TW202347444A - 用於將薄層移轉至載體底材之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於將一薄層移轉到一載體底材上之方法，包括： 提供一鍵合組件，其包含一供體底材及該載體底材，該二底材在各自的正面處沿著一鍵合界面透過直接鍵合而接合，該鍵合組件在該鍵合界面內部有一未鍵合局部區，該供體底材更包含一埋置弱化平面， 透過熱活化使微裂隙在該埋置弱化平面中生長後，由該未鍵合局部區起始，沿著該埋置弱化平面進行分離，該分離導致一薄層從該供體底材移轉到該載體底材上。 該方法值得注意的是，該未鍵合局部區係在該供體底材及該載體底材的接合之前，僅由刻意製作在該供體底材及該載體底材的至少一正面的一粗糙區產生，該粗糙區沒有拓撲結構且具有範圍在0.5nm RMS和60.0nm RMS之間的一預定粗糙度。

Description

用於將薄層移轉至載體底材之方法
本發明係關於微電子及半導體領域。尤其，本發明係關於一種基於Smart Cut TM技術而將一薄層移轉至一載體底材上之方法，該薄層在分離後具有一改善的表面粗糙度。該移轉方法尤其可用於製作一SOI結構。
Smart Cut TM技術以製作SOI(絕緣體上矽)結構而為周知，其更普遍的是用於移轉薄層。該技術基於在一供體底材中植入輕質離子而在該供體底材中形成一埋置弱化平面；該埋置弱化平面以該供體底材的正面界定待移轉的薄層。然後將供體底材及載體底材在各自的正面處接合，以形成一鍵合組件。接合有利地透過直接鍵合、透過分子附著進行，即不使用黏合劑材料：在兩個接合的底材之間因此即建立一鍵合界面。透過熱活化使微裂隙在該埋置弱化平面中生長，可導致沿著該埋置弱化平面的自發分離，從而使薄層移轉到載體底材上(形成堆疊結構)。供體底材的剩餘部分可重新用於後續的層移轉。分離後，通常對對堆疊結構施加精整處理，以恢復移轉後薄層的結晶品質及表面粗糙度。這些精整步驟尤其可能涉及氧化處理或平滑化熱處理(在惰性或還原性大氣中)、清洗及/或化學蝕刻及/或化學機械拋光步驟，如習於本技藝者所既知者。最後，用於檢查最終結構的各種工具可監測薄層的整個表面。
當埋置弱化平面中的分離是自發性時，在高頻率(微粗糙度)及低頻率(波紋、高粗糙度的局部區、大理石花紋(marbling)等)中，移轉後的薄層之表面粗糙度方面皆觀察到相當大的變化。在監控最終結構中的薄層時，這種變化可特別經由上述檢查工具看見並予測量。
應記住的是，精整後的薄層之表面粗糙度可透過使用一KLA-Tencor Surfscan™檢查工具所獲得的圖像而進行影像化(圖1)。粗糙度等級還有潛在圖案(大理石花紋(marbling, M)、濃密區(dense zones, DZ)等)，可透過霧度(haze)的測量方法來測量或彰顯，霧度對應於被薄層表面散射出的光強度。「霧度」訊號在0.1 μm -1至10 μm -1的空間頻率範圍內隨RMS表面粗糙度的平方(均方根粗糙度)而線性變化。可參照F. Holsteyns的文章「Seeing through the haze」(Yield Management Solution, Spring 2004, pp.50-54)，以獲取有關這種用於檢查及評估大表面區域粗糙度的技術之更完整資訊。
圖1中的圖像顯示，從兩個鍵合組件移轉且直到精整之前都以完全相同方式處理的兩個薄層之表面粗糙度。在圖像(A)上，觀察到稱為「濃密區(DZ)」的殘餘粗糙度周邊區(特別是在圖像頂部)；圖像(B)則完全沒有濃密區(DZ)。在圖像(A)上也可看到更明顯的大理石花紋(M)。此外，兩張圖像(A)與(B)之間的平均及最大粗糙度(表示為「霧度」的ppm)也有顯著差異。圖1繪示了薄層最終品質及粗糙度的變化，這主要源於分離後的表面粗糙度(高頻率及低頻率)之變化。
為改善最終堆疊結構中薄層的品質，在移轉後降低這些層的表面粗糙度(無論空間頻率如何)因此仍然重要。
從文獻US2010/330779中得知，可在鍵合界面形成一未鍵合局部區(unbonded local zone)，其與一鍵合區接壤，以便形成用於分離的一觸發器，從而限制移轉到一玻璃載體底材上的矽薄層之粗糙度。透過在供體底材(矽)或載體底材(玻璃)的待接合面上製作對應一空腔及/或一圓頂(或峰)的拓撲結構，以獲得該未鍵合局部區。在玻璃底材上製作2至3微米數量級的空腔及/或峰，以誘發數十平方毫米的一未鍵合區。
本發明提出一種移轉方法，其利用一特定的斷裂起始點，使分離後能夠得到改善的表面粗糙度之薄層，以便在堆疊結構精整步驟之後達到優異的表面品質。該方法特別有利於SOI結構之製作。
本發明係關於一種用於將一薄層移轉到一載體底材上之方法，包括： 提供一鍵合組件，其包含一供體底材及該載體底材，該二底材在各自的正面處沿著一鍵合界面透過直接鍵合而接合，該鍵合組件在該鍵合界面內部有一未鍵合局部區，該供體底材更包含一埋置弱化平面， 透過熱活化使微裂隙在該埋置弱化平面中生長後，由該未鍵合局部區起始，沿著該埋置弱化平面進行分離，該分離導致一薄層從該供體底材移轉到該載體底材上。
