KR20090122176A - Method of fabricating a hybrid substrate - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a method of fabricating a hybrid substrate comprising at least two layers of crystalline material that are bonded directly to each other. This method is noteworthy in that it comprises steps consisting in: implanting at least one category of atomic and/or ionic species into a donor substrate so as to form therein a weakened zone forming the boundary between an active layer and a remainder; subjecting the front faces of the donor substrate and of a receiver substrate, to a heat treatment between 900°C and 1200°C, under hydrogen and/or argon for a time of at least 30 seconds; bonding said front faces to each other; detaching said remainder; the nature, implantation dose and implantation energy of said species being chosen so that the defects induced by these species within the donor substrate allow the remainder of the donor substrate to be subsequently detached but do not develop sufficiently during said heat treatment to prevent the subsequent bonding or to deform the front face of the donor substrate.

Description

하이브리드 기판의 제조 방법{Method of fabricating a hybrid substrate}Method of fabricating a hybrid substrate

본 발명은 직접 접합(direct bonding)에 의해서 서로 접합되는 결정질 재료의 적어도 두 층을 포함하는 하이브리드 기판(hybrid substrate)의 제조 방법에 대한 것이다. The present invention is directed to a method of making a hybrid substrate comprising at least two layers of crystalline material bonded to each other by direct bonding.

이러한 유형의 기판은 광학(optics), 전자공학(electronics) 또는 광전자공학(optoelectronics)의 분야에서 사용될 수 있고, 또한 이러한 용어들은 일반적으로 마이크로전자공학(microelectronics), 나노전자공학(nanoelectronics), 광마이크로전자공학(optomicroelectronics), 광나노전자공학(optonanoelectronics) 및 부품 기술(component technology)을 포함한다.Substrates of this type can be used in the fields of optics, electronics or optoelectronics, and these terms are also commonly referred to as microelectronics, nanoelectronics, photomicro Optomicroelectronics, optonanoelectronics and component technology.

앞서 언급한 재료의 두 층은 동일하거나 다른 특성(nature)의 재료의 층일 수 있는데, 상기 용어인 '특성(nature)'이란 상기 재료의 화학적 특성 및 이들의 이화학적 특질(properties) 및/또는 이들의 결정질 방위(crystalline orientation)를 모두 아우른다. The two layers of the aforementioned materials may be layers of materials of the same or different nature, the term 'nature' means the chemical properties of the materials and their physicochemical properties and / or their It encompasses all of its crystalline orientations.

상기 용어인 두 층 또는 두 기판의 "직접 접합(direct bonding)"은 접착 층(adhesive layer)과 같은 중간 매개층(intermediated layer)이 없는 분자 접합(molecular boinding)인 것을 의미한다. The term “direct bonding” of two layers or two substrates means molecular bonding (molecular boinding) without an intermediate layer such as an adhesive layer.

이러한 하이브리드 기판은 당업자에게는 두문자어인 DSB(직접 실리콘 접합, direct silicon bonding)으로 알려진 것이다. 이러한 기판은 중간매개층, 특히 매립된 산화층(buried oxide layer)의 형성이 없이, 다른 결정질 방위의 실리콘으로 만들어진 수용 기판에 직접적으로 접합된 활성 실리콘층을 포함한다. 따라서 (100) 결정질 방위을 갖는 실리콘 지지대에 직접 접합된 (110) 결정질 방위를 갖는 실리콘 층을 포함한 기판을 생산하는 것이 가능하다. 또는 그 반대의 경우도 가능하다.Such hybrid substrates are known to those skilled in the art as DSB (direct silicon bonding). Such substrates comprise an active silicon layer bonded directly to a receiving substrate made of silicon in different crystalline orientations, without the formation of an intermediary layer, in particular a buried oxide layer. It is thus possible to produce a substrate comprising a silicon layer having a (110) crystalline orientation bonded directly to a silicon support having a (100) crystalline orientation. Or vice versa.

상기 수용 기판을 실리콘 카바이드(SiC)로 만들면, 당업자에게 두문자어인 SopSiC(다결정성 SiC상 실리콘)인 것으로 알려진 하이브리드 기판을 제조하는 것이 가능하다. If the receiving substrate is made of silicon carbide (SiC), it is possible to manufacture a hybrid substrate known to those skilled in the art as SopSiC (polycrystalline SiC phase silicon).

이러한 하이브리드 기판은 고성능 마이크로 전자회로의 생산에 유용하다.Such hybrid substrates are useful for the production of high performance microelectronic circuits.

2006년 요코하마에서 개최된 고체 장치 및 재료에 대한 국제 컨퍼런스 자료 160~161 페이지에 게재된 요약문의 증보판인 C.Y. Sung의 논문, "직접 실리콘 접합된 고성능 대용량 CMOS(상보성금속산화막반도체) 기술용 혼합 방향성 기판(Direct Silicon Bonded (DSB) Mixed Orientation Substrate for High Performance Bulk CMOS Technology)"은 이러한 기판의 결합 후 박막화하여 (110) 실리콘 도너 기판을 (100) 실리콘 수용 기판으로 옮기는 제조의 예를 인용하고 있다. 상기 논문은 상기와 같은 기판은 서로 접합된 두 층 사이에 절연층이 필요하지 않다고 하였다.C.Y., a supplement to the summaries published on pages 160-161 of the International Conference on Solid Equipment and Materials in Yokohama, 2006. Sung's paper, "Direct Silicon Bonded (DSB) Mixed Orientation Substrate for High Performance Bulk CMOS Technology," said An example of fabrication that transfers a 110 donor substrate to a (100) silicon receiving substrate is cited. The paper stated that such substrates do not require an insulating layer between the two layers bonded together.

또한, 상기 논문은 최종적인 구조에서 SiO2 절연층이 없는 경우에는 친수성 타입의 사전 접합 준비보다 소수성 타입의 사전 접합 준비가 선호된다고 언급하였다.In addition, the paper stated that hydrophobic type prebond preparation is preferred over hydrophilic type prebond preparation in the absence of SiO 2 insulating layer in the final structure.

