TWI303842B - Method for manufacturing compound material wafers - Google Patents

Description

•1303842 九、發明說明： 發明所屬之技術領域 本發明係關於根據申請專利範圍第1項的前言之化合 物材料晶圓的製造方法。 先前技術 由文件US 2003/0153163已知有運用智慧切削 • (SmartCut)技術將供體基材的材料層轉移至處理基材的方 法。該習知的方法包含藉著層將轉移自彼轉移的初始晶圓 黏合於支樓基材而形成供體基材的步驟。根據us 2003/0153163，此供體晶圓之形成將有利於轉移昂貴材料 層，因為除非已經消耗掉該初始晶圓整個厚度不然就可 自同一最初的初始晶圓重複進行數次的轉移操作。 但是該習知方法具有下列問題。由於該供體基材係由 兩個黏合的晶圓組成，所以其厚度，特別是針對最初幾次 •的轉移’經常都比標準方法中，例如在絕緣體晶圓上製造 矽的智慧切削技術方法中，的供體晶圓之厚度大許多。因 此，必須特地改造該轉移方法的期間用於處理並且支撐該 供體晶圓的設備以增加重量及厚度，或必須特地降低該支 樓基材的厚度。但是，兩種可行的方式都f要非常昂貴的 改造步驟。此外，在該製造方法的期間，該供體晶圓的厚 度一直變化，變化的程度取決於進行的轉移次數。結果加 工及處理設備必須經特殊地設計以因應變化的條件。因此 該没備必須經特殊地設計進而變得又更昂貴 1303842 、 發明内容 • 因此，本發明的目的在於提供可克服此技藝現況的問 題使知化合物材料晶圓可使用標準晶圓加工設備製造之化 合物材料晶圓的製造方法。 本目的得利用依據申請專利範圍第丨項之化合物材料 曰曰圓的製造方法達到。因此，本發明的方法包含下列步驟： # 叻提供初始供體基材，b)在該初始供體基材中形成預定 分裂區，c)將該初始供體基材黏接於處理基材，以及d)由 預定分裂區之處分開該供體基材，藉以將該初始供體基材 上的層轉移到該處理基材上而形成化合物材料晶圓，而且 其特徵為e)經分開步驟之後在該供體基材其餘部分上沈 積一層以至少部分地補償該初始供體基材的厚度，及以 含該沈積層的供體基材充當初始供體基材再使用於步驟a) 中。 _ 用於本發明方法的供體基材比用於此技藝方法現況 中的供體基材更薄，這是因為本發明方法的供體基材並未 黏合於額外的支撐基材。再者，由於沈積層的關係，該供 體基材的厚度不會變化太大，可使用標準晶圓加工設備， 所以不需要耗費時間及昂貴的改造或特殊處理設備。因此 實現本發明的方法比先前技藝的方法更加便宜。 在再使用該供體基材其餘部分之前，可在將黏接於該 處理基材之供體基材其餘部分的表面上進行額外的修復步 驟。此修復舉例來說可藉由研磨而進行。 6 1303842 有利地在進行該沈積步冑e)之前先重複進行步驟a) 至d)至少兩次，其中在重複步驟勾中以該供體基材分開的 其餘部分再使用作為初始供體基材。由於較少步驟對應於 較快且因此較不貴的製造方法，所以在沈積之前該方法的 重複部分將進一步助於使該方法最適化。 較佳地，重複步驟a)至d)直到該初始供體基材達到預 定的最小厚度為止°重複次數的上限可藉由該基材的性 馨質’例如機械強度’開始劣化之供體基材其餘部分的厚度 而決定，或與可能需要某特定最小厚度才能適當地發生功 效之處理設備的性質有關。由於重複進行的關係，當該化 合物材料晶圓的品質及生產量可維持在高標時整個方法將 可進一步最適化。 根據其中之一較佳具體例，可以均質為晶的方式沈積 步驟e)中的層。本發明的方法對於昂貴的供體基材特別有 利’而其通常為結晶性材料。藉著以均質蠢晶的方式再生 _長該供體基材達初始厚度或超越，若該㈣基材可 的次數超過必須消耗該初始供體基材的厚度之次數，那麼 事實上該方法將變得與供供體基材的可取得性無關。 在本文中，均質磊晶表示相同材料的沈積層與該初始 供體基材的材料具有相同的結晶性質。 較佳地在步驟e)中可使用金屬有機化學氣相沈積 (MOCVD)法、氫化物氣相蠢晶（HvpE)法或分子束蠢晶 (MBE)法而提供該均質磊晶層’藉以達到與該初始供體基 材相比時，該均質蠢晶層中有經改善的位錯密度之目的^ 7 1303842 特別是小於每平方公分1 X 1 07的位錯密度’特別是小於每 平方公分1 X 106的位錯密度。在生長的期間位錯傾向阻斷 . 於特定量下，使得額外長成的材料呈現較低的位錯密度。 因此，該供體基材材料的品質將變得更好，所以與市面上 藉由標準供體基材可達成的轉移層相比，該轉移層的品質 亦將變得更佳。 有利地步驟e)可包含將該層提供於該供體基材其餘部 φ 分的表面側上，而其相對於發生分開之處的表面側。若使 用極性供體基材，表示該基材的兩個主要表面具有不同的 性質，事實上通常都是其中之一表面的磊晶生長可控制良 好’然而另一個表面則非如此。該材料化合物晶圓的轉移 層之自由面應該對應於極性能使其他磊晶層制約生長的表 面，而在進一步的加工步驟中可能需要該磊晶層以建構微 電子或光電元件。結果黏接於該處理基材表面的轉移層表 面將具有第二種極性。因此在發生分開之處的供體基材其 籲餘部分的表面具有磊晶生長並未控制的那麼好之極性。因 此額外層的沈積最好在相反側進行，其中將會發生如此的 制約均質蠢晶生長，而使得沈積層的品質良好。 較佳地在進行步驟e)之前，可利用保護層，特別是使 用氧化物及/或氮化物層，提供發生分開之處的表面側。此 保護層可有利地防止該供體基材其餘部分受到像是金屬或 粒子的污染，特別是在該晶圓目反側的層沈積期間。此保 護作用具有改善或維持該化合物材料晶圓的品質之功能。 有利地’該方法在再使用含該層的供體基材作為初始 8 1303842 供體基材之前可包含另一個移除該保護層的步驟。最後該 移除步驟可伴隨額外的研磨或清潔步驟。因此，將該供體 基材的保護面側黏接於處理基材時，再使用供體基材的表 面性質將使得黏合的目的可達成而且其中達到黏合之處具 有高表面品質。 有利地，可在該層的沈積之前先研磨及/或清潔其上在 步驟e)中提供該層之供體基材其餘部分的表面側。這將改 _ 善沈積層的品質，而其於沈積層為均質蠢晶層時特別令人 感到有興趣，反過來說在該製造方法的後續階段期間將以 其作為轉移層。 該方法特別有利於該供體基材為下列群組其中之一 的情況：氮化鎵（GaN)、碳化矽（SiC)、鍺（Ge)、氮化鋁（AiN) 或鑽石。這些基材在電子應用方面扮演著重要的角色而且 在合理的價格下難以獲得良好的品質。與整塊材料本身相 比，藉著使用上述利用此類材料的方法將可能達到比較便 _ 宜之品質良好的材料化合物晶圓。 較佳地所用的處理基材為单晶型或多晶型材料，特別 是下列群組其中之一 ··砷化鎵（GaAs)、氧化鋅（Zn0)、碳化 矽（SiC)或氮化鋁（A1N)。較佳為使用具有類似於該供體基材 材料的熱膨脹係數之處理基材，而進一步改善該材料化合 物晶圓的品質。為了進一步的成本降低，與單晶型材料相 比使用多晶型材料可能較為有利。在更一般性的情況中， 該處理基材也可由石夕（Si)、玻璃或陶瓷材料形成。 根據一個變體，可供給該處理基材絕緣層，特別是二 9 •1303842 圓10及該初始基材的其餘部分9 人， 在進一步加工該材料化 口物晶圓10之前可能會先受到最 又j玻終的表面處理，像是例如 研磨及/或清潔。

