TWI255525B - Method of bonding and transferring a material to form a semiconductor device - Google Patents

Description

0) 0)1255525 玖、發明說明 (發明說明應敎明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 技術領t 本發明一般係關於半導體裝置製造， 用曰η &人 、"體而吕係關於利 用曰日Η結合技術以形成半導體裝置的技術。 先前技 晶圓結合是一為人所熟知的技術，係讓兩個 ==為一最終元件。該兩材料可能有相同的組：或相 ，、的材枓。例如’兩矽晶圓被結合在一起，或 砷化鎵晶圓可能被結合到一矽晶圓。 例 5 曰问 二例子中，兩矽 =二-介電層分開，其扮演不只是_電絕緣層而且是_ 形成δ亥結合的黏著層。 在應用中元件形成在兩半導體晶圓上，吾人期望 矽晶圓是足夠薄的，以方便元件製 /、 缺二 w和几件間連線的形成 始即以一足夠薄的晶圓來結合接收晶圓是不 二因為其不具有足夠的結構強度。-達到足夠薄結 a層的方法是把結合後的其中一 曰曰®進行回蝕刻。但是 在應用上要達到非常薄的結果層’我們並不期望這財法 ，因為姓刻如此大量的晶圓材料而且控制剩餘層厚度的约 :=::Γ一經被發展，其中一 材枓缚層，從一施體晶圓到-接收晶圓。例如， 在施體晶圓中產生該薄層，藉由 中產生-脆弱區域。施體晶圓…二便在半導體晶圓 飞施肢日日圓和接收晶圓被結合在一 且使用一隨後的退火過程或辟Μ JI人ία枉次刀開過程以分開脆弱區 層和施體晶圓的剩餘層。 / (2) (2)1255525

以上的晶圓結合技術在結合兩非常平坦的晶圓之應用中 特別有用’例如在發晶圓上形成絕緣上覆郎叫。然而， 在應用先前技術上晶圓結合技術 s 义到日日0不平坦化的實際應 用上存在者問題，例如主重力亓 ' 王動凡件和連線已經形成和部分形 成在接收晶圓上。因此，吾人需 ,^ 八而要一改善的晶圓結合技術 能夠適用於非平坦化的晶圓。 更進V的σ人希望這樣的技術能允許半導體材料之 -只在限定的區域中結合和轉移到另一半導體材料。雖然 有人曹經意圖完成選擇性結合（例如切晶圓上對應於想 要結合的區域進行選擇性的氫植入)’這樣的意圖無法同時 解決結合到一不平坦接收晶圓之問題。

實施UL 大體而言，本發明提出兩個問題，結合到非平坦化的接 收基板和只在接受基板的挑選部份提供—結合區域。在一 貝鉍例中’製造一包含升高部分(以後被稱為施體臺地)的施 體基板使得只有升高部分被轉移到接收基板。因此，缺乏 全面性的平坦化不會不利地影響到結合過程。並且，結合 後最終結構的高度平坦化之程度，能夠以提供接受基板上 相對應的凹槽達成。在另—實施财，接受基板提供一像 儡特徵（dummy feature)，其有效地升高接受基板上欲結合 到另一半導體材料的區域。讓接受基板上欲結合到另一 ^ 導體材料的區$ ’使其至少等高或高於接受基板上的其他 結構’可以確定在這區域内充分的結合強度。 圖1 -4根據本發明一實施例說明一製造半導體裝置丨〇之 1255525 程序的部分剖面圖。右 圖1中，美供一施體基板12。施體美 板12的主體材料時當士 n

"^由早晶半導體材料組成，如矽、鍺、 坤化嫁、填化姻或類彳I m _ w 〃頦似者。透過本發明一較佳實施例和應 匕各鍺。同時如圖丨所說明，施體基板12 有一植入區域14形忐，办丨L ^ 成例如，植入氫到施體基板12的表面 產生植入區域14的目的是產生鏟 甘士 λ* ^ 」疋座玍轉移層，其中施體基板 的薄層能夠被轉移到另一其^ 1另基板。另一產生轉移層的方法可

