TWI309064B - Recycling of a wafer comprising a multi-layer structure after taking-off a thin layer - Google Patents

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Description

A7 1309064 五、發明說明(i ) 【所屬之技術領域】 本發明與施體晶圓移除一半導體材料層後韵回收 有關’該回收包括去除施、體晶、圓發'生移除之側面部分· 之物質。 5 【先前技術】 在移除前,此類型的施體晶圓包含一基片以及該 基片上要被移除的磊晶層。 在移除後,被移除的層被整合到一結構内,電 10子、光學及光電領域的組件通常是由其製造。 因此,被移除的層必須具有由一或多個標準決定 的南水準品質a 被取下之層的品質主要視生長的支撐而定,易言 之,即供其磊晶生長之基片的品質。 15 通$ ’這類品質的基片之形成很複雜,且需要付 諸特別的注意,包括技術上的困難及高成本。 當要被取下的層是由複合半導體材料(諸如合金)製 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 成時,此點特別真確,製造之前磊晶之基片的結構通 常很困難且昂貴。 20 因此,特別是在製造包含緩衝層之基片的期間會 發生這類困難。 緩衝層意指第一結晶結構(諸如支撐基片)與第二 結晶結構間的過渡層;緩衝層的第一項功能是修改材 料特性,諸如結構、化學計量特性或表面處的原子複 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇X297公釐) 1309064 at B7 五、發明說明(2) 合。 緩衝層的特例之一是經由此缓衝層可得到晶格參 數與支撐基片之晶格爹數明顯不同的第二結晶結構。 製造缓衝層的第一項技術包含生長一連續層,以 5 便形成成分隨厚度漸變的結構,因此,缓衝層之成分 的漸變與晶格參數的漸變直接相關。 製造在緩衝層上的一層或疊層可以從施體晶圓上 取下以轉移到一接收基片上,以便製造一決定的結 構。 10 轉移形成在緩衝層上之薄層的主要用途之一與形 成彈性應變的矽層有關,特別是矽被張力應變的情 況,因為它的某些特性被大幅增進,諸如材料的電子 遷移率。 其它材料,諸如SiGe,也可以類似的方法移除。 15 特別是使用熟悉此方面技術之人士所習知的Smart- cut® 法 轉移到 接收基 片上的 這些層 ,可 用來製 造諸如 絕緣體上半導體(Semiconductor On Insulator ; SeOI)結 構的結構。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 例如,在取下彈性鬆弛的SiGe層後,所得到包含 20 被取下之層的結構可做為生長矽的支撐,該矽將被鬆 弛之SiGe層施加張力。 這類方法的說明例描述於L. J. Huang等人發表的 IBM 文獻,名稱為 “SiGe-On-Insulator prepared by wafer bonding and layer transfer for high performance -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1309064 A7 B7 五、發明說明(3) field-effect transistors”, Applied Physics Letters, 26/02/2001,vol. 78, No.9,其中提出製造Si/SGOI結構 的方法。 在缓衝層上其它可能的生長用途特別是用於III-V 5 族的半導體。 因此,目前的電晶體是使用GaAs或InP式的技術製 造。 就電子性能而論,InP遠優於GaAs。 主要是基於製造成本及易行性等理由,所選擇的 10 技術為在GaAs支撐基片上之緩衝層上生長得到的InP 層轉移到接收基片上。 某些移除法,諸如“回蝕”法,當在移除時,會致使 支撐基片剩下的部分及缓衝層被損毁。 在其它的移除法中,支撐基片被回收但失去緩衝 15 層。 製造缓衝層的技術很複雜。 此外,為使結晶瑕疵密度減至最小,緩衝層通常 很厚,典型上在一到數微米之間。 因此,製造這類缓衝層需要很長、困難且昂貴的 20 製程。 製造緩衝層的第二項技術特別是文獻WO 00/15,885所提出,且其主要目的是經由鍺緩衝層以彈 性地鬆弛一應變的鍺層。 此項技術的基礎是特定的磊晶條件,特別是關於 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐)
A7 B7 1309064 五、發明說明(4) 溫度、時間及化學成分等參數的組合。 與第一項技術相較,其主要優點是製造上較簡 單、較快速、且較便宜。 最後得到的缓衝層也較按照第一項技術所製造的 5 緩衝層薄。 製造緩衝層的第三項技術特別是B.H0llander等人 在名稱為 “Strain relaxation of pseudomorphic Sii.xGex/ Si(100) heterostructures after hydrogen or helium ion implantation for virtual substrate fabrication^Nuclear 10 and Instruments and Methods in Physics Research B 175-17 (2001) 357-367的文獻中加以描述。 其包含經由在深度方向佈植氮或氦以鬆弛存在於 要被移除之層内的彈性應變。 因此,關於此,此第三項技術可得到與按照前兩 15 項技術其中任一所製造之緩衝層類似的結果,但大幅 放寬嚴格的應用要求。 特別是,此方法描述形成在矽基片上被壓縮應變 之SiGe層的鬆弛。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 所使用的技術包括穿過應變層表面將氫或氦離子 20 佈植到矽基片内一決定的深度,在佈植區上方的矽厚 度内產生擾動(之後,此厚度即形成缓衝層),且在熱 處理之下致使SiGe層的某些鬆弛。 顯然,此技術的佈植時間較短、較容易,且比製 造緩衝層的第一項技術便宜。 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 jc 297公釐) A7 1309064 五、發明說明(6) 側; (b) 分離包括於體晶圓之多層結構内的有用層; (c) 按該回收方法回收施體晶圓。 按照弟四恶樣’本發明提出一種循環地從施體晶 5圓移除一有用層的方法,其中包含一序列移除有用層 的步驟,這些每一步驟都符合該移除法。 按照第五態樣,本發明提出該循環移除法或該移 除法的應用,以製造一包含接收基片與有用層的結 構’有用層包含以下材料至少其中之一 :SiGe、砍、 10屬於III-V族的合金,其成分分別選用自(A卜Ga、 (N、P、As)之可能的組合。 知:照第六嘘樣’本發明提出一經由移除以施予一 有用層的施體晶圓,且可經由該回收方法回收或具有 回收月b力,其中,其順序包含一基片及及一供應有用 15層的多層結構,且在移除後,其具有的厚度足以包含 至少另一次有用層的移除。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在參閱附圖之非限制性實例閱讀以下對本發明之 較佳方法之使用的詳細描述後,將可明瞭本發明的其 它態樣、目的及優點。 20 【實施方式】 本發明的主要目的是在移除欲整合到一半導電結 構之至少一有用層(換言之是施體晶圓被移除的部分) 之後回收包含一多層結構的晶圓,所進行的回收使回 本紙張尺度適用f國國家標準(CNS)A4規所公 309064
、發明說明(7) =之多層結構的剩餘 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 20 施再形成有用層的步驟…c中,不需實 驟)即能再次供應有用層。 ——生長的步 因此,回收特別必需 分多層結構毁壞的Α人★使匕括有用層之部 此有用層。 處理,俾使在时後仍能移除 括I厚疋的架射,在回收的彡層結構t可能包 ::被移除的有用㉟’因此,在各次的移除操作 : 、本發明的回收方法,可有利於順序進行數 次連續的移除操作。 現請參閱圖1^、2、2^、3及4’施體晶圓 10是由基片1與多層結構J構成。 在基片1的第—種架構中,此基片是由具有第一晶 格參數的單晶材料構成。 在基片1的第二種架構中,基片是由支撐基片及與 多層結構I介接的緩衝結構構成的“假基片”。 “緩衝結構”意指行為如同緩衝層的任何結構。 有利的結構表面是完全鬆弛的結晶結構及/或不 有大量結構瑕疵。 有利的緩衝層能執行以下兩項功能至少其中 具 之 降低上層瑕疵的密度; 在兩晶格參數不同的結晶結構間調適晶格參數 -9- 本紙張尺度適用令國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064
