 투명 기판은 일본 도쿄의 주식회사 신-에츠 케미컬에 의해 제조된 합성 석영(VISIL-SQ,SX)이라고 하는 석영으로 이루어진다. 상기 합성 석영은, 10 미크론×10 미크론의 원자 힘 현미경(AFM) 측정으로, 실질적으로 2 내지 3Å 표면 거칠기를 갖는다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있을 것이다.
다른 실시예들에서, 상기 핸들 기판은 균질의, 경사가 있는, 또는 다층의 물질이나, 이들의 소정의 조합일 수 있다. 즉, 상기 핸들 기판은 거의 어떠한 단결정, 다결정, 또는 심지어 비결정 타입의 기판으로도 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기판은 갈륨 비소, 갈륨 질화물(GaN) 등과 같은 Ⅲ/Ⅴ족 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기판은 휘어지기 쉬운 특성을 지닌 실리콘 카바이드, 게르마늄, 실리콘, 유리 또는 석영 화합물, 플라스틱 및 중합체일 수 있다. 상기 핸들 기판 은 Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 핸들 기판은, 특정 실시예에 따른 층 전이 처리에 부적합한, 소정의 휘어지기 쉬운 특성을 갖는다. 상기 기판의 부적합한 성질은 특정 실시예에 따라 과도한 거칠기(roughness), 파손, 및 부분적 막 분리 등을 야기한다. 특정 실시예에 따라, 물질들의 소정의 다른 조합도 또한 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 방법은 클리빙 영역 2005, 전면부 2007, 후면부 2009 및 상기 전면부와 클리빙 영역 사이의 소정 두께의 물질 2011을 포함하는 도너 기판 2003을 제공하는 단계를 포함한다. 단지 예로서, 상기 도너 기판은 실리콘 웨이퍼, 게르마늄 웨이퍼, 실리콘 게르마늄 물질, 실리콘 카바이드 함유 물질, Ⅲ/Ⅴ족 화합물, 이들의 소정의 화합물 등일 수 있다. 상기 도너 기판은, Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 상기 소정 두께의 물질의 예는, 소정 두께의 실리콘 함유 물질일 수 있다. 물론 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 클리빙 영역은 다양한 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 클리빙 영역은 주입된 입자, 증착된 층, 확산된 물질, 패턴화된 영역, 및 다른 기술들의 적절한 조합을 이용하여 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 방법은 도너 기판의 최상면을 통과해 선택된 깊이에 이르는 주입 처리를 이용하여, 소정의 고에너지의 입자를 도입하는데, 상기 선택된 깊이는 물질의 "박막"이라고 불리는 소정 두께의 물질 영역을 정의한다. 다양한 기술들이 상기 고에너지 입자를 실리콘 웨이퍼 내에 주입하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 기술들은, 예 를 들면, 어플라이드 머티어리얼 사 등과 같은 기업들로부터 제조된 빔 라인 이온 주입 장비를 이용하는 이온 주입을 포함한다. 또는, 주입은 플라스마 잠입 이온 주입(PIII) 기술, 이온 샤워, 및 다른 비질량(non-mass)의 특정 기술을 이용하여 이루어질 수 있다. 상기 기술들의 조합 역시 이용될 수 있다. 물론, 사용되는 기술들은 그 적용 분야에 의존할 것이다.
적용 분야에 따라서, 바람직한 실시예에 따르면 상기 물질 영역에의 손상 가능성을 감소시키기 위해 더 작은 질량 입자가 일반적으로 선택된다. 즉, 더 작은 질량 입자는, 상기 입자가 통과해서 이동하는 물질 영역에 실질적으로 손상을 주지 않으면서 상기 기판 물질을 통해 상기 선택된 깊이에 용이하게 이동할 수 있다. 예를 들면, 상기 더 작은 질량 입자(즉, 고에너지 입자)는 거의 어느 것으로든 대전(예를 들면, 양 또는 음)될 수 있고/있거나 중성 원자 또는 분자, 또는 전자 등일 수도 있다. 특정 실시예에서 상기 입자는, 중성 입자 및/또는, 수소 및 그 동위 원소의 이온, 헬륨 및 그 동위 원소와 네온과 같은 희유 기체 이온, 또는 실시예에 따른 다른 이온들을 포함하는 대전된 입자일 수 있다. 상기 입자는 또한 기체들, 예를 들면, 수소 기체, 수증기, 메탄, 및 수소 화합물과 같은 화합물 및 다른 가벼운 원자 질량 입자로부터 전달될 수 있다. 또는, 상기 입자는 상기 입자들 및/또는 이온들 및/또는 분자종 및/또는 원자종의 소정의 조합일 수 있다. 상기 입자는 일반적으로, 표면을 통과하여 상기 표면 아래의 상기 선택된 깊이까지 관통하기에 충분한 운동 에너지를 갖는다.
일례로서 실리콘 웨이퍼 내로 주입된 종으로서 수소를 이용하면, 주입 처리 는 특정 조건 집합을 이용하여 수행된다. 주입 분량은 실질적으로 1015 내지 1018 atoms/cm2의 범위를 갖고, 바람직하게는, 상기 분량은 실질적으로 1016 atoms/cm2보다 많다. 주입 에너지는 실질적으로 1KeV 내지 1MeV의 범위를 갖고, 일반적으로는 실질적으로 50KeV이다. 주입 온도는 실질적으로 200 내지 600℃의 범위를 갖고, 많은 양의 수소 이온이 주입된 실리콘 웨이퍼로부터 확산되고 주입시 발생된 손상 및 응력을 어닐링할 가능성을 방지하기 위해, 실질적으로 400℃보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 수소 이온은 실질적으로 ±0.03에서 ±0.05 미크론의 정확도로 상기 선택된 깊이까지 상기 실리콘 웨이퍼 내로 선택적으로 도입될 수 있다. 물론, 사용되는 이온과 처리 조건의 타입은 그 적용 분야에 의존한다.
효과적으로, 상기 도입된 입자는 상기 선택된 깊이에서 상기 기판의 최상면에 평행한 면을 따라 응력을 부가한다. 이러한 입자는 상기 선택된 깊이에서 상기 기판의 최상면에 평행한 상기 면을 따라 파괴 에너지 레벨을 감소시킨다. 이 에너지 레벨은 부분적으로 주입 종 및 조건에 의존한다. 이는 상기 선택된 깊이에서 상기 주입된 면을 따라 제어된 클리빙이 가능하도록 한다. 주입은, 모든 내부의 위치에서의 상기 기판의 에너지 상태가, 상기 기판 물질에서의 비가역 파괴(예를 들면, 분리 또는 클리빙)를 개시하기에 불충분한 조건 하에서 일어날 수 있다. 그러나, 일반적으로 주입 분량은, 대체로 그 후의 열 처리, 예를 들면 열 어닐링 또는 급속 열 어닐링에 의해 적어도 부분적으로 복구될 수 있는, 기판 내의 소정의 양의 결함(예를 들면, 미세 검출(micro-detects))을 야기한다는 점을 주의하여야 한다. 주입이 행해진 그 결과의 기판 2003이 도 20의 단순화된 도면에 의해 도시되어 있다.
실시예에 따라서, 클리빙 영역 및/또는 클리빙 층을 형성하는 다른 기술들이 존재할 수 있다. 단지 예로서, 상기 클리빙 영역은 캘리포니아 주 산타 클라라의 주식회사 실리콘 제네시스의 나노클리브(NanocleaveTM) 처리, 프랑스의 주식회사 소이텍의 스마트컷(SmartCutTM) 처리, 및 일본 도쿄의 캐논 사의 엘트란(EltranTM) 처리와 같은 다른 처리들, 그리고 이와 유사한 소정의 처리 등을 이용하여 형성된다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 분리된 물리적 물체인 상기 핸들 기판과 도너 기판 모두에는 플라스마 활성화 처리가 행해진다. 상기 플라스마 활성 처리는 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 상기 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있으며, 이는 본 명세서 내에서는 물론 본 명세서 외에서도 기재되었다.
다음으로, 이 기판들의 각각은 도 21에서 또한 도시된 바와 같이 서로 접합된다. 도시된 바와 같이, 상기 핸들 기판이 도너 웨이퍼에 접합되었다. 상기 기판들은 일렉트로닉 비전 그룹에 의해 제조된 EVG 850 접합 도구 또는 다른 유사한 처리를 이용하여 접합되는 것이 바람직하다. 칼 수스에 의해 제조된 것들과 같은 다른 타입의 도구들도 또한 이용될 수 있다. 물론, 다른 변경, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 투명 핸들 기판과 상기 도너 사이의 접합은 실질적으로 영구하고, 양호한 신뢰성을 갖는다.
따라서, 접합 후에, 상기 접합된 구조물은 베이킹 처리가 행해진다. 상기 베이킹 처리는 미리 정해진 온도와 미리 정해진 시간에서 상기 접합된 구조물을 유지한다. 바람직하게는, 상기 온도는 실질적으로 250℃ 내지 400℃의 범위를 갖고, 실리콘 도너 기판 및 투명 석영 핸들 기판에 대해 실질적으로 1시간 정도 동안 실질적으로 350℃인 것이 바람직하다. 특정 적용 분야에 따라서, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 핸들 기판과 도너 기판은 저온 열 단계를 이용하여 함께 결합되거나 용융된다. 상기 저온 열 처리는 일반적으로, 주입된 입자가 물질 영역에, 비제어된 클리빙 활동을 산출할 수 있는 과도한 응력을 발생시키기 않을 것을 보증한다. 특정 실시예에서, 상기 저온 접합 처리는 자기-결합 처리에 의해 일어난다. 특히, 하나의 웨이퍼가 그로부터의 산화를 제거하기 위해 벗겨내어 진다(즉, 하나의 기판은 산화되지 않음). 세정액이 상기 웨이퍼 표면에 O--H 결합을 형성하기 위해, 상기 웨이퍼의 표면을 처리한다. 웨이퍼 세정에 사용되는 용액의 예는 과산화수소와 황산의 혼합물이나 유사한 다른 용액이다. 건조기가 잔여 액체나 입자를 상기 기판 표면들로부터 제거하기 위해 상기 웨이퍼 표면들을 말린다. 자기-결합은 세정된 기판들의 표면을 인접시킴으로써 일어난다.
또는, 접착성 있는 물질이 상기 기판들의 표면 중 하나 또는 양쪽 모두에 배치되고, 이는 하나의 기판을 다른 기판에 접합한다. 특정 실시예에서, 상기 접착성 있는 물질은 에폭시, 폴리이미드 타입의 물질 등을 포함한다. 스핀-온-글라스 층이 하나의 기판 표면을 다른 기판의 전면부에 접합하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 스핀-온-글라스(SOG) 물질은, 다른 것들 중, 종종 알콜 기반의 용매 등과 혼합되는 실록산 또는 규산염을 포함한다. 상기 웨이퍼들의 표면에 SOG가 인가된 후 상기 SOG를 경화하기 위해 필요한 온도가 종종 낮기 때문에(예를 들면, 150 내지 250℃), 상기 SOG는 바람직한 물질이 될 수 있다.
또는, 다양한 다른 저온의 기술들이 핸들 기판에 도너 기판을 결합하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 정전 결합 기술이 상기 두 기판을 함께 결합하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 일방 또는 쌍방의 기판 표면(들)이 대전되어 타방의 기판 표면으로 끌려간다. 또한, 상기 도너 기판은 이미 공통적으로 알려진 다양한 다른 기술들을 이용하여 상기 핸들 기판에 용융될 수 있다. 물론, 사용되는 상기 기술은 적용 분야에 의존한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 도 22에 도시된 바와 같이, 핸들 기판 구조물에 강성(rigidity)을 부가하기 위해 지지 기판 2201을 제공한다. 상기 지지 기판은, 적어도 상기 지지 기판과 핸들 기판을 포함하는 다층 구조물의 유효 휨성 - 상기 유효 휨성으로 인해, 상기 도너 기판으로부터의 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이됨 - 을 제공하는 두께 및 물질을 갖는 것이 바람직하다.