以替代者使用。例如，可以产> M ^ 可以在施體基板的表面形成一拉長 晶格層且一轉移層^形成在纟長晶格層之上。 植入區域^的深度和厚度係選擇相等於半導體材料（其 將轉移到接收基板)的期望厚度。選擇植入能量讓植入物 種的投射距離或尖鋒濃度（由圖i虛線15表示）相等於期望厚 度。一般而言該深度為θ ΐ μΐη到2 μιη，植入劑量為hi〇i6 到lxl 017原子每立方公分。在一較佳實施例中，其轉移材料 被當做光檢測器使用，且氫常用來植入鍺晶圓内丨到2 jam的深度。 ： 不管是由植入或其它技術，在形成一轉移層之後，施體 基板12上產生圖案使得轉移層只出現在選擇的區域。如圖工 所不，其由沈積和在光阻層上產生圖案來產生光阻光罩16 ，该光罩在選擇區域保護轉移層。然後以光阻光罩丨6當做 餘刻光罩’餘刻施體基板以形成如圖2所示的施體臺地工8 。最好’蝕刻施體基板12以移去植入區域丨4内不是施體臺 地1 8(除施體臺地之外）的區域，以致於在施體臺地丨8内只有 一材料被從施體基板12轉移到接收基板。在施體臺地之外 (4) (4)1255525

的區域可以被稱為基板的主體部分。使用傳統的蝕刻化學 作用和技術來進行蝕刻，且將視出現於施體基板12上的特 疋材料而疋。在—較佳實施例中，其中施體基板12包含植 =氫的鍺，—合適的蝕刻以形成施體臺地1 8為含氯或氟之 :漿餘刻化學作用。另夕卜’可使用—㈣刻化學作用如過 乳化氫田2〇2)水溶液以形成施體臺地18。雖然只有顯示一 鉍體室地1 8，但本技術的任一技巧將說明任何數目的臺地 皆可使用。 在替代只軛例中，在植入或其它處理基板以形成轉移 層之前於施體基板12上產生圖案，以便形成-個或多個施 體臺地。在該替代實施例中’氫植入發生在臺地形成之後 ’且臺地高度和植人狀態量身定做使得只有臺地區域内的 材料轉移到接收基板，如以下將變得更顯而易見。 在形成或其他提供一產生圖案的施體基板12，如圖⑽示 該產生圖案的施體基板結合到接收基板2〇。#收基板的主 體材料常常由單晶半導體材料組成，如梦、錯、钟化嫁、 墻化銦或類似者。在—較佳實施例中，接收基板2〇由石夕组 成。接收基板20可以在主體基板材料之内或之上形成主動 或/和被動元件。對了解本發明這些元件的特性並不重要。 因此，只有具代表性和選擇的元件部份展示在圖中。例如 ’如圖3所示’接收基板20包含—多重傳導構件”，其有第 -層覆蓋的介電層24。傳導構件可以由傳統的方式形成複 晶矽或金屬。介電層24可由已知的技術形成，且在—較‘ 實施例中將包含二氧化矽（Si〇2)。 土 1255525

(5) 如圖3所示，且如同許多應用所發生的，接收基板2〇沒有 平坦的上表面。因此，先前技術用以結合半導體基板有前 述的問題。根據本發明，這些問題已經由結合有圖案的施 體半導體基板到接收基板來克服。更特別的是，施體基板 1 2擺放於相對接收基板2 〇的位置，以至於施體臺地1 $對準 接收基板20上接受轉移層的部分。如所示，對準施體臺地 而不要蓋住接收基板20内之主動元件；然而，在本發明的 所有應用中這不是必要條件。 在施體臺地18準確對準之後，接收基板2〇和施體基板12 在接觸的位置結合，即施體臺地與接收基板2〇的上表面相 接觸。結合能夠以任何已知的晶圓結合技術來達成，但一 般包括一壓力和溫度的處理以產生足夠的結合強度。現存 的材料無論在接收基板20或施體基板丨2之中，可能限制結 合和隨後過程時的溫度。此外’本發明並不限定於特定的 結合技術。 吾人應注意的是，如圖3所示，在元件丨〇左邊的接收基板 20是沒有支撐的，一般這將不會是事實。常見施體基板^ 和接收基板20以晶圓形式出現，其中有許多元件在其上。 因此，施體基板12至少可能由接收基板上另一相鄰的元件 部位所支撐，也可能由元件1〇内其它部位所支撐。假如支 撐不足，額外的方法能夠提供額外的結構支撐。 一旦施體基板12已結合到接收基板2〇上，一分開或轉移 的步驟發生。在這步驟中，如圖4所示，施體基板12的主體 部位被移去。換句話說，施體基板12上除了施體臺地“的 -10- 1255525