五、發明說明 為執行第二項功能, 區域具有與支撐基片之晶格‘;面之周圍四月 參數,以及,直另一而 > 數近乎相同的第一晶赛 格參數與多層結構的第一 數近乎相同。 芨衡、-構上之層的晶格參 在緩衝結構的第一種牟 衝層構成。 «構中,緩衝結構是由單緩 位於支撐基片上之緩衝層之表面上具有的晶格參 數與支樓基片的晶格泉數明顯 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制私 20 '数明顯不同,俾使同-施體晶 圓1〇中/、有-晶格參數與支撐基片之晶格參數不 層。 此外在某些應用中,緩衝層可防止覆蓋層含有 高密度的瑕疵及/或被明顯地應變。 在某些應用中,緩衝層也可使覆蓋層有良好的表 面條件。 按照製造緩衝結構的第一項技術,所形成的緩衝 層使晶格參數在橫過一相當的厚度全面且漸近地修 改,以形成兩晶格參數間的過渡。 此類型的層通常被稱為變性層。 在緩衝層的厚度中,晶格參數的此項改變可被造 成為連續的。 其也可製造成“階段”性的,每一階段是晶格參數近 乎不變且與毗鄰階段之晶格參數不同的薄層,俾使晶 格參數是不連續地逐階段改變。 -10-本紙張尺度適用申國國家標準(CNS>A4規格(210x297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1309064 A7 B7 五、發明說明(9) 其也可具有更複雜的型式,諸如内容物成分可變 的改變、内容物改變的符號相反、或是成分是不連續 的步級。 吾人發現,經由從支撐基片開始逐漸增加缓衝層 5 内至少一種不存在於支撐基片内之原子元素的濃度有 利於緩衝層内晶格參數的改變。 因此,例如,製造在單一材料之支撐基片上的緩 衝層可以由雙元、三元、四元或更高次元的材料製 成。 10 因此,例如,製造在雙元材料之支撐基片上的緩 衝層可以由三元、四元或更高次元的材料製成。 製造緩衝層以在支撐基片上生長有利,例如使用 習知技術磊晶,諸如化學氣相沈積(CVD)及分子束磊 晶(MBE)技術。 15 通常,緩衝層可以使用任何其它習知技術製造, 例如欲得到由不同原子元素間之合金所構成的缓衝 層。 在製造缓衝層之前,也可執行支標基片®比鄰緩衝 層之表面的輕度加工步驟,例如以CMP拋磨。 20 在另一架構中,按照第一項技術製造的缓衝層是 包括在由缓衝層(與第一種架構中之第一緩衝層幾乎相 同)及一附加層構成一缓衝結構中。 附加層或許是位於支撐基片與缓衝層之間,或在 緩衝層上。 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐)
五、發明說明(10) 在第一特例中’此附加層可構成第二緩 如F艮制瑕疫的緩衝層,並因此增進製造: 之多層結構I的結晶品質。 不^^層是由半導電材料製成’材料成分以保持 為獲致此特性,製造㈣附加 厚度是特別重要的標準。 ' .刀 因此’例如’磊晶層中 的厚度逐漸減^ M、··。構瑕以常隨著此層 10 15 在第一特例中’附加層是位於緩衝層上 有固定成分的鬆弛材料。 且疋具 因此,其能固定第二晶格參數。 的功能。”有數項功症’諸如選擇自該兩特例中 在一有利的架構中,附加層位於 有的晶格參數與支撑基片的晶格參數明顯不曰同上,且具 鬆弛的^利架構的一特例令,附加層是藉由緩衝層 附加層的製造以在緩衝層上 以CVD或刪磊晶。 王長較為有利,例如 二…下 此:兄’下方緩衝層的形成也以層生長有利4成,在 在弟二實施例中,附加層的生長是在下方緩衝展 20 [309064
五、發明說明 5 10 之短暫的表面加工步驟後進行’例如以⑽拋光,熱 處理或任何其它平滑技術。 士製造緩衝結構的第二項技術是以在支撐基片上沈 積π面層的技術為基礎’此表面層具有的標稱晶格參 數與支擇基片表面上之础鄰材料的晶格參數明顯不 同。 、 沈積了此表面層,可使沈積的層幾乎沒有塑性瑕 諸如錯位。 製作了此表面層俾使其最終具有·· -與支撐基片接觸的第一部分,其限制了塑性瑕 疲’諸如錯位;以及 •藉由第一部分鬆弛或假鬆弛的第二部分,且塑 症 性瑕疵报少或不存在 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之後,沈積之表面層的第一部分做為緩衝層,因 15 為: -其限制塑性瑕疵以便保護表面層的第二部分; 以及 -其調適表面層的晶格參數以與基片的晶袼參數 匹S己。 “限制’’意指絕大部分的塑性瑕疵都位於第—部分 内。表面層的第二部分並不絕對地沒有瑕疵,但瑕疵 的》辰度付合微電子方面的應用。 用於製造這類緩衝層有利的沈積技術包含沈積 溫度與化學成分隨時間改變。 -13- 20 之 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公爱) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1309064 μ B7 五、發明說明(12) 因此,不像以第一項技術製造緩衝層,可以使用 整個厚度幾乎不變的化學成分製造缓衝層。 不過,在缓衝層與表面層的第二部分之間可插入 一或數層。 5 此外,缓衝層的厚度可能小於按照第一項技術所 製造之緩衝層的最小厚度。 文獻W0 00/15885提供有關按照此項技術之這類緩 衝層的資訊,是在單晶矽支撐基片上製造SiGe或鍺的 沈積之例示性實施例。 10 例如,此類型的沈積法可成為一模式,其中,單 晶鍺的沈積是製造在單晶矽支撐基片上,其步驟如 下: -單晶矽支撐基片的溫度穩定在400°c至500°c間 之第一預先決定的穩定溫度,且以430°C至 15 460°C間較佳; -在該第一決定溫度進行鍺的化學氣相沈積,直 至在支撐基片上得到小於所需求之最終厚度之 預先決定之厚度的鍺基層; -將鍺之化學氣相沈積的溫度從第一預先決定的 20 溫度上升到在750°C至850°C間之第二預先決定 的溫度,且以800°C至850°C間較佳;以及 -在該第二預先決定之溫度下繼續鍺的化學氣相 沈積,直至得到單晶鍺之表面層所需的最終厚 度。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x297公釐)
1309064 A7 _ B7 13 五、發明說明 缓衝層是沈積層與支撐基片介接的部分,且其延 伸一厚度,在此厚度的結晶瑕疵大於一極限值。 特別是,此緩衝層的厚度可在〇5至1微米的大小, 其小於按照第一項技術所製造之緩衝層的厚度。 該層的其它部分是多層結構j中的至少一部分。 此類型的沈積法也可使用不同的方式製造,例如 文獻WO 00/15885中的描述。 所得到的產品是施體晶圓i 〇的基片丨,基片^包含 °亥支撐基片及該緩衝層。 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 製造緩衝結構的第三項技術是用於製造包含基片ι 及基片1上沈積之層的緩衝結構。 曰形成此層的材料選擇標稱晶格參數與基片丨表面之 日日格參數明顯不同的材料,俾使其被基片Μ縮或張 力彈性應變。 。應人變層的—般結構是由應變的材料製成,但其也 可包含一或多個厚度的鬆弛或假鬆弛材料,其所堆積 的厚度遠小於應變相厚度,俾使應變層仍保持整體 的應變狀態。 在所有情況中,應變層的形成以在基片丨上結晶生 μ ”為有利諸如磊晶,且使用諸如CVD或ΜΒΕ技術 寺習知技術。 ▲為知到這類應變層且不會有太多結晶瑕疲(例如, f如獨立的瑕症或諸如錯位延伸的瑕痴),有利的做法 是選擇結晶材料形成基片U應變層(接近其與 之 -15- 141309064 五、發明說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 界面處俾使它們第—與第二標稱晶格參數間的差異 夠小較。 例如,晶格參數的差典型上在大約〇 5%至大約 1.5%之間,但也可稍高。 以IV-IV材料為例,鍺的標稱晶格參數大於矽之晶 格參數大約4.2%,因此,具有3〇%鍺之&&的標稱晶 格茶數大於矽之晶格參數大約丨.i5〇/〇。 此外,較佳情況是如果應變層的厚度近乎不變, 俾使其具有幾乎不變的固有特性及/或便於進一步與接 收基片接合(如圖lb或2b所示)。 為防止應變層鬆弛或出現塑性類型的内部應力, 應變層的厚度也必須保持在小於臨界彈性應變厚度。 此臨界彈性應變厚度主要視形成應變層所選用的 材料以及與基片1之晶格參數的該差異而定。 热悉此方面技術之人士將可使用現有技術所知的 資訊決定用於在基片1所用之材料上形成應變層之材 料的臨界彈性應變厚度值。 因此,應變層一旦形成,其具有的晶格參數與供 其生長之基片1的晶格參數近乎相同,且承受内部的 2〇彈性壓縮或張力應變。 結構一旦形成,用以製造緩衝結構的第三項技術 包含用以在基片1之指定深度處形成擾動區帶的第一 步驟。 擾動區帶的定義是其内存在有内部應力且可在四 -16- 5 4 10 15 線 本紙張尺度適用+國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064
五、發明說明(]5) 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印;^ 20 周4刀内形成結構上擾動的區帶。 二基片丨絕大部分表面上形成此擾動區帶且娜 泰月1之表面較有利。 形成這類脆化區冑的方法之一包含以 能量與決定的原子插U, /、疋的佈種 一既定深度 類比例將原子種類植入基請 氮及定的佈植實施例中,植入的原子種類包含 因此,「這類以佈植形成的擾動區I包含佈植在她 4於擾動區帶之結晶網絡上之料種朗 應變甚或結晶瑕疵。 於是這些内部應變可在覆於其上的區 晶擾動。 π 按照此第三項技術,在製造缓衝層的同時進行第 二步驟,經由調整輸入能量並配合適當參數以: -幫助覆於擾動區帶上方區域内之擾動的出現; -加大此覆蓋區内這些擾動的振幅; -在擾動出現後接著致使至少應變層内彈性鬆弛 。因此,這類能量輸入的主要目的是致使應變層内 的彈性應變較鬆弛,以便形成鬆弛的應變層。 基片1内擾動區帶與應變層間的中間區域: -限制錯位類型的瑕疵,· -將基片1的晶格參數調整到應變層的標稱晶袼參 -17- 本紙張尺度適用令國國家標準(CNS)A4規格(210x297公复) !3〇9〇64
