KR20110052651A - 기판에 다수 개의 주입을 만드는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판에 원자 및/또는 이온들을 주입하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 a) 상기 기판의 제 1 깊이에서 이온 및 원자의 제 1 주입을 행하여, 제 1 주입 영역 (zone)을 형성하는 단계, b) 상기 제 1 깊이와 상이한, 상기 기판의 제 2 깊이에서 이온 및 원자의 적어도 하나의 제 2 주입을 행하여, 적어도 하나의 제 2 주입 영역을 형성하며, 상기 제 2 주입 면 (plane)은 제 1 주입 영역과 동시에 생산되는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 특히 SOI 타입의 반도체 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
이와 같은 방법들은 이미 공지되어 있으나, 운송 단계, 특히 "스마트 컷 (Smart CutTM )" 기술에 사용되는 시퀀스를 유지하면서, 동시에 여러 개의 기판이 생산되는 것은 불가능하다.
WO 99/35674는 메짐성 (embrittlement) 영역 형성의 관점에서 연속적으로 주입이 행해지는 기술을 기술하고 있다.
보다 일반적으로 말해서, 단일 기판, 예컨대 상이한 깊이를 갖는 반도체 물질로 구성된 기판에, 수개의 주입 영역을 생성하는 문제가 이 동일한 기판으로부터 다수의 이동을 수행하는 관점에서 발생한다,
본 발명은 이 문제를 특히, 단일 기판의 다양한 층의 연속적 이동 수행의 관점에서 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 먼저 기판에 원자 및/또는 이온들을 주입하는 방법과 관련된다. 상기 방법은
a) 상기 기판의 제 1 깊이에서 이온 및 원자의 제 1 주입을 행하여, 제 1 주입 영역 (zone)을 형성하는 단계,
b) 상기 제 1 깊이와 상이한, 상기 기판의 제 2 깊이에서 이온 및 원자의 적어도 하나의 제 2 주입을 행하여, 적어도 하나의 제 2 주입 영역을 형성하며, 상기 제 2 주입 면 (plane)은 제 1 주입 영역과 동시에 생산되는 단계를 포함한다.
본 발명은 나아가 기판의 적어도 하나의 층을 적어도 하나의 제 1 수신 (receiving) 기판 상으로 이동시키는 방법과 관련된다. 상기 방법은
a') 청구항 제 1항에 따른 기판에 원자 및/또는 이온들을 주입하는 방법에 의해, 적어도 2개의 주입 영역을 갖는 주입된 기판을 형성하는 단계,
b') 상기 주입된 기판과 상기 제 1 수신 기판을 결합하는 단계,
c') 주입 영역들 중의 하나를 따라 주입된 기판을 분열 (cleave)하는 단계를 포함한다.
상기 분열 단계 c')는 상기 제 1 수신 기판과 관련하여, 적어도 하나의 주입 영역을 포함하는, 상기 주입된 기판의 부분을 자유롭게 (free) 남겨둔다. 환언하면, 적어도 하나의 주입 면 또는 영역을 포함하는 주입된 기판의 부분이 상기 제 1 수신 기판으로부터 분리된다.
상기 방법은 자유롭게 남아 있는 (또는 분리되어 있는), 상기 주입된 기판의 부분을 제 2 수신 기판 상으로 이동시키는 단계를 더 포함한다.
상기 방법은 자유롭게 남아 있는, 상기 주입된 기판의 부분을 상기 기판의 상기 주입 영역 중의 하나를 따라 분열 (cleavage)하는 것을 더 포함한다.
상기 방법은 단계 c') 전 또는 후에, 상기 제 1 수신 기판과 결합 되어있는 상기 주입된 기판을 제 2 수신 기판과 결합하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법에서는, 분열 단계 c')는 적어도 하나의 주입 영역을 포함하는 상기 주입된 기판의 부분을 제 1 수신 기판상에 둔다.
상기 방법에서는, 복수의 수신 기판 상으로 이동시킴으로써, 그 안에 복수의 메짐성 (embrittlement) 면이 만들어져 있는, 단일 기판으로부터 복수의 SOI 기판들이 생산된다.
분열 또는 균열 단계 c')는 n (n>l)개의 주입 면 또는 영역을 포함하는 상기 수신 기판의 부분을 상기 제 1 수신 기판 상에 둔다. 이 단계 c')후에, 주입된 기판의 n개의 결합이 n개의 수신 기판과 연속적으로 이루어질 수 있다. 각 결합 후에는 상기 분열 면 또는 주입된 기판에 남겨진 영역 중 하나에 따른 분열이 이루어져서, 이 주입된 기판의 일부가 상기 기판 중의 하나로 이동될 수 있다.
본 발명은 기판으로부터의 적어도 2개의 층을 적어도 제 1 수신 기판 및 제 2 수신 기판으로 이동시키는 방법에 관련된다. 상기 방법은
A. 상기 기판에 원자 및/또는 이온을 주입하는 단계로서,
a) 상기 기판의 제 1 깊이에서 이온 및 원자의 제 1 주입을 행하여, 제 1 주입 영역을 형성하는 단계,
b) 상기 제 1 깊이와 상이한, 상기 기판의 제 2 깊이에서 이온 및 원자의 적어도 하나의 제 2 주입을 행하여 적어도 하나의 제 2 주입 영역을 형성하며, 상기 제 1 및 제 2 주입 영역은 상기 기판의 동일 면에 걸친 주입에 의해 형성되는 단계를 포함하며,
이에 의해 적어도 2개의 주입 영역을 갖는 주입된 기판을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 주입 단계,
B. 상기 주입된 기판과 제 1 수신 기판을 결합하는 단계로서, 이 단계 후에 상기 주입된 기판을 분열하는 단계가 이어지며, 이 분열은 주입 영역들 중의 하나를 따라 수행되고, 이 분열은 상기 제 1 수신 기판과 관련하여, 적어도 하나의 주입 영역을 더 포함하는 상기 주입된 기판의 부분을 자유롭게 (free) 남겨두는 상기 결합 단계, 및
C. 적어도 하나의 주입 영역을 포함하는, 상기 주입된 기판의 부분과 제 2 수신 기판을 결합하는 단계로서, 이 단계 후에 상기 주입된 기판의 상기 제 1 부분의 주입 영역을 따라 분열이 이루어지는, 상기 결합 단계를 포함한다.