(6) 植入區域1 4(結合到接收基板2〇)之外，通通被移去。結果產 生一轉移層26。把轉移層26從施體基板12的其他部份分開 ’可用已知的技術來達成。例如，可使用一熱處理技術， 其中氫氣泡形成在氫植入的尖端濃度（由虛線丨5表示）p氫氣 泡的出現便於分開施體臺地18内的轉移層。另外，也可以 應用機械的方法分開施體臺地18内該位置的轉移層，例如 ，使用超音波震動、喷射流體，或類似者來劈開。

在把轉移層26從施體基板12的其他部份分開之後，元件 旎夠形成在轉移層26上，且連線也能夠形成其上。在一較 佳實施例中，轉移層26以植入N型和p型導電手指狀區域， 在兩區域之間有無摻雜的區域以產生光檢測器。形成連線 以連接導電手指狀區域到接收基板2〇内的電路。

參考本發明圖i-4所示和所描述的實施例，結合施體臺地 18到接收基板2G上的介電層24無須形成任何特別的包容物 來接受施體臺地。在-替代的實施例中，接收基板2〇經過 處理以產生給施體臺地的接收洞’導致更平面化的最终社 構。^特定的應用中，轉移層26的期望厚度可能很大，以 至於最終的結合和轉移結構對隨後的過程不是相”坦 =容如此厚的轉移層，可在接收基板上形成^適當 度的洞，以達到足夠的最終平坦度。例如， =::ΠΓ7,其曝露一嶋= 圖6所示，-洞或溝渠28形成 在接收基板20之主體材料上。或如圖7所示，介電層 餘刻後產生不會曝露底下層的凹槽32。在圖 ：中 -11- 1255525