五、發明說明(w 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 數; 因此,此例中的中間區域可考慮成是緩衝層。 如果為熱處理定義適當的參數,使用熱處理有利 於產生該足夠的能量輸入以致使這些結構上的修正。 5 此熱處理在遠低於一臨界溫度的溫度下進行較有 利,高於該臨界溫度,植入的原子種類會被大量地去 除。 因此,從擾動區帶内的這些内部應變會產生局部 的結晶擾動。 10 這些擾動大部分疋出現在緩衝層内,特別是由於 應變層内彈性能量的最小化,且它們的振幅在熱處理 的影響下加大。 當這些擾動變得夠大時,至少相對來說,它們經 由鬆弛應變層内的彈性應力作用在應變層上,這些被 15鬆弛的應變主要是由於應變層内之材料與基片丨内之 材料之標稱網格(nominal mesh)的晶格參數失配。 不過,應變層的鬆弛在應變層的厚度内也會有非 彈性類型的結晶瑕疵伴隨出現,諸如穿透的錯位。 接著可施加適合的處理(諸如熱處理)以減少這些瑕 20 疲的數量。 例如,可以使用—調適性處理以增加錯位密度, 將其帶至兩極限值之間,該兩極限值定義一錯位密度 的區間’在此區間中至少某些錯位被其自已抵消。 在所有情況中’最終的結果是一鬆他或假鬆弛的 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格^'〇 χ 297公楚"y
1309064 A7 B7 五、發明說明(I7) 層,其標稱晶格參數與生長基片1的標稱晶格參數明 顯不同,且不利於在鬆弛之應變層中形成微電子組件 的錯位含量低。 此鬆弛或假鬆弛的層可構成至少部分的多層結構 5 I ° 參閱B. H0llander等人特別是名稱為“Strain relaxation of pseudomorphic Si!.xGex/Si(100) heterostructures after hydrogen or helium ion implantation for virtual substrate fabrication”之文獻, 10 (Nuclear and Instruments and Methods in Physics Research B 175-17 (2001) 357-367,將可獲得更多資 訊。 因此,使用此製造缓衝層的第三項技術製造的緩 衝層包括在基片1内,如前所定義使用此第三項技術 15 製造缓衝層。 製造缓衝結構的第四項技術的基礎是用於製造缓 衝結構之支撐基片的表面有凹凸起伏;以及,在支撐 基片上沈積缓衝結構的成分元素。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印刺衣 由於支撐基片的表面不是平面’因此,所製造! 20緩衝結構之成分的沈積是各向異性的,是具有選择十生 效果及局部結塊的生長’致使構造出具有決定之特性 的緩衝結構。 此製造缓衝結構的第四項方法使用已確定的技術 及參數組,俾使緩衝層内所得到的特性對應於結晶瑕
-19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064
5 ο 5 11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ο 2 :讀制特性,將要製造在緩衝結構上的移除結 構I是具有固有品質的結構。 支撐基片之拓撲的選擇是得到這類結果的基本因 素之一。 所4擇的拓撲以在支樓基片之整個表面具有周期 性重複的樣式較佳,以便對晶圓之整個表面具有均勻 一致的影響。 車又么而3,支撐基片之整個表面的拓撲選擇周期 f生重複的樣式,以便對晶圓之整個表面具有均勻一致 的影響。 例如,支撐基片上具有相互間距離固定的帶狀條 紋。 以此帶狀條紋類型的拓撲在某些沈積條件下,其 可成功地將磊晶層的錯位集中在帶狀條紋的附近,且 特別是在帶狀條紋的角落。 絕大部分的錯位被限制在層的一厚度内,接著形 成緩衝層。 對此在支撐基片之整個表面具有周期性間隔之帶 狀ίτ、纹之特定的表面拓撲而言,帶狀條紋是以形成在 基片上的絕緣材料構成較佳,且因此形成稍後將要沈 積之材料的遮罩。 此外,在實心之基片與凹凸起伏的結構間可插入 結晶材料的中間層,作為生長缓衝結構的基片,因 此’凹凸起伏絕緣結構的厚度要夠薄,以便不會干捶 -20- 本紙張尺度適財國@家標準(CNS)A4s格(21〇χ297公楚) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1309064 A7 B7 五、發明說明(19) 缓衝結構在其下層之生長基片上的繼續生長。 此項技術也稱為側向蠢晶再生長(Epitaxially Laterally Overgrown ; ELOG) ’,且主要是應用於經由 金屬有機化學氣相沈積(Metal Organic-Chemical-5 Vapor-Deposition ; MOCVD)磊晶以沈積氮化物膜。 例如,可使用 Shuji Nakamura名稱為 “InGaN/GaN/AlGaN-Based Laser Diodes with an Estimated Lifetime of Longer than 10 000 hours” in the “Materials Research Community” Bulletin,May 1998, 10 volume 23, No. 5的文獻為基礎,該文特別描述GaN在 二氧化矽帶狀條紋結構上的生長。 本文稍後的例9也將描述使用以ELOG製造缓衝結 構的此第四項技術製造GaN結構。 無論基片1之結構上的架構為何(其可能包含或也可 15 能不包含缓衝層),與多層結構I介接處的基片1疋以結 晶材料形成,僅只有很少或沒有結晶瑕疵。 構成多層結構I的各不同層中’至少某些層的製造 是在基片1上生長較為有利,例如以CVD或MBE磊 晶。 20 在第一實施例中,這些層中至少某些層是在原位 置生長,每一層是直接在下方層上連續形成,在此情 況,下方層也以層生長方式形成較佳。 在第二實施例中,這些層中至少某些層是在對每 一層之下方層施以輕微表面加工的步驟後再生長’例 -21-
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公爱) 1309064 五、發明說明(2〇 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 如以CMP拋光、熱處理或其它平滑技術。 最後’所得到的多層結構〗包含結晶材料的多層。 在回收前’多層結構〗包含的厚度至少等於或大於 兩層有用層。 不過,多層結構I有利的厚度要厚於兩層有用層, 以補償回收期間為修正有用層被移除時通常會產生之 瑕疵而施加處理期間被去除的材料厚度。 在經過移除後的施體晶圓1 〇表面上經常會出現粗 缝、厚度變化、結構上的瑕疵及/或其它類型的瑕疵, 如同圖lc或圖2c所示的移除後層3’。 例如,可能出現在移除後之剩餘施體晶圓1〇之移 除表面上的突出及/或粗鏠部分。 出現在多層結構I表面上這些凹凸起伏的表面部分 主要視移除期間所使用的移除方法及技術而定。 -因此,例如’工業界經常使用的移除方法之一 包括所移除的有用層僅涵蓋施體晶圓10的一部 分(通常是大約中央部分),並在施體晶圓1〇的表 面上留下突出部分,而非橫跨施體晶圓1〇的整 個表面。這些凸出部分一般是單件且位於施體 晶圓10表面四周’在業界,將所有的巴出部分 稱為“移除環 ”(taking off ring)。 -因此,例如習知的移除技術,例如吾人將在本 文稍後更詳細描述的内容中,諸如前文提及的 Smart-Cut技術,有時會致使表面粗棱。 -22- 本紙張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) A7 1309064 ________ __B7 五、發明說明(2ί) 因此,多層結構I在移除前,.多層結構j的厚度必須 至少是要被移除之有用層厚度的兩倍,以及,一厚度 大於或等於一對應於回收操作(或多次操作)期間被移 除之材料之最小量的厚度極限。 5 在Smart-Cut類型之移除後回收的情況(此將在稍後 討論),此厚度極限典型上是在丨微米的大小。 不過,使用高性能回收技術(諸如選擇性化學蝕刻) 可縮小此厚度極限。 按照本發明在回收期間所施加之處理的主要類型 10之一是去除材料適應法,俾使僅部分的多層結構〗被保 留,其至少包含在回收後可被移除的另一有用層。 此或這些物質的去除是施加於施體晶圓10上,換 言之,是在移除後在多層結構J的自由表面上的殘留 物。 15 在一特定的回收方法中,在有用層被移除後,對 多層結構I的移除部分施加表面處理。 特別是’表面材料的去除是去除一表面厚度,其 中包含在移除期間所出現的表面瑕疵,諸如錯位類型 的結晶擾動或孤立的瑕疲。 20 因此’可個別地或組合地施加諸如下述數項表面 處理: -經由電漿或經由原子化以浸浴方式施加乾或濕 的化學蝕刻,可以只單獨使用化學的、電化學 的或光-電化學的蝕刻,或是任何其它等同的姓 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ297公楚) 1309064 kl B7 五、發明說明 22 5 10 15 20 刻,諸如在機械-化學拋磨期間施加的蝕刻; •例如在氫氣中退火; •例如以HC1化學蝕刻並伴隨退火; -使用熟悉此方面技術之人士所習知的氡化技術 f多層結構I的表面上進行表面氧化的步驟,接 著以去氧化的步驟去除被氧化的層,以使用化 學處理較有利(諸如以氫氟酸浸泡侵蝕),之前先 進行退火較佳。在本文稍後將描述此類型的犧 牲氧化處理。 