단계 C 는 상기 제 2 수신 기판과 관련하여, 적어도 하나의 주입 영역을 더 포함하는 상기 주입된 기판의 제 2 부분을 자유롭게 남겨두며, 단계 C 후에는, D. 적어도 하나의 주입 영역을 더 포함하는, 상기 제 제 2 부분을 제 3 수신 기판과 결합하는 단계가 뒤따르고, 이후에 상기 주입된 기판의 이 제 2 부분의 주입 영역 을 따른 분열이 뒤따른다.
본 발명의 방법에 따라 얻어지는 예시적 구조는 전술한 준비 대안들을 모두 갖는, SiO2/Si 구조 또는 단순히 Si 구조이다.
본 방법에서는 하나 이상의 복수의 수신 기판 상으로 이동시킴으로써, 그 안에 복수의 메짐성 (embrittlement) 면이 만들어져 있는, 단일 기판으로부터 복수의 SOI 기판들이 생산된다.
본 발명에서 문제되는 특징과 무관하게, 다수의 분열 면 또는 분열 영역들이 동시에 또는 연속적으로 기판의 물질 내에 생산된다. 상기 2개의 주입 면 또는 주입 영역들은 이 기판의 단일 면에 걸쳐서 수행된다.
상기 제 1 주입은 제 1 질량을 갖는 제 1 타입 이온의 주입이며, 적어도 하나의 제 2 주입은 상기 제 1 과 상이한 제 2 질량을 갖는 제 2 타입의 주입이다.
상기 제 1 주입은 H+ 이온의 주입이며, 상기 제 2 주입은 H2 + 이온의 주입이다.
이 2가지 유형의 이온들은
- 하나의 이온 주입 장치에서 이중 질량 소팅에 의해. 또는
- 이 소스의 질량 소팅 없이 얻어지며; 이를 위해, 종들의 질량 소팅이 없는단순화된 이온 주입기가 사용되는 것이 바람직하다. 이 경우, 플라즈마에 존재하는 모든 종들이 동시에 주입될 것이다.
한 대안에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 주입들이 각각 이온들의 주입일 수 있다. 상기 제 1 타입의 이온들은 주입 장치의 제 1 출력 에너지로 주입되며, 상기 제 2 타입의 이온들은 동일한 주입 장치의 제 2 출력 에너지로 주입된다.
다른 대안에 따르면, 상기 제 1 주입은 원자의 주입이며, 상기 제 2 주입은 이온의 주입이다. 상기 원자들은 주입 장치의 제 1 출력 에너지로 주입되며, 상기 이온들은 동일한 주입 장치의 제 2 출력 에너지로 주입된다.
상기 제 2 타입 이온들의 충전 상태와 상이한, 상기 제 1 타입 이온들의 제 1 충전 상태는 상기 제 1 타입 이온들이 상기 제 2 타입의 이온들과 다른 깊이에서 주입되는 것을 가능하게 한다.
상기 원자들은 이온 빔의 제 1 부분을 중성화 (neutralize)함으로써 얻어지며, 따라서 제 1 주입 에너지를 받아들이며, 상기 이온 빔의 제 2 부분은 상기 빔의 상기 제 1 부분과 관련하여 가속 또는 감속되어, 상기 제 1 주입 에너지와 상이한 주입 에너지를 갖는다.
보다 일반적으로 말해서, 빔 중성화 현상 (또는 에너지 오염 (energy contamination) 현상)이 2개의 다른 깊이에 종들을 동시에 주입하기 위해 사용될 수 있다. 이 현상은 벤딩 자석과 가속 기둥 사이의 빔 부분의 중성화 때문이다. 중성화 된 부분은 가속 (또는 감속)되지 않을 것이다. 가속 기둥 이전에, 빔의 중성과 부분을 제어함으로써, 2개의 주입을 동시에 행하는 것이 가능한데, 제 1은 추출 에너지에 상응하는 깊이에서, 제 2는 추출 및 가속 에너지의 합에 상응하는 깊이에서 이루어진다. 중성화된 빔 비율을 다양한 방법으로 제어된다: 진공 품질의 제어에 의하고/의하거나 개스를 도입하고/하거나 전자 빔을 수단으로 중성화에 의해.
전술한 실시예들에 무관하게, 상기 2개의 원하는 에너지에서 주입되는 성분들의 비는 가속 또는 감속 기둥 (acceleration or deceleration columnn) 이전에 진공의 품질을 제어하거나, 펌프 파워 (pump power)를 조절하거나, 제어된 양의 개스를 도입하거나 아니면 상기 주입 빔에 포함된 종 (specie)의 부분의 빔-충전 중성화 (beam-charge neutralization)을 함으로써 얻어진다.
적용된 실시예들과 무관하게, 상기 방법은 상기 제 1 및 제 2 깊이에서, 단계 a) 및/또는 단계 b)의 이전 및/또는 이후에 추가 이온들을 주입하여, 추가 이온 주입을 행하거나 또는 상기 제 1 또는 제 2 주입과 상이한 이온 종들을 추가하도록 하는 것을 더 포함한다.
도 1은 이중 주입 기판 (double-implantat ion substrate)을 도시하고,
도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 예시적 실시예를 도시하며,
도 3a 및 3b는 제 1층 운반의 관점에서, 본 발명에 따른 방법의 2 단계를 도시하고,
도 4a 및 4b는 제 2층 운반의 관점에서, 본 발명에 따른 방법의 2 단계를 도시하며,
도 5a 및 5b는 제 1층 및 제 2층 운반의 관점에서, 본 발명에 따른 방법의 2 단계를 도시하고,
도 6은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해 구현될 수 있는 장치를 도시한다.
