TW202416352A - 用於製作具原子物種擴散阻隔層之結構之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關一種用於製作一結構(1)之方法,該結構包括一薄層(4),該薄層經由一介電層(3)而被移轉到一支撐件(2)上,該支撐件包括一電荷捕捉層(2b)被表面地設置在一基底底材(2a)上。該方法包括對支撐件主要側的曝露表面及/或對供體底材主要側的曝露表面施加一表面處理,以在其上形成作爲阻隔某些原子物種擴散之一層。該表面處理包括將曝露表面曝露在一含氧電漿下,然後將曝露表面曝露在一含氮電漿下。
Description
本發明係有關一種用於製作一結構之方法,該結構包括一薄層,該薄層被移轉到設有一電荷捕捉層之一支撐件上。本發明尤其適用於微電子學、微系統、光子學等領域。
文件WO2021008742提到在由透過介電層移轉到支撐件之薄層形成之結構中,該支撐件設置用於捕捉電荷的層(下文簡稱「電荷捕捉層」)通常是有利的。該類型結構之製作係描述於例如文件FR2860341、FR2933233、FR2953640、US2015115480、US7268060或US6544656中。尤其是,其可用於製成射頻(RF)訊號領域中之電子或電聲(electroacoustic)元件。
薄層(常為單晶)可為半導體性質(例如矽)或絕緣性質(例如壓電材料,諸如鉭酸鋰或鈮酸鋰)。
上述文件亦揭示了該類型結構對氫特別敏感,氫原子有可能擴散並被固定在電荷捕捉層中,從而鈍化捕捉層所含的電氣缺陷,進而使該結構的RF效能下降。如SOITEC公司於2015年1月公開的出版品「白皮書 – RF SOI Characterisation」中記載的,底材之RF效能可由二次諧波失真(harmonic distortion)測量來表現。
該文件亦觀察到,當薄層包括鋰時,該原子物種亦能夠在其製作步驟期間擴散到結構中,以便固定在電荷捕捉層中並使其被摻雜。如同氫一般,電荷捕捉層中鋰的存在容易使結構的RF效能下降。
為了防止在含有電荷捕捉層之結構中因原子物種(尤其是氫)擴散而引起的RF效能下降,文件WO 2021/008742提出了將擴散阻隔層納入介電層中。
本發明之一目的在於藉由提出一種特別簡單且有效之方法來改進該先前技術,該方法旨在將某些原子物種(尤其是氫及/或鋰)的擴散屏障納入含有電荷捕捉層的結構中。
為了達成此目的,本發明之標的提出一種用於製作一結構之方法,該結構包括一薄層,該薄層經由一介電層而被移轉到一支撐件上,該支撐件包括一電荷捕捉層被表面地設置在一基底底材上,該方法包括以下步驟:
在該支撐件主要側的曝露表面上及/或在一供體底材主要側的曝露表面上,形成一介電層;
對該支撐件主要側的曝露表面及/或對該供體底材主要側的曝露表面施加一表面處理,以在其上形成作爲阻隔某些原子物種擴散之一層;
使該支撐件及該供體底材經由其各自的主要側而接合,從而形成一中間結構;
從該中間結構移除至少部分的供體底材,以形成該薄層。
該方法值得注意的是,施加於至少一個曝露表面的表面處理包括:
將該曝露表面曝露在一含氧電漿下,以在主表面底下形成一受損厚度,然後
將該曝露表面曝露在一含氮電漿下,以氮化該受損厚度。
此種表面處理允許簡單地形成某些原子物種擴散的阻隔層,其對氫及/或鋰的擴散特別有效。從而避免產生RF效能劣化的結構。
依照本發明之其他有利且非限制之特徵,採取單獨或任何技術上可行之組合:
該供體底材包括一單晶壓電材料;
該供體底材爲一單晶矽底材;
該基底底材爲一單晶矽底材;
該介電層包括氧化矽;
該電荷捕捉層爲多晶矽製;
形成該介電層包括氧化該電荷捕捉層;
形成該介電層先於(precede)對該支撐件主要側的曝露表面施加該表面處理;
形成該介電層後於(follow)對該支撐件主要側的曝露表面施加該表面處理;
氧化矽介電層包含氮,較佳者爲氮/氧比小於0.5;
形成該介電層包括在該供體底材上形成至少部分的該介電層;