表面處理也可以大幅增進移除後仍保留之多層结 構I的表面狀況及厚度的均勻性,特別是後四種表面處 理的情況,且當有用層被移除後如果要施以接合,此 特別有用。 無論所選用的表面處理為何,它們都可使多層結 構I的表面品質較施加此項處理前的表面狀沉增進。 在第-種情況中,多層結構J的結構及幾=品質都 增進到不需任何額外的物質去除處料可移除有用 層。 在此第-種情況且在移除前之多層結構工的第一種 架構是此多層結構是由數層特性幾乎相同的相同材料 構成。 在此第-種情況且在移除前之多層結構工的第 架構是、此多層,構包含數層’如圖Ia、2a、3或4所 不在le二層每介面處的材料特性相互間大不相 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(cns)a4規袼 1309064 五、發明說明(η) 同。 無⑽夕層結構I的架構如何,在移除後,從表面去 除指疋厚度的材料,俾使最後仍保留有一或數層, /、中包3還有可在後續之移除操作中移除的—或數屄 5有用層。 曰 在第—種情況中,在使用表面處理後對多層結構I 之結構及幾何品質的改良,尚不足以不經其它^續的 物質去除處理即可移除有用層。 在這些表面處理之後可施加的附加處理包括關於 10毗鄰層選擇性地去除一層,兩層間的選擇性基本上是 由於製造這兩層之兩材料之特性間的重大差異。 選擇性的材料去除也可跟隨在與表面處理後所得 到之不同的另-物質去除之後,諸如部分多層結構k 更大量的物質去除,例如經由研磨、拋光、磨蝕及/或 15 義擊。 不過,在施加選擇性物質去除處理之前,也可不 需要施加前置處理,諸如表面處理或更大量的物質去 除。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 為在移除前施加這類選擇性的物質去除,多層結 20構1的覆蓋層中包含一止擋材料被去除的層,換言之, 兩層之兩材料在靠近該兩層的介面處經過選擇, 俾月b行選擇性去除材料之手段,換言之,侵蚀要被去 除之層的能力遠超過侵蝕止擋層的能力。 接著移除多層結構I中位於止擋層以上的部分,換 ,-25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064 A7 、發明說明 24 經濟部智慧財產局員X消費合作社印製 吕之是止擋層之基片1侧的對侧。 有數項技術可用於保護層3的選擇性物質去除。 、第—項選擇性物質去除技術是在要被選擇性去除 的層上施加摩擦力,以去除至少部分要被去除的材 料。 +例如,這些摩擦力可經由拋光板施加,或可結合 磨擦作用及/或化學作用。 一構成/擋層的材料是選擇自半導體,以便可使用 A機,《钱手段’其對構成止擔層之材料的機械侵兹 能力遠低於侵钱要被去除之覆蓋層内之材料的能力, 因此,其適合使用至少一次的選擇性機械侵钱。 止擋層内之材料對機械侵姓的抗性明顯大 於覆蓋於其上的層。 因此,例如,可以適當地硬化保護層3,使盆對機 械侵姓的抗性大於覆蓋於其上之層被選擇要去除的覆 盖區域。 曲因此’例如’如吾人所知’諸如石夕之半導體,以 浪度典型上在5%至50%的碳碳化,即可比 化的半導體硬。 選擇性物質去除的第二項技術是化學地及選擇 地蝕刻要被去除的材料。 濕钱刻法可以使用適合要被去除之材料侧 液。 乾姓刻法也可用來去除材料,諸如以電聚或以 -26- ΐί張尺度適用中國國家標準(CNS)A4^T^7297公爱/ 10 4 訂. 15 線 20 性 溶 原 A7 1309064 _ B 7 五、發明說明(25) 子化姓刻。 的餘刻也可以僅只化學的、電化學的、或光_電化學 製造止擋層的材料選擇自半導體,以便能有一種 5用以钱刻的流體(換言之,氣體或溶液視乾式或濕式钱 刻而定清構成止擋層之材料的姓刻能力遠低於要被去 除之覆蓋層中的材料,並因此能實施選擇性敍刻。 =過,須注意’“止擋層,,一詞具有“止擋,,姓刻的主 要力犯即使無法絕對地止擋钱刻。特別是原子化姓 10刻的情況,關於此,吾人更精確地說是關於“原子化 率”或‘‘侵姓速率”。 、 一般言之,層A相對於層B的蝕刻選擇性可經由關 於下式之比的選擇性因數量化。 層A之蝕刻速率/層B之蝕刻速率 15 4因此,止擋層的作用如同對化學腐蝕的壁障,保 護其本身及位於其下方的部分(其包括基片丨)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 止擋層内之材料與要經由選擇性蝕刻去除之層内 之材料間的化學蝕刻選擇性可由以下的因素得到: •兩材料不同;或者 2〇 除了至少一種原子元素之外,兩材料包含幾乎 相同的原子元素;或者 -兩材料幾乎相同,唯一材料中至少一種原子元 素的濃度與另一材料内相同原子元素的原子濃 度明顯不同;或者 -27- 1309064 A7 B7 五、發明說明 26 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -兩材料具有不同的多孔性密度。 例如’如吾人所知’當以包含諸如K〇H(氫氧化 鉀,選擇性大約1 : 100)、NH4〇H(氫氧化銨,選擇性 大約1 : 100)或TMAH(四甲基氫氧化銨)蝕刻矽時, SiGe關於矽的行為如同一止播層。 例如’如吾人所知,當以包含諸如Tmah化合物之 洛液蝕刻鍺濃度低於或等於2〇%的SiGe時,鍺濃度高 於或等於25%之SiGe的行為關於前者如同一止擋層。 例如’如吾人所知’在矽中適當地摻雜所選雜質 兀素及所選擇的濃度,諸如濃度超過2xl〇19cm_3的 硼,當以含有EDP(乙烯聯氨及兒茶酚)、K〇H或 (聯氨)之溶液蝕刻無摻雜的矽材料時,其行為如 同一止擔層。 例如,如吾人所知,使用關於非多孔之結晶矽具 選擇性的蝕劑蝕刻多孔矽,如使用包含諸如或 HF+H2〇2化合物之溶液。 此化學的物質去除也可伴隨使用機械或其它侵蝕 材料的手段。 特別是,CMP拋光也可與選擇性化學蝕刻溶液一 20 同使用。 選擇性化學姓刻之前或之後可輔以機械手段侵钱 材料以去除物質,諸如拋光、研磨、磨蝕或任何其它 10 15 手段 用於選擇性物質去除的第二項姑淋B于97弟—項技術是應用犧牲氧 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇^7_^ } ----------— _ i 訂. 線 1309064 A7 五、發明說明(27 化物。 在此方面,夕層結構j中包含具有氧化能力較下層 強的可氧化層,且該層關於要予以保留並因此做為止 擋層的下層被選擇性地去除。 5 在私除則(並因此是在回收前),可氧化層是包括在 夕層,’Ό構1内,且移除是施加於多層結構I中位於可氧 化層上方的部分,換言之,是在止撞層之基片!側的 對側。 可氧化層是在移除後回收時氧化多 10 *,以及’接著是如上所述之對應於表面材料= 的處理技術。 ’' 無論所選擇的架構為何,犧牲氧化法包含形成氧 化層的步驟、可能一退火步驟及去氧化物步驟。 氧化可能施加於一或數層的氧化。 氧化也可能在靠近止擋層的表面進行。 氧化可使用任何習知的氧化技術完成,諸 /1 *».> -iHj 化。 在使用熱氧化的特例中’主要參數是氧 持續時間。 人 其它重要參數有大氣的氧化特性、氧含量 的壓力條件。 性子些參數數都很好控制,意指應用此方法的再現 退火步驟的目的是袪除先前氧化步驟期間可能 -29- | 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 訂- 15 20 出 線 1309064 五、發明說明
5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 移除一薄層的方法如圖1 b及1 c所示 按照本發明第一較佳的移除步驟包括在第二層3 -30- 現的瑕症。 層,括關於止㈣選擇性地去除氧化物 擇性的物入^酸浴浸的化學法,並構成該選 萨中為重Λ明的目的’將被氧化的石夕浸於10或2〇%的氫氟 酸中數分鐘,典型上可去除厚度 種氧化物。 数自不水的此 在按照本發明的方法中,無論選擇性物質去除所 用的方法為何mw云除所 7在所有情況中,回收後所剩多層結構工 曰、貝,與它們在回收前的品質幾乎一致,且 :::在形成期間(在第一次移除前)的原品質類似’ 諸如層所具有的品質類似g晶層的品質。 按照本發明,在回收後,可去除的層仍存在於多 層結構Hb保有極良好的品質,且特別是結構上 的品質。 本文件的其餘部分是回收期間所施加的選擇性材 料去除例,其可使用的移除法,以及回收前的施體晶 圓。 現請參閱圖la,在移除前,多層結構工是由第一層2 及第-層2上的第二層3所構成,第—層2構成第二w 之選擇性去除的止擋層。 層2與層3每一層的厚度與有用層相同或更厚。 中 本紙張尺度適用_國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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五、發明說明(π 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 產生一脆化區,以便執行分離並因此取下所需的層。 有數種技術可用來產生此類型的脆化區,如本文 所述。 第一項技術為熟悉此方面技術之人士所習知稱為 Smart-cut®的技術(與晶圓縮減術相關的若干書籍中都 有對其的描述)’其中,第一步包含以決定的能量植入 原子種類(諸如氫離子)並因此產生脆化區。 第二項技術是經由產生至少一多孔層以形成一脆 變的介面,如文獻ΕΡ-Α-0 849 788中的描述。 在此例中,按照本發明的方法,接下來是按照這 兩項有利於形成脆變區的技術其中任一在第一層2與 第二層3間或第二層3内產生脆變區。 現請參閱圖lb,與移除薄層有關的第二步驟包括 在施體晶圓10的表面上加裝接收基片5。 接收基片5構成夠強固的機械支撐,用以支撐從施 體晶圓10上取下的部分第二層3,並保護其不會受到 來自外界的任何機械應力。 此接收基片5例如是以石夕、石英或任何其它類型的 材料製成。 加裝接收基片5是經由將其帶至與多層結構丨緊密接 觸並與其接合,基片5與結構1間以分子接合較佳。 此接合技術及其衍生技術特別描述於q. Y. T〇ng、 U_ GGsele 及 Wiley 等人所著名稱為 “Semic〇nduct〇r