도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 예시적 실시예를 도시하며,
도 3a 및 3b는 제 1층 운반의 관점에서, 본 발명에 따른 방법의 2 단계를 도시하고,
도 4a 및 4b는 제 2층 운반의 관점에서, 본 발명에 따른 방법의 2 단계를 도시하며,
도 5a 및 5b는 제 1층 및 제 2층 운반의 관점에서, 본 발명에 따른 방법의 2 단계를 도시하고,
도 6은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해 구현될 수 있는 장치를 도시한다.
이하에서는 기판 (substrate)이라는 용어가 사용되지만, "웨이퍼 (wafer)"라는 용어가 대신하여 사용될 수도 있다. 본 발명은 도 6에 개략적으로 도시된 이온 빔 주입 장치 (ion beam-implanting device)를 사용하여 구현될 수 있다.
주입기 (implanter)는 보통 이온 소스, 상기 이온이 선택되어 주입될 수 있고 웨이퍼에 원하는 에너지를 가져오게 하는 빔 라인 (beamline), 스캐닝 시스템 및 투여량 (dose) 측정을 갖는 타겟 챔버를 포함하는 장치의 일부이다. 계속해서, 이온 질량 소팅 (mass sorting)이 없는 대안이 설명될 것이다.
보다 자세하게는, 소스-형성 부 (202)가 이온화 챔버로 지칭되는 챔버를 포함한다. 이온화될 종 (species)들이 이 챔버에 개스 형태 (204)로 도입된다. 이하에서는, 수소화된 소스 개스가 예로서 제공될 것이지만, 다른 예들도 가능하다.
소스는 챔버에 도입된 개스의 플라즈마를 생산하기 위한 수단 (206)도 포함한다. 예컨대, 베르나스 (Bernas) 타입 소스의 경우에, 이것은 강한 전류가 흐른 필라멘트 (캐소드)이며, 따라서 이것은 전자 방출을 낳는다. 후자는 개스 원자에 부딪쳐서 개스 원자를 이온화하여 플라즈마를 형성한다.
소스 (202)도 상기 플라즈마를 제한하여 이온화 효과를 증가시키는 자기장을 형성하는 수단을 포함한다.
이온화 챔버의 출력에, 전기장 형성 수단이 제공되는데 (수 kV 오더의), 이 수단은 이온이 추출되는 것을 가능하게 한다.
질량 소팅 (mass sorting)이 그 후에 자기적 수단 (210) (통상 전자석)에 의해 수행되는데, 이것은 이온 빔의 편향을 야기한다. 편향 곡률의 반지름 R은 이온의 성격에 좌우된다:
R = M.V/q.B
여기서 M은 이온 질량이며, V는 이온의 속도이며, q는 이온의 전하이고, B는 적용된 전자기장이다.
이 단계는 입사 빔에 존재하는 이온화된 종 들중의 탁월한 선택성을 보장하며, 단일 이온 질량 및 단일 에너지의 이온화를 가능하게 한다.
따라서, 정제되어, 이온 빔이 주입기의 가속 기둥 (210:acceleration column)을 통과한다. 이에 의해 가속 전압이 생성되며, 이것은 표준 주입기에서 약 170 kV 내지 250 keV에 달할 수 있다.
타겟 (2)에 부딪치기 전에, 이온 빔 (4)은 4극자 렌즈와 같은 포커싱 수단 (212)에 의해 포커싱된다. 참조 번호 213은 편향판을 나타낸다.
매스 소팅이 없는 주입기의 경우, 주입기가 소스, 추출 수단, 및 가속 기둥을 포함한다. 플라즈마에 포함된 모든 이온이 직접 추출되며, 그래서 타겟 (상기 기판)에 부딪친다. 모든 이온들이 동일한 초기 에너지를 갖지만, 이온들의 이온화 정도가 서로 다르기 때문에, 이것들이 상이한 깊이로 주입된다. 모든 경우에, 샘플의 어떤 면 상에서 일정한 주입을 가능하게 하는 스캐닝 수단이 장치에 따라 3개의 상이한 유형일 수 있다: 정전 수단, 기계적 수단 또는 양자가 혼합된 수단.
제 1의 경우, 빔이 빔을 계속 편향시키는 DC 전압의 적용을 받게 되어, 전체 면이 주입되도록 스캔한다.
제 2의 경우 (기계적 스캐닝), 플레이트가 예컨대 드럼에 부가된 것과 같은, 기계적 수단에 의해 회전 및/또는 이행을 위해 움직일 수 있다; 빔은 그 후 고정된 채로 있다.
제 3의 해법은 결합된 운동인데, 이것은 플레이트 상의 정전 스캐닝 빔 운동의 요소를 기계적 수단에, 의해 플레이트 운동의 다른 요소와 연관시킨다. 제 2 및 제 3 해법들은 복수 플레이트 과정을 가능하게 한다는 이점이 있다. 실무에서, 제 1 및 제 3 해법들은 단일 플레이트 프로세싱을 위해 사용된다.
타겟 챔버 (214)는 그 면 중의 하나에 걸쳐 주입될 기판 (2)과 기판-홀더 (도면에 도시되지 않음)가 위치하는 진공 인클로져 (enclosure)이다. 상기 챔버는 패러데이 상자 (Faraday cage)를 포함하며, 이에 의해 수신된 이온의 수에 비례하는, 플레이트 상의 전제 전체 전류 (I)의 측정을 가능하게 하며 주입 량 (D)의 제어를 가능하게 한다:
여기서 q는 기본 전하이며, S는 기판의 주입된 표면이다. 따라서, 주입량은 전류 측정 수단에 의한 전류 측정으로부터 추정될 수 있다.