施加該表面處理包括對該供體底材主要側的曝露表面施加;
在該供體底材上形成至少部分的該介電層先於施加該表面處理。
一般而言且參照圖1,以下概要說明一種用於製作結構1之方法,該結構1依序包括奈米晶薄層4、介電層3及支撐件2。支撐件2本身包括基底底材2a,其設有電荷捕捉層2b。較佳者為,介電中間層3與電荷捕捉層2b和薄層4接觸。如前文引言所述,此種結構1特別適於在薄層4上面或當中承接射頻(RF)元件。
為了防止某些原子物種往電荷捕捉層2b擴散,圖1所示結構1包括設置在介電層3中的阻隔層5。如下文所解釋,除了設置在介電層中的阻隔層之外,或取代設置在介電層中的阻隔層,亦可設想到將阻隔層表面地設置在支撐件2本身當中或上面,或甚至在薄層4上面或當中(在面向介電層3那側上)。阻隔層之厚度為5 nm,典型在2 nm到10 nm之間,且富含氮。
易於擴散到電荷捕捉層2b之原子物種可尤其源自薄層4。在此情況下,當該薄層4由鉭酸鋰或鈮酸鋰(或更一般而言,任何鋰基材料)構成時,此等原子物種可為,舉例而言,鋰。藉由在薄層4及電荷捕捉層2b之間提供能夠阻擋鋰擴散的阻隔層5,可防止結構1之RF效能下降。
該原子物種亦可來自介電層3。當介電層至少部分地經由使用低於1000°C之中等熱處理的沉積技術製作時,情況尤其如此。此等處理無法使某些物種(諸如氫物種)從沉積層擴散出來,從而該等物種在製作結構1之其他步驟期間仍易於擴散到電荷捕捉層2b中。同樣地,阻隔層5之存在使得此等物種能夠往被阻擋的電荷捕捉層2b擴散,從而防止結構1的RF效能下降。
常規上,結構1可為圓形晶圓形式,其直徑可為100、150、200、300或甚至450毫米。
其上設有電荷捕捉層2b的支撐件2基底底材2a通常具有數百微米的厚度。基底底材2a最好具有高電阻率,其高於1000 ohm.centimetres,更好的是高於2000ohm.centimetres。這樣,易於在基底底材中移動的電荷(即電洞或電子)密度從而受限制。然而,本發明不限於具有此種電阻率之基底底材2a,且當基底底材具有幾百ohm.centimetres等級,例如低於1000ohm.centimetres,或低於500ohm.centimetres,或甚至低於10ohm.centimetres之更典型電阻率時,本發明亦能提供RF效能方面的優點。
出於可取得性及成本原因,基底底材2a優選爲單晶矽製。舉例而言,其可為具有6到10 ppm之間的低間隙氧含量的CZ矽底材,或特別是具有自然非常低的間隙氧含量的FZ矽底材。基底底材亦可為具有大於26 ppm之高量間隙氧(以「高Oi」表示)的CZ矽底材。作爲替代方案,基底底材2a可由其他材料形成:例如藍寶石、玻璃、石英、碳化矽等。在某些情況下,且特別是當電荷捕捉層2b具有足夠厚度時,例如大於30微米,基底底材2a可具有小於1 kohm.cm的標準電阻率。
電荷捕捉層2b可具有非常不同的性質,這在習知技術文件已有報導。通常,其為具有諸如差排(dislocation)、晶界(grain boundary)、非晶質區(amorphous zone)、間隙、夾雜物、孔隙等結構缺陷的非單晶層。此等結構缺陷爲可能流過材料之電荷形成陷阱,例如在不完整或懸垂化學鍵的位點處。因此,電荷捕捉層中之導電被阻止,從而具有高電阻率。
有利地,且出於易於實施的原因,電荷捕捉層2b由多晶矽層製成。該層可藉由沉積在基底底材2a上而製成。電荷捕捉層的厚度,尤其是當其形成在電阻基底底材2a上時,可為0.1 μm到3 μm之間。但低於或高於該範圍之其他厚度亦有可能,取決於結構1之RF效能的預期水準。
為了尋求在結構1可能經歷之熱處理期間保持此層之多晶品質,有利的是,在沉積電荷捕捉層2b之前,在基底底材2a上提供例如由二氧化矽形成的非晶層。
作爲替代方案,電荷捕捉層2b可藉由在基底底材2a之表面厚度中植入相對較重之物種(諸如氬)而形成,以在其中形成構成電荷陷阱的結構缺陷。亦可藉由基底底材2a之表面厚度的多孔化(porosification)或藉由能夠在基底底材2a之表面厚度中形成結構缺陷的任何其他方法而形成,此等結構缺陷能夠捕捉電荷。