이것은 친수성 접합은 접합될 층의 표면 준비 동안 실리콘 옥사이드 박막이 형성되고, 최종 구조에서 매몰된 상태로 있는 이 산화물은, 후속적으로, 예를 들어 매우 높은 온도에서의 최종 어닐링 단계에 의해, 제거되어야 하기 때문이다. 이렇게 함으로써 이러한 경우의 제조 방법을 완성하게된다. This means that a hydrophilic junction is formed during the preparation of the surface of the layer to be bonded, and that the oxide, which is buried in the final structure, must subsequently be removed, for example by a final annealing step at very high temperatures. Because. This completes the manufacturing method in this case.

그러나 이러한 수소 말단 결합은 상기 접합에 부정적인 영향을 주는 입자들을 흡착하므로 수소 말단 결합에 연관되는 소수성 결합은 실행이 더욱 어렵다. However, such hydrogen end bonds adsorb particles that negatively affect the junction, so hydrophobic bonds associated with hydrogen end bonds are more difficult to implement.

또한 US 6 020 252를 통해 알려진 것처럼, 도너 기판으로부터 반도체 물질의 박막을 얻는 방법이 있다. 이 방법은 소정의 온도에서 소정의 주입량인 희유가스(rare-gas) 또는 수소 이온을 도너 기판에 주입하여 거기에 연약대(weakened zone)를 만들고 상기 기판이 각각의 연약한 면에서 두 부분으로 분리되도록 충분히 높은 온도로 열처리하는 방법으로 구성된다. There is also a method of obtaining a thin film of semiconductor material from a donor substrate, as known from US Pat. No. 6,020,252. This method injects a predetermined amount of rare-gas or hydrogen ions into a donor substrate at a predetermined temperature to create a weakened zone therein and allows the substrate to separate into two parts on each of the soft sides. It consists of a method of heat treatment at high temperature.

상기 문서에서 기재된 바에 따라, 후속적인 열처리만으로, 기판 내에서 연약대를 얻기 위해 충분하지만 분리를 얻는데는 불충분한 마이크로공동(microcavity)을 형성하도록 상기 온도 및 주입량이 선택되어 진다. 분리에는 추가적으로 물리적인 힘의 적용이 요구된다. As described in the above document, the subsequent heat treatment alone is selected to form a microcavity sufficient to obtain a soft band in the substrate but insufficient microcavity to achieve separation. Separation requires the application of additional physical forces.

그러나 이 문헌은 양호한 직접 접합을 가능하게 하는 표면 준비에 대해 특별 히 관련되어 있지 않다. However, this document is not particularly relevant for surface preparation that allows good direct bonding.

본 발명의 목적은 선행기술의 상기와 같은 결점을 해소하기 위한 것이다. 특히, 중간 매개층을 사용하는 접합을 필요로 하지 않으며, 도너 기판 및 수용 기판 사이의 접합은 고품질 소수성 접합을 통해서 수행되는, 층의 전이에 의해 얻어진 하이브리드 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to overcome such drawbacks of the prior art. In particular, there is no need for bonding using an intermediate intermediate layer, and the bonding between the donor substrate and the receiving substrate is to provide a method for producing a hybrid substrate obtained by the transfer of layers, which is carried out through high quality hydrophobic bonding.

발명의 요약Summary of the Invention

이러한 목적을 위해, 본 발명은 서로 직접적으로 접합되어 있는 결정질 재료의 적어도 두 층을 포함하는 하이브리드 기판으로서, 상기 층의 한 층은 '도너' 기판으로 불리는 결정질 기판에서 유래된 '활성(active)' 층이라고 불리는 재료의 층을 포함하는 하이브리드 기판의 제조방법을 제공한다.To this end, the present invention is a hybrid substrate comprising at least two layers of crystalline material bonded directly to each other, one layer of which is 'active' derived from a crystalline substrate called a 'donor' substrate. Provided is a method of making a hybrid substrate comprising a layer of material called a layer.

본 발명에 따라, 이 방법은 하기와 같은 다음의 연속적인 단계를 포함한다. According to the invention, the method comprises the following successive steps.

- 적어도 1개 종류의 원자 및/또는 이온 종(species)을 상기 도너 기판(donor substrate)에 주입하여 거기에 활성층(active layer)과 상기 도너 기판의 잔여부 사이에 경계를 형성하는 연약대(weakened zone)을 형성하는 단계;A weakened zone that injects at least one kind of atom and / or ionic species into the donor substrate and forms a boundary there between an active layer and the remainder of the donor substrate Forming);

- 도너 기판의 "앞"면이라고 칭하는 면들 중 하나 및 소위 수용 기판이라고 불리는 결정질 기판(crystalline substrate)의 "앞"면 중 하나를 수소 및/또는 아르곤을 포함한 가스상 분위기에서 적어도 30초 동안 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 열처리하여 소위 "사전 접합 준비"(prebonding preparaation)를 하고 상기 앞면을 소수성으로 만드는 단계;One of the faces called the "front" face of the donor substrate and one of the "front" faces of a so-called crystalline substrate called a receiving substrate at 800 ° C. for at least 30 seconds in a gaseous atmosphere comprising hydrogen and / or argon. Heat treatment at a temperature of 1200 ° C. to give a so-called “prebonding preparaation” and to make the front face hydrophobic;

- 상기 앞면을 서로 직접적으로 접합하는 단계;Joining the front faces directly together;

- 상기 두 기판을, 그들 사이의 강력한 접합을 얻기 위한 조건 하에서, 열처리를 수행하는 단계; 및Performing the heat treatment of the two substrates under conditions to obtain a strong bond between them; And

- 상기 잔여부(remainder)를 순전히 기계적인 작용에 의해서, 연약대(weakened zone)를 따라 분리하는 단계.Separating the remainder along the weakened zone by purely mechanical action.