現在該供體基材的其餘部分9(第lf圖）可再使用作為 初始供體基材丨並且利用第la圖中舉例說明的步驟再啟動 該方法或者可沈積層’而其將參照第圖在以下加以說 明。最後在再使用之前，在發生分開之處的表面^可藉著， 舉例來說’在下列第卜及ld圖所示的植人及黏合步驟之 前先研磨而修復。此供體基材的其餘部分9可重複再使用 的情況可進仃數次’例如若咸認為每次層轉移及修復導致 約5微米厚度的移除，而且自供體基材i整體移除約5〇微 米導致該基材的脆化就表㈣除太多而無法保持適於應用 的轉移層品質的話，那麼將可達10次。 因此，一旦已經達到該供體基材的其餘部分9之最小 厚度或該Ss設備要保證該方法有發揮良好效用所需的最 小厚度’该方法就進行第lg圖中舉例說明的步驟，換言之 將層12沈積於該供體基材的其餘部分9上。該沈積層12 的厚度可至少部分地補償該初始供體基材丨的厚度，使得 此經修復的供體基材14可再使用作為初始供體基材1，舉 例說明於第1 a圖中。 根據一個變體，舉例說明於第2a圖中，該沈積層12, 係由可快速地沈積於相對於其上發生分開的表面丨丨之該基 材其餘部分9的表面側！ 5上之材料構成。因此，根據該變 體，要強調的是事實上該供體基材的其餘部分9係快速地 12 1303842 回復到足敷進—步再使用的厚度。如此該沈積層12,的材料 就不-定要與該初始供體基材9的材料相同。然而，若已 經將該層12’的材料選擇為與該供體基材9的材料相同那 麼就可選擇生長條件使得生長速度最適化。在此例中該額 外層12’的結晶品質可能不敷供後續作為轉移層6之用。在 此例中，一旦該初始供體基材丨已經完全消耗掉，製程中 就必須再導入新的供體基材晶圓1。