이온 주입은 원하는 종류의 이온을 갖는 물질을 퍼붓는 것 (bombarding)으로, 이 이온들이 사용되는 장치에 따라, 수 킬로 전자 볼트 (keV)에서 수 메가 전자 볼트 (MeV)까지 변화하는 에너지로 가속된다. 기판 안으로 이온이 뚫고 들어가는 것은 타겟 원자와의 충돌에 의해 에너지를 잃게 되며, 이에 의해 후자를 이동시켜 경로를 따라 결함을 생성한다. 경로의 끝에서, 주입 이온이 매트릭스 사이트 상에서 정지될 것이다 (immobilized) (조직 사이로 (interstitial) 또는 치환성 (substitutional)으로). 따라서, 이온 주입은 이온, 생성된 결함들 기판의 이온에 의해 점유되는 사이트의 분포에 의해 특징 지워진다.
참조번호 216은 가능한 제어된 가스 흡입 또는 자기 수단 (208)이 출력에서, 가속 (210) 또는 감속 기둥을 통과하기 전에 생산되는 빔의 이온을 중화하기 위한 수단을 나타낸다.
이온 주입 기술을 3개의 중요한 이점을 갖는다:
- 물질에 주입된 이온의 부분적인 (localized) 깊이 방향의 분포가 이온 빔의 에너지에 의해 쉽게 제어되고,
- 생산된 이온의 총 량이 샘플 표면상의 충전된 입자의 유입과 관련된 전류에 의해 쉽게 측정될 수 있으며,
- 마지막으로, 물질 내 종의 제한된 용해성 (solubility)을 초과하는 것과, 반드시 확산되지 않아도 되는 종을 도입하는 것이 가능하다.
본 명세서에서, 메짐성 (embrittlement), 분열 (cleavage) 또는 균열 (fracture)라는 표현은 유사한 것으로 간주된다. 본 발명에 따르면, 수개의 메짐성 또는 분열면 (plane) 또는 분열 영역 (또는 메짐성 면 또는 메짐성 영역)이 기판의 수개의 상이한 깊이에서 만들어지는데, 이것은 예컨대 실리콘 또는 Ge 또는 GaN와 같은 반도체 물질, 또는 III-V, III-VI 타입의 반도체 물질로 만들어진다. 기판은 SiO2/Si 타입의 하이브리드 구조일 수도 있다. 이하에서, "메짐성 면" 또는 "분열 면" 또는 "약화된 면"이라는 표현은 유사한 것으로 이해되며, "메짐성 영역 (area)" ("메짐성 구역 (zone)") 또는 "분열 영역" (또는 "분열 구역") 또는 "약화된 영역" (또는 "약화된 구역")을 의미할 수 있다 .
도 1은 기판 (2)의 상이한 깊이들에서 2개의 메짐성 면 (Pl, P2)을 갖는 구조의 예를 도시한다.
복수의 메짐성 면 또는 영역은 단일 주입 단계에 의해, 기판의 다양한 깊이에 동시에 주입함으로써 생산될 수 있다. 대안으로, 2 이상의 연속 주입 단계가 수행되어, 2 이상의 분열 면 또는 영역을 기판의 2 이상의 깊이에서 정의할 수 있다.
실시예와 무관하게, 2 (n>l, 각각) 개의 상이한 깊이에서 (기판의 단일면으로부터 측정된) 2개의 (n>l, 각각) 분열 면의 형성은 단일 기판 (2)으로부터 2 (n, 각각) 개의 층의 이동을 수행하는 것을 가능하게 한다.
본원의 제 1 실시예에 따르면, 플라즈마의 생산과 추출 후에, 동일 에너지의 개스 생성된 이온들이 이중 질량 소팅 시스템에 적용되거나, 낮은 레졸루션 (resolution)을 가지며, 2개의 종이 통과하게 하는 자석이 사용된다. 질량에 의해 소팅되지 않는 것 역시 가능하다.
수소 소스 개스의 경우, 예컨대, 이것은 소팅되어 단일 초기 에너지를 위해 물질에 주입된 H+ 및 H2 + 이온이다. 이런 방식으로, 전술한 바와 같이, 이온과 기판 물질의 상호 작용에 의해, H+ 이온들이 그 후, 깊이 (R2)에 량 (D2)로 주입되며, 이와 함께 R2 깊이의 반인 깊이 (R1)에서 투입량 (D2)으로 H2 + 이온의 주입이 이루어진다. 각 투입량 D2 및 D1은 H+/H2 + 이온의 비와 관련된다. H+/H2 + 이온의 비는 플라즈마에, 예컨대 H+ 이온의 형성을 촉진하는 물과 같은 요소를 추가함으로써 제어될 수 있다.
H+ 및 H2 +과 같은 2개의 이온 종을 주입하는 경우, 2개의 분열 면 (Pl, P2)들이 도 1에 도시된 것과 같이 생산된다.
기판 상에 반도체 물질로 만들어진, 유전체 층을 갖는 타입의 기판의 경우, 예컨대, 도 2a는 빔 (4)에 의한 이중 주입을 개략적으로 도시하며, 도 2b는 이중 주입 단계의 결과를 도시한다. 참조번호 6과 8은 각각 예컨대 SiO2와 같은 유전체 층과 예컨대 실리콘으로 만들어진, 반도체 물질로 만들어진 기판을 나타낸다.
2개의 면 (Pl, P2)은 이 면들 사이에 정의되는 종횡비를 갖는 깊이로 생산될 수 있다. (H+ 및 H2 + 이온의 경우, 이 비는 2에 가깝다)
예컨대 수소와 같은 하나의 요소를 2개의 상이한 깊이에 동시에 주입하기 위한 다른 해법은 에너지 오염 (energy contamination)을 이용하는 것인데, 이 현상은 후-가속 또는 후-감속이 존재하는 모든 주입기에 나타난다. 이 현상은 보통 프로세스에 유해하다. 질량 소팅 자석 (208) 및 주입기의 가속 또는 감속 이온 기둥 (210) (도 6) 사이의 빔의 중성화부로 인해 생긴다. 따라서, 빔이 중성화 부는 추출 에너지에서 주입되며, 반면, 나머지는 원하는 최종 에너지 (= 추출 에너지 + 가속 또는 감속 에너지) 에서 주입된다. 예컨대, 50 keV 추출 및 50 keV 후-가속을 갖는 100 keV에서의 전체 (global) 에너지가 2개의 에너지 50 keV 및 100 keV에 상응하는 2개의 주입 이온면을 가져온다. 이와 같은 유형의 방법은 상호 독립적으로, Pl 및 P2와 같은 2개의 주입면이 생산되는 것을 가능하게 하고, 표준 상업 주입기로 수행될 수 있다.