該方法值得注意的是，該未鍵合局部區係在該供體底材及該載體底材接合之前，僅由刻意製作在該供體底材及該載體底材的至少一正面的一粗糙區產生，該粗糙區沒有拓撲結構且具有範圍在0.5nm RMS(不包括)和60.0nm RMS(不包括)之間之預定粗糙度。
根據本發明的一些有利特徵，其可以單獨實施或以任何可實現的組合實施： -粗糙區是透過在該供體底材及/或該載體底材的正面進行至少一次雷射轟擊而產生，該雷射轟擊只會使構成該供體底材及/或該載體底材的材料的前1至30奈米內的表層熔化， -雷射轟擊的脈波期間在1 ns到1000 ns之間，最好在10 ns到500 ns之間； -雷射轟擊係以波長308 nm，能量密度1.8 J/cm 2和2.5 J/cm 2之間的雷射進行； -雷射轟擊會照射到直徑小於200微米的一圓形表面區； -粗糙區是透過使用複數次雷射轟擊而形成，例如2次到15次的雷射轟擊，被連續之雷射轟擊照射到的相鄰圓形表面區，彼此相切或有1%至95%的重疊百分比； -其上有該粗糙區形成的該正面為單晶矽製，且該預定粗糙度的範圍在0.5 nm RMS和4.0 nm RMS之間，最好在1.0 nm RMS和2.5 nm RMS之間； -其上有該粗糙區形成的該正面為多晶矽製，且該預定粗糙度的範圍在0.5 nm RMS和5.0 nm RMS之間，最好在2.0 nm RMS和5.0 nm RMS之間； -其上有該粗糙區形成的該正面為氧化矽製，且該預定粗糙度的範圍在1.0 nm RMS和6.0 nm RMS之間； -該粗糙區係在該埋置弱化平面形成於該供體底材中之前，製作在該供體底材的正面上； -該供體底材在其正面處由一第一材料形成，且一初步粗糙區被製作在該第一材料的表面上，及在製作該初步粗糙區之後且在該埋置弱化平面形成之前，對該供體底材的第一材料進行一熱氧化處理，以形成將被接合至該鍵合組件之載體底材之一絕緣層，該絕緣層在其自由面上包含與該初步粗糙區垂直對齊之該粗糙區； -該載體底材在其正面處由一第一材料形成，且一初步粗糙區被製作在該第一材料的表面上，及在製作該初步粗糙區之後，對該載體底材的第一材料進行一熱氧化處理，以形成將會被接合至該鍵合組件之供體底材之一絕緣層，該絕緣層在其自由面上包含與該初步粗糙區垂直對齊之該粗糙區； -該未鍵合局部區在該鍵合界面之平面中具有一形狀，其輪廓的至少一部分的曲率半徑小於相同面積的一圓形鍵合缺陷的半徑； -該未鍵合局部區在該鍵合界面之平面中具有小於300微米的至少一橫向尺寸； -該未鍵合局部區在該鍵合介面之平面中係位於該鍵合組件之中央區； -該埋置弱化平面係透過在該供體底材中植入諸如氫或氦的輕質元素或這兩種元素之組合而形成； -該供體底材及/或該載體底材至少在各自的正面處有一絕緣層，其在該鍵合組件中鄰近該鍵合界面形成一埋置絕緣層； -來自該供體底材之薄層為單晶矽製，且該載體底材包含單晶矽，以便形成SOI類型之一堆疊結構。
本發明是關於一種用於將一薄層移轉到一載體底材上之方法，以形成一堆疊結構。如前言所述，這種堆疊結構尤其可以是SOI類型，其包括矽製的一表層薄層、氧化矽製的一中間絕緣層及矽製的一載體底材。該載體底材可視需要地包括其他功能層，諸如一電荷捕捉層，例如旨在供射頻(RF)應用的SOI結構。然而，根據本發明的移轉方法不限於SOI的製作，其亦可應用於微電子、微系統及半導體領域中的許多其他堆疊結構。
根據本發明的移轉方法是基於Smart Cut TM技術。當埋置弱化平面中的分離是自發性時，斷裂時間(即在熱斷裂回火期間，發生分離結束的時間)，在受到相同回火、相同爐具之相同方式處理的複數個鍵合組件之間可能不同。斷裂時間(FT)取決於種種參數，這些參數與埋置弱化平面之形成、斷裂回火、鍵合組件的性質等有關。申請人已觀察到，對於以類似方式製備並接受相同斷裂回火的鍵合組件，其發生在短斷裂時間(short fracture times，sTF)的分離所造成的最終堆疊結構(即在移轉及精整後)，其薄層的高頻率表面粗糙度(微粗糙度)低於發生在較長斷裂時間(longer fracture times，lFT)的分離者，如圖2。此外，長斷裂時間導致斷裂後薄層邊緣處的局部區有非常高的粗糙度(稱為濃密區DZ)，而斷裂時間短時幾乎不會或根本不會出現這種情況。如圖1的圖像(A)，即使在精整後，該濃密區也會降低薄層的粗糙度品質。
因此，根據本發明之移轉方法旨在以一預期方式(短斷裂時間)及可重複地(複數個相似鍵合組件之間的低分散斷裂時間)起始埋置弱化平面中的自發性分離，以便實質改善移轉後薄層的表面粗糙度。
為此，該移轉方法首先包括，提供包含一供體底材1及該載體底材2的一鍵合組件100，該二底材在各自的正面(1a，2a)處沿著一鍵合界面3透過直接鍵合而接合(圖3a)。