도너 기판 내의 이러한 종들에 의해서 야기되는 결함이 상기 도너 기판의 잔여부가 이후 분리되도록 하지만, 사전 접합 준비 열처리 동안 후속적인 접합을 방지하거나 또는 상기 도너 기판의 앞면을 변형하기에 충분할 정도로 발달되지는 않도록 상기 원자 및/또는 이온 종의 특성, 주입량 및 주입 에너지를 선택한다. The defect caused by these species in the donor substrate causes the remainder of the donor substrate to be subsequently separated, but not developed enough to prevent subsequent bonding or to deform the front side of the donor substrate during the pre-bonding preparation heat treatment. The properties, implant amounts, and implant energies of the atomic and / or ionic species are selected.

본 발명의 다른 이익이 되는 측면 및 본 발명을 제한하지 않는 범위 내에서 다음의 것들이 개별적으로 또는 조합되어 실시될 수 있다.Other aspects of the present invention and the following may be carried out individually or in combination without departing from the scope of the present invention.

- 상기 사전 접합 준비 처리는 아르곤만을 포함하는 가스상 분위기 하에서 수행된다; The pre-bonding preparation process is carried out under a gaseous atmosphere containing only argon;

- 상기 사전 접합 준비 처리는 수소만을 포함하는 가스상 분위기 하에서 수행된다; The prebonding preparation is carried out under a gaseous atmosphere comprising only hydrogen;

- 상기 사전 접합 준비 처리는 고속 열처리(Rapid Thermal Annealing, RTP)로(furnace)에서 수행된다;The pre-bonding preparation process is carried out in a rapid thermal annealing (RTP) furnace;

- 상기 두 기판의 접합을 강화하기 위한 상기 가열 처리는 적어도 두 시간의 장시간 동안 1100℃ 또는 그 이상의 고온에서 수행된다;The heat treatment to strengthen the bonding of the two substrates is carried out at a high temperature of 1100 ° C. or higher for a long time of at least two hours;

- 상기 연약대를 형성하기 위해 주입되는 종류(species)는 수소, 헬륨, 불소, 네온, 아르곤, 크립톤 및 크세논에서 선택된다; The species injected to form the fragile zone are selected from hydrogen, helium, fluorine, neon, argon, krypton and xenon;

- 상기 도너 기판의 상기 활성층은 실리콘(Si), (110) 실리콘, (100) 실리콘, 실리콘-게르마늄(SiGe), 게르마늄(Ge), 실리콘 카바이드(SiC) 및 갈륨 나이트라이드(GaN) 중에서 선택된 재료를 포함한다; 그리고, The active layer of the donor substrate is a material selected from silicon (Si), (110) silicon, (100) silicon, silicon-germanium (SiGe), germanium (Ge), silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) It includes; And,

- 상기 수용 기판은 적어도 부분적으로 실리콘(Si), (110) 실리콘, (100) 실리콘 및 실리콘 카바이드(SiC)에서 선택된 재료를 포함한다. The receiving substrate at least partially comprises a material selected from silicon (Si), (110) silicon, (100) silicon and silicon carbide (SiC).

첨부된 도면 및 본 명세서의 기재로 인해 이로부터 본 발명의 특성 및 잇점이 분명하여 질 것이다. 그러나 이것은 본 발명의 가능한 구체적인 일실시형태를 제공하는 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. The features and advantages of the present invention will be apparent from the accompanying drawings and the description of the specification. However, this is intended to provide one specific embodiment of the present invention but not to limit the invention.

바람직한 실시형태의 설명Description of the Preferred Embodiments

상기 방법에 대한 연속적인 다양한 단계를 다음과 같이 간략하게 설명할 수 있다. The various successive steps for the method can be briefly described as follows.

도 1에서 보는 것과 같이, "도너(donor)" 기판 (1)은 2개의 반대되는 면들 (10 및 11)을 포함하며, 이들은 각각 "앞면(front face)" 및 "뒷면(rear face)"라고 한다. As shown in FIG. 1, the "donor" substrate 1 comprises two opposing sides 10 and 11, which are referred to as "front face" and "rear face", respectively. do.

도 2에서 보는 것과 같이, 상기 도너 기판 (1)에 원자 및/또는 이온 종을 주입하여 거기에 연약대(weakened zone)(12)를 형성할 수 있는데, 이것은 활성층이라고 하는 층 (13) 및 이 기판의 잔여부(14) 사이에 경계를 형성한다. As shown in FIG. 2, atoms and / or ionic species can be implanted into the donor substrate 1 to form a weakened zone 12 therein, which is called the active layer 13 and the substrate A boundary is formed between the remaining portions 14 of.

편리하게는, 이 주입은 희생 절연층(sacrificial insulation layer) (3), 예를 들어 상기 기판 (1)의 앞면 (10) 위에 놓여진(deposited) 실리콘다이옥사이드(SiO2)층을 통해서 수행될 수 있다. Conveniently, this implantation can be carried out via a sacrificial insulation layer 3, for example a layer of silicon dioxide (SiO 2 ) deposited on the front side 10 of the substrate 1. .

다음으로, 도 3에서 보이는 것과 같이 이 절연층 3은 제거된다.Next, as shown in FIG. 3, the insulating layer 3 is removed.

다음으로, 상기 도너 기판 (1) 및 수용 기판 (2)에 사전 접합 준비 처리를 하는데, 이에 대해서는 후에 상세하게 설명한다(도 4 참조).Next, a preliminary bonding preparation process is performed to the said donor board | substrate 1 and the accommodating board | substrate 2, It demonstrates later in detail (refer FIG. 4).

상기 수용 기판 (2)는 각각 앞면과 뒷면으로 불리는 두 개의 반대되는 면(20 및 21)을 포함한다. The receiving substrate 2 comprises two opposing faces 20 and 21 called front and back, respectively.

다음으로, 상기 수용 기판 (2)의 상기 앞면 (20)은 직접 접합에 의해서 상기 도너 기판 (1)의 상기 앞면 (10)에 붙여진다(도 5 참조). Next, the front face 20 of the receiving substrate 2 is attached to the front face 10 of the donor substrate 1 by direct bonding (see FIG. 5).

상기 접합 경계면은 상기 도면 부호 (4)이다. The junction interface is the reference (4).