H+ 및 H2 + 이온 주입의 경우, 2개의 주입면 (Pl, P2) 각각의 주입량은 소스의 플라즈마의 구성에 의해 제어된다. 수소 소스 개스의 경우, 이 제어는 H+ 및 H2+ 전류 (또는 주입량)을 각각 제어함으로써 수행되거나, 소스의 최적화 (예컨대, 소스 파라미터는 바람직한 (favour) 하나의 종으로 바꿈으로써) 또는 다른 종들에 비하여 종의 생산에 알맞은, 다른 요소들을 조절하여 추가함으로써 이루어진다. 예컨대, 물 이온의 추가는 H+ 이온의 생산을 촉진한다.
어떤 이온의 중성화의 경우, 각 이온 면의 주입량은 면의 중성화 그 자체에 의해 제어된다.
빔의 중성화부의 동작은 기계의 진공 품질에 영향을 받을 수 있다. 따라서, (선택적으로 전술한 방법들 중의 하나와 결합하여), 가속 또는 감속 기둥 이전에 진공의 품질을 제어하거나, 펌프 파워를 조절하거나, 밸브를 이용하여 제어된 량의 개스를 투입함으로써, 예컨대 도 6에 자기 수단 (208)과 가속 기둥 (210) 사이에 화살표 (216)으로 나타낸 깊이에서와 같이 다양한 n (예컨대, n = 2)개의 원하는 깊이에서 주입되는 이온 부분을 제어하는 것이 가능하다.
음전하 빔 ("전하 샤워" 타입의 장치)을 인가함으로써 빔의 일부를 중성화하는 것도 가능한데, 이것은 예컨대 자석 (208)과 가속 기둥 (210) 사이에 인가된다. 이런 방법으로, 각 주입 면에서 각 량으로 제어가 이루어진다.
전술한 경우에, H+ 이온의 량은 통상 4.1016 cm-2 및 1.1017 cm-2 사이이다. H2+ 종에 대해서는, 그 량이 2로 나뉘며, 따라서 H2 + 이온은 통상 2.1016 cm-2과 5.1016 cm-2 사이이다.
분열이 먼저 일어날 곳을 따라 면들을 잘 제어하기 위해서, 혼합 주입 동작 전 또는 후에, 추가 이온들 (H+ 또는 H2 + 또는 He+ 또는 He2 +)을 주입하는 것도 가능하다. 환언하면, 면 (Pl, P2)이 정의되면, P1 및/또는 P2의 레벨에서 추가 이온을 입력하거나 다는 종들을 추가하기 위해 다른 이온화 (단일 또는 다수)를 수행함으로써, 하나 또는 이 2개의 면에서 분열 동역학 (kinetics) (특히 투입량을 제어함으로써)을 수정하는 것도 가능하다. 수소 주입을 원하지 않으면, 소스 개스를 변경한는 것이 가능하다.
다른 모드에 따르면, 제 1족 이온들 (He+, 예컨대) 및 제 2족 이온들 (H+, 예컨대)의 혼합 주입을 수행하는 것도 가능하다. 초기 에너지를 조절함으로써, 2개의 생성된 면들이 원하는 정확한 오프셋을 갖고, 원하는 대로 위치한다. 2 타입의 이온이 분열 면 상에 또는 분열 면에 대해 공존하기를 원한다면, 2개의 종을 정확히 중첩하지 않고, 하나를 다른 것에 비해 약간 깊이 주입함으로써 2개를 약간 분리하는 것이 유리하다. 이것을 수행하기 위해, 다시 다양한 종들의 에너지 및 투입량이 조절된다. 어떤 유형의 종들도 다수의 주입 단계에 적절할 수 있다.
다른 대안에 따르면, 분열 면들은 다수의 연속 (그리고 더 이상 동시는 아닌) 주입 단계에 의해 정의될 수 있다.
다른 대안에 따르면, 주입 이온 시스템 레벨에서 2개의 종들을 질량에 의해 소팅 (sorting) 하기 보다, 질량 소팅 없이 단일 개스 소스 이온화를 수행하는 것이 가능하다. 수소 소스의 경우에, 이 해법은 H+ 또는 H2 + 이온 (무엇보다) 을 동시에 생성하게 한다. 플라즈마에서 생성되는 모든 이온 종들이 그 후 동시에 주입된다. 전술한 대안들과의 차이가 언급되어야 한다. 전술한 대안들에서는 이온들의 질량 소팅으로 주입기를 주입한다. 여기서 주입되는 주입기들에서는, 플라즈마에 포함된 모든 이온들이 직접 추출되며, 따라서, 타겟 (기판)과 충돌할 수 있다. 모든 이온들이 그 후 단일 초기 에너지를 갖지만, 이온들의 질량이 다르기 때문에 다른 깊이에서 주입될 것이다.
2개의 분열 동역학 중의 하나가 제 3의 종을 주입함으로써 조절되는, 전술한 대안에서는, 이미 언급한 대안들에서보다 그 범위가 더 넓을 수 있다. 통상, H+/He+ 쌍에 대해, 총 량, 각각은 다음의 사이에 있다:
- 2.1016 및 5.1016 이온 H+ cm-2,
- 2.1016 및 5.1016 이온 He+ cm-2.
이하에서, 어떤 기판들은 접착 접촉 (adhesive contact)에 의해 특히, 본딩 또는 분자 본딩 (molecular bonding)에 의해 결합된다. 이 기술들은 특히, 아이어 및 A.J. 오버튼-허브가 편찬한, 2002년도 런던 INSPEC 출판사의 Q.Y. 통의 1장, 1-13 페이지 "VLSI 및 MEMS 어플리케이션을 위한 실리콘 웨이퍼 본딩 기술"에 기술되어 있다. 본딩은 특히, 결합되는 2개의 면 중의 하나 또는 양면 모두 상에 증착되는 중간 층, 예컨대, 수지 층, 폴리머 층 또는 다른 접착층에 의해 보장된다
이것을 결합하기 이전에, 하나 이상의 화학적 및/또는 기계적 처리 (연마) 및/또는 세척 및/또는 플라즈마 처리 및/또는 오존 처리 단계와 같은, 표면이 접착되도록 준비하는 것이 수행되어, 고 에너지 본딩을 촉진할 수 있다.