供體底材1最好為具有100 mm、150 mm、200 mm、300 mm或450 mm的直徑，及通常在300 μm和1 mm之間的厚度之晶圓形式。它具有正面1a及背面1b。正面1a的表面粗糙度被選定為小於1.0 nm RMS，甚至最好小於0.5 nm RMS (透過原子力顯微鏡(AFM)測得，例如在20 μm × 20 μm掃描範圍內)。供體底材1可以矽或任何其他半導體或絕緣材料製作，這些材料可能可以進行薄層移轉(例如，SiC、GaN、III-V族化合物、壓電材料等)。還應注意的是，供體底材1可至少在其正面1a上包括一或多個額外層12，例如一絕緣層。如圖3a所繪示，在接合供體底材1及載體底材2之後，該額外層12成為鍵合組件100中的一埋置中間層。
供體底材1包括界定出待移轉的一薄層10之一埋置弱化平面11。如Smart Cut TM技術所周知者，這種埋置弱化平面11可透過植入諸如氫、氦的輕質元素或這兩種元素之組合而形成。輕質元素被植入供體底材1中一給定深度，其與薄層10的目標厚度一致。這些輕質元素將在給定深度附近形成微腔，其以薄層形式分佈，大致平行於供體底材1之正面1a，即平行於圖式中的平面(x，y)。為了簡化起見，該薄層被稱為埋置弱化平面11。
輕質元素的植入能量被選定以便到達給定深度。例如，以10 keV和210 keV之間的能量，5E16/cm 2和1E17/cm 2之間的劑量植入氫離子，以界定出具有100 nm至1500 nm數量級厚度之一薄層10。應記住的是，在離子植入步驟之前，可在供體底材1之正面1a上沉積一額外層。該額外層可由諸如氧化矽或氮化矽材料構成。其可保留用於下一個接合步驟(並形成鍵合組件100的中間層之全部或部分)，或者亦可被移除。
載體底材2也最好具有100 mm、150 mm、200 mm、300 mm或450 mm的直徑，及通常在300 μm和1 mm之間的厚度之晶圓形式。其具有正面2a及背面2b。正面2a的表面粗糙度被選定為小於1.0 nm RMS，或甚至最好小於0.5 nm RMS (透過AFM測量，例如在20 μm × 20 μm掃描範圍內)。載體底材2可為矽或任何其他半導體或絕緣材料製作，這些材料可以進行薄層移轉(例如，SiC、GaN、III-V化合物、壓電材料、絕緣材料等)。還應注意的是，載體底材2至少在其正面2a可包括一或多個額外層，例如一絕緣層及/或一電荷捕捉層。在接合供體底材1及載體底材2之後，這個(或這些)額外層被埋置在鍵合組件100中。
供體底材1及載體底材2之間的接合是基於透過分子附著的直接鍵合。眾所周知，這種鍵合不需要黏劑材料，因為鍵合是在接合表面之間的原子等級上進行，形成鍵合界面3。現有幾種類型的分子附著鍵合，在使表面接觸之前，其等溫度、壓力、大氣條件或處理方面可注意到有其不同之處。值得提及者為室溫鍵合(不論有無對待接合表面預先進行電漿活化)、原子擴散鍵合(ADB)、表面活化鍵合(SAB)等。
在使待接合的正面1a、2a接觸之前，接合步驟可包括常規順序的化學清洗(例如，RCA清洗)及表面活化(例如，借助氧氣或氮氣電漿)或其他表面製備(諸如洗滌)，這可能會促進鍵合界面3的品質(低缺陷密度、高附著能)。
根據本發明之鍵合組件100在鍵合界面3內部具有包括一未鍵合局部區31之獨特特徵(圖3a)。換句話說，該未鍵合局部區31與鍵合界面3接壤，鍵合界面3是閉合的，表現出結合接合底材1、2之正面1a、2a的分子黏附力。
在該供體底材1及該載體底材2接合之前，未鍵合局部區31係僅由刻意製作在該供體底材1及該載體底材2的至少一正面1a、2a的一粗糙區31a所產生(圖3b)。該粗糙區31a在低頻率下沒有任何拓撲結構或波紋，即其常規波長大於100 nm。它具有一預定高頻率粗糙度，其大於該粗糙區31a周圍的正面1a、2a之粗糙度。正面1a、2a之粗糙度通常可隨該面1a、2a的材料性質及所用的直接鍵合類型而變化，但仍可獲得一鍵合(閉合)界面，同時該粗糙區31a中的該預定粗糙度防止兩個面1a、2a之間的局部鍵合。
該預定粗糙度的範圍嚴格地大於0.5 nm RMS且嚴格地小於60.0 nm RMS，其波長通常在10 nm和100 nm之間(對應於高頻率微粗糙度)。眾所周知的，RMS (均方根)之標示對應於粗糙度的一均方根值。測量這種微粗糙度的技術是原子力顯微鏡(AFM)，掃描範圍在10×10 μm 2至30×30 μm 2。應記得的是，粗糙區31a不具有對應於低頻率波紋的拓撲結構，而僅有上述空間頻率範圍內的微粗糙度。粗糙區31a中的最大峰至谷(peak to valley)或PV範圍通常在5.0 nm和300.0 nm之間，最好在5.0 nm和60.0 nm之間。
特別是，在圖3b的示例中，粗糙區31a擁有2.3 nm RMS和25 nm PV的粗糙度，此係以AFM在10 μm x 10 μm掃描範圍內測得(圖3b中右側影像)。
根據一特定實施例，尤其用於製作SOI結構，其上有該粗糙區31a形成的該等正面1a、2a為單晶矽製，且該預定粗糙度的範圍最好在0.5 nm RMS和4.0 nm RMS之間(通常為5.0 nm PV至40.0 nm PV)。更好地，該範圍在1.0 nm RMS和2.5 nm RMS之間(通常為10.0 nm PV至25.0 nm PV)，或甚至在1.5 nm RMS和2.5 nm RMS之間。