상기 접합을 강화하는 처리를 한 후, 도 6에서 보이는 것과 같이 상기 도너 기판 (1)의 잔여부인 (14)가 분리되어 상기 활성층 (13)이 상기 수용 기판 (2)로 이전되고 참조 번호 (5)인 하이브리드 기판이 얻어진다. After the treatment for strengthening the bonding, as shown in Fig. 6, the remaining portion 14 of the donor substrate 1 is separated so that the active layer 13 is transferred to the receiving substrate 2 and the reference number 5 ), A hybrid substrate is obtained.

이제 다양한 단계에 대해 더욱 상세하게 설명한다. The various steps are now described in greater detail.

상기 도너 기판 (1) 및 수용 기판 (2)는 반도체 재료로 구성되거나 그렇지 않을 수 있다. The donor substrate 1 and the receiving substrate 2 may or may not be composed of a semiconductor material.

일반적으로, 상기 도너 기판 (1)을 구성하는 재료는, 원자 및/또는 이온 종을 주입함으로써, 열적 어닐링 단계 전에 공동(cavities)의 밀집된 분포를 만들 수 있는 결정질 재료에서 선택되어질 수 있다. In general, the material constituting the donor substrate 1 can be selected from crystalline materials that can create a dense distribution of cavities before the thermal annealing step by implanting atoms and / or ionic species.

예를 들어, 상기 도너 기판 (1)을 구성하는 상기 재료는 실리콘(Si), (110) 실리콘, (100) 실리콘, 실리콘-게르마늄(SiGe), 게르마늄(Ge), 실리콘 카바이드(SiC, silicon carbide) 및 갈륨 나이트라이드(GaN, gallium nitride)에서 선택될 수 있다. For example, the material constituting the donor substrate 1 may be silicon (Si), (110) silicon, (100) silicon, silicon-germanium (SiGe), germanium (Ge), silicon carbide (SiC, silicon carbide). ) And gallium nitride (GaN).

상기 수용 기판 (2)는 결정질 또는 비결정질 재료, 예를 들어, 실리콘(Si), (110) 실리콘, (100) 실리콘 또는 실리콘 카바이드(SiC, Silicon carbide)로 구성되는데, 바람직하게는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 카바이드 뿐만 아니라 다결정 실리콘인 것이다. 이것은 반도체이거나 절연재료일 수 있다. The receiving substrate 2 is composed of a crystalline or amorphous material, for example, silicon (Si), (110) silicon, (100) silicon or silicon carbide (SiC), preferably monocrystalline silicon or polycrystalline Silicon carbide as well as polycrystalline silicon. It may be a semiconductor or an insulating material.

본 발명의 두 가지 특별한 적용은 도너 기판 (1) 및 수용 기판 (2)가 모두 실리콘, 바람직하게는 단결정 실리콘으로 만들어지고 다른 결정 방위(예를 들어 (100), (110) 또는 (111))로 된 DSB-타입 기판, 또는 도너 기판 (1)이 실리콘(바람직하게는 단결정 실리콘)으로 만들어지고 수용 기판 (2)는 다결정 실리콘 카바이드인 SopSiC 타입 기판으로 형성되는 것을 포함한다. Two particular applications of the invention are that the donor substrate 1 and the receiving substrate 2 are both made of silicon, preferably monocrystalline silicon, and have different crystal orientations (e.g. (100), (110) or (111)). DSB-type substrate, or donor substrate 1, is made of silicon (preferably single crystal silicon) and the receiving substrate 2 is formed of SopSiC type substrate which is polycrystalline silicon carbide.

상기 도너 기판 및 상기 수용 기판은 또한 다층 기판(myltilayer substrates)일 수 있다. 그러나 이 경우에, 상기 기판 (1 및 2)의 앞면 (10 및 20)을 구성하는 상기 재료의 층이 앞서 언급한 내용(specification)을 충족할 필요가 있다.The donor substrate and the receiving substrate may also be multilayer substrates. In this case, however, the layer of material constituting the fronts 10 and 20 of the substrates 1 and 2 needs to meet the aforementioned specifications.

상기 원자 및/또는 이온 종의 주입 단계는, 도 4에 도시된 사전 접합 준비 열처리 동안, 상기 도너 기판 (1)에서 상기 종들에 의해 야기되는 결함이 상기 도너 기판의 잔여부 (14)가 후속적으로 분리되게 하나(도 6 참조) 도 5에 도시된 후속적인 접합을 방지하거나 또는 접합될 상기 앞면 (10)을 변형하기에 충분하지 않을 정도로 주입 종류, 주입량 및 주입에너지를 선택함으로써 수행된다. The step of implanting the atom and / or ionic species is such that, during the pre-bonding pretreatment heat treatment shown in FIG. It is carried out by selecting the type of injection, the amount of injection and the energy of injection so as not to be sufficient to prevent the subsequent bonding shown in FIG. 5 or to deform the front surface 10 to be bonded (see FIG. 6).

주입될 수 있는 상기 원자 및/또는 이온 종의 예로는 수소(H), 헬륨(He), 불소(F), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe)인 것이다. Examples of the atom and / or ionic species that can be implanted are hydrogen (H), helium (He), fluorine (F), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr) and xenon (Xe). .

이러한 종류들은 특히 실리콘 기판 (1)에 주입에 적절하다.These kinds are particularly suitable for implantation into the silicon substrate 1.

상기 종들, 이들의 양 및 이들의 주입 에너지의 선택은 상기 재료를, 표준방식에 의해 주입하는, 어닐링할때 전형적으로 발행되는 표면 버블링 현상을 피하기 위해 만들어진다. The selection of the species, their amounts and their implantation energies is made to avoid surface bubbling phenomena that typically occur when annealing, injecting the material in a standard manner.

이것은 또한 일반적으로 공동주입오퍼레이션(co-implantation operation), 즉, 기판의 표면을 다른 종들로 연속적으로 포격하는 것이 가능하다. 예를 들어, 먼저 헬륨을 주입하고 이어서 H+이온을 주입하는 것이다. It is also generally possible to co-implantation operations, ie continuously bombard the surface of the substrate with other species. For example, helium is first implanted followed by H + ions.