단지 예로서, 상기 지지 기판은 석영 핸들 기판을 위한 실리콘 웨이퍼이다. 상기 지지 기판은, 예를 들면 200㎜ 도너/핸들/지지 기판 구조물을 제공한다면, 725 미크론 ± 15 미크론의 두께를 갖고, 단결정 실리콘(single crystal silicon)으로 이루어진다. 상기 기판은 실질적으로 130GPa의 영률을 갖는다. 플라스틱, 금속, 유리, 석영, 합성물 등과 같은 다른 타입의 물질들 및 소정의 두께가, 상기 연결된 지지 및 핸들 기판 구조물에 강성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 다른 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 세정 및/또는 활성화 처리(예를 들면, 플라스마 활성 처리)를 지지 및/또는 투명 핸들 기판의 표면에 수행한다. 상기 플라스마 활성 처리는 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 상기 방법은, 특정 실시예에 따라 상기 도너 기판에 부착된 상기 투명 핸들 기판의 후면부에의, 상기 지지 기판의 결합을 개시한다. 상기 방법은, 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 지지 기판을 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 일시적으로 부착하여 상기 지지 기판을 상기 투명 핸들 기판에 견고하게 결합하는 것이 바람직하다. 단지 예로서, 바람직한 실시예에 따르면 실리 콘 웨이퍼 지지 기판이 소정의 다른 수정 및/또는 변경이 없이 견고하게 석영판에 부착된다. 여기서, 상기 실리콘 웨이퍼는 자연 산화막(native oxide)의 매우 얇은 코팅을 포함하며, 이는 상기 석영 판의 표면에 접합하지만, 특정 실시예에 따라 상기 자연 산화막이 없는 실시예들도 존재할 수 있다.
상기 방법은 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 접합된 기판 구조물에서 제어된 클리빙 처리를 수행한다. 상기 제어된 클리빙 처리는 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에 선택된 에너지 2301을 공급하였다. 단지 예로서, 상기 제어된 클리빙 처리는 "제어된 클리빙 처리(Controlled Cleaving Process)"라는 명칭의 미국 특허 제6,013,563호에 기재되어 있고, 이는 캘리포니아 주 산 호세에 위치한 주식회사 실리콘 제네시스에 공동으로 양도되었으며 여하한 목적으로 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 다음으로, 상기 방법은, 도 24에 도시된 바와 같이, 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 완전하게 제거하기 위해, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 이탈시킨다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 도 25에 도시된 바와 같이, 상기 투명 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거한다. 바람직한 실시예에서, 상기 지지 기판과 핸들 기판 사이의 부착은 일시적이고, 어느 쪽의 기판에도 손상을 주지 않고 기계적인 힘에 의해 제거될 수 있다. 특정 실시예에서, 제어된 클리빙 처리가 상기 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 상기 소정 두께의 물질의 표면에 디바이스를 형성한다. 상기 디바이스는 집적된 반도체 디바이스, 광양자 및/또는 광전자 디바이스(예를 들면, 광 밸브), 압전기 디바이스, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS), 나노 기술 구조물, 센서, 액츄에이터, 태양 전지, 평판 디스플레이(예를 들면, LCD, AMLCD), 생물학 및 생의학적 디바이스 등을 포함할 수 있다. 상기 디바이스는 증착, 에칭, 주입, 포토 마스킹 처리, 이들의 소정의 조합 등을 이용하여 제조될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 관한 상세가 본 명세서의 전반에 걸쳐서 발견될 것이며, 특히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 디바이스를 포함하는 다층 기판 구조물을 제작하는 방법이 이하와 같이 약술될 수 있다.
1. 제1 휨성을 갖고, 후면부, 전면부, 클리빙 영역, 및 상기 클리빙 영역과 상기 전면부 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계;
2. 상기 도너 기판의 상기 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 하는 지지 기판을 제공하는 단계 - 상기 미리 정해진 수준은, 상기 지지 기판이 상기 도너 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 소정 두께의 물질이 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성이고, 상기 지지 기판은 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 도너 기판에 부착됨 -;
3. 상기 지지 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
4. 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 도너 기판의 후면부에 지지 기판을 연결하는 단계;
5. 핸들 기판을 제공하는 단계;
6. 상기 핸들 기판 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
7. 상기 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 전면부를 접합하는 단계;
8. 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
9. 선택적으로, 상기 도너 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계;
10. 상기 소정 두께의 물질 상에 하나 또는 그 이상의 디바이스를 형성하는 단계; 및
11. 필요한 경우, 다른 단계들을 수행하는 단계.
상기 일련의 단계들은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 제공한다. 기술한 바와 같이, 상기 방법은, 바람직하지 않은 휘어짐 특성을 갖는 기판에 강화용 기판을 사용하여, 다층 기판 구조물에 디바이스를 형성하는 방식을 포함하는 단계들의 조합을 이용한다. 또한, 본 명세서의 청구항들의 권리범위로부터 벗어나지 아니한 채, 단계가 추가되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 제거되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 다른 순서로 제공되는 다른 대체적인 방식이 제공될 수 있다. 본 방법에 관한 더욱 상세한 기재가 본 명세서의 전반에 걸쳐서 기술될 것이며, 이 하에서 더욱 구체적으로 기술될 것이다.
도 26 내지 도 31은 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 디바이스를 포함하는 다층 기판을 제조하는 다른 방법을 도시한다. 이러한 도면들은 단지 예에 지나지 아니하며, 본 명세서의 청구항의 권리 범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 것이다. 도 26에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 클리빙 영역 2603, 전면부 2605, 후면부 2607, 및 상기 전면부와 상기 클리빙 영역 사이의 소정 두께의 실리콘 함유 물질 2609를 포함하는 도너 기판 2601을 제공하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 도너 기판은 제1 휨성을 갖는다. 바람직하게는, 상기 도너 기판은 특정 실시예에 따른 층 전이 처리에 부적합한 소정의 휘어지기 쉬운 특성을 갖는다. 상기 기판의 부적합한 성질은 특정 실시예에 따라 과도한 거칠기, 파손 및 부분적 막 분리 등을 야기한다. 단지 예로서, 상기 도너 기판은 실리콘 웨이퍼, 게르마늄 웨이퍼, 실리콘 게르마늄 물질, 실리콘 카바이드 함유 물질, Ⅲ/Ⅴ족 화합물, 이들의 소정의 화합물 등일 수 있다. 상기 도너 기판은, Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 물론 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 클리빙 영역은 다양한 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 클리빙 영역은 주입된 입자, 증착된 층, 확산된 물질, 패턴화된 영역, 및 다른 기술들의 적절한 조합을 이용하여 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 방법은 도너 기판의 최상면을 통과해 선택된 깊이에 이르는 주입 처리를 이용 하여, 소정의 고에너지의 입자를 도입하는데, 상기 선택된 깊이는 물질의 "박막"이라고 불리는 소정 두께의 물질 영역을 정의한다. 다양한 기술들이 상기 고에너지 입자를 실리콘 웨이퍼 내에 주입하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 기술들은, 예를 들면, 어플라이드 머티어리얼 사 등과 같은 기업들로부터 제조된 빔 라인 이온 주입 장비를 이용하는 이온 주입을 포함한다. 또는, 주입은 플라스마 잠입 이온 주입(PIII) 기술, 이온 샤워, 및 다른 비질량(non-mass)의 특정 기술을 이용하여 이루어질 수 있다. 상기 기술들의 조합 역시 이용될 수 있다. 물론, 사용되는 기술들은 그 적용 분야에 의존할 것이다.
적용 분야에 따라서, 바람직한 실시예에 따르면 상기 물질 영역에의 손상 가능성을 감소시키기 위해 더 작은 질량 입자가 일반적으로 선택된다. 즉, 더 작은 질량 입자는, 상기 입자가 통과해서 이동하는 물질 영역에 실질적으로 손상을 주지 않으면서 상기 기판 물질을 통해 상기 선택된 깊이에 용이하게 이동할 수 있다. 예를 들면, 상기 더 작은 질량 입자(즉, 고에너지 입자)는 거의 어느 것으로든 대전(예를 들면, 양 또는 음)될 수 있고/있거나 중성 원자 또는 분자, 또는 전자 등일 수도 있다. 특정 실시예에서 상기 입자는, 중성 입자 및/또는, 수소 및 그 동위 원소의 이온, 헬륨 및 그 동위 원소와 네온과 같은 희유 기체 이온, 또는 실시예에 따른 다른 이온들을 포함하는 대전된 입자일 수 있다. 상기 입자는 또한 기체들, 예를 들면, 수소 기체, 수증기, 메탄, 및 수소 화합물과 같은 화합물 및 다른 가벼운 원자 질량 입자로부터 전달될 수 있다. 또는, 상기 입자는 상기 입자들 및/또는 이온들 및/또는 분자종 및/또는 원자종의 소정의 조합일 수 있다. 상기 입자는 일반적으로, 표면을 통과하여 상기 표면 아래의 상기 선택된 깊이까지 관통하기에 충분한 운동 에너지를 갖는다.
일례로서 실리콘 웨이퍼 내로 주입된 종으로서 수소를 이용하면, 주입 처리는 특정 조건 집합을 이용하여 수행된다. 주입 분량은 실질적으로 1015 내지 1018 atoms/cm2의 범위를 갖고, 바람직하게는, 상기 분량은 실질적으로 1016 atoms/cm2보다 크다. 주입 에너지는 실질적으로 1KeV 내지 1MeV의 범위를 갖고, 일반적으로는 실질적으로 50KeV이다. 주입 온도는 실질적으로 200 또는 250℃, 내지 600℃의 범위를 갖고, 많은 양의 수소 이온이 주입된 실리콘 웨이퍼로부터 확산되고 주입시 발생된 손상 및 응력을 어닐링할 가능성을 방지하기 위해, 실질적으로 400℃보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 수소 이온은 실질적으로 ±0.03에서 ±0.05 미크론의 정확도로 상기 선택된 깊이까지 상기 실리콘 웨이퍼 내로 선택적으로 도입될 수 있다. 물론, 사용되는 이온과 처리 조건의 타입은 그 적용 분야에 의존한다.
효과적으로, 상기 도입된 입자는 상기 선택된 깊이에서 상기 기판의 최상면에 평행한 면을 따라 응력을 부가한다. 이러한 입자는 상기 선택된 깊이에서 상기 기판의 파괴 에너지 레벨을 감소시킨다. 이 에너지 레벨은 부분적으로 주입 종 및 조건에 의존한다. 이는 상기 선택된 깊이에서 상기 주입된 면을 따라 제어된 클리빙이 가능하도록 한다. 주입은, 모든 내부의 위치에서의 상기 기판의 에너지 상태가, 상기 기판 물질에서의 비가역 파괴(예를 들면, 분리 또는 클리빙)를 개시하기에 불충분한 조건 하에서 일어날 수 있다. 그러나, 일반적으로 주입 분량은, 대체 로 그 후의 열 처리, 예를 들면 열 어닐링 또는 급속 열 어닐링에 의해 적어도 부분적으로 복구될 수 있는, 기판 내의 소정의 양의 결함(예를 들면, 미세 검출(micro-detects))을 야기한다는 점을 주의하여야 한다.
실시예에 따라서, 클리빙 영역 및/또는 클리빙 층을 형성하는 다른 기술들이 존재할 수 있다. 단지 예로서, 상기 클리빙 영역은 캘리포니아 주 산타 클라라의 주식회사 실리콘 제네시스의 나노클리브(NanocleaveTM) 처리, 프랑스의 주식회사 소이텍의 스마트컷(SmartCutTM) 처리, 및 일본 도쿄의 캐논 사의 엘트란(EltranTM) 처리와 같은 다른 처리들, 그리고 이와 유사한 소정의 처리 등을 이용하여 형성된다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 도 27에 도시된 바와 같이, 도너 기판 구조물에 강성(rigidity)을 부가하기 위해 지지 기판 2701을 제공한다. 상기 지지 기판은, 적어도 상기 지지 기판과 도너 기판을 포함하는 다층 구조물의 유효 휨성 - 상기 유효 휨성으로 인해, 상기 도너 기판으로부터의 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이됨 - 을 제공하는 두께 및 물질을 갖는 것이 바람직하며, 이는 더 상세히 기술될 것이다. 단지 예로서, 상기 지지 기판은 상기 도너 기판에 비해 더 두꺼운 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 상기 지지 기판은, 예를 들면 200㎜ 도너/핸들/지지 기판 구조물을 제공한다면, 725 미크론 ± 15 미크론의 두께를 갖고, 단결정 실리콘(single crystal silicon)으로 이루어진다. 상기 기판은 실질적으로 130GPa의 영률을 갖는다. 플라스틱, 금속, 유리, 석영, 합성물 등 과 같은 다른 타입의 물질들 및 소정의 두께가, 상기 결합된 지지 및 도너 기판 구조물에 강성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 다른 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 세정 및/또는 활성화 처리(예를 들면, 플라스마 활성 처리)를 지지 및/또는 도너 기판의 표면에 수행한다. 상기 플라스마 활성 처리가 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
도 28을 참조하면, 상기 방법은, 다른 구조물로부터 종종 물리적으로 분리되는 상기 도너 기판의 후면부에의, 상기 지지 기판의 결합을 개시한다. 상기 방법은, 다층 구조물 2800을 형성하기 위해 상기 지지 기판을 상기 도너 기판의 후면부에 일시적으로 부착하여 상기 지지 기판을 상기 도너 기판에 견고하게 결합하는 것이 바람직하다. 단지 예로서, 바람직한 실시예에 따르면 실리콘 웨이퍼 지지 기판이 소정의 다른 수정 및/또는 변경이 없이 견고하게 실리콘 웨이퍼 도너 기판에 부착된다. 여기서, 상기 실리콘 웨이퍼는 자연 산화막(native oxide)의 매우 얇은 코팅을 포함하며, 이는 상기 실리콘 도너 기판의 표면에 접합하지만 상기 자연 산화막이 없는 실시예들도 존재할 수 있다.