Wafer Bonding»(Science and technology, Interscience -31- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 x 297公复) 1309064 A7 五、發明說明 30 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合阼社印製 20
Technology)的文獻中。 如有需要’接合伴隨著初始對要被接合之對應表 面的適當處理及/或輸入埶能及 " 劑。 …、此及/或添加額外的接合 因此,❹,在接合期間或之後立即使用熱處理 以使其穩固接合。 接合或許也可經由夾於多層結構I與接收基片5間呈 有特強分子接合能力的接合層(諸如二氧化石夕)加以控 制。 二 、以電氣絕緣材料形成接收基片5之接合面的材料及/ 或形成接合層(如果有)有利於從被移除的層製造^⑴ 結構,在此情況,SelO結構的半導體層是被取下的部 分第二轉移層3。 旦接收基片5被接合,部分的施體晶圓丨〇在先前 形成的脆變區經由分離被去除。 在該第一項技術(Smart_cut@)的情況,所進行的第 二步是使佈植區(形成脆化區)接受熱及/或機械處理, 或任何其它類型之能量輸入的處理,以在脆化區將其 分離。 在該第二項技術的情況,脆變區被機械地處理, 或輸入另一類型的能量,以在脆化層將其分離。 按照這兩項技術中任一項,在脆化區處的分離去 除了絕大部分的晶圓1 〇,所得到任何被留下的結構, 如果有,包含被取下的部分第二層3(在此例中為有 -32- 訂- 、線 用 私紙張尺度適用中國國家標準(CNs)A4規格(21〇χ 297公髮) 1309064 A7 五、發明說明 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 層)接合層(如果有)及接收基片5。 在形成於移除層結構之表面上 除任何表面相抖^ ώ 刀加工步驟以去 佳,如:尽度的不均勾及/或不需要的層較 :,使用化學機械抛磨⑽、钱刻或至少一次的 4在4寺疋的架構中,在有用層中可能包括選擇性 貝除的止擋層,以便經由選擇性物質去除停止於 此止擋層以增進有用層的表面完美。 構成—部分第二層3之移除後的層3,在移除後被保留 於第層2之上,整個晶圓構成要被送往回收的 施體晶圓10 ’’俾使在稍後移除後續層期間可以再次使 用。 如施體晶圓10,的回收結果如圖1(5所示。 Μ在進行關於第一層2選擇性去除移除後之層3,的物 貝之後或之前可施以表面加工步驟。 因此,在後續的移除期間,施體晶圓1〇"有能力提 供第一層2内的有用層移除,且不需要任何額外的步 驟。 在移除前之施體晶圓1〇的另—架構中,施體晶圓 包含數對層,每一對是由該第_層2及第二層3所構 成’每一對中的第二層可以關於同一對中的第一層被 能選擇性去除材料的手段選擇性地去除。 此外’還有一有利的手段是關於也包括在多層結 構I内之下方她鄰層選擇性地去除對中層2的材料。 -33· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) A7 B7 3 1309064 五、發明說明(32 此架構的優點是可關於下方毗鄰的層2選擇性地去 除層3 ’或者’可關於下方的毗鄰層選擇性地去除層 2 〇 此外’在此架構的一特例中,毗鄰層2下方的層屬 於另一層對的層3。 包括數個層對之多層結構I的特定架構之一例如圖_ 所示,其中,多層結構I是由包括第一層2A及第二層 3A的第一對與包括第一層2B及第二層3b的第二對所構 成。每一層具有相同的厚度或大於有用層的厚度。 在此架構的施體晶圓1 〇中,按照本發明的一方 法,經由施加按照本發明t選擇性去除移除後所剩層 中部分物質且下方田比鄰層中包含至少—可被㈣之有 用層的-或多個中間回收步驟,可經由一或數個步驟 去除一或多層。 因此,以此特定的架構,可以移除含有一或多声 材料的有用層β 現請參閱圖2a,在此例中,移除前的多層結構!是 由覆於第層2上方的第二層3B、晰鄰基片㈣第三層 3A及插於第二與第三層間的第-層2所構成。 曰 弟一層3B與第三層3八的厚度大於或等於有用層的 厚度。 第一層2内的材料經過選擇,俾使至少 材料的手段,其侵料成第—層2之_ : 於侵姓層3A及3B至少其中_層位於它們對應介面^材 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格 4 訂- 線 -34- [309064
、發明說明 料的能力。 且口此其可實施選擇性物質去除。 除之在有第靜架構中’第一層2的厚度等於或大於要被移 于、之有用層的厚度。 結果是得到與前述其中之一相當的架構。 10 林Λ第幾二工架構中,層3A與则結晶結構且特別是晶 "歲乎相同,且吾人不希望第一層2嚴重干擾其 :b鄰層3A與3B的結晶結構,且特別是吾人不希望在第 一層2上形成第二層3B期間,第一層2干擾第二覆蓋層 3B的結晶生長,在此情況,第一層2的晶格參數必須 與晚鄰第-層2下方之部分从的晶格參數近乎相同。、 使用第一層2的一或多個實施例可獲得此結果,這 些實施例描述如下: 在第一層2的第一實施例中,此第一層被彈性地限 15制,俾使它的晶格參數與毗鄰其下方之區域3A的晶格 參數近乎相同,即使此層中材料的晶格參數與第一層 2的晶格參數明顯不同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此’必須考慮兩個主要條件以便能成功地進行 此操作: 20 -第一層2的標稱參數與毗鄰其下方區域(包括在 第三層3A内)之晶格參數間的差異不能太大,以 防止第一層2内出現瑕疵(諸如錯位或局部應力) 第一層2必須夠薄以防止彈性應變經由層的厚度 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064 五、發明說明(34) - 及/或瑕疵的產生逐漸鬆弛。為做到此,由彈性 應變半導電材料所製成之第一層2的厚度必須小 於热悉此方面技術之人士所習知的臨界厚度, 且特別視它的組成材料,毗鄰其各層中的材料 5 及製造應變層的技術而定。 介於3A與3B兩SiGe層(50%-50%)間之矽層2的典型 臨界厚度大約等於數十奈米。 在第一層2的第二實施例中,第一層2所選用之材 料的標稱晶格參數與製造與其毗鄰區域之材料的晶格 10 參數幾乎相同。 因此,其不同於第一實施例,在此例中,第一層2 的結晶結構被大幅地鬆弛。 因此,其也滿足第一回收步驟期間施加物質去除 期間的選擇性標準,例如,第一層2的材料經過選 15擇,俾使其具有至少一種組成元素不是其所毗鄰之材 料不過,苐一層2内之材料具有的晶格參數與B比鄰 區域的晶格參數類似,因此,此組成元素是基本元 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*1农 素,將決定選擇性物質去除期間關於所考慮之毗鄰層 的選擇性。 20 在一特例中’製造與選擇性物質去除有關之毗鄰 區域的材料中並無第一層2内之材料的組成元素,且 兩材料完全不同。 在另一特例中,第一層2中每一種與選擇性物質去 除有關之毗鄰區域中之材料不同的組成元素可能是一 -36- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064 五、發明說明 添加的元素或是不存在於所考慮之田比鄰層中的元素。 例如,具有與毗鄰區域近乎相同之晶格參數的第 ::2可以被摻雜,俾使此晶格參數在摻雜後不會被 嚴重地干擾。 5 如果第-層2是由製造與選擇性物質去除有關之田比 #區域之材料的材料所構成’此摻雜元素將是決定選 擇性能力的元素。 10 #當摻雜第-層2時’如果不希望諸如錯位且特別是 穿透錯位之類的瑕疵出現’在某些情況第—層2的厚 度仍要小於熟悉此方面技術之人士所習知的臨界厚 度。 在第-層2的第三實施例中,將較先製造的層从表 面製造成多孔,以製造一多孔層。 15 可經由施加陽極化處理(an〇disati〇n)或任何其它多 孔性技術以增加多孔性,例如文獻Ep 〇 849 78§八2中 的描述。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如果至少有一毗鄰的材料可被一適當的侵蝕法選 擇性地侵蝕,此多孔材料層可做為第一層2。 多孔性不會嚴重干擾此兩毗鄰層的結晶結構,因 20此,這類第一層2不會嚴重干擾施體晶圓10的結晶結 構。 結果是第一層2的結晶結構與批鄰區域的結晶結構 即使不相同也非常相似’因此,第一層2不會干擾四 周結構的結晶。 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210χ297公釐) 1309064 A7 ------ B7 五、發明說明 36 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^4 20 不過,在其它情況中,第一層2可能會對四周結構 才。ί數有4寸疋的影響’第一層2的狀態(應變或鬆 弛’完全或相對)可能會在毗鄰層中誘發,在這些情況 代表可考慮成對以下之應用不利的特性。 現請參閱圖2b及2c,按照與上述參考圖化及匕所描 述幾乎相同的移除法’將部分的層邛移除以轉移到接 收基片5上。 在移除後以及回收期間,對第一層2施加選擇性物 貝去除,包括以下的選擇性物質去除至少其中之一: -參考圖2d,選擇性去除毗鄰第一層2之層3B,内 的物質,第一層2構成一去除物質的止播層; -層3B’去除之後,選擇性去除第一層2内的物質 ,毗鄰第一層2之第三層3八内的材料形成物質去 除的止擋層。 在選擇性去除的一特定方法中,在第一層2可結合 兩連續的選擇性材料去除。 在此情況’第二層3B及接著的第一層2被選擇性地 去除。 在第一回收步驟中無論所選用的選擇性物質去除 法為何,且是要去除與有用層同側的部分施體晶圓 10,都有一做為去除物質的止擋層(在第一種選擇性物 質去除的情況是第-層2,或者,在第二種選擇性物 質去除的情況是毗鄰第一層2下方包括在第三層3八内 的區域)。 的 晶 -38- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公髮) ---— 4 訂 1309064