介電層3最好為氧化矽製。其他化學元素亦可以微量或更高濃度摻入其中。介電層尤其可包含氮(以便形成SiON層),其氮/氧比舉例而言小於0.5。該層中之氮比例可通過測量其折射率而表示,該折射率範圍(在620 nm的波長下)從SiO
2的1.44到Si
3N
4的2.35。
結構1之薄層4可具有任何適用之性質。當結構1用於承接半導體積體元件時,薄層4可由單晶矽或任何其他單晶半導體材料(諸如鍺、矽-鍺或碳化矽)構成。當結構1用於承接表面聲學彈性波濾波器時,薄層4可由單晶的壓電及/或鐵電材料(諸如鉭酸鋰或鈮酸鋰)構成。薄層4亦可包括成品或半成品積體元件,其在供體底材上形成,且在製作結構1之步驟期間被移轉到支撐件2。通常,薄層可具有10奈米到10微米之間的厚度。
因此,如於序言中先前技術文件所示,結構1可以多種方式製作。一般而言且參照圖2,本發明之結構1可經由一種方法製作,該方法包括:提供支撐件及供體底材;在支撐件主要側的曝露表面上及/或在供體底材主要側的曝露表面上,形成一介電層;對支撐件主要側的曝露表面及/或對供體底材主要側的曝露表面施加一表面處理,以在其上形成阻隔層;使支撐件及供體底材經由各自的主要側接合,從而形成一中間結構;從中間結構移除供體底材之一部分,以便形成經由介電層而設置在支撐件上的薄層4。
介電層可藉由沉積而製作,例如依照LPCVD (低壓化學氣相沉積)或PECVD (電漿加強化學氣相沉積)技術。其亦可為HDP CVD (高密度電漿化學氣相沉積)技術。
當供體底材由矽製成時,可藉由氧化供體底材而獲得氧化矽介電層3,或者當電荷捕捉層2亦由矽製成時,可藉由氧化電荷捕捉層2而獲得氧化矽介電層3。在第二種情況中,氧化後可進行拋光氧化面的步驟,以促進供體底材及支撐件2的後續接合。
接合步驟有利地藉由分子黏附進行。衆所周知,在分子黏附過程期間,支撐件及供體底材之曝露表面(其係完全乾淨、平坦及光滑)彼此緊密接觸,以促進諸如凡得瓦(van der Waals)或共價類型等分子鍵的形成。因此,無需使用黏合劑即可達到兩個本體的接合。此等鍵可藉由對中間結構施加熱處理而強化。
移除供體底材之一部分的步驟可藉由該底材之機械化學薄化而進行。優選地,結構1藉由應用Smart Cut
TM技術而製造,依照該技術,旨在形成薄層4的層,係經由在供體底材中植入輕質元素(通常爲氫及/或氦)而形成的弱化平面來界定。在接合步驟之後,藉由在弱化平面處的分割(splitting),將該層從供體底材上移除,從而移轉到支撐件2上。
現在詳細描述結構1製作期間在其中簡單製作阻隔層5之表面處理所涉及的步驟。
如圖所示,該表面處理被施加至支撐件主要側的曝露表面及/或供體底材主要側的曝露表面。
當介電層已藉由沉積或氧化而預先設置在這兩個底材之一者的主要側上時,被施加表面處理之曝露表面從而對應於介電層之曝露表面。然而,一般而言,表面處理可被施加至供體底材及支撐件之當中一者或兩者,不論其是否具有介電表面層。
亦有可能對支撐件及/或供體底材之曝露表面施加表面處理之後,再將介電層沉積在該側上。
為了避免疑義,因此明確規定,導致阻隔層5形成的表面處理只可被施加至供體底材、只可被施加至支撐件、或被施加至兩者。介電層可在施加表面處理之前或之後而形成。
不論該表面處理是否在兩個底材其中一者及/或另一者上進行,表面處理由兩個連續的子步驟組成,如圖3所示。在第一子步驟中,將曝露表面曝露於含氧電漿中。該第一子步驟導致在表面上或埋藏在距離表面非常淺之深度處,形成低厚度(約5nm,通常在2 nm到10 nm之間)的多孔層,或更一般而言,受損層。在該第一子步驟期間,底材表面所曝露之電漿,可由氧電漿組成,或由與六氟化硫(SF6)或通式爲C
xH
yF
z之氣體組合的氧電漿組成。