根據另一有利實施例，其上有該粗糙區31a形成的該等底材1、2之該正面1a、2a為多晶矽製，且該預定粗糙度的範圍在0.5 nm RMS和5.0 nm RMS之間(通常為5.0 nm PV至60.0 nm PV)。更好地，該範圍在2.0 nm RMS和5.0 nm RMS之間(通常為20.0 nm PV至60.0 nm PV)。該實施例對於適合RF應用的SOI結構之製作特別有利，為此該載體底材2在其正面2a上包括多晶矽製的一電荷捕捉層。
根據又一實施例，其上有該粗糙區31a形成的該等正面1a、2a為氧化矽製，且該預定粗糙度的範圍在1.0 nm RMS和6.0 nm RMS之間。
應當注意的是，當承載該粗糙區31a的是該供體底材1的該正面1a時，最好在該供體底材1中形成該埋置弱化平面11之前製作該粗糙區31a，以限制任何損壞或構成粗糙區的微腔過早成熟。
另亦可能在形成該供體底材1之正面處的一第一材料上製作一初步粗糙區；例如，該第一材料可以是矽。然後對該供體底材1的第一材料進行一熱氧化處理，以形成一絕緣層(例如為氧化矽製)。該絕緣層的厚度可以例如小於或等於200 nm。該絕緣層(對應於圖3a中繪示的額外層12)在其自由面上(該供體底材1之正面1a)包含與第一材料中產生的該初步粗糙區垂直對齊之該粗糙區31a。具體而言，氧化處理至少部分地保留第一材料在該初步粗糙區中具有的高頻率粗糙度：嘗試在該初步粗糙區中形成一微粗糙度，其能夠在氧化處理後，在上述範圍內產生該粗糙區31a的一預定粗糙度。在該供體底材1中形成該埋置弱化平面11後，該絕緣層12在該鍵合組件100中接合至該載體底材2，且該粗糙區31a在該鍵合界面3內產生該未鍵合局部區31。在這種情況下，該供體底材1之正面1a上的該粗糙區31a並非由該絕緣層12的「粗糙化」直接製作，而是由存在於一下層材料中的一初步粗糙區產生。
儘管該初步粗糙區之形成係參照該供體底材1描述，其當然亦可應用於該載體底材2。
該鍵合組件100被形成爲在其鍵合界面3內包含該未鍵合局部區31，本發明之移轉方法設想到對其施加一熱回火，這將造成沿著該埋置弱化平面11的自發性分離。該分離導致將該薄層10從該供體底材1移轉到該載體底材2，以形成堆疊結構110 (圖4)。薄層10之未移轉區31b與該未鍵合局部區31的位置垂直對齊。此外亦獲得供體底材的剩餘部1'。
透過熱活化使微裂隙在埋置弱化平面11中生長後，在埋置弱化平面11中及與該未鍵合局部區31垂直對齊處或在該未鍵合局部區31附近，該未鍵合局部區31充當一斷裂起始點。相對於不包含該未鍵合局部區31的鍵合組件100，該斷裂起始以預期方式出現：這提供了短斷裂時間，其在移轉後在薄層10之面10a上提供低表面粗糙度。下文詳述的示例顯示移轉後表面粗糙度明顯改善，這是因通過作為斷裂起始點的未鍵合局部區31，獲得較短的斷裂時間所致(圖6，堆疊結構110)。
根據本發明之該未鍵合局部區31，其與現有技術的不同之處在於，其只是因爲供體底材1及載體底材2當中一者之正面1a、2a上有一粗糙區31a存在。該未鍵合局部區不涉及低頻率拓撲結構(凸塊、孔、空腔、顆粒)。如此形成的未鍵合局部區31之內部體積非常小；事實上，在這個內部體積中，尤其是從存在於接合面1a、2a上的水單層蒸發或從通過供體底材1之正面1a的輕質元素之外擴散得到的各種氣體之積聚，一旦埋置弱化平面11中微裂隙的成熟程度允許，就允許有利於斷裂起始的快速加壓。
未鍵合局部區31可位於鍵合界面3之平面中的不同位置：尤其是在鍵合組件100的中央區或在周邊區或在這兩個極端之間的中間區。在周邊區，未鍵合局部區31與鍵合組件100之(未鍵合的)周邊環最好相距至少1 mm。應記住的是，未鍵合的環(在圖8b中可見)與待接合底材1、2邊緣處存在的邊緣圓化(edge rounding)及倒角(chamfer)有關。
申請人已觀察到，未鍵合局部區31位於中心或鍵合組件100之中央區(如圖3b所繪示)不僅可降低移轉後薄層10之最終粗糙度(「霧度」)，在整個薄層表面上也大幅減少甚至消除了濃密區DZ，濃密區DZ對應於粗糙度極高的局部周邊區(圖6)。
未鍵合局部區31在鍵合界面3之平面中(即在(x，y)平面中)可具有各種形狀。其一些示例繪示於圖7。
有利地，未鍵合局部區31在(x，y)平面中具有一形狀，其輪廓的至少一部分的曲率半徑，小於相同面積的一圓形鍵合缺陷的半徑(圖7(b)、(c)、(d))。申請人已證明輪廓若是局部具有小曲率半徑、直線部分或奇點(例如尖點，cuspidal points)，可賦予未鍵合局部區31優異的斷裂起始效果：因此可在複數個鍵合組件之間獲得短促且不是非常分散的斷裂時間，從而產生低的、均勻的及可再現的薄層10之表面粗糙度。
圖8a及8b繪示透過本發明之移轉方法所獲得的堆疊結構110上的未移轉區31b(由未鍵合局部區31產生)之光學顯微鏡拍攝影像。這些未移轉區31b具有如上所述特定形狀之輪廓，對照於作為一斷裂起始點的未鍵合局部區31之增加的效果。