도 29에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서 상기 방법은 핸들 기판 2901을 제공한다. 상기 핸들 기판은 실리콘, 유리, 석영, 중합체, 또는 다른 화합물 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 핸들 기판은 균질의, 경사가 있는, 또는 다층의 물질이나, 이들의 소정의 조합일 수 있다. 즉, 상기 핸들 기판은 거의 어떠한 단결정, 다결정, 또는 심지어 비결정 타입의 기판으로도 이루어질 수 있다. 또한, 상기 핸들 기판은 갈륨 비소, 갈륨 질화물(GaN) 등과 같은 Ⅲ/Ⅴ족 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기판은 휘어지기 쉬운 특성을 지닌 실리콘 카바이드, 게르마늄, 실리콘, 유리 또는 석영 화합물, 플라스틱 및 중합체일 수 있다. 상기 핸들 기판은 Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 실시예에 따라 물질들의 소정의 다른 조합도 또한 이용될 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 도너 기판으로부터 이탈되는 상기 핸들 기판, 및 상기 지지 기판과 연결된 상기 도너 기판 모두에는 플라스마 활성 처리가 행해진다. 상기 플라스마 활성 처리는 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 상기 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있으며, 이는 본 명세서 내에서는 물론 본 명세서 외에서도 기재되었다.
다음으로, 각각의 이러한 기판들은 특정 실시예에서, 접합된 구조물 2900을 형성하기 위해 서로 접합된다. 도시된 바와 같이, 상기 핸들 기판이, 이미 상기 지지 기판에 접합된 상기 도너 기판에 접합되었다. 상기 기판들은 일렉트로닉 비 전 그룹에 의해 제조된 EVG 850 접합 도구 또는 다른 유사한 처리를 이용하여 접합되는 것이 바람직하다. 칼 수스에 의해 제조된 것들과 같은 다른 타입의 도구들도 또한 이용될 수 있다. 물론, 다른 변경, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 핸들 기판과 상기 도너 기판 사이의 접합은 실질적으로 영구하고, 양호한 신뢰성을 갖는다.
따라서 접합 후에, 상기 접합된 구조물은 베이킹 처리가 행해진다. 상기 베이킹 처리는 미리 정해진 온도와 미리 정해진 시간에서 상기 접합된 구조물을 유지한다. 바람직하게는, 상기 온도는 실질적으로 250℃ 내지 400℃의 범위를 갖고, 실리콘 도너 및 석영 핸들 기판에 대해서는 실질적으로 1시간 정도 동안 실질적으로 350℃인 것이 바람직하다. 특정 적용 분야에 따라서, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 기판들은 저온 열 단계를 이용하여 함께 결합되거나 용융된다. 상기 저온 열 처리는 일반적으로, 주입된 입자가 물질 영역에, 비제어된 클리빙 활동을 산출할 수 있는 과도한 응력을 발생시키지 않을 것을 보증한다. 특정 실시예에서, 상기 저온 접합 처리는 자기-결합 처리에 의해 일어난다. 특히, 하나의 웨이퍼가 그로부터의 산화를 제거하기 위해 벗겨내어 진다(즉, 하나의 기판은 산화되지 않음). 세정액이 상기 웨이퍼 표면에 O--H 결합을 형성하기 위해, 상기 웨이퍼의 표면을 처리한다. 웨이퍼 세정에 사용되는 용액의 예는 과산화수소와 황산의 혼합물이나 유사한 다른 용액이다. 건조기가 잔여 액체나 입자를 상기 기판 표면들로부터 제거하기 위해 상기 기판 표면들을 말린다. 자기-결합은 세정된 기판들의 표면을 인접시킴으로써 일어난다.
또는, 접착성 있는 물질이 상기 기판들의 표면 중 하나 또는 양쪽 모두에 배치되고, 이는 하나의 기판을 다른 기판에 접합한다. 특정 실시예에서, 상기 접착성 있는 물질은 에폭시, 폴리이미드 타입의 물질 등을 포함한다. 스핀-온-글라스 층이 하나의 기판 표면을 다른 기판의 전면부에 접합하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 스핀-온-글라스(SOG) 물질은, 다른 것들 중, 종종 알콜 기반의 용매 등과 혼합되는 실록산 또는 규산염을 포함한다. 상기 웨이퍼들의 표면에 SOG가 인가된 후 상기 SOG를 경화하기 위해 필요한 온도가 종종 낮기 때문에(예를 들면, 150 내지 250℃), 상기 SOG는 바람직한 물질이 될 수 있다.
또는, 다양한 다른 저온 기술들이 핸들 기판에 도너 기판을 연결하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 정전 결합 기술이 상기 두 기판을 함께 연결하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 일방 또는 쌍방의 기판 표면(들)이 대전되어 타방의 기판 표면으로 끌려간다. 또한, 상기 도너 기판은 이미 공통적으로 알려진 다양한 다른 기술들을 이용하여 상기 핸들 기판에 용융될 수 있다. 물론, 사용되는 상기 기술은 적용 분야에 의존한다.
상기 방법은 도 29에 도시된 바와 같이, 상기 접합된 기판 구조물에서 제어된 클리빙 처리를 수행한다. 상기 제어된 클리빙 처리는 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에 선택된 에너지 2903을 공급하였다. 단지 예로서, 상기 제어된 클리빙 처리는 "제어된 클리빙 처리(Controlled Cleaving Process)"라는 명칭의 미국 특허 제6,013,563호에 기재되어 있고, 이는 캘리포니아 주 산 호세에 위치한 주 식회사 실리콘 제네시스에 공동으로 양도되었으며 여하한 목적으로 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 다음으로, 상기 방법은, 도 30에 도시된 바와 같이, 상기 도너 기판으로부터 소정 두께의 물질을 완전하게 제거하기 위해, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질 2603을 이탈시킨다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 도 30에 도시된 바와 같이, 상기 도너 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거한다. 특정 실시예에서는, 상기 지지 기판과 도너 기판 사이의 부착은 일시적이고, 어느 쪽의 기판에도 손상을 주지 않고 기계적인 힘에 의해 제거될 수 있다. 특정 실시예에서, 제어된 클리빙 처리가 상기 도너 기판으로부터 상기 지지 기판을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 상기 지지 기판은 도 31에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에 따라 반복 사용되기 위해, 상기 도너 기판에 부착된 채로 남아있다. 즉, 클리빙에 부적합한 얇은 도너 기판이 특정 실시예에 따라 상기 지지 기판에 의해 재사용될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 상기 소정 두께의 물질의 표면에 디바이스를 형성한다. 상기 디바이스는 집적된 반도체 디바이스, 광양자 및/또는 광전자 디바이스(예를 들면, 광 밸브), 압전기 디바이스, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS), 나노 기술 구조물, 센서, 액츄에이터, 태양 전지, 평판 디스플레이(예를 들면, LCD, AMLCD), 생물학 및 생의학적 디바이스 등을 포함할 수 있다. 상기 디바이스는 증착, 에칭, 주입, 포토 마스킹 처리, 이들의 소정의 조합 등을 이용하여 제조될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예 들에 관한 상세가 본 명세서의 전반에 걸쳐 발견될 것이며, 특이 이하에서 더욱 그러할 것이다.
또 다른 특정 실시예에서 본 발명은, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 디바이스를 포함하는 다층 기판 구조물을 제작하기 위한 방법을 제공하며, 이는 이하와 같이 약술될 수 있다.
1. 제1 휨성을 갖고, 후면부, 전면부, 클리빙 영역, 및 상기 클리빙 영역과 상기 전면부 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계;
2. 핸들 기판을 제공하는 단계;
3. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
4. 상기 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 전면부를 접합하는 단계;
5. 상기 도너 기판의 상기 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 하는 지지 기판을 제공하는 단계 - 상기 미리 정해진 수준은, 상기 소정 두께의 물질이 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성임 -;
6. 상기 지지 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
7. 다층 구조물을 형성하기 위해, 상기 핸들 기판에 연결된 상기 도너 기판의 후면부에 상기 지지 기판을 연결하는 단계;
8. 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 도너 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
9. 선택적으로, 상기 도너 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계;
10. 상기 분리된 소정 두께의 물질에 하나 또는 그 이상의 디바이스를 형성하는 단계; 및
11. 필요한 경우, 다른 단계들을 수행하는 단계.
또 다른 특정 실시예에서 본 발명은, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 다층 기판 구조물을 제작하기 위한 방법을 제공하며, 이는 이하와 같이 약술될 수 있다.
1. 제1 휨성을 갖고, 후면부, 전면부, 클리빙 영역, 및 상기 클리빙 영역과 상기 전면부 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계;
2. 핸들 기판을 제공하는 단계;
3. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
4. 상기 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 전면부를 접합하는 단계;
5. 상기 도너 기판의 상기 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 하는 지지 기판을 제공하는 단계 - 상기 미리 정해진 수준은, 상기 소정 두께의 물질이 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성임 -;
6. 상기 지지 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리를 수행하는 단계;
7. 다층 구조물을 형성하기 위해, 상기 핸들 기판에 연결된 상기 도너 기판의 후면부에 상기 지지 기판을 연결하는 단계;
8. 적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 도너 기판에 부착되어 있는 동안, 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
9. 선택적으로, 상기 도너 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계; 및
10. 필요한 경우, 다른 단계들을 수행하는 단계.
상기 일련의 단계들은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 제공한다. 기술한 바와 같이, 상기 방법은, 바람직하지 않은 휘어짐 특성을 갖는 기판에 강화용 기판을 사용하여, 다층 기판 구조물에 디바이스를 형성하는 방식을 포함하는 단계들의 조합을 이용한다. 또한, 본 명세서의 청구항들의 권리범위로부터 벗어나지 아니한 채, 단계가 추가되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 제거되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 다른 순서로 제공되는 다른 대체적인 방식이 제공될 수 있다. 본 방법에 관한 더욱 상세한 기재가 본 명세서의 전반에 걸쳐서 발견될 수 있으며, 특히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
도 32 내지 도 34는 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재를 이용하여 디바이스를 포함하는 다층 기판을 제조하는 또 다른 방법을 도시한다. 이러한 도면들 은 단지 예에 지나지 아니하며, 본 명세서의 청구항의 권리 범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 방법은 클리빙 영역 3203, 전면부 3205, 후면부 3207, 및 상기 전면부와 클리빙 영역 사이의 소정 두께의 실리콘 함유 물질 3209를 포함하는 도너 기판 3201을 제공하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 도너 기판은 제1 휨성을 갖는다. 바람직하게는, 상기 도너 기판은 특정 실시예에 따른 층 전이 처리에 부적합한 소정의 휘어지기 쉬운 특성을 갖는다. 상기 기판의 부적합한 성질은 특정 실시예에 따라 과도한 거칠기, 파손 및 부분적 막 분리 등을 야기한다. 단지 예로서, 상기 도너 기판은 실리콘 웨이퍼, 게르마늄 웨이퍼, 실리콘 게르마늄 물질, 실리콘 카바이드 함유 물질, Ⅲ/Ⅴ족 화합물, 이들의 소정의 화합물 등일 수 있다. 상기 도너 기판은, Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 물론 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 클리빙 영역은 다양한 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 클리빙 영역은 주입된 입자, 증착된 층, 확산된 물질, 패턴화된 영역, 및 다른 기술들의 적절한 조합을 이용하여 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 방법은 도너 기판의 최상면을 통과해 선택된 깊이에 이르는 주입 처리를 이용하여, 소정의 고에너지의 입자를 도입하는데, 상기 선택된 깊이는 물질의 "박막"이라고 불리는 소정 두께의 물질 영역을 정의한다. 다양한 기술들이 상기 고에너지 입자를 실리콘 웨이퍼 내에 주입하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 기술들은, 예 를 들면, 어플라이드 머티어리얼 사 등과 같은 기업들로부터 제조된 빔 라인 이온 주입 장비를 이용하는 이온 주입을 포함한다. 또는, 주입은 플라스마 잠입 이온 주입(PIII) 기술, 이온 샤워, 및 다른 비질량(non-mass)의 특정 기술을 이용하여 이루어질 수 있다. 상기 기술들의 조합 역시 이용될 수 있다. 물론, 사용되는 기술들은 그 적용 분야에 의존할 것이다.