、發明說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4因此,止擋層是做為材料侵蝕的壁障,且特別是 保4第二層3A,其中是在猶後的移除期間要被移除的 新有用層。 施體晶圓10在移除前的另一架構中,施體晶圓包 含數組3連層,每一都是由該第一層2、第二層3B及第 三層3A構成,每一 3連層中的第二層3B及/或第一層2 都可關於她鄰其下方且是形成同一 3連層之一部分的 層’經由能選擇性去除材料的手段被選擇性地去除。 *也有一有利的方法能關於也包括在多層結構1内毗 鄰第三層3B下方之層選擇性地將3連層之第三層则 的材料去除。 此後者之架構的優點是在回收期間可選擇性地去 除3連層中的任何層。 在相同架構且是第-特定情況中,毗鄰第三層3B 下方的層是屬於另—3連層的第二層3A。 還是此架構但是第二特殊情況,此鄰第三層3BT 方的層是不屬於與層3B同一 3連層的第—層2。 在此第二特定情況中,較佳是3連層中覆於第三層 3B之上的第一層2夾於毗鄰於其下方的另一 3連層曰 20間。在此情況,所得到的結果是按3八類型之層與^ 型之層被2類型之層隔開之順序所構成的她成。、 包含數組這類3連層之多層結構!的特^架構例, 圖4所示,其中,多層結構味由以下所構成: _第一組3連層是由第-層2類型的層2Α夹於第 -39- 5 10 15 之ί類 如 私紙張尺度適用ϊΐ國家標準(cns)a^5T(210 χ 297公爱) 381309064 五、發明說明 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 層類型3A的層3A(參閱圖2a)與第二層類型犯之 第二層3B(參閱圖2a)間所構成; 組3連層是由第一層類型2的第一層2匸夹於 弟三層類型3A的層3C(參閱圖2a)與第二層類型 之層3D(參閱圖2a)間所構成; -第—層類型2的層2B夹於兩3連層之間; 層3A、3B、3C及3D每-層的厚度等於或大於要被 移除之有用層的厚度。 来在此睛况,層2a、2B及2C的第一項功能是保護毗 鄰於其下方的層免受回收期間所施加的物質去除,經 由: 开> 成回收期間選擇性去除覆於其上之層的止擋 層,及/或經由 -關於毗鄰其下方之層要被選擇性去除的層。 因此,在此架構的施體晶圓1〇中,其中具有可移 除之有用層的層3A、3B、3C及3D,被保護層2A、2B 及2C分隔開’這些保護層於回收期間分別保護毗鄰於 其下方的層。 因此’按照本發明的一方法可以—或數個步驟移 除 或多層’以按照本發明之一或多個中間回收操 作’特別是經由施加關於所遇到之第一保護層(2A、 2B或2C)選擇性地去除移除後所剩下的部分層,此層 因此保護毗鄰其下方包含至少有可移除之有用層的 層。 4 線 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x297公釐) 1309064
五、發明說明 因此,以此特別的架構’其可以移除由一或多個 材料層所構成的有用層。 田移除數層a守,至少有—諸如層2A、2B及%的保 護層或部分保護層也會被移除,並因此當不是在回收 5期間加工被移除之有用層的表面時,特別是去除表面 的粗糙,可做為選擇性去除材料時的保護層。 般。之,在按照本發明的多層結構〗中,在按照 ^發明的回收步驟之間可有數層有用層被移除,在按 本电月的冑利情況中,按照本發明從—施體晶圓 10 10上移时肖層的循環處理是依次反覆地執行以下步 驟: -移除處理;以及 -按照本發明的回收法。 —在施加循環移除法之前,可按上述在基片丨上製造 15薄層的-或多項技術,以實施製造按照本發明之施體 晶圓1 〇的處理。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、按照本發明,不需要在製造於基片1上的結構丨中形 成額外的層,及/或不需要施加恢復至少部分基片1之 處理,即可開始從施體晶圓10(諸如圖la、2a、3或4所 20示其中之一)的同一結構I中進行多次移除的可能性, 實施整體移除法以節省時間,比按照現有技術之不同 的方法簡單且大幅縮減花費。 移除操作的次數特別是多層結構之厚度的函數, 在移除及回收多層結構1數次之後,所剩多層結構1的 -41- 本紙張尺㈣財_家標準(CNS)A4規格(17^7公釐) [309064
五、發明說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 厚度已不夠包含要被移除的有用層。 因此,施體晶圓10實際上只剩下基月i。 在第一種情況中,將施體晶圓10丟棄,此情況的 相失疋i個基片1 ’但基片的製造可能很複雜、費時 且昂貴,特別是如果基片W含緩衝結構。 第二種較有利的情況是使用回收法以復原至少部 分的基片1。 如果基片1包含—緩衝結構,即有3種類型的基片1 回收可供應用: 回收包3去除整個緩衝結構,但可保留至少部 分供緩衝結構在其上形成的支撐基片;不過, 此回收致使損失部分的基片丨,製造這部分通常 取難也最責;且其需要使用額外的步驟以形成 緩衝結構’例如,如果需要再塑相當於回收前 之基片的基片1 ; 回收包括4分去除的緩衝結S,幻呆留可在其 上形成緩衝結構的支撐基片以及部分的緩衝結 構(諸如製造成本昂貴的緩衝層);例如,當完成 回收盼,可從位於緩衝結構中的止擋層開始 擇性物質去除;有利於施加再塑緩衝結構的 外步驟’特別是如果需要再塑相當於回收前 基片的基片1 ; 回收包括去除至少部分剩餘的原多層結構I ’ Μ 保持整個基片1 ;在回收期間可對多層結構I的 -42- 衣纸張尺度適財關χ 297公复 1 10 4 訂- 15 線 20 選額 之 以 1309064 A7 B7 五 、發明說明 41 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 剩餘部分施以加工步驟;.例如以Cmp、熱處理 、犧牲氧化、轟擊或其它平滑技術)及/或可施加 使用例如位於多層結構I與基片丨間之止播層的 選擇性物質去除; 在基片1回收之後’接著按照本發明的方法形成新 的多層結構I ’其中可有數層可移除的有用層。 此新的多層結構I可能與回收前的結構幾乎相同。 經由稍為修改某些製造參數,此新的多層結構1可 與回收前的多層結構I有些許不同。例如,材料中某些 化合物的濃度可以稍為修改。 在所有情況中,以層之生長製造多層結構較為有 利,例如使用CVD或MBE磊晶。 在第一種情況中,多層結構I中至少一層的生長是 在原位置進行,直接接續自其下方生長支撐的形成, 在此情況,下方的生長支撑也以層生長形成較佳。 在第二種情況中,至少其中一層是在其下方之生 長支撐表面進行些許加工步驟後再生長,例如以CMp 拋光、熱處理或其它光滑技術。 在本文獻的其餘部分中,吾人將介紹包含多層結 構I之施體晶圓10的架構例,其可以按照本發明的方法實施。 特別疋’吾人介紹的材料有利於用於這類施體晶 圓10。 某些例子吾人將詳細說明’有時包含基片1中的緩 -43- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 訂 線 !3〇9〇64
5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 衝結構及支撐基片, 巧緩衝結構是製造在支撐基片上。 1某二有關的例中,緩衝結構在支撐基片的層次 ^ ^ 在與多層結構I下層介接的介面附 近具有第二晶格參數。 這類型的緩衝社播4 w、·σ構包含一緩衝層做這類晶格參數 的調適。 也π用於衣緩衝結構的第—項技術(如前所述)通常用 ::到具有此特性的緩衝層,其具有由數種原子元素 構成的缓衝層,其中: n種原子元素是包括在支撐基片的成分内 ;以及 種原子元素完全不存在或僅少許存在於 芽土片内其》辰度隨著緩衝層的厚度逐漸改 變。 緩衝層内此元素農度的漸變是緩衝層内晶格參數 漸變的主要原因。 因此,在此架構中,緩衝層主要是合金。 為用於缓衝結構及緩衝層之支撐基片之成分所選 擇的原子元素可以是IV類,諸如矽或鍺。 例如,在此情況,其可以是㈣支撐基片及slGe 的緩衝層’其鍺的濃度隨厚度漸變,從與支樓基片介 接處接近0的值改變到緩衝層之另一面上之決定的 值。 在另-情況中’支撐基片及/或緩衝層的成分可能 -44- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2l〇x297公复)