그 후 본딩 인터페이스 (bonding interface)를 강화하는 관점에서, 열처리가 적용될 수 있다. 존재하는 기판의 특성에 따라, 열처리가 200°C와 1200°C 사이에서 수 십초 내지 수 시간, 예컨대 10분 내지 30 분과 3 시간 또는 5 시간 또는 1O시간 사이에서 수행될 수 있다.
Smart-CutR 처리가 이 명세서에 언급된다. 예컨대, S.S. 아이어와 A.J. 오버튼-허브가 편찬한, 2002년도 런던 INSPEC 출판사의 B.아스파와 A.J. 오버튼-허브의 3장, 35-52 페이지 "VLSI 및 MEMS 어플리케이션을 위한 실리콘 웨이퍼 본딩 기술"에 기술되어 있다.
전술한 주입 동작 후에, 임의의 다른 동작을 처리하는 것이 가능한데, 특히 Pl, P2 면의 어떤 것을 따라 분열함으로써 제 1 필름을 이동하는 것이 가능하다.
자유면 (6') (도 2b)의 조건은 제 1 수신 (receiving) 기판 (12)과 결합될 이 기판의 특성들 (거칠기, 평평함, 수매 (hydrophily), 등)에 적응하기 위해 미리 변형될 수 있다. 이 특성들의 개선을 위해 표면 층을 증착하는 것도 가능하다. 하지만, 모든 처리들이 저온 (예컨대. 적어도 < 500°C에서 60분 미만의 짧은 시간 동안)에서 수행되어, 분열이 그 후에만 일어나는 면 (Pl, P2) 레벨에서의 분열의 숙성을 제한하는 것이 바람직하다.
도 3a는 예컨대, Si로 만들어진 제 1 수신 기판 (10)을 갖는 도 2b에 도시된 것과 같은 유형의 기판 (10)을 도시한다.
그 후, 분열이 면 (Pl), 주입된 기판에서 가장 얇은 면이며, 따라서 수신 기판 (12)과 결합되는 면 (6')에 가장 가까운 면을 따라 일어난다. 이 분열은 전술한 기술에 따라 이루어지며, 특히 SmartCutTM 기술 (도 3b)에 따라 이루어진다. 따라서, 필름 (16)이 면 (Pl)을 따라 초기 (initial) 기판으로부터 분리된다. 각 주입된 이온에 대한 주입 량 및 주입 에너지에 기초하여, 면 (P2)을 따른 분열 또는 균열 없이, 면 (Pl)을 따라 분열 또는 분리 또는 균열을 가능하게 하는 열 처리를 수행하는 것이 가능하다.
적어도 면 (P2) 및 복수의 메짐성 면(수신 기판 (12)과 결합되는 표면 (6')으로부터 Pl보다 초기에 더 먼거리에 있는)을 갖는 초기 기판 (10)의 나머지 (10')이 그 후, 전술한 대안들 중의 하나에 따라, 제 2 수신 기판 (22)과 결합 또는 본딩되는 관점에서, 다시 준비될 수 있다.
나머지 부분 (10') (면 (P2) 을 포함하는)의 자유면의 조건이 제 2 수신 (receiving) 기판 (22)과 결합될 이 기판의 특성들 (거칠기, 평평함, 수매 (hydrophily), 등)에 적응하기 위해 미리 변형될 수 있다. 이 특성들의 개선을 위해 표면층을 증착하는 것도 가능하다. 하지만, 하지만, 모든 처리들이 저온 (예컨대. 적어도 < 500°C에서 60분 미만의 짧은 시간 동안)에서 수행되어, 분열이 그 후에만 일어나는 면 (P2) 레벨에서의 분열의 숙성을 제한하는 것이 바람직하다.
도 4a는 나머지 부분 (10')과 제 2 수신 기판 (22)이 결합된 상태를 도시한다. 이 경우, 상기 수신 기판 (22)은 바람직하게는 전기 절연층 (24)을 포함한다. 이 층의 일부는 부분 (10') 상에 형성될 수 있다 .
이 결합 동작 후에, 분열이 면 (P2)을 따라 시작되어, 제 1 부분 (10'')을 초기 기판 (도 4b)으로부터 분리하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 필름 (26)이 면 (P2)을 따라 초기 기판으로부터 분리되는데, 이것은 층 (24)을 통해 필름이 제 2 기판 (22)과 결합된 채로 있게 하여 참조 번호 (20')으로 나타낸 어셈블리를 형성한다.
남은 부분 (10'')에 여전히 하나 이상의 다른 분열 면들이 존재하면, 제 3 수신 기판을 갖는 다른 결합 동작이 수행될 수 있다. 이 결합 동작 후에, 분열이 메짐성 면 또는 남아 있는 부분의 메짐성 면들의 하나를 따라 수행되며, 이것은 초기 기판으로부터 다른 부분을 분리하는 것을 가능하게 한다.
메짐성 면들이 생산되는 초기 기판 (10)에 대해, n (or n', 0<n'<n) 개의 분열 및 따라서 n (또는 n', n'<n) 개의 이동이 n (또는 n', n'<n) 개의, 생산될 수 있는 수신 기판들 상에 있다.
메짐성 면 (Pl, P2)의 도시된 예에서, SiO2 층 (6) 및 실리콘 기판 (8)은:
- 제 1 실리콘 온 인슐레이터 (silicon-on-insulator) (SOI) 타입의 구조 (20)가 Si 기판 (12)을 위해 획득되고,
- SiO2 층 (24)이 Si 기판 (22)을 위해 획득되어, 제 2 실리콘 온 인슐레이터 타입의 구조 (층 (26)이 Si로 만들어지는데, 왜냐하면 기판 (8)도 Si로 만들어지기 때문이다)을 얻게 된다.