적용 분야에 따라서, 바람직한 실시예에 따르면 상기 소정 두께의 물질 영역에의 손상 가능성을 감소시키기 위해 더 작은 질량 입자가 일반적으로 선택된다. 즉, 더 작은 질량 입자는, 상기 입자가 통과해서 이동하는 소정 두께의 물질 영역에 실질적으로 손상을 주지 않으면서 상기 기판 물질을 통해 상기 선택된 깊이에 용이하게 이동할 수 있다. 예를 들면, 상기 더 작은 질량 입자(즉, 고에너지 입자)는 거의 어느 것으로든 대전(예를 들면, 양 또는 음)될 수 있고/있거나 중성 원자 또는 분자, 또는 전자 등일 수도 있다. 특정 실시예에서 상기 입자는, 중성 입자 및/또는, 수소 및 그 동위 원소의 이온, 헬륨 및 그 동위 원소와 네온과 같은 희유 기체 이온, 또는 실시예에 따른 다른 이온들을 포함하는 대전된 입자일 수 있다. 상기 입자는 또한 기체들, 예를 들면, 수소 기체, 수증기, 메탄, 및 수소 화합물과 같은 화합물 및 다른 가벼운 원자 질량 입자로부터 전달될 수 있다. 또는, 상기 입자는 상기 입자들 및/또는 이온들 및/또는 분자종 및/또는 원자종의 소정의 조합일 수 있다. 상기 입자는 일반적으로, 표면을 통과하여 상기 표면 아래의 상기 선택된 깊이까지 관통하기에 충분한 운동 에너지를 갖는다.
일례로서 실리콘 웨이퍼 내로 주입된 종으로서 수소를 이용하면, 주입 처리 는 특정 조건 집합을 이용하여 수행된다. 주입 분량은 실질적으로 1015 내지 1018 atoms/cm2의 범위를 갖고, 바람직하게는, 상기 분량은 실질적으로 1016 atoms/cm2보다 크다. 주입 에너지는 실질적으로 1KeV 내지 1MeV의 범위를 갖고, 일반적으로는 실질적으로 50KeV이다. 주입 온도는 실질적으로 200 또는 250℃, 내지 600℃의 범위를 갖고, 많은 양의 수소 이온이 주입된 실리콘 웨이퍼로부터 확산되고 주입시 발생된 손상 및 응력을 어닐링할 가능성을 방지하기 위해, 실질적으로 400℃보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 수소 이온은 실질적으로 ±0.03에서 ±0.05 미크론의 정확도로 상기 선택된 깊이까지 상기 실리콘 웨이퍼 내로 선택적으로 도입될 수 있다. 물론, 사용되는 이온과 처리 조건의 타입은 그 적용 분야에 의존한다.
효과적으로, 상기 도입된 입자는 상기 선택된 깊이에서 상기 기판의 최상면에 평행한 면을 따라 응력을 부가하거나 파괴 에너지를 감소시킨다. 이러한 입자는 상기 선택된 깊이에서 상기 기판의 파괴 에너지 레벨을 감소시킨다. 이 에너지는 부분적으로 주입 종 및 조건에 의존한다. 이는 상기 선택된 깊이에서 상기 주입된 면을 따라 제어된 클리빙이 가능하도록 한다. 주입은, 모든 내부의 위치에서의 상기 기판의 에너지 상태가, 상기 기판 물질에서의 비가역 파괴(예를 들면, 분리 또는 클리빙)를 개시하기에 불충분한 조건 하에서 일어날 수 있다. 그러나, 일반적으로 주입 분량은, 대체로 그 후의 열 처리, 예를 들면 열 어닐링 또는 급속 열 어닐링에 의해 적어도 부분적으로 복구될 수 있는, 기판 내의 소정의 양의 결함(예를 들면, 미세 검출(micro-detects))을 야기한다는 점을 주의하여야 한다.
실시예에 따라서, 클리빙 영역 및/또는 클리빙 층을 형성하는 다른 기술들이 존재할 수 있다. 단지 예로서, 상기 클리빙 영역은 캘리포니아 주 산타 클라라의 주식회사 실리콘 제네시스의 나노클리브(NanocleaveTM) 처리, 프랑스의 주식회사 소이텍의 스마트컷(SmartCutTM) 처리, 및 일본 도쿄의 캐논 사의 엘트란(EltranTM) 처리와 같은 다른 처리들, 그리고 이와 유사한 소정의 처리 등을 이용하여 형성된다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
또한 도 32에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서 상기 방법은 핸들 기판 3211을 제공한다. 상기 핸들 기판은 실리콘, 유리, 석영, 중합체, 또는 다른 화합물 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 핸들 기판은 균질의, 경사가 있는, 또는 다층의 물질이나, 이들의 소정의 조합일 수 있다. 즉, 상기 핸들 기판은 거의 어떠한 단결정, 다결정, 또는 심지어 비결정 타입의 기판으로도 이루어질 수 있다. 또한, 상기 핸들 기판은 갈륨 비소, 갈륨 질화물(GaN) 등과 같은 Ⅲ/Ⅴ족 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 핸들 기판은 휘어지기 쉬운 특성을 지닌 실리콘 카바이드, 게르마늄, 실리콘, 유리나 석영 화합물, 플라스틱 및 중합체일 수 있다. 상기 핸들 기판은 Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 특정 실시예에 따라 물질들의 소정의 다른 조합도 또한 이용될 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 도너 기판으로부터 이탈되는 상기 핸들 기판, 및 도너 기판 모두에는 플라스마 활성 처리가 행해진다. 상기 플라스마 활성 처리는 상 기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 상기 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있으며, 이는 본 명세서 내에서는 물론 본 명세서 외에서도 기재되었다.
다음으로, 이 기판들의 각각은 특정 실시예에서, 접합된 구조물 3213을 형성하기 위해 서로 접합된다. 도시된 바와 같이, 상기 핸들 기판이 도너 웨이퍼에 접합되었다. 상기 기판들은 일렉트로닉 비전 그룹에 의해 제조된 EVG 850 접합 도구 또는 다른 유사한 처리를 이용하여 접합되는 것이 바람직하다. 칼 수스에 의해 제조된 것들과 같은 다른 타입의 도구들도 또한 이용될 수 있다. 물론, 다른 변경, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 핸들 기판과 상기 도너 사이의 접합은 실질적으로 영구하고, 양호한 신뢰성을 갖는다.
따라서 접합 후에, 상기 접합된 구조물은 베이킹 처리가 행해진다. 상기 베이킹 처리는 미리 정해진 온도와 미리 정해진 시간에 상기 접합된 구조물을 유지한다. 바람직하게는, 상기 온도는 실질적으로 250℃ 내지 400℃의 범위를 갖고, 실리콘 도너 기판 및 석영 핸들 기판에 대해서는 실질적으로 1시간 정도 동안 실질적으로 350℃인 것이 바람직하다. 특정 적용 분야에 따라서, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 기판들은 저온 열 단계를 이용하여 함께 결합되거나 용융된다. 상기 저온 열 처리는 일반적으로, 주입된 입자가 물질 영역에, 비제어된 클리빙 활동을 산출할 수 있는 과도한 응력을 발생시키지 않을 것을 보증한다. 특정 실시예에서, 상기 저온 접합 처리는 자기-결합 처리에 의해 일어난다. 특히, 하나의 웨이퍼가 그로부터의 산화를 제거하기 위해 벗겨내어 진다(즉, 하나의 기판은 산화되지 않음). 세정액이 상기 웨이퍼 표면에 O--H 결합을 형성하기 위해, 상기 웨이퍼의 표면을 처리한다. 웨이퍼 세정에 사용되는 용액의 예는 과산화수소와 황산의 혼합물이나 유사한 다른 용액이다. 건조기가 잔여 액체나 입자를 상기 기판 표면들로부터 제거하기 위해 상기 기판 표면들을 말린다. 자기-결합은 세정된 기판들의 표면을 인접시킴으로써 일어난다.
또는, 접착성 있는 물질이 상기 기판들의 표면 중 하나 또는 양쪽 모두에 배치되고, 이는 하나의 기판을 다른 기판에 접합한다. 특정 실시예에서, 상기 접착성 있는 물질은 에폭시, 폴리이미드 타입의 물질 등을 포함한다. 스핀-온-글라스 층이 하나의 기판 표면을 다른 기판의 전면부에 접합하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 스핀-온-글라스(SOG) 물질은, 다른 것들 중, 종종 알콜 기반의 용매 등과 혼합되는 실록산 또는 규산염을 포함한다. 상기 웨이퍼들의 표면에 SOG가 인가된 후 상기 SOG를 경화하기 위해 필요한 온도가 종종 낮기 때문에(예를 들면, 150 내지 250℃), 상기 SOG는 바람직한 물질이 될 수 있다.
또는, 다양한 다른 저온 기술들이 핸들 기판에 도너 기판을 결합하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 정전 결합 기술이 상기 두 기판을 함께 결합하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 일방 또는 쌍방의 기판 표면(들)이 대전되어 타 방의 기판 표면으로 끌려간다. 또한, 상기 도너 기판은 이미 공통적으로 알려진 다양한 다른 기술들을 이용하여 상기 핸들 기판에 용융될 수 있다. 물론, 사용되는 상기 기술은 적용 분야에 의존한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 도 32에 도시된 바와 같이, 상기 핸들 기판에 접합된 도너 기판에 강성(rigidity)을 부가하기 위해 지지 기판 3215를 제공한다. 상기 지지 기판은, 적어도 상기 지지 기판 및 도너 기판을 포함하는 다층 구조물의 유효 휨성 - 상기 유효 휨성으로 인해, 상기 도너 기판으로부터의 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이됨 - 을 제공하는 두께 및 물질을 갖는 것이 바람직하다.
단지 예로서, 상기 지지 기판은 실리콘 웨이퍼이다. 상기 지지 기판은, 예를 들면, 200㎜ 도너/핸들/지지 기판 구조물을 제공한다면, 725 미크론 ± 15 미크론의 두께를 갖고, 단결정 실리콘(single crystal silicon)으로 이루어진다. 상기 기판은 실질적으로 130GPa의 영률을 갖는다. 플라스틱, 금속, 유리, 석영, 합성물 등과 같은 다른 타입의 물질들 및 소정의 두께가, 상기 결합된 지지 및 핸들 기판 구조물에 강성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 다른 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 세정 및/또는 활성화 처리(예를 들면, 플라스마 활성 처리)를 지지 및/또는 도너 기판의 표면에 수행한다. 상기 플라스마 활성 처리가 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 플라스마 활성 처리는 20 ℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
도 32를 참조하면, 상기 방법은, 특정 실시예에 따른 상기 도너 기판의 후면부에의 상기 지지 기판의 결합을 개시한다. 상기 방법은, 접합된 기판 구조물을 형성하기 위해, 상기 지지 기판을 상기 도너 기판의 후면부에 일시적으로 부착하여 상기 지지 기판을 상기 도너 기판에 견고하게 결합하는 것이 바람직하다. 단지 예로서, 바람직한 실시예에 따르면 실리콘 웨이퍼 지지 기판이 소정의 다른 수정 및/또는 변경이 없이 견고하게 실리콘 웨이퍼 도너 기판에 부착된다. 여기서, 상기 실리콘 지지 기판은 자연 산화막(native oxide)의 매우 얇은 코팅을 포함하며, 이는 상기 실리콘 도너 기판의 표면에 접합하지만 상기 자연 산화막이 없는 실시예들도 존재할 수 있다.