為了避免不利地影響薄層10之移轉完整性，未鍵合局部區31有利地在(x，y)平面中具有小於300微米的至少一橫向尺寸。這通常是透過在底材1、2之正面1a、2a之一者上形成一粗糙區31a而獲得，其具有小於或等於200微米的相關橫向尺寸。
粗糙區31a可透過各種技術製作，尤其是在除了期望粗糙化的區外已保護了所討論的正面1a、2a之後，進行濕式或乾式化學蝕刻。
然而，透過使其與正面1a、2a之其餘部分的接觸最小化來形成該粗糙區是有利的，這樣可降低待接合面受到污染或劣化(刮痕等)的風險。
用於形成該粗糙區31a的一種特別有利的技術是使用雷射轟擊，其能夠僅在待粗糙化的區域中產生正面1a、2a材料之表層熔化(superficial melting)。這種表層熔化通常發生在正面1a、2a的材料之前幾奈米，在1 nm至30 nm之間：因此它處於一熔化極限範圍(melting limit regime)，而非移除材料或將其挖空的完全消熔狀態。此處使用的雷射轟擊在上述RMS及PV範圍內不會產生任何拓撲結構，既不會產生空腔也不會產生凸塊，只會產生高頻率粗糙。
因此，該雷射轟擊最好以非常短的脈波進行，即通常在1 ns到1000 ns之間，更有利地在10 ns到500 ns之間的期間。所用雷射之波長可選定在100 nm至550 nm之間，最好在250 nm到400 nm之間。
舉例而言，當材料為矽時，該雷射轟擊可用波長308 nm，能量密度1.8 J/cm 2及2.5 J/cm 2之間的閃耀(blaze)進行。圖5繪示經雷射轟擊(波長308 nm，脈波期間160 ns)照射的單晶矽製表面(RMS及PV)，其粗糙度與該雷射轟擊之能量密度相關聯連結之曲線。重要的是其需要處於一熔化極限範圍(在本示例中為1.9 ± 0.1 J/cm 2)，以便產生期望範圍的高頻率粗糙度。這種狀態對應於被照射表面的「不連續」熔化；也就是說在該表面誘發了熔化區及未熔化區，這有利於形成所期望的高頻率粗糙度。太低的能量密度(＜ 1.8 J/cm 2)無法實現熔化，且不會或只能產生太小的粗糙度；太高的能量密度(＞ 2 J/cm 2)會導致整個被照射表面「均勻」熔化，均勻地再結晶，而其粗糙度過於受限。
應注意的是，在正面1a、2a(將承受雷射轟擊)的材料爲氧化矽且下層材料爲矽的情況下，該雷射轟擊穿過氧化矽層且將引起矽的熔化，這將造成在氧化物表面上形成皺摺(wrinkle)。這些皺摺在正面1a、2a上的照射區中形成預期的高頻率粗糙度。
如前所述關於該未鍵合局部區31之優選最大橫向尺寸，該雷射轟擊照射到直徑有利地小於200微米的大致圓形表面區。在雷射轟擊後產生的該粗糙區31a大致上是被照射到的表面區尺寸。
為了產生該未鍵合局部區31的有利形狀，該粗糙區31a可由複數個雷射轟擊產生，例如兩個(圖7(b))、三個、四個(圖7(c))、五個、六個(圖7(d))或甚至十五個雷射轟擊。為了產生具特定形狀的單個未鍵合局部區31而非複數個圓形區31，被連續雷射轟擊照射到的表面必須至少是相切的；它們也可能具有特定的重疊百分比(在1%至95%之間，或在20%至70%之間)。如圖7(b)、(c)、(d)所繪示，其因此而可能形成有利於斷裂起始的未鍵合局部區31之輪廓，因為其等局部具有奇點或低曲率半徑，具50%數量級的重疊，可能形成具一膠囊狀的粗糙區31a(圖7(e))：因此產生的未鍵合局部區31之輪廓的一部分有一直線部分，這使得它對於起始斷裂有效。
此處描述的粗糙區31a及未鍵合局部區31之形狀當然不是全面詳盡的，亦可設想任何其他幾何或非幾何形狀。
實施方式之示例：根據第一示例，進行移轉方法以產生一FDSOI(完全空乏SOI)結構，即具有小厚度的表層薄層，及小厚度的埋置絕緣層。
該供體底材1是直徑300 mm的單晶矽製晶圓，且在其正面1a上包含氧化矽製的厚度35 nm之一絕緣層12。該埋置弱化平面11是透過分別以40 keV及25 keV的能量，以及分別為1E16/cm 2及1E16/cm 2的劑量而共同植入的氦及氫離子所形成。
該載體底材2為300 mm直徑的單晶矽製晶圓。
雷射轟擊在載體底材2之中央，在其正面2a上進行，以便僅在熔化極限範圍內造成表面的熔化/再結晶作用。雷射條件如下：波長308 nm，雷射脈波期間160 ns，能量密度1.9 J/cm 2，具半徑65 μm的準圓形(quasi-circular)照射表面積。因此，雷射轟擊在被照射到的表面上形成一粗糙區，RMS粗糙度為2.3 nm ± 0.5 nm，此以AFM在10x10 μm 2掃描範圍內測得(例如參見圖3b的AFM影像)。
然後進行兩底材1、2之常規表面製備(清洗操作、電漿活化)以準備透過分子附著而鍵合。
接合係基於使供體底材1及載體底材2之正面1a、2a直接接觸而達成，使獲得一鍵合組件100成為可能。該鍵合組件100包含一未鍵合局部區31，其在該鍵合界面3內與粗糙區31a垂直對齊(在該鍵合組件100之中央)。該未鍵合局部區31具有130至250 μm數量級的直徑。
在一橫式爐具中執行的斷裂回火(能夠集體處理複數個鍵合組件100)係於200℃和400℃之間進行。