따라서, 다수의 종을 주입하는 단계는 다수의 거의 동일한 SOI 구조, 또는 보다 일반적으로 말하면, 개별적인 얇은 층의 다수의 이동을 가능하게 하는데, 각 층은 다른 개별적인 얇은 층이 이동되는 기판으로부터 다른 기판 상으로 개별적으로 이동한다.
방금 기술된 동작들은 다른 순서로도 수행될 수 있다. 따라서, 도 5a에 도시되고 도 3a의 구조로부터 출발할 수 있는 것처럼, 면 P1을 따른 제 1 분열 대신에,제 1 분열이 면 (P2)을 따라 이루어지는데, 여기서 P2는 주입된 기판에서 가장 깊은 층이며 따라서 수신 기판 (12)과 결합될 면 (6')으로부터 가장 먼 층이며, P1은 주입된 기판에서 가장 얇은 층이며, 따라서 수신 기판 (12)과 결합될 면 (6')으로부터 가장 가까운 층이다. 주입 량 및 주입 에너지 변수들은 Pl을 따른 분열 없이, P2를 따라 분열하는 것이 가능하도록 선택될 것이다.
따라서, 상기 수신 기판과 결합되는 부분이 분열 면 (Pl)을 포함하는, 도 5a의 구조 (30)가 얻어진다. 수신 기판 (12)으로부터 얻어지는 이 새로운 구조가 그 후, 전술된 대안들 중의 하나에 따라, 제 2 수신 기판 (32)와 결합 또는 본딩되는 관점에서 다시 준비될 수 있다.
구조 (30)의 표면 조건이 기판 (32)과 결합될 이 표면의 특성에 (거칠기, 평평함, 수매 (hydropily), 등) 적응되도록 미리 변형될 수 있다. 이 특성들을 개선하도록 표면 층을 증착하는 것도 가능하다. 하지만, 이 모든 처리들이 낮은 온도 (예컨대, 적어도 < 500°C에서 60분 미만의 짧은 시간 동안)에서 수행되어, 분열이 그 후에만 일어나는 면 (Pl) 레벨에서의 분열의 숙성을 제한하는 것이 바람직하다.
도 5a는 구조 (30) 및 구조 (32)가 결합된 상태를 도시한다.상기 제 2 수신 기판 (32)은 적어도 절연층 (34)을 포함하는 것이 바람직하다. 후자는 구조 (30) 상에 일부 형성될 수도 있다.
이 제 2 결합 동작 후에, 분열이 면 (Pl)을 따라 시작되는데, 이것이 각각 이동된 층 (26', 26'')을 포함하는, 제 1 부분 (20')과 제 부분 (40)의 분리를 가능하게 한다 (도 5c) .
따라서, 필름 (26')이 면 (Pl)을 따라 초기기판으로부터 분리된다.
하나 이상의 분열 면들이 여전히 부분들 (20', 40) 중의 하나에 존재하면, 제 3 수신 기판을 갖는 다른 결합 동작이 수행될 수 있다. 이 결합 동작 후에 분열 면들 중의 하나를 따른 분열이 이루어질 수 있다.
여기서 다시, 메짐성 면들이 만들어지는 기판 (10)에 대해, 수행될 수 있는, n (또는 n', n'<n)개의 분열들 및 따라서 n (또는 n', n'<n) 이동이 n (또는 n', n'<n) 개의 다양한 수신 기판들 상에 존재한다.
Si 기판 (32), SiO2 층 (34), 초기 실리콘 기판 (8) (따라서, 필름 (26) 또는 얇은 실리콘 층), SiO2 층 (6)을 위해, 2개의 실리콘-온-인슐레이터 (SOI) 타입 구조들 (20', 40) (도 5c)들이 Pl을 따라 분열함으로써 얻어진다.
전술한 결합 방법들은 임의의 기판 (2) (도 1), 임의의 수의 메짐성 면으로, 임의의 순서로 수행될 수 있다. 따라서, 도 3a 및 3b와 결합하여 그리고 도 5a 및 5b와 결합하여 설명된 방법들을 사용하는 것이 가능하다.
Claims (21)
- 기판에 원자 및/또는 이온들을 주입하는 방법으로서,
a) 상기 기판의 제 1 깊이에서 이온 및 원자의 제 1 주입을 행하여, 제 1 주입 영역 (zone)을 형성하는 단계,
b) 상기 제 1 깊이와 상이한, 상기 기판의 제 2 깊이에서 이온 및 원자의 적어도 하나의 제 2 주입을 행하여, 적어도 하나의 제 2 주입 영역을 형성하며, 상기 제 2 주입 면 (plane)은 제 1 주입 영역과 동시에 생산되는 단계를 포함하는, 방법. - 기판 (2, 8, 10)의 적어도 하나의 층을 적어도 하나의 제 1 수신 (receiving) 기판 (12, 22, 32) 상으로 이동시키는 방법으로서,
a') 청구항 제 1항에 따른 기판에 원자 및/또는 이온들을 주입하는 방법에 의해, 적어도 2개의 주입 영역을 갖는 주입된 기판을 형성하는 단계,
b') 상기 주입된 기판과 상기 제 1 수신 기판 (12, 22)을 결합하는 단계,
c') 상기 주입 영역들 (P1, P2) 중의 하나를 따라 주입된 기판을 분열 (cleave)시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 분열 단계 c')는 상기 제 1 수신 기판과 관련하여, 적어도 하나의 주입 영역 (P2)을 포함하는, 상기 주입된 기판의 부분 (10')을 자유롭게 (free) 남겨두는, 방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 자유롭게 남아 있는, 상기 주입된 기판의 부분 (10')을 제 2 수신 기판 (22) 상으로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 자유롭게 남아 있는, 상기 주입된 기판의 부분 (10')을 상기 기판의 상기 주입 영역 중의 하나 (P2)를 따라 분열 (cleavage)시키는 것을 더 포함하는, 방법.