根據該變體，舉例說明於第沘圖中，該沈積層Μ，，係 由與該供體基材的其餘部分9相同的材料構成而且，附帶 地，係以均質磊晶的方式生長，使得該層12，，的結晶品質至 少可與基材其餘部分9的品質相容。層12”可沈積在表面 11或表面15上。在此例中，製程中不需導入新的供體基材 1，而且該沈積層12”可在後續作為轉移層6。使用 MOCVD、HVPE或MBE方法，甚至可得到結晶品質比該供 體基材1的初始品質更好的層12”。特別是可達到小於每平 方公分1 X 107的位錯密度，如果該初始供體基材的位錯密 度經常都大於此值的話。 在第2a圖的例子中經修復的供體基材14與處理基材 2之間的黏接將經由表面11而發生。在第2 b圖的例子中可 經由兩個表面發生黏接。 第3圖舉例說明本發明製造方法的第二個具體例，其 中藉由第3a至3c圖中舉例說明的步驟代替第ig圖中舉例 說明的步驟。具有與第1圖中使用的相同參考編號之元件 及特徵可相對應，因此不再詳細解釋，但是將它們的說明 13 1303842

面；8··供體處理化合物； 主要元件之符號說明 L初始供體基材； 4··預定分裂區；5. 6..轉移層； 7··處理基材的主要表面 9··供體基材的其餘部分；1〇•化合物材料晶圓； 11··發生分開之處的表面；12、12，、12，，··沈積層； 13··沈積層的厚度；ι4.經修復的供體基材； _ 15··基材其餘部分的表面侧；16··額外層的表面； 30..保護層 17

Claims (1)

1303842 年;7月修(受:)正本 y (2008年7月修7Π 。十、申請專利範圍： 1 · 一種化合物材料晶圓之製造方法，其包含下列步驟·· a)提供初始供體基材（1)， ' b)在該初始供體基材（1)中形成預定分裂區（4)， , c)將該初始供體基材（1)黏接於處理基材（2)，以及 ^ d)由預定分裂區（4)之處分開該供體基材（1)，藉以將該 初始供體基材（1)上的一層轉移到該處理基材（幻上 而形成化合物材料晶圓（1 〇)，而且 _ e)經分開步驟之後在該供體基材（1)的其餘部分（9)上沈 積一層（12)以至少部分地補償該初始供體基材（1)的 厚度， f)以含該沈積層（12)的供體基材（1)充當初始供體基材 (1)再使用於步驟a)中，及 其特徵為 步驟e)包含|該層（12)設置於該供體基材其餘部分⑺的 表面側（15)上，而其相對於發生分開之處的表面側⑴）。 2.如申請專利範圍帛1項之方法’其中該方法包含在進行 步驟e)之前重複進行步驟a)至d)至少兩次，#中在重複 步驟a)巾再使用經分開的供録材其餘部㈣為初始供 體基材（1)。 i如中請專利範圍帛2項之方法’其中重複進行步驟a)至 d) 直到該初始供體基材（1)達到預定的最小厚声 4.如申請專利範圍第…項中任一 又：。 、山 ,丫仕項之方法，其中步驟 e) 中的層（12)係以均質磊晶的方式沈積。 18 1303842 , (2008年7月修正） 5·如申請專利範圍第4 貝之方法，其中在步驟e)中使用 、VD HVPE或MBE法提供該均質蠢日日日層（12)，藉以 達L、該初始供體基材相比時，該均質蟲晶層⑽中有 經改善的位錯密度之目的，特別是小於每平方公分i x 勺位錯4度，特別是小於每平方公分1 x 1G6的位錯 密度。 6. 如申：專利範圍第i項之方法，其中該方法包含在步驟 6)之則先在發生分開之處的表面側(11)設置保護層 (3〇)，特別是使用氧化物及/或氮化物。 曰 7. 如申請專利ϋ圍f 6項之方法，其中該方法進—步包含 在再使用含該層（12)的供體基材⑴作為初始供體基材⑴ 之前移除該保護層（30)的步驟。 8. 如申請專利範圍帛μ之方法，其中該方法進—步包含 研磨及/或清潔將在步驟e)中於其上設置該層之供體基 材其餘部分（9)的表面側（11、15)之步驟。 9 ·如申請專利範圍第彳^ 囷罘1項之方法，其中該供體基材（1)為下 列群組其中之一：GaN、Sic、Ge、A1N或鑽石。 1〇.如申請專利範圍第w之方法，其中該處理基材⑺為單 晶型或多晶型材料’特別是下列群組其中之一：si、 GaAs、ZnO、SiC 或 A1N 〇 11.如申請專利範圍第i項之方法，其中該處理基材⑺為玻 璃或陶瓷材料。 12•如申請專利範圍第之方法，其中該方法在步驟c)之 珂進一步包含在要黏接於該供體基材（1)之處理基材（2) 19 1303842 - (2008年7月修正) • 的表面（7)上設置絕緣層，特別是Si02或Si3N4或傳導層。

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第2a圖 第2b圖 第3a圖

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第3b圖

第3c圖