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、發明說明 A7 B7 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 20 二括III-V類型的原子元素對,這類對諸如選自⑽、 永、銦Η氮、鱗、石申)的可能組合。 士、例如,在此情況’丨支撐基片可能是由砷化鎵製 \ ’緩衝層則是由砷及/或鎵及至少一種其它元素製 成,該後者的元素在與支樓基片介接處之接近〇的值 隨厚度漸變到緩衝層另-面上所決定的值。 支撐基片及/或緩衝層的成分可能包含π_νι類型的 原子兀素對,這類對諸如選自(辞、鎘)—(硫、硒、碲) 的可能組合。 以下列舉這類架構的數個例: 月’j 5個例特別與包含矽製成的支撐基片丨、矽或 SiGe製成的缓衝層,以及内有矽&siGe之其它層之多 層結構I的施體晶圓10有關。 當以應變之SiGe及/或矽的移除層用於製造SG〇I、 SOI或Si/SGOI結構時,這些晶圓1〇特別有用。 關於此,所用蝕刻溶液的類型視所要蝕刻的材料 (矽或SiGe)有所不同。因此,以下將適合蝕刻這些材 料的蝕刻洛液歸類,在下表中為每一類別指定一識別 標示: -S1 :關於SiGe蝕刻矽的選擇性蝕刻溶液,包含 至少以下一種化合物:KOH、NH4〇H(氫氧化銨 )、TMAH、EDP或HN〇3或目前研究中的溶液, 諸如混合 ΗΝ03、ΗΝ02ίί202、HP、Ρί2804 ' H2S〇2、CH3COOH、Η202 及Η2〇等化學劑,如文 -45- 本紙張尺度適用中國國家標準(cns)a4規格(210x297公釐) 4 訂. 線 A7 B7 1309064 五、發明說明(44 ) 獻WO 99/53539,P9中的解釋。 -S2 :關於矽蝕刻SiGe的選擇性蝕刻溶液,這類 溶液包含HF、H2〇2、CH3COOH(選擇性大約1 : 1000) ’或者’ HNA(氫氟酸-硝酸-醋酸溶液)。 5 ' Scl :關於鍺濃度遠大於或等於25%之SiGe蝕刻 錯農度遠小於或等於20%之SiGe的選擇性蚀刻溶 液’諸如含有TMAH或KOH的溶液。 -Sdl :關於摻雜硼之矽蝕刻未摻雜之矽的選擇性 餘刻溶液,其摻雜以超過2xl〇19cm_3較佳,諸如 含有EDP(乙稀聯氨及兒茶紛;ethylene diamine andpyrocathechol)、KOH或 N2H2的溶液。 ΜΛ. 施體晶圓10是由以下構成: -基片1,由以下構成: 15 -矽製成的支撐基片; -按照製造缓衝結構的該第一項技術以SiGe製 成的緩衝結構’且包含一缓衝層及一附加層 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •多層結構I,包含SiGe。 20 緩衝層内的鍺濃度較佳是從與支撐基片的介接處 漸^,以改麦SiGe的晶格參數,如前文中的解釋。 鍺之表面濃度低於30%的厚度典型上在丨到3微米之 間,以在表面得到良好的結構性鬆弛,並限制與晶格 參數差異相關的瑕疵,俾使這些瑕疵被掩埋。 -46- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) '一 !3〇9〇64 五、 發明說明 45
SiGe所製成的附加層被埃你 ,.,日被緩衝層大幅地鬆弛,其有 乎=度與它們介面處附近之緩衝層的濃度幾 3〇%ΐΪΐ他之砂層内’石夕中的錯濃度典型上在⑽到 此30%的極限代表目前技術的典型極限,但在未來 可能會改變。 附加層的厚度視情況而定可有非常大的變化,典 型的厚度在0.5到1微米之間。 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 例如參閱圖2a ’在移除前有利的多層結構I包含具 有以下各層的3連層: -由大幅鬆弛之SiGe製成的層3八,其厚度大於要 被移除之有用層的厚度; -層2位於層3A之上; ~層3B位於大幅鬆弛之siGe層2之上,且立厚度大 於要被移除之有用層的厚度。 層2是由以下材料之一構成: -應變的矽;或 -應變的SiGe。 重申層2是由應變之矽或SiGe製成的情況,此層2 的厚度必須超過臨界厚度。 因此,例如,夹於鍺濃度近乎等於20%之兩層si〇e 間由應變之矽製成的層2,其臨界厚度典型上在大約 20奈米的數量級。 -47- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064
在移除部分的層3 B之後,右赵插&杜Λ丨 令数種杈佳類型的蝕刻 可供使用’視層2内的材料而定: -如果層2是由應變的石夕製成: -由SlGe所製成的覆蓋部分以S2類型的溶液選 5 擇性地钱刻; 及/或 -在移除後所剩的層3B被去除後,以S1類型 的溶液選擇性地蝕刻層2。 -如果層2是由鍺濃度近乎等於或大於25%之應變 10 的以以製成,且覆蓋層中的鍺濃度近乎等於或 小於20% : -由SiGe所製成的覆蓋部分以Scl類型的溶液 選擇性地蝕刻; -如果層2是由鍺濃度近乎等於或小於2〇%的31(^ 15 製成,且下方毗鄰層中的鍺濃度近乎等於或大 於25% : 經濟部智慧財產局f工消費合作社印製 -在移除後所剩的層3B被去除後,以Sc 1類型 的溶液選擇性地钱刻層2。 以SiGe或矽製成的層2也可摻雜諸如硼或磷等雜質 20 元素’以增進化學蝕刻的選擇性。 在多層結構I的一特定架構中,多層結構I包含數組 3A、2及3B這些層的3連層。 在此架構的一特例中,多層結構I僅是由2與3的層 對構成’例如圖3所示。 -48- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064
經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 在後者的情況中,以層 佳,如圖,示的施體晶圓〗。。…連績的3連層較 因此’其便於及容易得知有關於被按照本發明較 Ge與層2中材料間之選擇性姓刻之回收法分 ;開之以-或數個操作移除-或多層的所有移除製 例2 : 施體晶圓1 〇是由以下構成: -基片1,由以下構成: •矽製成的支撐基片; 按”?、衣造緩衝結構的該第一項技術以SiGe製 成的緩衝結構,且包含一由SiGe製成的缓衝 層及一由鍺製成的附加層; '多層結構I,移除前包含AsGa及^A1GaAs。 緩衝層内的鍺濃度較佳是從與支撐基片的介接處 漸增,以關於鍺所製成之附加層的晶格參數改變矽支 撐基片的晶格參數。 緩衝層内的鍺濃度從大約〇增加到大約1 〇〇%,更精 確的數值大約98%,以使兩材料間的理論晶格能完全 20 匹配。 例如參閱圖la,在移除前有利的多層結構I包含具 有以下各層的層對: -由AlGaAs製成的層2 ; -位於層2上的層3’層3由大幅鬆弛之AsGa製成’ -49- 5 10 15 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 4 訂 線 !3〇9〇64 五、 發明說明 48 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 且其厚度大於要被移除之有用層的厚度。 對多層結構I中位於層2以上的部分施加移除,且回 收包括以選擇性蝕刻溶液對層3的選擇性化學蝕刻, 諸如含有棹檬酸(C6H8〇7)及雙氧水且pH值在大約6至7 之間的溶液(選擇性係數典型上為2〇),俾使幾乎整個 層3都可被移除’在本例中,層2的行為類似蝕刻的止 擋層。 在多層結構I的一特定架構中,多層結構包含毗 鄰層2下方由AsGa製成的另一層。 因此,移除是施加於多層結構!中位於此AsGa層上 方的u卩刀,且回收包括以選擇性蝕刻溶液對層2的選 擇性化學㈣,諸如含有稀釋之氯氣酸(在大約州至 48%之間)的溶液(選擇性係數典型上在35〇至丨⑻⑽之 間),俾使幾乎整個層2都可被去除,該另一峨鄰下方 之AsGa層的行為類似蝕刻的止擋層。 在一特殊情況中,可在一次選擇性蝕刻之後再進 行另一次的選擇性蝕刻,以便去除至少部分的層3, 並接著去除層2。 在多層結構I的-特定架構中,多層結構j中包 對這類層2及3。 在此架構的一特殊情況中’多層結構I僅是由層2及 3的對構成,例如圖3所示。 因此,其便於及容易得知有關於被按照本發明k 佳包括AlGaAsSi與AsGa間之選擇性姓刻之回收法分 4 線 隔 -50- 本纸張尺度適用争國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公楚)