- 제 2항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계 c') 전 또는 후에, 상기 제 1 수신 기판 (12, 22)과 결합 되어있는 상기 주입된 기판을 제 2 수신 기판 (32)과 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 2항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서, 분열 단계 c')는 적어도 하나의 주입 영역 (P1)을 포함하는 상기 주입된 기판의 부분 (10')을 제 1 수신 기판 상에 두는, 방법.
- 제 2항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 복수의 수신 기판 상으로 이동시킴으로써, 그 안에 복수의 메짐성 (embrittlement) 면이 만들어져 있는, 단일 기판으로부터 복수의 SOI 기판들이 생산되는, 방법.
- 기판 (2, 8, 10)으로부터의 적어도 2개의 층을 적어도 제 1 수신 기판 (12, 22, 32) 및 제 2 수신 기판으로 이동시키는 방법에 있어서,
A. 상기 기판 (2, 8,10)에 원자 및/또는 이온을 주입하는 단계로서,
a) 상기 기판의 제 1 깊이에서 이온 및 원자의 제 1 주입을 행하여, 제 1 주입 영역을 형성하는 단계,
b) 상기 제 1 깊이와 상이한, 상기 기판의 제 2 깊이에서 이온 및 원자의 적어도 하나의 제 2 주입을 행하여 적어도 하나의 제 2 주입 영역을 형성하는 단계를 포함하며,
이에 의해 적어도 2개의 주입 영역을 갖는 주입된 기판을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 주입 단계,
B. 상기 주입된 기판과 제 1 수신 기판 (12, 22)을 결합하는 단계로서, 이 단계 후에 상기 주입된 기판을 분열하는 단계가 이어지며, 이 분열은 주입 영역 (P1, P2)들 중의 하나를 따라 수행되고, 이 분열은 상기 제 1 수신 기판과 관련하여, 적어도 하나의 주입 영역 (P1)을 더 포함하는 상기 주입된 기판의 부분 (10')을 자유롭게 (free) 남겨두는, 상기 결합 단계, 및
C. 적어도 하나의 주입 영역 (P1)을 포함하는, 상기 주입된 기판의 부분 (10')과 제 2 수신 기판 (12, 22)을 결합하는 단계로서, 이 단계 후에 상기 주입된 기판의 상기 제 1 부분의 주입 영역을 따라 분열이 이루어지는, 상기 결합 단계를 포함하는, 방법. - 제 9항에 있어서, 단계 C 는 상기 제 2 수신 기판과 관련하여, 적어도 하나의 주입 영역 (P1)을 더 포함하는 상기 주입된 기판의 제 2 부분 (10')을 자유롭게 남겨두며,
단계 C 후에는,
D. 적어도 하나의 주입 영역 (P1)을 더 포함하는 상기 제 제 2 부분 (10')을 제 3 수신 기판 (12, 22)과 결합하는 단계가 뒤따르고, 이후에 상기 주입된 기판의 이 제 2 부분의 주입 영역 (P1)을 따른 분열이 뒤따르는, 방법. - 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 복수의 수신 기판 상으로 이동시킴으로써, 그 안에 복수의 메짐성 (embrittlement) 면이 만들어져 있는, 단일 기판으로부터 복수의 SOI 기판들이 생산되는, 방법.
- 제 1항 내지 제 11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 a) 및 b) 단계들은 동일한 기판의 동일한 면에 걸쳐서 수행되는, 방법.
- 제 1항 내지 제 12항 중의 어느 한 항에 있어서,
- 상기 제 1 주입은 제 1 질량을 갖는 제 1 타입 이온의 주입이며,
- 적어도 하나의 제 2 주입은 상기 제 1 과 상이한 제 2 질량을 갖는 제 2 타입의 주입인, 방법. - 제 13항에 있어서,
- 상기 제 1 주입은 H+ 이온의 주입이며,
- 상기 제 2 주입은 H2 + 이온의 주입인, 방법. - 제 1항 내지 제 12항 중의 어느 한 항에 있어서,
- 상기 제 1 주입은 원자의 주입이며,
- 상기 제 2 주입은 이온의 주입인, 방법. - 제 1항 내지 제 15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 원자들은 주입 장치의 제 1 출력 에너지로 주입되며, 상기 이온들은 동일한 주입 장치의 제 2 출력 에너지로 주입되는, 방법.
- 제 1항 내지 제 16항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 원자들은 이온 빔의 제 1 부분을 중성화 (neutralize)함으로써 얻어지며, 따라서 제 1 주입 에너지를 받아들이며, 상기 이온 빔의 제 2 부분은 상기 빔의 상기 제 1 부분과 관련하여 가속 또는 감속되어, 상기 제 1 주입 에너지와 상이한 주입 에너지를 갖는, 방법.
- 제 1항 내지 제 17항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 원하는 에너지에서 주입되는 성분들의 비는 가속 또는 감속 기둥 (210:acceleration or deceleration columnn) 이전에 진공의 품질을 제어하거나, 펌프 파워 (pump power)를 조절하거나, 제어된 양의 개스를 도입하거나 아니면 상기 주입 빔에 포함된 종 (specie)의 부분의 빔-충전 중성화 (beam-charge neutralization) 함으로써 얻어지는, 방법.
- 제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 주입은 질량 소팅 (mass sorting) 없이 수행되며, 플라즈마에서 생성되는 모든 종들이 동시에 주입되는, 방법.
- 제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 주입은 질량 소팅으로, 예컨대, 이중 질량 소팅 (double mass sorting)으로 이온 주입 장치에서 수행되는, 방법.
- 제 1항 내지 제 20항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 깊이에서, 단계 a) 및/또는 단계 b)의 이전 및/또는 이후에 추가 이온들을 주입하여, 추가 이온 주입을 행하거나 또는 상기 제 1 또는 제 2 주입의 이온이나 원자들과 상이한 이온 종들을 추가하도록 하는 것을 더 포함하는, 방법.
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