在等溫回火情況下，未鍵合局部區31可在短時間內沿著埋置弱化平面11起始斷裂，亦即該時間是在沒有未鍵合局部區31情況下平均斷裂時間的大約25%。當集體處理複數個鍵合組件100時，該未鍵合局部區31也可獲得較不分散的斷裂時間。
分離後得到的SOI結構110具有取代該鍵合組件100之未鍵合局部區31的一未移轉區31b，其尺寸與該未鍵合局部區31的尺寸大致相同。
相對於從沒有未鍵合局部區31的習知鍵合組件中所獲得的一SOI結構110'，本發明移轉後的薄層10之表面10a的品質得到改善。這在施加用以校正移轉後薄層10並使其表面光滑的精整步驟(主要是熱氧化及平滑化處理)之後特別明顯：與透過習知方法獲得的某些SOI結構110'不同(沒有未鍵合局部區31)，透過本發明之方法獲得的SOI結構110在薄層10的周邊不會展現出粗糙濃密區。
根據第二示例，進行移轉方法以產生一RFSOI(用於射頻應用的SOI)結構，即在該載體底材2上具有一表層薄層、一絕緣層及一電荷捕捉層。
該供體底材1是直徑300 mm的單晶矽製晶圓，並在其正面1a上包含氧化矽製，厚度為200 nm的一絕緣層12。該埋置弱化平面11是透過分別以35 keV及50 keV的能量，以及分別為1.2E16/cm 2及1.1E16/cm 2的劑量進行共同植入的氦及氫離子而形成。
該載體底材2為直徑300 mm的單晶矽製晶圓。厚度大約1 μm的多晶矽製一電荷捕捉層位於該載體底材2之正面2a上。
雷射轟擊在該載體底材2的一周邊區中，在其正面2a上(因此在多晶矽上)進行，以便僅造成表面的熔化/再結晶作用。尤其，該雷射轟擊在離該載體底材2的邊緣處3 mm至10 mm之間，例如5 mm的距離處執行。
雷射條件如下：波長308 nm，雷射脈波期間160 ns，能量密度1.9 J/cm 2，具半徑65 μm的準圓形照射表面積。因此，雷射轟擊導致在照射到的表面上形成一粗糙區，RMS粗糙度為2.7 nm ± 0.5 nm，此為透過AFM在10x10 μm 2掃描範圍內測得。
然後進行兩個底材1、2之常規表面製備(清洗操作、電漿活化)以準備透過分子附著而鍵合。
接合係基於使供體底材1及載體底材2之正面1a、2a直接接觸而達成，可獲得一鍵合組件100。該鍵合組件100包含一未鍵合局部區31，其與該鍵合界面3內的該粗糙區31a垂直對齊(在該鍵合組件100的邊緣處)。該未鍵合局部區31具有130至250 μm數量級的直徑。
在一橫式爐具中執行的斷裂回火(能夠集體處理複數個鍵合組件100)係於200℃和550℃之間進行。
未鍵合局部區31可在短時間內沿著埋置弱化平面11起始斷裂，該時間是在沒有未鍵合局部區31情況下平均斷裂時間的大約30%。當集體處理複數個鍵合組件100時，該未鍵合局部區31也可獲得較不分散的斷裂時間。
分離後得到的SOI結構110具有取代該鍵合組件100的未鍵合局部區31之一未移轉區，其尺寸與該未鍵合局部區31的尺寸大致相同，通常小於250 μm。
相對於從沒有未鍵合局部區31的習知鍵合組件中所獲得的一SOI結構110'，本發明移轉後的薄層10之表面10a的品質得到改善。這在施加用以校正移轉後薄層10並使其表面光滑的精整步驟(主要是熱氧化及平滑化處理)之後特別明顯：與透過習知方法獲得的某些SOI結構110'不同(沒有未鍵合局部區31)，透過本發明之方法獲得的圖6之SOI結構110在薄層10的周邊沒有粗糙濃密區；並在SOI結構110的薄層10之整個表面上展現較低的總體粗糙度等級。
根據第三示例，進行移轉方法以產生一SOI結構，亦即其具有一表層薄層、一絕緣層及一載體底材2。
該供體底材1是直徑300 mm的單晶矽製晶圓。
在該供體底材1的中央區或周邊區，在其正面1a上(因此在矽上)進行一雷射轟擊，以便僅造成表面的熔化/再結晶作用。雷射條件如下：波長308 nm，雷射脈波期間160 ns，能量密度1.9 J/cm 2，具半徑65 μm的準圓形照射表面積。因此，一雷射轟擊導致在照射表面上形成一初步粗糙區，RMS粗糙度為2.3 nm ± 0.5 nm，此係以AFM在10x10 μm 2掃描範圍內測得。
在對該供體底材1施加標準清洗後，通常在900°C – 1050°C的溫度範圍內進行熱氧化。在該氧化結束時，該供體底材1在其正面1a上包含氧化矽製厚度為100 nm之一絕緣層12。與初步粗糙區垂直對齊的粗糙區31a存在於該絕緣層12的自由面1a上。該粗糙區31a具有與初步粗糙區大致上相同的RMS粗糙度，即大約2.2 nm ± 0.5 nm (10x10 μm 2AFM掃描範圍)。
該埋置弱化平面11是穿過該供體底材1中的該絕緣層12，分別以35 keV及50 keV的能量，以及分別為1.2E16/cm 2及1.1E16/cm 2的劑量進行共同植入的氦及氫離子而形成。
該載體底材2為直徑300 mm的單晶矽製晶圓。
然後進行兩個底材1、2之常規表面製備(清洗操作、電漿活化)以準備透過分子附著而進行鍵合。