이와 마찬가지로, 상기 종의 특성, 이들의 양 및 이의 주입 에너지는 상기 주입되는 종의 버블링이 제한되는 방법으로 선택된다. Likewise, the properties of the species, their amounts and their implantation energy are selected in such a way that the bubbling of the species to be injected is limited.

따라서, 단순한 주입 또는 공동주입인지는 상기 종류의 주입 에너지와 양이 20 내지 500 keV 이고, 1x1014 at/cm2 내지 1x1017 at/cm2 인 것이다. 일예로, 헬륨 원자는 5x1016 내지 1x1017 at/cm2 범위의 양이 대략 30 내지 200keV인 에너지로 기판에 주입된다. 아르곤 원자의 경우에, 적용되는 에너지는 약 200 내지 500keV이고, 주입 량은 약 1 x 1016 내지 5 x 1016 at/cm2인 것이다. Thus, a simple injection or co-injection is one with an injection energy and amount of 20 to 500 keV, 1 × 10 14 at / cm 2 to 1 × 10 17 at / cm 2 . In one example, helium atoms are implanted into the substrate at an energy ranging from about 30 to 200 keV in an amount ranging from 5x10 16 to 1x10 17 at / cm 2 . In the case of argon atoms, the applied energy is about 200 to 500 keV and the dosage is about 1 x 10 16 to 5 x 10 16 at / cm 2 .

공동 주입의 경우에, 예를 들어, 수소가 불소와 공동주입이 가능하고, 헬륨과 수소가 공동주입이 가능하다.In the case of co-injection, for example, hydrogen can be co-injected with fluorine and helium and hydrogen can be co-injected.

수소/불소 공동 주입의 경우, 상기 수소는 20 내지 50 keV의 에너지로, 1x1015 내지 5x1016 H+/cm2의 양이 주입되는 반면, 상기 불소는 약 150 내지 200 keV의 에너지로, 1x1014 내지 1x1016 F+/cm2로 주입된다. In the case of hydrogen / fluorine co-injection, the hydrogen is injected with an energy of 20-50 keV, in an amount of 1 × 10 15 -5 × 10 16 H + / cm 2 , while the fluorine is with an energy of about 150-200 keV, 1 × 10 14 To 1 × 10 16 F + / cm 2 .

수소/헬륨 공동 주입의 경우, 상기 헬륨은 70 내지 90 keV의 에너지로, 1x1016 내지 6x1016 He+/cm2로 주입되는 반면, 상기 수소는 약 70 내지 90 keV의 에너지로, 1x1015 내지 6x1015 H+/cm2로 주입된다. For hydrogen / helium co-injection, the helium is injected at 1 × 10 16 to 6 × 10 16 He + / cm 2 with energy of 70 to 90 keV, while the hydrogen is at energy of about 70 to 90 keV, 1 × 10 15 to 6 × 10 Injected at 15 H + / cm 2 .

상기 주입에 있어서, 상기 독자(reader)는 Smart CutTM 공정에 대한 문헌을 참조할 수 있다. In the injection, the reader can refer to the literature on the Smart Cut process.

바람직하게는 도 2에서 보이는 것과 같이 상기 주입은 앞면 (10)을 통해서 수행된다. Preferably the injection is carried out through the front side 10 as shown in FIG. 2.

또한 바람직하게는, 상기 모든 주입은 희생 산화층(sacrificial oxide layer)(3)을 통해서 수행된다. 이 산화물(3)은 열적으로 형성되거나(예를 들어 실리콘 기판의 경우 SiO2에서), 대기압에서 화학적 증착(chemical vapor deposition, CVD) 또는 저압력 화학적 증착(LPCVD)와 같이 당업자에게 공지된 증착 기술에 의한 증착으로 형성된다. 이러한 기술들은 아래에 상세하게 기재하지 않았다.Also preferably, all the implantation is carried out through a sacrificial oxide layer 3. This oxide 3 is formed thermally (for example in SiO 2 for a silicon substrate), or a deposition technique known to those skilled in the art, such as chemical vapor deposition (CVD) or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) at atmospheric pressure. It is formed by vapor deposition by. These techniques are not described in detail below.

상기 산화물(oxide) (3)은 또한 천연 산화물(oxide)인 것이다. The oxide (3) is also a natural oxide.

상기 희생 산화물 (3)은 주입 이후에 상기 기판 (1)을 희석된 수산화 불소산(HF) 용액에 담그거나 수산화불소산 증기의 분위기 하에 둠으로써 제거시킨다.The sacrificial oxide (3) is removed by immersing the substrate (1) in dilute dilute hydrofluoric acid (HF) solution or by placing it under an atmosphere of hydrofluoric acid vapor after implantation.

상기 희생 산화막의 제거는 먼지(particles)에 의한 오염으로부터 상기 앞면 (10)을 보호하기 위해 RCA 타입의 세정 작용(cleaning operation)에 의하는 것이 바람직하다. 소위 RCA-세정(clean)이라고 불리는 화학조(chemical bath)를 이용하는 처리는 앞면 (10)을 다음과 같은 연속적 단계를 포함한다.The removal of the sacrificial oxide film is preferably by a cleaning operation of RCA type in order to protect the front face 10 from contamination by particles. Treatment with a so-called RCA-clean chemical bath involves the following successive steps of the front side 10.

- 수산화암모늄(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합물로 구성된 SC1(표준 세정 1)로 알려진 용액의 제1 조(bath).A bath of a solution known as SC1 (Standard Wash 1) consisting of a mixture of ammonium hydroxide (NH 4 OH), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and deionized water.

- 염산(HCl), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합물을 포함하는 SC2(표준 세정 2)으로 알려진 제2 조(bath).A bath known as SC2 (Standard Wash 2) comprising a mixture of hydrochloric acid (HCl), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and deionized water.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 사전 접합 준비 처리는 접합될 (10) 또는 (20)의 적어도 1개의 면을 산소가 포함되지 않은 수소 및/또는 아르곤가스 분위기 하에서 약 800℃ 내지 1200℃에서 열처리 하는 것을 포함한다. As can be seen in FIG. 4, the pre-bonding preparation process is carried out at least about one side of (10) or (20) to be bonded at about 800 ° C to 1200 ° C under hydrogen and / or argon gas atmosphere without oxygen. Heat treatment.