在第一子步驟後之第二子步驟中,將處理後的底材之曝露表面曝露於含氮電漿。第二子步驟允許將大量的氮導入在第一子步驟中形成的受損層中。在第二子步驟期間,底材表面所曝露之電漿可由氮組成。
這兩個步驟不必原位(
in situ)進行,且在第一與第二子步驟之間,有可能將供體底材或支撐件曝露到大氣中。
電漿曝露子步驟可包括將相關底材放置在電漿活化設備的腔室中,例如腔室中設置的平面支架上,以便將主要側曝露在由來源製備的電漿中。氧流(第一子步驟)或氮流(第二子步驟)以受控之速率導入該設備之電漿源中,並經由諸如可變的磁場或電場而生成該氣體之電漿。電漿物種被投射到曝露表面上。此等操作可在大氣壓或低於大氣壓之下進行。
該等子步驟之順序可非常簡單地製作出5奈米數量級之薄阻隔層,其包含大量的氮,使得其功效特別高。相較於僅藉由曝露於單一氮電漿而形成的阻隔層,本發明之方法可更有效地阻擋某些原子物種的擴散。
當然,本發明不限於此處所述實施方式,吾人可對這些實施方式進行修改而不脫離由申請專利範圍所定義之本發明範疇。
1:結構
2:支撐件
2a:基底底材
2b:電荷捕捉層
3:介電層
4:薄層
5:阻隔層
本發明之其他特徵及優勢將從以下參考所附圖式提供的詳細描述而變得顯而易見,其中:圖1繪示依照本發明之一結構;圖2繪示依照本發明之結構製作方法的順序;圖3繪示在依照本發明之結構製作方法中,形成一阻隔層之表面處理的子步驟。
1:結構
2:支撐件
2a:基底底材
2b:電荷捕捉層
3:介電層
4:薄層
5:阻隔層
Claims (13)
- 一種用於製作一結構(1)之方法,該結構包括一薄層(4),該薄層(4)經由一介電層(3)而被移轉到一支撐件(2)上,該支撐件(2)包括一電荷捕捉層(2b)被表面地設置在一基底底材(2a)上,該方法包括以下步驟: 在該支撐件主要側的曝露表面上及/或在一供體底材主要側的曝露表面上,形成一介電層(3); 對該支撐件主要側的曝露表面及/或對該供體底材主要側的曝露表面施加一表面處理,以在其上形成作爲阻隔某些原子物種擴散之一層; 使該支撐件及該供體底材經由其各自的主要側接合,從而形成一中間結構; 從該中間結構移除至少部分的供體底材,以形成該薄層; 該方法之特徵在於,施加於至少一個曝露表面的該表面處理包括: 將該曝露表面曝露在一含氧電漿下,以在該主表面底下形成一受損厚度,然後 將該曝露表面曝露在一含氮電漿下,以氮化該受損厚度。
- 如請求項1之方法,其中該供體底材包括一單晶壓電材料。
- 如請求項1之方法,其中該供體底材爲單晶矽底材。
- 如請求項1至3任一項之方法,其中該基底底材(2a)爲單晶矽底材。
- 如請求項1至4任一項之方法,其中該介電層(3)包括氧化矽。
- 如請求項1至5任一項之方法,其中該電荷捕捉層(2b)爲多晶矽製。
- 如請求項6之方法,其中形成該介電層(3)包括氧化該電荷捕捉層(2b)。
- 如請求項7之方法,其中形成該介電層(3)先於對該支撐件(2)主要側的曝露表面施加該表面處理。
- 如請求項7之方法,其中形成該介電層(3)後於對該支撐件(2)主要側的曝露表面施加該表面處理。
- 如請求項5之方法,其中氧化矽之該介電層包含氮,較佳者爲氮/氧比小於0.5。
- 如請求項1至10任一項之方法,其中形成該介電層(3)包括在該供體底材上形成至少部分的該介電層。
- 如請求項11之方法,其中施加該表面處理涉及對該供體底材主要側的曝露表面施加。
- 如請求項12之方法,其中在該供體底材上形成至少部分的該介電層(3)先於施加該表面處理。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FRFR2206733 | 2022-07-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW202416352A true TW202416352A (zh) | 2024-04-16 |
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