接合係基於使供體底材1及載體底材2之正面1a、2a直接接觸而達成，可獲得鍵合組件100。該鍵合組件100包含一未鍵合局部區31，在該鍵合界面3內與粗糙區31a垂直對齊。該未鍵合局部區31具有100 μm數量級的直徑。
在一橫式爐具中執行的斷裂回火(能夠集體處理複數個鍵合組件100)係於200℃和550℃之間施作。
未鍵合局部區31可在短時間內沿著埋置弱化平面11起始斷裂，該時間是在沒有未鍵合局部區31情況下平均斷裂時間的大約30%。當集體處理複數個鍵合組件100時，該未鍵合局部區31也可獲得較不分散的斷裂時間。
分離後得到的SOI結構110具有取代該鍵合組件100的未鍵合局部區31之一未移轉區，其尺寸與該未鍵合局部區31的尺寸大致相同，通常小於200 μm。
相對於從沒有未鍵合局部區31的習知鍵合組件中所獲得的一SOI結構110'，本發明移轉後的薄層10之表面10a的品質得到改善：其在薄層10的周邊沒有粗糙濃密區DZ，並在薄層10的整個表面上展現出較低的總體粗糙度等級。
根據第四示例，進行移轉方法以產生一RFSOI(用於射頻應用的SOI)結構，亦即該載體底材2上具有一表層薄層、一絕緣層及一電荷捕捉層。
該供體底材1是直徑200 mm的單晶矽製晶圓，並且在其正面1a上包含氧化矽製的厚度為400 nm之一絕緣層12。該埋置弱化平面11是透過以50 keV的能量及6E16/cm 2的劑量植入氫離子而形成。
該載體底材2為直徑200 mm的單晶矽製晶圓。厚度大約2 μm的多晶矽製電荷捕捉層係位於該載體底材2之正面2a。
複數個連續的雷射轟擊在該載體底材2的周邊區中，在其正面2a上(因此在多晶矽上)進行，以便僅造成表層熔化/再結晶作用。尤其，該雷射轟擊在離該載體底材2的邊緣處3 mm至10 mm之間，例如5 mm的距離執行。
雷射條件如下：每次雷射轟擊波長308 nm，雷射脈波期間160 ns，能量密度2 J/cm 2，具半徑65 μm的準圓形照射表面積。連續十一次對準的雷射轟擊，相鄰照射到的表面大約10%重疊，導致形成具有類似於圖7(d)的形狀之一形狀的一粗糙區31a。該粗糙區的RMS粗糙度大約為3 nm ± 0.5 nm，此為AFM在10x10 μm 2掃描範圍內測得。
然後進行兩個底材1、2之常規表面製備(清洗操作、電漿活化)，以準備透過分子附著而進行鍵合。
接合係基於使供體底材1及載體底材2之正面1a、2a直接接觸而達成，可獲得一鍵合組件100。該鍵合組件100包含與該鍵合界面3內的該粗糙區31a垂直對齊的一未鍵合局部區31。該未鍵合局部區31在該鍵合界面之平面((x,y)平面)中具有2mm數量級的長度及100至250 μm數量級的寬度。
在一橫式爐具中進行的斷裂回火係應用於200°C和550°C之間。
未鍵合局部區31可在短時間內沿著埋置弱化平面11起始斷裂，該時間是在沒有未鍵合局部區31情況下平均斷裂時間的大約30%。當集體處理複數個鍵合組件100時，該未鍵合局部區31也可獲得較不分散的斷裂時間。
分離後得到的SOI結構110具有取代該鍵合組件100的未鍵合局部區31之未移轉區31b，其尺寸與該未鍵合局部區31的尺寸大致相同(圖8b)。
相對於由沒有未鍵合局部區31的習知鍵合組件所獲得的SOI結構，本發明移轉後的薄層10之表面10a的品質在此獲得進一步改善。
應注意的是，具有第四示例所述特定形狀之未鍵合局部區31，當其應用於第一、第二及第三示例所述該等鍵合組件100中時，也可提供上述優點。
當然，本發明不限於本說明書所描述的實施例，且實施例變體可在不脫離申請專利範圍所界定的本發明範疇下實施。
1:供體底材 1':剩餘部 1a,2a:正面 1b,2b:背面 2:載體底材 3:鍵合界面 10:薄層 10a:表面 11:埋置弱化平面 12:額外層 31:未鍵合局部區 31a:粗糙區 31b:未移轉區 100:鍵合組件 110:堆疊結構 110':習知SOI結構 DZ:濃密區 M:大理石花紋
參照附圖，從以下詳細描述中本發明之其他特徵及優點將變得顯而易見，其中：圖1繪示兩圖像，代表兩個移轉後薄層之表面粗糙度，根據一常規方法，兩個薄層來自兩個直至精整之前皆以相同方式處理的鍵合組件；這兩圖像以Surfscan TM檢查工具獲得；圖2繪示薄層表面粗糙度作為斷裂時間的函數之圖表，根據一常規方法，用於複數個鍵合組件(不同於參照圖1提到的鍵合組件)且直至精整之前皆以相同方式處理；圖3a繪示根據本發明之移轉製程的一中間步驟之一鍵合組件；圖3b繪示供體或載體底材之一示例，其包括根據本發明之移轉方法刻意形成在其正面上的一粗糙區，該粗糙區具有一預定粗糙度；圖4繪示透過根據本發明的移轉方法所獲得的一堆疊結構及供體底材的剩餘部分；圖5繪示被一雷射轟擊照射到的矽表面的RMS(均方根)粗糙度及PV(峰至谷，peak-to-valley)之變化，其為雷射能量密度之函數；圖6繪示兩圖像，代表用於第一及第二RFSOI結構的兩個移轉後薄層之表面粗糙度(精整後)，第一張(110)是根據本發明之一移轉方法而獲得，第二張(110')用一常規移轉方法而獲得；這兩張圖像是用Surfscan TM檢查工具獲得；圖7繪示根據本發明之移轉方法中使用的粗糙區及相關的未鍵合局部區之不同形狀示例；圖8a及8b繪示對應於一鍵合組件的未鍵合局部區之一未移轉區之影像；在根據本發明之一移轉方法獲得的一堆疊結構上觀察到該未移轉區。