따라서, 상기 가스상 분위기는 수소만으로 또는 아르곤 만으로 또는 상기 두 가스의 혼합물, 또는 산소를 제외한 다른 가스와 결합된 이들 중 하나 또는 이 둘, 을 포함하도록 선택되어진다. 상기 처리의 지속 시간은 적어도 30초이며 바람직하게는 수분(分)을 초과하지 않는다. Thus, the gaseous atmosphere is selected to include only one of hydrogen or only argon or a mixture of the two gases, or one or both of these in combination with other gases except oxygen. The duration of the treatment is at least 30 seconds and preferably does not exceed a few minutes.

상기 수소 및/또는 아르곤의 효과는 표면에 존재할 수 있는 천연의 산화물을 처리를 통해 제거하고, 수소 가스를 사용하여 이러한 표면에 보호막을 형성하고 또한 표면 거침이 매우 낮도록 하는 것이다.The effect of the hydrogen and / or argon is to remove through the treatment the natural oxides that may be present on the surface, to form a protective film on this surface using hydrogen gas and to make the surface roughness very low.

또한, 이 사전 접합 준비 처리는 상기 처리된 표면이 소수성이 되도록 하는 영향을 갖는다. 상기 영향은 80°의 값으로 물방울의 접촉각을 측정함으로써 시연되었다. 이 값은 "HF-last" 타입의 처리 후 수득된 값인 전형적인 70°에 비해 높았다(Y. Backlund, Karin Hermasson 및 L.Smith, "실리콘 표면 소수성에 대한 접합 강도 측정(Bond-strength measurements related to silicon surface hydrophilicity)", J. Electrochem. Soc., Vol.1398, No.8, 1992년, 참조).This prebonding preparation also has the effect of making the treated surface hydrophobic. The effect was demonstrated by measuring the contact angle of water droplets to a value of 80 °. This value was higher compared to the typical 70 ° obtained after treatment of the "HF-last" type (Y. Backlund, Karin Hermasson and L. Smith, "Bond-strength measurements related to silicon surface hydrophilicity), "J. Electrochem. Soc., Vol. 1398, No. 8, 1992,).

이 처리의 장점은 처리된 표면 위에서 아무 종류도 흡수되지 않는다는 것이다. 수소 원자는 매우 작기때문에, 이것이 탈리되면(desorbs), 마주보는 앞면 (10 및 20) 사이에 공유 결합을 형성하기 위해 그 경계면 사이에 모여 남아있지 않지만, 기체의 탈리로 인한 흠결을 생성하지 않고 상기 재료내로 제거된다. The advantage of this treatment is that no species is absorbed on the treated surface. Since the hydrogen atoms are so small that they desorbs, they do not remain between their boundaries to form covalent bonds between the opposing fronts 10 and 20, but do not create defects due to the desorption of gas. Removed into the material.

또한 이 처리는 건조타입이며, 예를 들어 상기에서 언급한 HF-last 처리와는 다르다. 따라서, 건조가 필요없기 때문에 이를 수행하는 것이 더욱 간단하다.This treatment is also of a dry type and differs from, for example, the HF-last treatment mentioned above. Therefore, it is simpler to perform this since there is no need for drying.

최종적으로, 이 사전 접합 준비 처리는 예를 들어 He+ 이온과 같은 주입된 이온이 형성하고 확장한 마이크로공동에서 잡혀지고 안정화되는 효과가 있다. 이것은 마이크로공동의 합체 및 상기 영역(zone)으로 주입된 재료가 취화(embrittlement)된다. 그러나, 상기 주입 조건은 상기 합체(coalescence) 현상으로 인해 잔여부 (14)로부터 층 (13)이 분리되지 않도록 하는 방법으로 선택된다. Finally, this pre-bonding pretreatment has the effect that the implanted ions, for example He + ions, are trapped and stabilized in the formed and expanded microcavities. It is embrittlement of the microcavity coalescing and the material injected into the zone. However, the injection conditions are chosen in such a way that the layer 13 is not separated from the residue 14 due to the coalescence phenomenon.

상기 사전 접합 준비 처리는, 대기가 조절되는, 예를 들어 단일 웨이퍼RTP(고속 열처리, rapid thermal process) 고온 어닐링용 챔버에서 수행될 수 있다. 또한 상기 기판이 배치(batches)에서 처리된다면 기존의 로(furnace)를 사용할 수 있다.The pre-bonding preparation process can be performed in a chamber for which the atmosphere is controlled, for example a single wafer RTP (rapid thermal process) high temperature annealing. It is also possible to use existing furnaces if the substrates are processed in batches.

앞서 언급된 처리 이후, 상기 앞면 (10 및 20)을 서로 매우 신속하게 접합하여 주변 대기에 의한 오염의 위험을 최소화해야 한다. 이 접합 단계는 도 5에 나타내었다. 또한, 편리하게도, 처리된 기판을 비활성 기체, 통상 아르곤 또는 질소,만을 포함하는 제어된 대기를 갖는 챔버에서 보관할 수 있다.이러한 처리는 보류 시간(hold time), 즉, 도너 기판 (1) 및 수용 기판 (2)가 서로 접합되는 시간을 늘릴 수 있다.After the treatment mentioned above, the front faces 10 and 20 must be bonded to each other very quickly to minimize the risk of contamination by the surrounding atmosphere. This bonding step is shown in FIG. 5. It is also convenient to store the treated substrate in a chamber with a controlled atmosphere containing only inert gas, usually argon or nitrogen. Such treatment can be held time, i.e., donor substrate 1 and receiving. The time for which the substrates 2 are bonded to each other can be increased.

또한, 사전 접합 준비 처리가 되는 상기 표면이 앞서 언급한 HF-last 처리에 의한 표면 처리보다 훨씬 덜 반응적이다. 이것은 이들 표면이 입자들로 오염되는 것을 줄인다. 따라서 간단하게 산업화할 수 있다.In addition, the surface subjected to the pre-bonding preparation is much less reactive than the surface treatment by the HF-last treatment mentioned above. This reduces the contamination of these surfaces with particles. Therefore, it can be industrialized simply.