상기 방법은 도 33에 도시된 바와 같이, 상기 접합된 기판 구조물 3300에서 제어된 클리빙 처리를 수행한다. 상기 제어된 클리빙 처리는 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에 선택된 에너지 3301을 공급하였다. 단지 예로서, 상기 제어된 클리빙 처리는 "제어된 클리빙 처리(Controlled Cleaving Process)"라는 명칭의 미국 특허 제6,013,563호에 기재되어 있고, 이는 캘리포니아 주 산 호세에 위치한 주식회사 실리콘 제네시스에 공동으로 양도되었으며 여하한 목적으로 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 다음으로, 상기 방법은, 도 34에 도시된 바와 같이, 상 기 도너 기판으로부터 소정 두께의 물질을 완전하게 제거하기 위해, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 이탈시킨다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 상기 도너 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거한다. 특정 실시예에서는, 상기 지지 기판과 도너 기판 사이의 부착은 일시적이고, 어느 쪽의 기판에도 손상을 주지 않고 기계적인 힘에 의해 제거될 수 있다. 특정 실시예에서, 제어된 클리빙 처리가 상기 도너 기판으로부터 상기 지지 기판을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 상기 지지 기판은 특정 실시예에 따라 반복 사용되기 위해, 상기 도너 기판에 부착된 채로 남아있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 방법은, 상기 핸들 기판으로 전이된 상기 소정 두께의 물질의 표면에 디바이스를 형성한다. 상기 디바이스는 집적된 반도체 디바이스, 광양자 및/또는 광전자 디바이스(예를 들면, 광 밸브), 압전기 디바이스, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS), 나노 기술 구조물, 센서, 액츄에이터, 태양 전지, 평판 디스플레이(예를 들면, LCD, AMLCD), 생물학 및 생의학적 디바이스 등을 포함할 수 있다. 상기 디바이스는 증착, 에칭, 주입, 포토 마스킹 처리, 이들의 소정의 조합 등을 이용하여 제조될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 관한 상세가 본 명세서의 전반에 걸쳐 발견될 것이며, 특히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 이하와 같은, 투명 물질을 포함하는 다층 기판에 디바이스를 제조하기 위한 방법을 제공한다.
1. 클리빙 영역, 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계;
2. 제1 휨성을 갖고, 후면부 및 전면부를 포함하는 투명 핸들 기판을 제공하는 단계;
3. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리(예를 들면, 플라스마 활성 처리)를 수행하는 단계;
4. 상기 투명 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 표면 영역을 접합하는 단계;
5. 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 다층 구조물의 유효 휨성을 제공하는 지지 기판을 제공하는 단계 - 상기 다층 구조물은, 적어도 상기 지지 기판, 핸들 기판 및 도너 기판을 포함함 - ;
6. 상기 지지 및 투명 핸들 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리(예를 들면, 플라스마 활성 처리)를 수행하는 단계;
7. 상기 도너 기판에 연결된 상기 투명 핸들 기판의 후면부에의 상기 지지 기판의 결합을 개시하는 단계;
8. 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 지지 기판을 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 일시적으로 부착하여 상기 투명 핸들 기판에 상기 지지 기판을 견고하게 결합하는 단계;
9. 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
10. 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 완전히 제거하기 위해, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 이탈시키는 단계;
11. 선택적으로, 상기 지지 기판이 상기 투명 핸들 기판에 영구히 부착하는 것을 막기 위해, 상기 핸들 기판, 도너 기판 및 지지 기판을 포함하는 다층 기판을 실질적으로 실온(21℃) 및 그 이하의 온도에서 유지하는 단계;
12. 상기 소정 두께의 물질에 하나 또는 그 이상의 디바이스를 형성하는 단계; 및
13. 필요한 경우, 다른 단계들을 수행하는 단계.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 이하와 같은, 투명 물질을 포함하는 다층 기판을 제조하기 위한 방법을 제공한다.
1. 클리빙 영역, 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계;
2. 제1 휨성을 갖고, 후면부 및 전면부를 포함하는 투명 핸들 기판을 제공하는 단계;
3. 상기 핸들 및 도너 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리(예를 들면, 플라스마 활성 처리)를 수행하는 단계;
4. 상기 투명 핸들 기판의 전면부에 상기 도너 기판의 표면 영역을 접합하는 단계;
5. 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 다층 구조물의 유효 휨성을 제공하는 지지 기판을 제공하는 단계 - 상기 다층 구조물은, 적어도 상기 지지 기판, 핸들 기판 및 도너 기판을 포함함 - ;
6. 상기 지지 및 투명 핸들 기판의 표면에 세정 및/또는 활성화 처리(예를 들면, 플라스마 활성 처리)를 수행하는 단계;
7. 상기 도너 기판에 연결된 상기 투명 핸들 기판의 후면부에의 상기 지지 기판의 결합을 개시하는 단계;
8. 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 지지 기판을 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 일시적으로 부착하여 상기 투명 핸들 기판에 상기 지지 기판을 견고하게 결합하는 단계;
9. 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계;
10. 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 완전히 제거하기 위해, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 이탈시키는 단계;
11. 선택적으로, 상기 지지 기판이 상기 투명 핸들 기판에 영구히 부착하는 것을 막기 위해, 상기 핸들 기판, 도너 기판 및 지지 기판을 포함하는 다층 기판을 실질적으로 실온(21℃) 및 그 이하의 온도에서 유지하는 단계; 및
12. 필요한 경우, 다른 단계들을 수행하는 단계.
상기 일련의 단계들은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 제공한다. 기술한 바와 같이, 상기 방법은, 바람직하지 않은 휘어짐 특성을 갖는 기판에 강화용 기판을 사용하여, 다층 기판 구조물에 디바이스를 형성하는 방식을 포함하는 단계들의 조합을 이용한다. 또한, 본 명세서의 청구항들의 권리범위로부터 벗어나지 아니한 채, 단계가 추가되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 제거되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 다른 순서로 제공되는 다른 대체적인 방식이 제공될 수 있다. 본 방법에 관한 더욱 상세한 기재가 본 명세서의 전반에 걸쳐서 발견될 것이며, 특히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
도 35 내지 도 44는 본 발명의 실시예들에 따른 지지 부재를 이용하여 다층 기판에 디바이스를 제작하기 위한 바람직한 방법을 도시한다. 당해 도면은 단지 예에 지나지 아니하며, 이로써 본 명세서의 청구항들의 권리 범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 다양한 변형, 수정 및 대안을 인식할 것이다. 도 35에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 클리빙 영역 3503, 전면부 3507, 후면부 3509 및 상기 전면부와 클리빙 영역 사이의 소정 두께의 실리콘 함유 물질 3511을 포함하는 도너 기판 3501을 제공하는 단계를 포함한다. 단지 예로서, 상기 도너 기판은 실리콘 웨이퍼, 게르마늄 웨이퍼, 실리콘 게르마늄 물질, 실리콘 카바이드 함유 물질, Ⅲ/Ⅴ족 화합물, 이들의 소정의 화합물 등일 수 있다. 상기 도너 기판은, Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방법은, 도 35에 또한 도시된 바와 같이, 제1 휨성을 갖고, 후면부 3515, 및 전면부 3517을 포함하는 투명 핸들 기판 3513을 제공한다. 상기 투명 핸들 기판은 유리, 석영, 중합체 또는 다른 합성물 등일 수 있다. 단지 예로서, 상 기 투명 기판은 실질적으로 800±20 미크론의 두께를 갖고, 후면 및 전면부를 포함한다. 상기 투명 기판은, 일본 도쿄의 주식회사 신-에츠 케미컬에 의해 제조된 합성 석영(예를 들면, VISIL-SQ,SX)이라고 하는 석영일 수 있다. 상기 합성 석영은, 10 미크론×10 미크론의 원자 힘 현미경(AFM) 측정으로, 실질적으로 2 내지 3Å 표면 거칠기를 갖는다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있을 것이다.
도 36을 참조하면, 상기 투명 기판 및 실리콘 웨이퍼 모두에는 플라스마 활성 처리 3601이 행해진다. 상기 플라스마 활성 처리는 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
다음으로, 도 37에 도시된 바와 같이, 이 기판들의 각각은 접합된 구조물 3701을 형성하기 위해 서로 접합된다. 도시된 바와 같이, 상기 투명 기판이 실리콘 웨이퍼에 접합되었다. 상기 기판들은 일렉트로닉 비전 그룹에 의해 제조된 EVG 850 접합 도구를 이용하여 접합되는 것이 바람직하다. 칼 수스에 의해 제조된 것들과 같은 다른 타입의 도구들도 또한 이용될 수 있다. 물론, 다른 변경, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 투명 기판과 상기 실리콘 웨이퍼 사이의 접합은 실질적으로 영구하고, 양호한 신뢰성을 갖는다.
따라서 접합 후에, 도 38에 도시된 바와 같이 상기 접합된 구조물은 베이킹 처리 3801이 행해진다. 상기 베이킹 처리는 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 온도에서 상기 접합된 구조물을 유지한다. 바람직하게는, 상기 온도는 실질적으로 250℃ 내지 400℃의 범위를 갖고, 실질적으로 1시간 정도 동안 실질적으로 350℃인 것이 바람직하다. 특정 적용 분야에 따라서, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 도 39에 도시된 바와 같이, 상기 접합된 도너 및 핸들 기판 구조물에 강성(rigidity)을 부가하기 위해 지지 기판 3901을 제공한다. 상기 지지 기판은, 적어도 상기 지지 기판, 핸들 기판 및 도너 기판을 포함하는 다층 구조물의 유효 휨성 - 상기 유효 휨성으로 인해, 상기 도너 기판으로부터의 소정 두께의 실리콘 함유 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이됨 - 을 제공하는 두께 및 물질을 갖는 것이 바람직하다.
단지 예로서, 상기 지지 기판은 석영 핸들 기판을 위한 실리콘 웨이퍼이다. 상기 지지 기판은, 예를 들면, 200㎜ 도너/핸들/지지 기판 구조물을 제공한다면, 725 미크론 ± 15 미크론의 두께를 갖고, 단결정 실리콘(single crystal silicon)으로 이루어진다. 상기 기판은 실질적으로 130GPa의 영률을 갖는다. 플라스틱, 금속, 유리, 석영, 합성물 등과 같은 다른 타입의 물질들 및 소정의 두께가, 상기 결합된 핸들 및 도너 기판 구조물에 강성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 다른 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 세정 및/또는 활성화 처리 3903(예를 들면, 플라스마 활성 처리)를 지지 기판 및/또는 투명 핸들 기판의 표면에 수행하며, 이는 또한 도 38 및 도 39에 도시되어 있다. 상기 플라스마 활성 처리가 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
도 40을 참조하면, 상기 방법은, 상기 도너 기판에 연결되어 있는 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 상기 지지 기판의 결합을 개시한다. 상기 방법은, 접합된 기판 구조물 4001을 형성하기 위해, 상기 지지 기판을 상기 투명 핸들 기판의 후면부에 일시적으로 부착하여 상기 지지 기판을 상기 투명 핸들 기판에 견고하게 결합하는 것이 바람직하다. 상기 실리콘 웨이퍼는 바람직한 실시예에 따른 소정의 다른 수정 및/또는 변경이 없이 상기 석영 판에 견고하게 부착된다. 여기서, 상기 실리콘 웨이퍼는 자연 산화막(native oxide)의 매우 얇은 코팅을 포함하며, 이는 상기 석영 판의 표면에 접합하지만 상기 자연 산화막이 없는 실시예들도 존재할 수 있다.