某些圖式是概要示意性呈現，為了清楚起見，其並未按比例繪製。尤其，沿z軸的層厚度相對於沿x軸及y軸的橫向尺寸並未成比例。
在圖式及說明中，相同的符號說明可用於相同性質的元件。

Claims (14)

  1. 一種用於將一薄層(10)移轉到一載體底材(2)上之方法，包括： 提供一鍵合組件(100)，其包含一供體底材(1)及該載體底材(2)，該二底材在各自的正面(1a, 2a)處沿著一鍵合界面(3)透過直接鍵合而接合，該鍵合組件(100)在該鍵合界面(3)內部有一未鍵合局部區(31)，該供體底材(1)更包含一埋置弱化平面(11)， 透過熱活化使微裂隙在該埋置弱化平面(11)中生長後，由該未鍵合局部區(31)起始，沿着該埋置弱化平面(11)進行分離，該分離導致一薄層(10)從該供體底材(1)移轉到該載體底材(2)上， 該方法之特徵在於，該未鍵合局部區(31)係在該供體底材(1)及該載體底材(2)接合之前，僅由刻意製作在該供體底材(1)及該載體底材(2)的至少一正面(1a, 2a)的一粗糙區(31a)產生，該粗糙區(31a)沒有拓撲結構且具有範圍在0.5nm RMS和60.0nm RMS之間的一預定粗糙度。
  2. 如請求項1之方法，其中該粗糙區(31a)是透過在該供體底材(1)及/或該載體底材(2)的正面(1a, 2a)進行至少一次雷射轟擊而產生，所述雷射轟擊只會使構成該供體底材(1)及/或該載體底材(2)的材料的前1至30奈米內的表層熔化。
  3. 如請求項2之方法，其中所述雷射轟擊的脈波期間(pulse duration)在1 ns到1000 ns之間，最好在10 ns到500 ns之間。
  4. 如請求項3之方法，其中所述雷射轟擊係以波長308 nm，能量密度1.8 J/cm 2和2.5 J/cm 2之間的雷射進行。
  5. 如請求項2至4任一項之方法，其中一雷射轟擊會照射到直徑小於200微米的一圓形表面區。
  6. 如請求項5之方法，其中該粗糙區(31a)是透過使用複數次雷射轟擊而產生，例如2次到15次的雷射轟擊，被連續之雷射轟擊照射到的相鄰圓形表面區彼此相切或有1%至95%的重疊百分比。
  7. 如請求項1至6任一項之方法，其中： 其上有該粗糙區(31a)形成的該正面(1a, 2a)爲單晶矽製，且該預定粗糙度的範圍在0.5 nm RMS和4.0 nm RMS之間，最好在1.0 nm RMS 和 2.5 nm RMS之間，或 其上有該粗糙區(31a)形成的該正面(1a, 2a)爲多晶矽製，且該預定粗糙度的範圍在0.5 nm RMS和5.0 nm RMS之間，最好在2.0 nm RMS 和 5.0 nm RMS之間，或 其上有該粗糙區(31a)形成的該正面(1a, 2a)爲氧化矽製，且該預定粗糙度的範圍在1.0 nm RMS和6.0 nm RMS之間。
  8. 如請求項1至7任一項之方法，其中該粗糙區(31a)係在該埋置弱化平面(11)形成於該供體底材(1)中之前，製作在該供體底材(1)的正面(1a)上。
  9. 如請求項8之方法，其中： 該供體底材(1)在其正面(1a)處由一第一材料形成，且一初步粗糙區被製作在該第一材料的表面上，及 在製作該初步粗糙區之後且在該埋置弱化平面(11)形成之前，對該供體底材(1)的第一材料進行一熱氧化處理，以形成將被接合至該鍵合組件(100)之載體底材(2)之一絕緣層，該絕緣層在其自由面上包含與該初步粗糙區垂直對齊之該粗糙區(31a)。
  10. 如請求項1至7任一項之方法，其中： 該載體底材(2)在其正面(2a)處由一第一材料形成，且一初步粗糙區被製作在該第一材料的表面上，及 在製作該初步粗糙區之後，對該載體底材(2)的第一材料進行一熱氧化處理，以形成將會被接合至該鍵合組件(100)之供體底材(1)之一絕緣層，該絕緣層在其自由面上包含與該初步粗糙區垂直對齊之該粗糙區(31a)。
  11. 如請求項1至10任一項之方法，其中該未鍵合局部區(31)在該鍵合界面(3)之平面中具有一形狀，其輪廓的至少一部分的曲率半徑小於相同面積的一圓形鍵合缺陷的半徑。
  12. 如請求項1至11任一項之方法，其中該未鍵合局部區(31)在該鍵合界面(3)之平面中具有小於300微米的至少一橫向尺寸。
  13. 如請求項1至12任一項之方法，其中該未鍵合局部區(31)在該鍵合界面(3)之平面中係位於該鍵合組件(100)之中央區。
  14. 如請求項1至13任一項之方法，其中來自該供體底材(1)之薄層(10)爲單晶矽製且該載體底材(2)包含單晶矽，以便形成SOI類型之一堆疊結構(110)。
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