도 5에 보이는 바와 같이, 상기 직접 접합 단계는 도너 기판 (1) 및 수용 기판 (2)의 각각의 앞면인 (10 및 20)이 서로 가깝게 접촉, 즉 분자 접착에 의해서 접합된다. As shown in Fig. 5, in the direct bonding step, each of the front surfaces 10 and 20 of the donor substrate 1 and the receiving substrate 2 are bonded to each other in close contact, that is, by molecular adhesion.

상기 접합 단계후에는 상기 접합을 강하게 하는 처리, 즉, 장시간 열 처리의 형태로 수행되는 처리를 하여 적어도 두시간 동안 1100℃ 또는 그 이상의 고온에서 열처리한다.After the bonding step, a treatment for strengthening the bonding, that is, a treatment performed in the form of a long heat treatment is performed, and the heat treatment is performed at a high temperature of 1100 ° C. or more for at least two hours.

도 6에서 볼 수 있듯이, 상기 도너 기판 (1)을 상기 잔여부(14)로부터 분리한다. 상기와 같이 분리는 순전히 기계적인 힘에 의한다. 순전히 기계적인 힘으로 분리시킨다는 것은 예를 들면 칼과 같은 도구를 사용해서 기계적인 작용에 의해 연약대 (12)를 따라 기판의 한 면으로 부터 분리시키거나, 이 지점에서 물이나 공기 분사를 적용하는 것이다. 이러한 유형에 의해 순전히 기계적인 분리가 수행되는 동안 상기 분리를 용이하게 하기 위해 상기 구조를 회전시킬 수 있다.As can be seen in FIG. 6, the donor substrate 1 is separated from the remainder 14. As above, separation is purely by mechanical force. Separation by purely mechanical force is, for example, using a tool such as a knife to separate from one side of the substrate along the soft stand 12 by mechanical action, or to apply water or air jet at this point. . This type allows the structure to be rotated to facilitate the separation while purely mechanical separation is performed.

도 1 내지 6은 본 발명에 따른 제조 방법의 연속적인 단계를 도시한 것이다.1 to 6 show the successive steps of the manufacturing method according to the invention.

하기와 같이 본 발명에 대한 두 가지 실시예가 제공된다. Two examples of the present invention are provided as follows.

실시예 1Example 1

실리콘 옥사이드(SiO2)층으로 덮혀져 있는 (110) Si 실리콘 기판에 헬륨 이온(He+)을 주입 에너지 50keV로 하여 1 x 1017 He+/cm2보다 약간 적게 주입하였다.Helium ions (He + ) were implanted into the (110) Si silicon substrate covered with a silicon oxide (SiO 2 ) layer with a implantation energy of 50 keV, slightly less than 1 x 10 17 He + / cm 2 .

다음으로, 형성된 실리콘 옥사이드(SiO2)를 불소화 수소산(HF) 용액으로 처리하고 RCA-세정 타입의 세정을 하여 제거하였다.Next, the formed silicon oxide (SiO 2 ) was treated with hydrofluoric acid (HF) solution and removed by washing with RCA-clean type.

실리콘으로 이루어져 있을 뿐만 아니라 결정성 방위를 갖는 상기 실리콘 도 너 기판 및 수용 기판을 수소와 아르곤을 포함한 가스 분위기 하에서 약 4분동안 1050℃로 사전 접합 준비 처리를 하였다. The silicon donor substrate and the receiving substrate not only made of silicon but also having a crystalline orientation were subjected to pre-bonding preparation at 1050 ° C. for about 4 minutes under a gas atmosphere containing hydrogen and argon.

상기 기판 (1 및 2)를 각각의 앞면이 서로 마주보도록 접합하고 2시간 동안 1100℃로 열처리하여 강하게 접합하도록 하였다.The substrates 1 and 2 were bonded to each other so that their front surfaces faced each other, and heat-treated at 1100 ° C. for 2 hours to bond them strongly.

최종적으로 상기 도너 기판을 나머지로부터, 순전히 물리적인 힘만으로 칼을 삽입하여 분리시켰다.Finally, the donor substrate was separated from the rest by inserting a knife with purely physical force.

상기 실리콘/실리콘DSB 타입의 기판을 얻을 수 있었다.The silicon / silicon DSB type substrate was obtained.

따라서, 이 생산품은 향후 부품의 생산에 필요한 고품질의 접합면을 가지고 있다.Therefore, this product has a high quality joint surface for future production of parts.

실시예 2Example 2

실리콘 옥사이드(SiO2)층으로 덮힌 (100) Si 실리콘 기판에 수소/불소 공동주입을 시켰다. 상기 불소는 약 1x1015 F+/cm2 로 주입되었다. 주입 에너지는 180keV이다. 수소의 경우에는 4×1016 H+/cm2로 주입되었으며 주입 에너지는 30keV이다.Hydrogen / fluorine co-injection was performed on a (100) Si silicon substrate covered with a silicon oxide (SiO 2 ) layer. The fluorine was injected at about 1 × 10 15 F + / cm 2 . The injection energy is 180 keV. In the case of hydrogen, 4 x 10 16 H + / cm 2 was injected and the injection energy was 30 keV.

그리고나서, 상기 형성된 실리콘 옥사이드를 불소화 수소산(HF) 용액으로 처리하고 RCA-세정 타입의 세정을 하여 제거하였다.The formed silicon oxide was then treated with hydrofluoric acid (HF) solution and removed by washing with RCA-clean type.

이 실리콘 도너 기판 및 수용 기판은 다결정 실리콘 카바이드(pSiC)로 만들어졌으며 수소를 포함하는 가스 분위기에서 약 5분 동안 800℃에서 이후 사전 전합 준비 처리가 된다. The silicon donor substrate and the receiving substrate are made of polycrystalline silicon carbide (pSiC) and then pre-electrolyte ready at 800 ° C. for about 5 minutes in a gas atmosphere containing hydrogen.