상기 방법은 도 41 및 도 42에 도시된 바와 같이, 상기 접합된 기판 구조물에서 제어된 클리빙 처리를 수행한다. 상기 제어된 클리빙 처리는 상기 도너 기판의 클리빙 영역 4201의 일부 내에 선택된 에너지 4101을 공급하였다. 단지 예로서, 상기 제어된 클리빙 처리는 "제어된 클리빙 처리(Controlled Cleaving Process)"라는 명칭의 미국 특허 제6,013,563호에 기재되어 있고, 이는 캘리포니아 주 산 호세에 위치한 주식회사 실리콘 제네시스에 공동으로 양도되었으며 여하한 목적으로 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 다음으로, 상기 방법은, 도 43에 도시된 바와 같이, 상기 도너 기판으로부터 소정 두께의 물질을 완전하게 제거하기 위해, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질 3511을 이탈시킨다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 도 44에 도시된 바와 같이, 상기 투명 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거한다. 바람직한 실시예에서, 상기 지지 기판과 핸들 기판 사이의 부착은 일시적이고, 어느 쪽의 기판에도 손상을 주지 않고 기계적인 힘에 의해 제거될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 도너 기판이 상기 핸들 기판에 부착된 후에 상기 지지 기판 및 핸들 기판이 부착되어 상기 지지 기판의 부착 단계에서부터 저온 동작을 유지한다. 200℃ 이하에 유지되는 그러한 저온은, 실리콘 기판 및 석영 판에 특유한 실시예에 대해, 상기 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판이 용이하게 제거될 수 있도록 한다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 다층 기판 구조물을 제공한다. 상기 구조물은 석영이나 유리인 투명 핸들 기판을 포함한다. 상기 핸들 기판은 실질적으로 10㎜보다 얇은 두께와 실질적으로 1MPa 내지 130GPa의 범위의 영률을 갖는다. 상기 구조물은 상기 투명 핸들 기판에 연결된 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 포함한다. 바람직하게는, 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질은 실질적으로 100㎛ 내지 5㎜ 범위의 두께를 갖는다. 클리빙된 표면이 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물 질 상에 존재한다. 바람직하게는, 상기 클리빙된 막이 갖는 상기 표면 거칠기는 소정의 폴리싱 처리 없이 클리빙된 후, 100Å보다 작지만, 다른 실시예들에 따라서는 표면 거칠기를 더욱 감소시키기 위해 상기 표면이 폴리싱될 수도 있다. 상기 핸들 기판 상의 상기 주어진 물질에 대한 상기 두께는 일반적으로 기존의 기술에 의해서는 유효하게 전이될 수 없다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 상기 소정 두께의 물질의 표면에 디바이스를 형성한다. 상기 디바이스는 집적된 반도체 디바이스, 광양자 및/또는 광전자 디바이스(예를 들면, 광 밸브), 압전기 디바이스, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS), 나노 기술 구조물, 센서, 액츄에이터, 태양 전지, 평판 디스플레이(예를 들면, LCD, AMLCD), 생물학 및 생의학적 디바이스 등을 포함할 수 있다. 상기 디바이스는 증착, 에칭, 주입, 포토 마스킹 처리, 이들의 소정의 조합 등을 이용하여 제조될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 관한 상세가 본 명세서의 전반에 걸쳐 발견될 것이며, 특히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
상기의 기재는 실리콘 웨이퍼에 관한 것이지만, 다른 기판들도 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판은 거의 어떠한 단결정, 다결정, 또는 심지어 비결정 타입의 기판도 될 수 있다. 또한, 상기 기판은 갈륨 비소, 갈륨 질화물(GaN) 등과 같은 Ⅲ/Ⅴ족 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기판은 휘어지기 쉬운 특성을 지닌 실리콘 카바이드, 게르마늄, 실리콘, 유리나 석영 화합물, 플라스틱 및 중합체일 수 있다. 상기 기판은 Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 특정 실시예에 따라 물질들의 소정의 다른 조합도 또한 이용될 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따라 다층 기판이 사용될 수 있다. 상기 다층 기판은 실리콘-온-인슐레이터, 반도체 기판 상의 다양한 샌드위치형 층들, 및 많은 다른 타입들의 기판들을 포함한다. 또한, 상기 실시예들은 일반적으로 제어된 클리빙 활동을 개시하기 위해 펄스 에너지를 제공하는 것에 관한 것이었다. 상기 펄스는 상기 제어된 클리빙 활동을 개시하기 위해, 상기 기판의 선택된 영역을 가로질러 주사되는 에너지로 대체될 수 있다. 에너지는 또한 상기 제어된 클리빙 활동을 지속 또는 유지하기 위해 상기 기판의 선택된 영역들을 가로질러 주사될 수 있다. 나아가, 상기 실시예들은 도너 또는 핸들 기판 중 어느 한쪽에 지지 기판을 부가하는 것에 관하여 기재되었다. 소정의 실시예들에 따라서, 핸들 및 도너 기판 양쪽 모두에 상기 지지 기판이 적용될 수 있다는 것이 인식될 수 있을 것이다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 본 발명에 따라 이용될 수 있는 다양한 대안, 수정, 변형을 용이하게 인식할 것이다.
특정 실시예에서, 본 발명은 척(chuck) 또는 평판 디자인을 이용하여 물질의 막을 처리하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음과 같이 간략하게 약술된다.
1. 전면부, 후면부, 클리빙 면, 및 상기 전면부와 클리빙 면 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계;
2. 제1 휨성을 갖는 핸들 기판을 제공하는 단계 - 상기 제1 휨성은, 상기 핸들 기판이 상기 도너 기판에 연결되어 있는 동안, 상기 도너 기판의 전면부로 소정 두께의 물질이 전이되기에 부적합함 -;
3. 상기 도너 및 핸들 기판의 표면에 플라스마 활성 처리를 수행하는 단계;
4. 다층 구조물을 형성하기 위해 상기 핸들 기판에 상기 도너 기판의 전면부를 접합하는 단계;
5. 챔버에 수용되어 있는 평판 구조물로 다층 구조물을 이송하는 단계;
6. 상기 평판 구조물에 상기 다층 구조물을 정렬하는 단계;
7. 상기 평판 구조물에 상기 다층 구조물을 연결하는 단계;
8. 상기 다층 구조물의 유효 휨성으로 인해 상기 핸들 기판의 전면부로 상기 소정 두께의 물질이 전이되도록 하기 위해, 상기 평판 구조물에 상기 다층 구조물을 견고하게 결합하는 단계;
9. 상기 다층 구조물이 상기 평판 구조물과 결합되어 있는 동안, 상기 소정 두께의 물질의 일부를 클리빙하는 단계;
10. 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 제거하는 단계;
11. 상기 소정 두께의 물질에 하나 또는 그 이상의 디바이스를 형성하는 단계; 및
12. 필요한 경우, 다른 단계들을 수행하는 단계.
상기 일련의 단계들은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 제공한다. 기술한 바와 같이, 상기 방법은, 바람직하지 않은 휘어짐 특성을 갖는 기판에 강화용 기판을 사용하여, 다층 기판 구조물에 디바이스를 형성하는 방식을 포함하는 단계들의 조합을 이용한다. 또한, 본 명세서의 청구항들의 권리범위로부터 벗어나지 아니한 채, 단계가 추가되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 제거되거나, 하나 또는 그 이상의 단계가 다른 순서로 제공되는 다른 대체적인 방식이 제공될 수 있다. 본 방법에 관한 더욱 상세한 기재가 본 명세서의 전반에 걸쳐서 발견될 수 있으며, 특히 이하에서 더욱 그러할 것이다.
도 45 내지 도 48은 본 발명의 실시예들에 따른, 지지 부재와 평판 구조물을 이용하여 다층 기판을 제조하기 위한 바람직한 방법의, 단순화된 흐름도 4500 및 단순화된 단면도를 도시한다. 당해 도면들은 단지 예에 지나지 아니하며, 이로써 본 명세서의 청구항들의 권리 범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 다양한 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다. 도 45에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 단계 4501, "시작"에서 개시된다. 상기 방법은 클리빙 영역, 전면부, 후면부 및 상기 전면부와 클리빙 영역 사이의 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계(단계 4503)를 포함한다. 단지 예로서, 상기 도너 기판은 실리콘 웨이퍼, 게르마늄 웨이퍼, 실리콘 카바이드 함유 물질, Ⅲ/Ⅴ족 화합물, 이들의 소정의 화합물 등일 수 있다. 상기 도너 기판은, Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방법은, 제1 휨성을 갖고, 후면부 및 전면부를 포함하는 투명 핸들 기판을 제공한다(단계 4505). 상기 투명 핸들 기판은 유리, 석영, 중합체 또는 다른 합성물 등일 수 있다. 단지 예로서, 상기 투명 기판은 실질적으로 800±20 미크론의 두께를 갖고, 후면 및 전면부를 포함한다. 상기 투명 기판은, 일본 도쿄의 주 식회사 신-에츠 케미컬에 의해 제조된 합성 석영(예를 들면, VISIL-SQ,SX)이라고 하는 석영이다. 상기 합성 석영은, 10 미크론×10 미크론의 원자 힘 현미경(AFM) 측정으로, 실질적으로 2 내지 3Å 표면 거칠기를 갖는다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 상기 투명 기판 및 실리콘 웨이퍼의 양쪽 및/또는 어느 한쪽에 플라스마 활성 처리가 행해진다. 상기 플라스마 활성 처리는 상기 기판들의 표면을 세정 및/또는 활성화한다. 플라스마 활성 처리는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 질소 함유 플라스마를 이용하여 제공된다. 상기 플라스마 활성 처리는, 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된 이중 주파수 플라스마 활성 시스템에서 실행되는 것이 바람직하다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
다음으로, 상기 기판들의 각각이 접합된 다층 기판 구조물 4603을 형성하기 위해 서로 접합된다(단계 4507). 상기 기판들은 일렉트로닉 비전 그룹에 의해 제조된 EVG 850 접합 도구를 이용하여 접합되는 것이 바람직하다. 칼 수스에 의해 제조된 것들과 같은 다른 타입의 도구들도 또한 이용될 수 있다. 물론, 다른 변경, 수정 및 대안이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 투명 기판과 상기 실리콘 웨이퍼 사이의 접합은 실질적으로 영구하고, 양호한 신뢰성을 갖는다.
따라서, 접합 후에, 상기 접합된 구조물은 특정 실시예에서 베이킹 처리가 행해진다. 상기 베이킹 처리는 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 온도에서 상기 접합된 다층 기판 구조물을 유지한다. 바람직하게는, 상기 온도는 실질적으로 250 ℃ 내지 400℃의 범위를 갖고, 실질적으로 1시간 정도 동안 실질적으로 350℃인 것이 바람직하다. 특정 적용 분야에 따라서, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 도 46의 단순화된 도면에 도시된 바와 같이 상기 방법은 인입 디바이스 4601로 상기 접합된 다층 기판 구조물 4603을 이송한다(단계 4509). 상기 인입 디바이스는 도 46에 또한 도시된 바와 같이, 평판 디바이스 4607에 움직일 수 있게 연결된다. 상기 인입 디바이스는 상기 접합된 다층 기판 구조물을 적소에 보유 및/또는 유지하는 챔버나 다른 스테이션일 수 있다. 상기 방법은 상기 접합된 다층 기판 구조물을 이송 디바이스를 통해 상기 인입 디바이스로부터 상기 평판으로 이송한다. 상기 방법은, 또한 상기 이송 디바이스를 통해 상기 평판의 표면 영역의 선택된 부분에 상기 접합된 다층 기판 구조물을 정렬한다(단계 4511). 상기 평판 디바이스는 인입/이출 영역에 연결하는 다공성(多孔性) 영역 4701을 포함한다. 상기 인입/이출 영역은 결합 디바이스 4703에 연결되고, 상기 결합 디바이스는 에너지 소스 4705에 연결된다. 상기 에너지 소스는 진공 펌프 등인 것이 바람직하다. 상기 접합된 다층 기판 구조물의 유효 휨성으로 인해, 상기 핸들 기판의 전면부로 상기 소정 두께의 물질이 전이되도록 하기 위해, 상기 접합된 다층 기판 구조물을 상기 평판 구조물의 표면 영역에 견고하게 결합 및/또는 부착하기 위해, 상기 진공 펌프는 세공(細孔) 내의 진공을 유지한다(단계 4513).
바람직한 실시예에서, 상기 평판 디바이스는 적합한 다공성의 물질로 이루어 질 수 있다. 즉, 상기 디바이스는 다공성 세라믹, 다공성 플라스틱 등으로 이루어 질 수 있다. 다공성 플라스틱은 다공성 폴리에틸렌(예를 들면, 초고밀도 에틸렌) 및 그와 유사한 물질들을 포함할 수 있다. 상기 세공은 특정 실시예에 따라서 평균 크기로 실질적으로 70 미크론 내지 5 미크론 - 즉, 5 미크론 내지 10 미크론 - 의 범위를 가질 수 있다. 특정 실시예에서 세공의 수는 비어있는 부피의 실질적으로 40 내지 50 퍼센트의 범위를 가질 수 있다. 상기 다공성 플라스틱의 표면 영역은, 전체적으로 20 미크론 또는 30 미크론보다 작은 균일성을 갖는데, 이는 중심 영역으로부터 소정의 외부의 영역까지의 거리이다. 또는, 상기 균일성은 소정의 실시예들에 따른 초점면 편차(focal plane deviation)일 수 있다. 상기 편차는 특정 실시예에서 200㎜ 실리콘 기판에 대해 단지 실질적으로 20 미크론일 뿐이다. 특정 실시예에 따라서, 상기 플라스틱 물질은 단단하고 비산(飛散) 방지인 것이 바람직하다. 상기 플라스틱 물질의 예는, 펜실베이니아 19607, 레딩, 사서함 380, 모건타운 로드 1136(1136 Morgantown Rd.·P.O.Box 380·Reading, PA 19607)에 위치한 주식회사 제너럴 폴리메릭(General Polymeric Corporation)의 계열사인, 젠포어(Genpore) 사의 유체 판형 다공성 플라스틱(fluidizing plate porous plastic)일 수 있지만, 또한 다른 기업으로부터 제조된 것일 수도 있다. 상기 다공성 플라스틱 물질의 이점은 소정의 세공들이 완전하게 덮어지지 않을 수 있지만, 기판의 후면부에 연결되는 세공들은 여전히 상기 기판을 적소에 유지한다는 점이다. 즉, 소정의 실시예들에 따른 당해 방법 및 구조물에 어떤 제한도 일으키지 않고서 소정의 누설이 일어날 수 있다.