、，，據已知的㈣技術形成那一難收洞（可能為開口 27、 溝渠28或凹槽32)，將視去除的材料而定。 士圖5所不的貝轭例中，為施體臺地1 8結合到接收基板 2〇(此為+導體與半導體結合）之主體材料而非臺地結合到 介電層材料。對異質結構元件(如石夕層上覆鍺、石申化鎵層上 覆砷化銦鎵）之應用是有利的。要完成半導體與半導體結合 ，必須小心、防止或減少曝露的半導體表面形成區域氧化層 使得結合強度或異質接面元件的操作產生退化。 在上述任何^、代方案中，在結合施體臺地之前，一選擇 的；丨電層30沈積在接收基板2〇之上。使用介電層3〇以便在 兩基板材料之間提供電隔離層（如圖6所示）或加強兩基板的 結合。適合做介電層3〇的材料包括叫、添加氟素si〇2、 ϊ衣本丁烯(BCB)、曱基矽倍半氧烷、（MSSQ)或其它材料適 合做結合的“膠合層，，。假如使用介電層3〇可用傳統方式沈 積0 —替代方法來解決結合至非平坦化的接收基板之問題， 展不在圖8-11，其根據本發明說明半導體裝置4〇之製造程 序。如圖8所不，接收基板42包括傳導構件44和第一介電層 48。這些部分個別類似於先前實施例中的接收基板2〇、傳 導構件22和第一介電層24。此外，接收基板42包括傀儡特 铋46形成在施體基板50要轉移的位置上。施體基板如圖9 所示，且參考前述的施體基板12，一般由單晶半導體材料 和包括植入區域52和由虛線53代表植入物種（時常為氫）的 尖鋒濃度。 -12- 1255525 I牵明說明鮮 提供傀㈣徵46以提高接收基板42上欲結合到施體基板 5>〇的區域。把接收基板42上欲結合的區域做得至少等高或 问於接收基板的其它部份，確信此區域有足夠的結合強度 。例如’如圖9所示’傳導構件44導致接收基板42的上表面 不平坦。提供傀儡特徵46以產生用於結合之昇高表面。傀 偽特徵—46時常與傳導構件或其它地形構件使用相同材料， 以避免額外的步驟。傀儡特徵不須由特定材料構成（如它可 由介電材料而非傳導材料來構成）。該槐偏特徵的尺寸和形 擇相等於或大於施體基板5〇上欲結合或轉移的部 份、。雖然只有展示一槐偽特徵’但也可使用多重槐偶特徵 來達到相等或類似效果。 根據本發明，如圖9所示具有塊偏特徵46的接收基板42 ^合到施體基板50。接收基板42結合到_基板5〇可以由 月〇 ^的方法來達成’且常常只發生在兩基板之間接觸的區 域（包含在傀儡特徵46之上的區域）。 如圖10所示，施體基板5〇的主體部份被移去，留下一轉 私層54½過接收基板42的整個表面。該移去過程通常使用 前述的技術（參考施體基板12主體部份的移去過程）來達成 。另外，將接著使用回蝕刻的技術。轉移層“接著定影和 餘刻回來，如圖U所示在幻晶特徵46上留下—形成圖樣的 轉移層56。該形成圖樣的轉移層可接著處理形成一元件， 如光學兀件（光檢測器），其可電性耦合到形成在接收基板42 上的電路。 · 因此，顯而易見的是吾人提供一改良的基板結合過程， - -13- (9) 1255525 可乂使用在不平坦的接收基板上，更進一步地的是可以 造成選擇性的結合。使用施體臺地在施體基板上，使得半 導體材料選擇性的轉移到接收基板上。該接收基板不需要 咖平坦化，且其可修正以產生容納接收臺地的洞，以 進v改善取終結合結構的平坦化。該建議的製造方法對 轉移層厚度有高度的控制性。更進一步地，本發明對於不 料導體材料結合的應用有特別的優勢，因為平行化的過 私可以被達成，而不是依序結合一半導體材料到另一個半 導體上。轉移施體臺地上半導體材料到另一或更多接收基 板上的選擇區域，且在臺地轉移後提供一平坦化的表面， 便利Ik後的積體電路製程之使用，其將被施體和接收基板 /、 以至屬連線和介電層能夠產生在鲞體半導體梦 置的施體臺地和接收基板部分。 透過具體描述、益處、優點和解決辦法已經在上面被描 述y然而’這益處、優點和解決辦法和任-元件可能帶 來瓜處il：點和解決辦法或使解決辦法變的更明確，將 2為任#所有申請專利範圍的必要且不可或缺的特徵 二正如本文所用的名詞，，包括”或任何類似的術語， 疋希王有非唯一的“包括，，，因此這些過程，方法，文章， :裝置等’包括許多的元件’但不只包括所列舉的料元 4而且也包括那些沒有明列的元件或這些過程 文章、或裝置所與生俱來的元件。 / 在如面的規格中 士 3义口 發明中任-心久=體實施例插述。把本 孜3做各種修正和變化仍然不能視為不同於本 -14- 1255525

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發明中所申請的專利範圍。例如，一個熟悉此技術的人將 了解這個可能性，把前述實施例的一個或許多觀念與另一 實施例結合在一起（如施體臺地能夠與傀儡特徵一起使用） 。此外，一個熟悉此技術的人將了解施體基板包括元件， 或。卩刀元件形成於結合到接收晶圓之前。此外，接收基板 包括元件，或部分元件形成於施體基板結合到接收基板之 鈾。再者，為人所熟知技術的不同方法在結合施體基板到 接收基板之後，被使用以完成積體電路元件的製造。因此 ，規格和圖例都應被視為說明而非是限制，任何的修正都 將被視為本發明的申請專利範圍。 本發明由實施例說明並且不限定於伴隨的圖例，其中, 參考數字指示類似的元件，且在其中： 圖1 -4部分說明根據本發明一實施例以形成半導體妒