상기 두 기판 (1 및 2)는 각각 그들의 앞면을 통해 서로 접합되고 상기 접합을 강화하기 위해 1000℃에서 3시간동안 열처리 되었다.The two substrates 1 and 2 were each bonded together through their front side and heat treated at 1000 ° C. for 3 hours to strengthen the bonding.

마지막으로, 상기 도너 기판은 액체 제트 분사에 의해 온전히 물리적으로 상기 나머지로부터 분리되었다.Finally, the donor substrate was completely physically separated from the rest by liquid jet injection.

따라서 상기 SopSiC (silicon-on-polycrystalline silicon carbide) 기판 유형은 상당한 고품질의 접합 경계면을 얻을 수 있다. Thus, the silicon-on-polycrystalline silicon carbide (SopSiC) substrate type can achieve significant high quality junction interfaces.

Claims (8)

도너 기판이라고 불리는 결정질 기판에서 유래된 활성층이라고 불리는 재료의 층을 포함하는, 서로 접합될 결정질 재료의 두 층을 포함하는 하이브리드 기판을 제조하는 방법으로, 상기 방법은 A method of making a hybrid substrate comprising two layers of crystalline material to be bonded together, comprising a layer of material called an active layer derived from a crystalline substrate called a donor substrate, 상기 도너 기판의 활성층과 잔여부 사이에 경계를 형성하는 연약대 (12)를 형성하기 위해 적어도 원자 및/또는 이온 종의 하나의 범주를 상기 도너 기판에 주입시키는 단계; Implanting at least one category of atomic and / or ionic species into the donor substrate to form a fragile zone 12 defining a boundary between the active layer and the remainder of the donor substrate; 상기 도너 기판의 앞면이라고 불리는 면들 중 하나 및 수용 기판이라고 불리는 결정질 기판의 앞면 이라고 불리는 면들 중 하나를, 상기 앞면을 소수성화 시키기 위하여, 수소 및/또는 아르곤을 포함한 가스상 분위기 하에서 적어도 30초 동안 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 소위 사전 접합 준비 열처리 라고 불리는 열처리를 하는 단계;800 ° C. for at least 30 seconds under a gaseous atmosphere containing hydrogen and / or argon to hydrophobize the front surface of one of the surfaces called the front surface of the donor substrate and the front surface of the crystalline substrate called the receiving substrate. Performing a so-called pre-bonding heat treatment at a temperature of from 1200 to 1200 ° C .; 상기 앞면들을 서로 직접 접합시키는 단계;Joining the front faces directly together; 두 기판들을 그들 사이가 강하게 접착되는 조건하에서 열처리하는 단계; 및Heat treating the two substrates under conditions that strongly adhere therebetween; And 순전히 물리적인 힘으로 상기 잔여부를 연약대를 따라 분리시키는 단계;Separating the remainder along the fragile zone with purely physical force; 인 연속적인 단계를 포함하여 이루어지며, Consists of successive steps, 상기 종들에 의해서 야기되는 결함이 상기 도너 기판의 잔여부가 후속적으로 분리되도록 하나 사전 접합 준비 열처리 동안 후속적인 접합을 방지하거나 또는 상기 도너 기판의 앞면을 변형하기에 충분할 정도로 발달되지 않도록 상기 원자 및/ 또는 이온 종의 특성, 주입량 및 주입 에너지를 선택하는 것인 하이브리드 기판을 제조하는 방법.The defects caused by the species are such that the remainder of the donor substrate is subsequently separated but not developed sufficiently to prevent subsequent bonding during pre-bonding heat treatment or to modify the front side of the donor substrate. Or selecting the characteristics, implantation amount and implantation energy of the ionic species. 제1항에 있어서, 상기 사전 접합 준비 처리는 아르곤만을 포함한 가스상 분위기에서 수행되는 것인, 하이브리드 기판의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the pre-bonding preparation process is performed in a gaseous atmosphere containing only argon. 제1항에 있어서, 상기 사전 접합 준비 처리는 수소만을 포함한 가스상 분위기에서 수행되는 것인, 하이브리드 기판의 제조 방법.The method of manufacturing a hybrid substrate according to claim 1, wherein the pre-bonding preparation process is performed in a gaseous atmosphere containing only hydrogen. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 접합 준비 처리는 고속 열처리(Rapid Thermal Annealing, RTP) 로(furnace)에서 수행되는 것인, 하이브리드 기판의 제조방법.The method of manufacturing a hybrid substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the pre-bonding preparation is performed in a rapid thermal annealing (RTP) furnace. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 두 기판의 접합을 강화하기 위한 상기 가열 처리는 1100℃ 또는 그 이상에서 2시간 이상 동안 이루어지는 장시간 가열 처리에 의해 수행되는 것인, 하이 브리드 기판의 제조방법.Wherein the heat treatment for strengthening the bonding of the two substrates is performed by a long time heat treatment performed at 1100 ° C. or more for 2 hours or more. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연약대(weakened zone)를 형성하기 위해 주입되는 상기 종은 수소, 헬륨, 불소, 네온, 아르곤, 크립톤 및 크세논 중에서 선택되는 것인, 하이브리드 기판의 제조방법.6. The hybrid substrate of claim 1, wherein the species implanted to form the weakened zone is selected from hydrogen, helium, fluorine, neon, argon, krypton and xenon. 7. Manufacturing method. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 도너 기판의 상기 활성층은 실리콘, (110) 실리콘, (100) 실리콘, 실리콘-게르마늄, 게르마늄, 실리콘 카바이드 규소 및 칼륨 나이트라이드 중에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 하이브리드 기판의 제조방법.And the active layer of the donor substrate comprises a material selected from silicon, (110) silicon, (100) silicon, silicon-germanium, germanium, silicon carbide silicon, and potassium nitride. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 수용 기판은 적어도 부분적으로 실리콘, (110) 실리콘, (100) 실리콘 및 실리콘 카바이드 중에서 선택된 물질로 구성된 것인, 하이브리드 기판의 제조방법.And the receiving substrate is at least partially composed of a material selected from silicon, (110) silicon, (100) silicon and silicon carbide.
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