특정 실시예에서는, 기판 구조물의 선택적인 적용을 제공하기 위해, 블록 층(blocking layer)이 상기 다공성 물질의 다른 부분들에 인가될 수 있다. 즉, 기판에 접하지 않은 소정의 영역에서, 오하이오 43113, 써클레빌, 사우스 루트 23 듀폰 로드, 사서함 89(P.O.Box 89, Route 23 South and DuPont Road, Circleville, Ohio 43113)의 듀폰 하이 퍼포먼스 머티어리얼 사(社)(Dupont High Performance Materials)에 의해 제조된 캡톤(KaptonTM) 테이프라고 하는 폴리이미드 테이프를 포함하는 물질과 같은 블록 층 4711이, 도 47의 단순화된 도면에서 도시된 바와 같이, 상기 다공성 물질의 표면에 인가된다. 상기 테이프는, 상기 다층 기판의 후면부와 직접적으로 연결되는 영역들에 접하면서, 상기 소정의 영역만 진공이 되게 한다. 다른 타입의 물질들이 또한, 특정 실시예에 따라 사용될 수 있다. 예를 들면, 진공 척을 위한 평판 구조물은 실질적으로 1/8 인치의 두께 또는 더 두꺼운 두께의 다공성 플라스틱 물질을 포함한다. 또한 예를 들면, 상기 진공 척이 실리콘 도너와 관련된 석영 웨이퍼를 강화하여, 석영 웨이퍼가 특정 실시예에 따라 동일한 인력이 주어진 실리콘보다 더 휘어지지 않도록 한다.
특정 실시예에서는, 평판 디바이스가 클리빙 도구 내에서 제공된다. 상기 클리빙 도구는 종종 평판 디바이스, 클리빙을 개시하는 기계적 클리빙 부재, 정지 유체(static fluid) 소스 및/또는, 제어된 클리빙 활동과 부착 부재(예를 들면, 진공 컵, 접착 테이프)를 이용하여 기판을 기계적으로 잡아당겨 상부와 하부 기판 부분으로 분리하는 기계적 분리 부재를 포함한다. 상기 클리빙 도구의 예가, 캘리포 니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 의해 제조된, 자동 알티씨씨피(rTCCPTM) 도구라고 한다. 상기 클리빙 도구는 또한, 다른 기업들로부터의 다른 클리빙 도구에 의해 대체될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
도 48을 참조하면, 다양한 물질들의 두께에 대한 휘어짐을 좌표로 나타내는 소정의 데이터가 제공되었다. 상기 물질들은 실리콘, 석영, 평판을 위해 사용되는 플라스틱을 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 데이터는 0.6kg중(1.32파운드)에서 두 개의 휘어짐 길이 L의 값을 갖는, 실리콘(o), 석영(두께 0.82㎜)(+), 및 두 개의 플라스틱 척(두께 1/8인치(), 및 두께 3/16인치(X))의 휘어짐을 도시한다. 도시된 바와 같이, 석영은 실리콘보다 더 많이 휘어진다. 1/8인치 플라스틱이 상기 석영을 지지하는 경우, 상기 석영/플라스틱 쌍은 상기 실리콘과 유사하게 휘어진다. 더 두꺼운 플라스틱(3/16인치)이 상기 석영을 지지하는 경우, L=4인치(물질에 무관하게 일반적으로 가장 재현성 있는 길이임)에 대해 상기 석영/플라스틱은 이제 상기 실리콘보다 덜 휘어진다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있을 것이다.
실시예에 따라서, 상기 평판 디바이스에의 다른 변형이 존재할 수 있다. 즉, 상기 평판 디바이스는 사실상 순수히 기계적이고/이거나, 정전기적이고/이거나, 다층 접합 기판 구조물을 적소에 보유하기 위한 다른 적합한 기술일 수 있다. 상기 평판 디바이스는 상기 다층 접합 기판 구조물을, 클리빙 처리가 행해질 수 있 는 단단한 형태로 효과적으로 강화한다. 상기 평판 디바이스는 또한, 핸들 기판에 적용되는 경우가 기재되었지만 도너 기판에도 적용될 수 있다. 상기 평판 디바이스는 또한, 제어된 클리빙 처리를 포함하는 클리빙 처리가 행해질 수 있는 단단한 구조물을 제공하기 위해 도너와 핸들 기판 양쪽 모두에 적용될 수도 있으며, 상기 제어된 클리빙 처리는 소정 두께의 물질을 도너 기판으로부터 분리하기 위해, 전파되는 쪼개짐(propagating cleave) 방식을 이용한다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 도 45 및 도 47에 도시된 바와 같이 상기 접합된 기판 구조물에서 제어된 클리빙 처리를 수행한다(단계 4515). 상기 제어된 클리빙 처리는 도너 기판의 클리빙 영역 4701의 일부 내에 선택된 에너지 4707을 공급하였다. 단지 예로서, 상기 제어된 클리빙 처리는, "제어된 클리빙 처리(Controlled Cleaving Process)"라는 명칭의 미국 특허 제6,013,563호에 기재되었으며, 이는 캘리포니아 주 산 호세의 주식회사 실리콘 제네시스에 공동으로 양도되었고 여하한 목적으로 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 단지 예로서, 상기 제어된 클리빙 처리는 에너지 소스로부터의 기계적인 압력의 조합을 이용한다. 도 47에 도시된 바와 같이, 상기 에너지 소스는 상기 평판 디바이스에 연결된다. 바람직한 실시예에서, 상기 에너지 소스는 상기 다층 접합 기판 구조물의 표면 영역이 상기 평판 디바이스와 결합되어 있는 동안, 상기 소정 물질의 일부를 클리빙한다. 다음으로, 상기 방법은 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 완전하게 제거하기 위해, 상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 이탈시킨다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 상기 투명 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판을 제거한다. 바람직한 실시예에서, 상기 지지 기판과 상기 핸들 기판 사이의 부착은 일시적이고, 어느 쪽의 기판에도 손상을 주지 않으면서 기계적인 힘에 의해 제거될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 도너 기판이 상기 핸들 기판에 부착된 후 상기 지지 기판 및 상기 핸들 기판이 부착되어, 상기 지지 기판의 부착 단계로부터 저온 동작을 유지한다. 200℃ 이하에서 유지되는 상기 저온은, 실리콘 기판 및 석영 판에 특유한 실시예에 대해, 상기 핸들 기판으로부터 상기 지지 기판이 용이하게 제거될 수 있도록 한다. 특정 실시예에 따라서, 상기 방법은 다른 단계들 4519를 수행할 수 있다. 상기 방법은 단계 4521에서 종료한다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 다층 기판 구조물을 제공한다. 상기 구조물은 석영 또는 유리인 투명 핸들 기판을 포함한다. 상기 핸들 기판은 실질적으로 10㎜보다 얇은 두께와 실질적으로 1MPa에서 실질적으로 130GPa 범위의 영률을 갖는다. 상기 구조물은 상기 투명 핸들 기판에 연결된 소정 두께의 실리콘 함유 물질을 포함한다. 바람직하게는, 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질은 실질적으로 100㎛에서 실질적으로 5㎜ 범위의 두께를 갖는다. 클리빙된 표면은 상기 소정 두께의 실리콘 함유 물질 상에 존재한다. 바람직하게는, 상기 클리빙된 막이 갖는 표면 거칠기는 소정의 폴리싱 처리 없이 클리빙된 후에 100Å보다 작지만, 다른 실시예들에 따라서는 표면 거칠기를 더욱 감소시키기 위해 상기 표면이 폴리싱될 수도 있다. 상기 핸들 기판 상의 상기 주어진 물질에 대한 상기 두께는 일반적으로 기존의 기술에 의해서는 효과적으로 전이될 수 없다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 상기 소정 두께의 물질의 표면에 디바이스를 형성한다. 상기 디바이스는 집적된 반도체 디바이스, 광양자 및/또는 광전자 디바이스(예를 들면, 광 밸브), 압전기 디바이스, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS), 나노 기술 구조물, 센서, 액츄에이터, 태양 전지, 평판 디스플레이(예를 들면, LCD, AMLCD), 생물학 및 생의학적 디바이스 등을 포함할 수 있다. 상기 디바이스는 증착, 에칭, 주입, 포토 마스킹 처리, 이들의 소정의 조합 등을 이용하여 제조될 수 있다. 물론, 다른 변형, 수정 및 대안이 존재할 수 있다.
특정 실시예들에 대한 전체 기재가 상기에서 기술되었지만, 다양한 수정, 대체적 구조, 및 장비들이 사용될 수 있다. 따라서, 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 권리 범위는 상기 기재 및 도면에 한정되지는 않을 것이다.
[실시예]
본 발명의 원리와 동작을 증명하기 위해, 소정의 연산을 이용하여 다양한 실험이 수행되었다. 이러한 실험은 단지 예에 지나지 아니하며, 이로써 본 명세서의 청구항들의 권리 범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 다양한 변형, 수정 및 대안을 인식할 것이다. 도 48 내지 50을 참조하면, 실리콘 기판 4801, 석영 기판 4803 및 "부가된 기판"인 지지 기판 4905를 이용하는 예가 제공되었다. 또한 도시된 바와 같이, 말단 힘 F가 작용되는 길이 L의 캔틸레버(cantilever) 4807은 이하의 식에 의해 주어지는 휘어짐을 가질 것이다.
휘어짐(Deflection) = F × L3 / (3 × E × I)
여기서, F는 상기 캔틸레버 말단에 작용하는 힘이고, I는 보(beam)의 단면 관성 모멘트(AREA moment of inertia)이며, E는 영률이다.
본 실시예에서, 석영 및 실리콘은 서로 다른 E 값을 갖는다. 석영 및 실리콘은 또한 서로 다소 다른 두께를 갖는다. 따라서 강도(stiffness) 및 형상이 서로 다르므로, 두 개의 웨이퍼(즉, 석영 및 실리콘)의 휘어짐 특성이 서로 다를 것으로 기대된다. 일례로서, 하나는 실리콘으로 이루어진 웨이퍼와, 다른 하나는 석영으로 이루어진 웨이퍼를 포함하는, 접합된 한 쌍의 웨이퍼가 준비되었다. 상기 접합된 쌍은 마주보는 두 개의 캔틸레버로서 간주되었다. 상기 예에서, 더 많이 휘어질 수 있는 석영 웨이퍼에 추가적인 층이 부가되거나 접합되었고, 이로써 상기 실리콘 웨이퍼의 강도와 대등한, 증가된 두께와 강도를 갖는 합성 구조물이 만들어졌다. 당해 예에서, 부가된 층의 영률과 그 두께가 어떻게 상기 제안된 합성체의 강도에 영향을 주는지가 정확히 이해될 수 있었다.
일반성을 잃지 않은 채, 당해 예에서, 상기 웨이퍼들 및 추가된 층의 형상이 폭 = 1의 직사각형의 단면과 말단 힘 = 1을 갖는 경우가 가정될 수 있다. 수학식 1을 이용하여, 상기 실리콘 웨이퍼 및 상기 합성 구조물의 강도에 대한 휘어짐이 서로 대등하게 될 때로 그 강도가 맞춰졌지만, 물론 다른 값들 또한 사용될 수 있다.
상기 가정 하에서, 7.25×10-4m 의 두께 및 169GPa의 E<110>을 갖는 상기 실리콘 웨이퍼의 휘어짐은 6.21×10-2m가 될 수 있다. 단지 예로서, 용융된 산화 실리콘(예를 들면, 석영)은 73GPa의 알려진 E 값을 갖는다. 그 두께가 8×10-4m임을 가정한다. 상기 산화 실리콘의 휘어짐은 상기 가정 하에서, 1.07×10-1m가 될 수 있다.
따라서, 상기 석영 웨이퍼는 725 미크론 실리콘 웨이퍼와 동일한 강도를 갖는 합성체를 만들기 위해, 소정 두께의 다른 층을 포함할 것이다. 두 개의 층 합성체의 강도는 이하의 치환을 이용하여 결정될 수 있다.