之處理程序的剖面圖，其中半導體材料選擇性的轉移和、彳 合到半導體基板上的介電層。 v 、曾圖5部分說明根據本發明一替代實施例的剖面圖，其中」 .體材料選擇性的直接轉移和結合到一半導體材料。 、曾圖6部分說明根據本發明一替代實施例的剖面圖，其 導體材料選擇性的轉移和結合到—介電層，α ^~ 基板内的溝漕形成。 一者+導f 圖7部分說明根據本發明一替代實施例 導體材料選擇性的轉移和結合到半導體基二 層。 双上鍰耿的介, -15- 00 !255525 置=分根據本發明另一實施例以形成半導體裝 導二 =，Γ—槐難一yfeat—加到接收半 豆土板上，，口合另一半導體層發生的區域内。 為了說明的簡化和明晰，圖例說明結構的—般性方法 二鐵述和為人所熟知特性的細節和技術以避免對 人要的混淆。此外，插圖内的^件沒有必要符 二:徠寸。例如，圖中某些元件的尺寸相對於盆他 的-件可能過份地誇張，此乃為了二 .；更進一步的，在不同的圖中相同的參考數字指干 者相同的元件。 卞数子扣不 更進步的，在敘述中和申請專利範圍中第一、二 的:語，用來區別類似的元件，且沒有必要依二 :名:=的順序來描述。吾人應更進-步了解這些使用 =定情況下是可交換的’例如，本發明以上所描 式來=例’能夠以與說明不同的順序或其他所描述的方 後：進—步的，在敘述中和申請專利範圍中的術語前面、 ，妒^面、下面、在什麼之上、在什麼之下、和類似者 對^任-用來做描述的目的，並沒有必要描述永久的相 。吾人應了解的是’使用的術語在特定情況下是可 明=例如’本發明以上所描述的實施例，能夠以與說 不冋的順序或其他所描述的方式來操作。 半導體裝置 圖式代表符號說明 10，40 1255525 (12) 12 ，50 施體基板 14 ‘ ，52 植入區域 15 : ，53 尖鋒濃度 16 光阻光罩 18 施體臺地 20， 42 接受基板 22， 44 傳導構件 24， 30，48 介電層 26， 54 轉移層 27 開口 28 溝渠 46 傀儡特徵 56 形成圖樣的轉移層 -17-

Claims (1)

1. I255Hl36258號專利申請案 cc 广中文申請專利範圍替換本(94年I。月） & 拾、申請專利範圍 嚎' 1 f . 一種形成半導體裝置的方法，包含： : 植入一材料到一施體基板以形成一植入區域； ; 圖案化該施體基板，以形成一基體部分和一施體平 ;;i- 台，其中該施體平台包含該植人區域的至少一部份； 經由該施體平台以結合該施體基板到一接收基板，其 中忒接收基板包含一接收腔；以及 矛多除°亥知體基板之该基體部分，同時留下該施體基板 ΰ 《轉移層結合到在該接收腔裡之該接收基板，其中該 轉移層包含該施體平台。 如。月求項帛！項之方法，#中移除該基體部分是使用一 機械的方法來執行。 如”月求項帛1項之方法，#中移除該基體部分是使用一 熱的方法來執行。 4· 一種形成半導體裝置的方法，包含： θ、第半導體基板，其中該第一半導體基板被圖 /、t以形成一平台部分以及一基體部分； 一^供—第二半導體基板，其中該第二半導體基板具有 与平面的地形，其中該第二半導體基板包含一接收 腔， 姓2合該第一半導體基板到該第二半導體基板，其中該 σ σ °玄平台於該接收腔内；以及 Α移除该第一半導體基板之該基體部分，同時留下該平 口的至少一部份結合到在該第二半導體基板。 1255525

   5. 一種形成半導體裝置的方法，包含： 植入-材料到-施體基板以形1一植入區域； 圖案化該施體基板，以形成—基體部分和一施體平 口其中s亥施體平台包含該植入區域的至少一部份，其 中圖案化该施體基板疋在植入動作後被執行； 經由該施體平台以結合該施體基板到一接收基板；以 及 移除該施體基板之該基體部分’同時留下該施體基板 之一轉移層結合到該接收基板。