E×I ≥ E1×I1′+ E2I2′
또는,
E×I(합성체) = E1×I1′+ E2I2′
특정 실시예에서, 상기 식은 단면 관성 모멘트가 개개의 층들의 질량 중심으로부터 연산되는 것이 아니라, 상기 합성체의 중립 응력 축(neutral strain axis)로부터 연산되어야 함을 나타낸다. 주어진 예는 폴리우레탄 코어(polyurethane core) 주위의 합성체 내에 형성된 한 쌍의 알루미늄 층에 관한 것이다. 발포 코 어(foam core)는 상기 합성체 내부 및 그 자체의 강성에 무시할 수 있을 정도로만 영향을 미칠 것이지만, 상기 알루미늄의 두 개의 층을 분리함으로써, 상기 합성체 강도는 일반적으로 (상기 발포가 상기 층 사이를 파손하지 않는 한) 알루미늄의 두께가 두 배인 경우보다 더 크다. 상기 복합층 강도는 I1′및 I2′를 이용함으로써 수학식 2에서 설명된다.
당해 예에서, 단면의 질량 중심(Icm) 주위의 축 상에서 회전하는 단면 관성 모멘트와, 소정의 다른 평행한 축 주위를 회전하는 단면 관성 모멘트 사이의 간단한 관련성이 알려져 있다. 그것은 이하의 수학식에 의해 주어진다.
I′= Icm + A×d2
여기서, A는 단면적이고, d는 상기 단면의 질량 중심으로부터 상기 평행한 축까지의 거리이다.
이제 도 49를 참조하여, 두께 h1과 h2인 소정의 2개의 층의 질량 중심을 C1 및 C2라고 하자. C1과 C2를 통해 축 x를 그리면, 이하의 수학식을 작성하기 위하여, 축 O(종이에서 나오는 방향) 주위의 시계방향의 가중 모멘트 E를, C1에서 작용하는 E1h1에 기인하는 모멘트에 C2에서 작용하는 E2h2의 모멘트를 더한 값이, 합성체 C에서 작용하는 전체 가중 모멘트 E와 동일하게 되도록 하는 값으로 취함으로써, 합성체 C의 x 축 거리 D에 대해 풀 수 있다.
h1E1 × (h1 / 2) + (h1 + h2 / 2) × h2E2 = D × (h1E1 + h2E2)
D는 합성체 C의 x 방향에서의 거리이므로, 두 가지의 서로 다른 거리에 대해 풀 수 있다. 상기 C1으로부터 합성체 C까지의 거리 D1은 이하의 수학식에 의해 주어진다.
D1 = D - h1 / 2
합성체 C로부터 C2까지의 거리 D2는 이하의 수학식에 의해 주어진다.
D2 = (h1 + h2 / 2) - D
수학식 3에 따라, 합성체 C가 위치하게 될 중립 응력 면에 관하여 층 1 및 2에 대한 단면 관성 모멘트를 연산하기 위해 D1 및 D2가 요구된다.
I1′= I1 + D12 × A1 = (w × h13) / 12 + D12 w × h1 = (h13)/12 + h1 D12
I2′= I2 + D22 × A2 = (w × h23) / 12 + D22 w × h2 = (h23)/12 + h2 D22
합성체의 캔틸레버 강도가 상기 <110> 방향으로 휘어진 실리콘 웨이퍼의 강도와 동일하도록, 800 미크론 두께 석영 웨이퍼에 부가된 영률 E를 갖는 층의 정확한 두께를 연산하기 위해, 수학식 1 내지 8이 이용될 수 있다. 도 51을 참조하면, 예를 들면 100MPa, 1GPa 등의 서로 다른 영률을 갖는 다양한 물질들의 두께에 대해 휘어짐(미터)이 좌표상에 도시되었다. 800 미크론 석영 웨이퍼의 휨성은 도시된 바와 같다. 725 미크론 실리콘 웨이퍼의 휨성 또한 도시되어 있다. 다른 물질들의 휨성 또한 도시되어 있다. 기본적으로 상기 연산은, 만약 79 미크론의 실리콘의 합성체 또는 160 미크론의 석영이 부가된 합성체(총합 = 800 + 160 = 960 미크론) 또는 실질적으로 1.5㎜의 단단한 에폭시를 갖는 합성체가 형성되었다면, 석영 웨이퍼가 725 미크론 실리콘 웨이퍼의 수준까지 강화될 수 있음을 나타낸다. 물론, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자는 다양한 변형, 수정 및 대안을 인식할 것이다.
특정 실시예들에 대한 전체 기재가 상기에서 기재되었지만, 다양한 수정, 대체적 구조 및 등가물이 사용될 수 있다. 상기 기재는 선택된 순서의 단계들을 이용하여 기술되었지만, 다른 것들은 물론 기재된 단계들의 소정의 구성 요소의 어떠한 조합이라도 사용될 수 있다. 또한, 소정의 단계들은 실시예에 따라서 조합 및/또는 제거될 수 있다. 나아가, 다른 실시예들에 따른 수정된 분량 및/또는 클리빙 속성으로 상기 클리빙 면을 형성하도록 하기 위해, 상기 수소의 입자는 헬륨 및 수소 이온들의 공동 주입을 이용하여 대체될 수 있다. 소정의 실시예에서, 상기 지지 기판은 핸들 및 도너 기판을 포함하는 기판들의 각각에 적용될 수 있다. 실시예에 따라서, "석영(quartz)"라는 용어는 일반적으로 유리 산업에서 일반적으로 이해된다. 상기 석영이라는 용어는 적어도 용융 실리콘 글라스, 석영, 용융 실리카를 포함하며, 특정 실시예에 따라 다른 것들을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 불순물(impurities), 도펀트(dopants), 및 다른 종과 같은 소정의 첨가제가 상기 석영에 부가될 수 있다. 다른 실시예에서는, 코팅이 상기 석영 물질의 표면 또는 다른 영역에 또한 제공될 수 있다. 따라서, 상기 기재 및 도면으로 인해, 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 권리 범위가 제한되어서는 안 될 것이다.

Claims (23)

  1. 다층 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    제1 휨성(deflection characteristic)을 갖고, 후면부, 전면부, 클리빙 영역 및 상기 클리빙 영역과 상기 전면부 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함하는 도너(donor) 기판을 제공하는 단계;
    상기 도너 기판의 전면부를 핸들(handle) 기판의 전면부에 접합하는 단계;
    다층 구조물을 형성하기 위해, 상기 도너 기판의 상기 제1 휨성이 미리 정해진 수준으로 감소되도록 하는 지지 기판을 상기 도너 기판의 후면부에 연결하는 단계 - 상기 미리 정해진 수준은, 상기 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하는 휨성임 -; 및
    적어도 상기 휨성을 유지하기 위해 상기 지지 기판이 상기 도너 기판에 남아있는 동안, 상기 클리빙 영역의 일부에서 상기 도너 기판으로부터의 상기 소정 두께의 물질의 제거를 시작하기 위해, 상기 도너 기판의 상기 클리빙 영역의 일부 내에서 제어된 클리빙 처리를 개시하는 단계를 포함하는 다층 기판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도너 기판으로부터 상기 소정 두께의 물질을 제거하는 단계; 및
    상기 소정 두께의 물질의 일부에 하나 또는 그 이상의 디바이스를 형성하는 단계를 더 포함하는 다층 기판 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 디바이스는, 적어도 광전자 디바이스, 또는 집적 회로, 또는 광학 디바이스를 포함하는 다층 기판 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지지 기판은 정전기 척(chuck) 및 진공 척 중 하나를 포함하는 다층 기판 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기판은 실리콘 웨이퍼 및 석영 웨이퍼 중 하나를 포함하는 다층 기판 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도너 기판의 남아있는 부분으로부터 상기 지지 기판을 제거하는 단계를 더 포함하는 다층 기판 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 핸들 기판은 석영, 유리, 플라스틱, 중합체, 세라믹 또는 합성물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 다층 기판 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기판 및 상기 도너 기판 사이의 연결은, 공유 결합, 애노드(anodic) 결합, 화학 결합, 정전 결합 및 플라스마-활성(plasma-activated) 결합으로부터 선택된 접합 처리를 이용하여 제공되는 다층 기판 제조 방법.
  9. 하나 또는 그 이상의 디바이스를 포함하는 다층 기판 구조물에 있어서,
    미리 정해진 두께 및, 실질적으로 1 메가파스칼(MPa) 내지 130 기가파스칼(GPa) 범위의 영률(Young's modulus)을 갖는 핸들 기판;
    상기 핸들 기판에 연결된 소정 두께의 실질적으로 결정질인 물질 - 상기 실질적으로 결정질인 물질의 두께는, 실질적으로 100 미크론(micron) 내지 5 밀리미터(mm) 범위를 가짐 -;
    상기 소정 두께의 실질적으로 결정질인 물질 상의 클리빙된 표면;
    100 옹스트롬(Å)보다 작은 표면 거칠기(roughness)를 갖는 클리빙된 막; 및
    상기 소정 두께의 물질의 일부에 형성된 하나 또는 그 이상의 디바이스를 포함하는 다층 기판 구조물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 핸들 기판은 석영 물질 및 유리 물질 중 하나를 포함하는 다층 기판 구조물.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 디바이스는, 적어도 광전자 디바이스, 또는 집적 회로 또는 광학 디바이스를 포함하는 다층 기판 구조물.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 핸들 기판이 투명한, 다층 기판 구조물.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 소정 두께의 물질은, Si, SiGe, SiGe 합금, SiC, Ⅱ/Ⅵ족 화합물 및 Ⅲ/Ⅴ족 화합물 중 하나를 포함하는 다층 기판 구조물.
  14. 물질의 막을 처리하는 방법에 있어서,
    전면부, 후면부, 클리빙 면, 및 상기 전면부와 상기 클리빙 면 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함하는 도너 기판을 제공하는 단계;
    제1 휨성을 갖는 핸들 기판을 제공하는 단계 - 상기 제1 휨성은, 상기 핸들 기판이 상기 도너 기판에 연결되어 있는 동안, 소정 두께의 물질이 상기 도너 기판의 전면부로 전이되기에 부적합함 -;
    상기 핸들 기판에 상기 도너 기판의 전면부를 접합하여 다층 구조물을 형성하는 단계;
    평판 구조물에 상기 다층 구조물을 연결하는 단계;
    상기 다층 구조물의 유효 휨성으로 인해, 상기 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하기 위해, 상기 다층 구조물을 상기 평판 구조물에 견고하게 결합하는 단계; 및
    상기 다층 구조물이 상기 평판 구조물과 결합되어 있는 동안, 상기 소정 두께의 물질의 일부를 클리빙하는 단계를 포함하는 막 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 평판 구조물은 정전기 척 및 진공 척 중 하나를 포함하는 막 처리 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 클리빙은, 상기 클리빙 영역의 일부 내에서, 전파되는 쪼개짐 면(propagating cleave front)을 유발하는 제어된 클리빙 처리를 포함하는 막 처리 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 클리빙 영역은 주입된 영역을 포함하는 막 처리 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 주입된 영역은 수소 입자를 포함하는 막 처리 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 다층 구조물의 연결은, 상기 평판 구조물의 표면 영역에서, 상기 도너 기판의 후면부와 상기 핸들 기판의 후면부 중 하나와의 사이에서 제공되는 막 처리 방법.
  20. 물질의 막을 처리하는 시스템에 있어서,
    다층 구조물을 형성하기 위해 핸들 기판에 결합된 도너 기판을 수취하는 인입 디바이스 - 상기 도너 기판은 전면부, 후면부, 클리빙 면, 및 상기 전면부와 상기 클리빙 면 사이에 정의된 소정 두께의 물질을 포함하고, 상기 핸들 기판은 제1 휨성을 가지며, 상기 제1 휨성은 상기 핸들 기판이 상기 도너 기판에 연결되어 있는 동안, 소정 두께의 물질이 상기 도너 기판의 전면부로 전이되기에 부적합함 -;
    상기 인입 디바이스에 움직일 수 있게 연결된, 상기 다층 구조물을 챔버(chamber)로 이송하는 이송 디바이스;
    표면 영역을 포함하는 평판 구조물;
    상기 다층 구조물의 유효 휨성으로 인해, 상기 소정 두께의 물질이 상기 핸들 기판의 전면부로 전이되도록 하기 위해, 상기 다층 구조물을 상기 평판 구조물의 상기 표면 영역에 견고하게 결합하는, 상기 평판 구조물에 연결된 결합 소스; 및
    상기 다층 구조물의 표면 영역이 상기 평판 구조물과 결합되어 있는 동안 상 기 소정 두께의 물질의 일부를 클리빙하는, 상기 평판 구조물에 연결된 에너지 소스를 포함하는 막 처리 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 에너지 소스는 기계적 소스, 전기적 소스 또는 열적 소스로부터 선택되는 막 처리 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 평판 구조물은 다공성 세라믹 물질 또는 다공성 플라스틱 물질을 포함하는 막 처리 시스템.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 평판 디바이스는 정전기적 진공 디바이스를 포함하는 막 처리 시스템.
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