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五、發明說明(49 =以—或數個操作移除—或多層的所有移除製法。 轭體晶圓1 〇是由以下構成: -以矽製成的基片1 ; •移除前包含矽的多層結構I。 例如參考圖2a,在移除前有利的多層結構I包含C 下各層的3連層: -大幅鬆弛之矽製成的層3A’其厚度大於所要彩 除之有用層的厚度; 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 -在層3A上的層2 ; -在大幅鬆弛之矽層2上的層3B,其厚度大於所要 移除之有用層的厚度。 層2是由以下材料其中之一構成: -摻雜的石夕;或 -應變的SiGe。 重申層2是由應變之SiGe製成的情況,此層2的厚 度必須不超過與鍺濃度相關的臨界厚度。 在移除部分的層3B後,視層2中的材料而定,有數 種有利的蝕刻類型可供使用: -如果層2是由摻雜的矽製成: -以石夕製成的覆蓋部分及移除後的殘留部分,$ 使用Sdl類型的溶液選擇性地蝕刻; -如果層2是由應變的SiGe製成: •以矽製成的覆蓋部分可使用S1類型的溶液選擇 -51- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064 五 '發明說明(5〇) 性地姓刻; 及/或 -在移除後殘餘的層3B被去除之後’可使用S2類 型的溶液選擇性地蝕刻層2 ; 5 嫩: 施體晶圓10是由以下構成· -基片1,由以下構成: -以矽製成的支撐基片; -按照前所討論製造缓衝結構的該第二項特定 10 技術製成的缓衝層,並揭示於文獻wo 00/15885,換言之: -按照前所討論且揭示於文獻WO 00/15885之製造 緩衝結構的該第二項特定技術沈積由鍺或SiGe 製成的第一層; 15 -可接著沈積第二選用層,其可增進覆蓋層的結 晶品質,如文獻WO 00/15885之描述,第二層是 按如下製成: -如果緩衝層内的第一層是由錯製成,則是 SiGe(50/50); 20 -如果緩衝層内的第一層是由SiGe製成,則是應 變的發; -多層結構I包含一序列的層對,每一對是由鬆他 的層3及應變的層2構成, -每一鬆弛之層3的厚度至少與要被移除的有用層 -52- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公笼) -------- 1309064 A7
同与·且是由以下製成: 如果做為緩衝層的第一層是以鍺製成,則是 鍺;或 5 如果做為缓衝層的第一層是以SiGe製成,則 疋SiGe(其濃度與緩衝層内第一層的濃度幾乎 相同); f —應變的層2是由應變的矽或SiGe製成,且其 厚度小於一臨界厚度,小於此厚度,其彈性應 又開始鬆弛,此臨界厚度視由矽製成的3個毗鄰 10 之鬆弛層的成分而定。 多層結構1的去除可施加於製成多層結構I的一組声 或一單層。 曰 因此,鬆弛層3、應變層2或一組應變層2與鬆弛層 3可被移除,以將其轉移到接收基片5上。 線 15 如果移除是發生於鬆弛層3,按照本發明的回收, 可使用能關於層2内之材料選擇性蝕刻層3内之材料的 溶液對剩餘的鬆弛層3實施化學蝕刻。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如果層2是由矽製成且層3是由SK}e製成,可使用 S2類型的溶液姓刻應變層2,因此,應變層2是蝕刻的 2〇止擋層。此蝕刻後可接著進行應變層2關於另一鬆弛 層的第二次選擇性蝕刻。 因此,在第一次移除後可實施第二次移除,第二 次移除是施加於應變層2及/或毗鄰下方的部分多層结 構I。 曰 -53- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公髮) A7 B7 1309064 五、發明說明(52 須注思,按照此例移除後所得到的結構沒有任何 錯位類型的瑕疵,甚至在埋層區域内亦然。 因此’所得到的結構可用來生長其它層’例如以 應變的矽製成,經由在以應變之siGe、鍺或矽上磊 5 晶。 例5 : 施體晶圓10是由以下構成: -基片1 ’由以下構成: -以矽製成的支撐基片; 10 -按照製造緩衝結構的該第三項技術以矽製成 的緩衝層; -多層結構I,包含以下連續層的3連層: -在緩衝結構上以具有至少丨5%鍺之SiGe製成 的第一層3 A ’ SiGe被鬆弛或假鬆弛; 15 -應變之矽所製成的第二層2,其厚度遠小於第 一層3A與第二層3B堆積的厚度; -第三層3B由至少含有15%之鍺的SiGe製成, SiGe被鬆弛或假鬆弛。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此施體晶圓10疋按照製造緩衝結構的該第三項技 20 術製造緩衝層後所得到的晶圓。 在缓衝層的第一實施例中,在緩衝層被製成前存 在3連層,因此,施體晶圓10的形式如下: -以碎製成的基片1, -按以下順序構成的多層結構Γ: -54- 本‘張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) ' ~~~- 1309064 A7 B7 五、發明說明(53 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 -以含有至少15%鍺之SiGe在缓衝結構上製成 的第一層3A,,SiGe被應變; -鬆弛之矽製成的第 二層 2’ ; -以含有至少15%鍺之SiGe製成的第三層3B,, SiGe被應變; 應變之SiGe層3A’具有與應變之SiGe層3B,近似相同 的特性。 多層結構Γ内諸如錯位之瑕疵的密度小於大約 107cmf2 較佳。 含有15%之鍺之層3A’與3B,所構成之多層結構j,的 典型厚度大約250奈米,含有3〇%之鍺之層3A,與3B,戶斤 構成之多層結構Γ的典型厚度大約1 〇〇奈米,因此,每 一層的厚度仍在彈性應變結束的臨界以内。 鬆弛層2’的典型厚度為數1〇奈米。 應變層3A’與3B'之厚度的數量級以相互近乎相同較 佳。 因此’多層結構I,是整體地應變。 按,日·?、以上,缓衝層是由兩個主要步驟製成: -經由植入諸如氫或氦的原子種類以在矽製成的 支撐基片1内形成擾動區; 熱處理以致使多層結構〗,内之彈性應變至少相對 鬆弛。 在第-步驟期間植入氫與氦所使用之能量的 典型上在12到25keV之間。 -55- 4 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064
植入氫或氦的劑量典型上在1014到1017cm·2。 -因此,例如以含有15%之鍺的應變層3A’而言, 使用大約25keV的能量植入劑量大約3xl〇16cm-的氫較佳。 5 -因此’例如以含有2到30%之鍺的應變層而言, 使用大約18keV的能量植入劑量大約2xl〇i6Cm-的氦較佳。 原子種類植入基片丨内的深度典型上在5〇奈米到 100奈米之間。 10 在第二步驟期間施加的熱處理必須特別調適,以 使位於擾動區與多層結構1’間之區域内的擾動位移。 此區域内的擾動被位移,並接著形成緩衝層。 錯位抵達位於緩衝層與多層結構J,間的介面,接著 致使多層結構I,整體地鬆弛如下: 15 應變層3A,的彈性鬆弛以形成層3A的鬆弛或假舞
弛; A -鬆弛之層2'内的彈性應變形成應變層2,因此, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 此層具有的晶格參數與毗鄰下方之鬆弛之 的晶格參數幾乎相同; 2〇 —應變層3B,的彈性鬆弛形成鬆弛的或假鬆他的層 3B。 β緩衝層内錯位的移動也致使多層結構1,内錯位的大 量消失。 熱處理以在隋性大氣中實施較佳。 -56- 本紙張尺度適用尹國國家標準(CNS)A4規格(210x297公复) 經齊部智慧財產局員工消費合作社印製 1309064 a7 B7 五、發明說明(55) 不過,熱處理也玎在其它的大氣中施加,例如在 氧化大氣中; 因此,對此類塑之施體晶圓丨〇施加的特定熱處 理,典型上溫度在400°c至1 ooo°c之間,持續時間從 5 30分鐘到60分鐘,更特定是從大約5分鐘到大約15分 鐘。 在缓衝層的第二實施例中,在製成緩衝層前3連層 不存在,因此,施體晶圓較佳具有以下的形式: -妙基片1 ; 10 -含有至少15%鍺之SiGe製成的層,SiGe被彈性地 應變。 用於此SiGe層的鬆弛技術及參數與缓衝層的第一 實施例幾乎相同。 缓衝層製成後的下一步是生長各層以形成包含整 15 體鬆弛之層之該3連層的多層結構 因此,多層結構I是在缓衝層之後製成,與此例中 所提出的第一實施例不同。 與實驗技術有關的進一步技術請參閱Β· Hollander 等人所做的研究,特別是名稱為“Strain relaxation of 20 pseudomorphic Sii.xGex / Si(100) heterostructures after hydrogen or helium ion implantation for virtual substrate fabrication’’(in Nuclear and Instruments and methods in Physics Research B 175-177(2001) 357-367) 的文獻。 -57- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐)
1309064 A7 B7 五、發明說明 56 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 當晶圓10接合到接收基片5上之後,無論有或無中 間接合層,使用前述一或多樣習知技術在鬆弛層3B進 行移除。 某些鬆弛的SiGe層3B被移除。 較佳是使用S2類型的溶液選擇性化學蝕刻殘餘的 層3B以進行回收,因此,層2構成蝕刻的止擋層。 接著,使用S1類型的溶液對層2進行第二次的選擇 性化學蝕刻步驟,層3A構成蝕刻的止擋層。 結果是一回收的施體晶圓1〇,經由移除,其可在 10層3A或層對2/3A内提供一新的有用層 例6 · 施體晶圓10是由以下構成: -基片1 ’由以下構成: -支撐基片中至少與其上方緩衝結構介接處的 15 部分是由砷化鎵構成; -按照製it緩衝結構的該第一項技術以πι_· 材料製成的緩衝結構; -在移除前多層結構I包含ΙΠ_ν族材料。 曰支撐結構可以由整塊砷化鎵或整塊鍺並在其上磊 20晶一厚度之砷化鎵製成。 ’、 緩衝結構首先有利於將多層結構1#近它們介面處 之材料的晶格參數(以磷化銦為例,其標稱值為5·87 埃)調適到砷化鎵的值(其標稱值大約5 65埃)。 在整塊III-V族材料的情況,經由比較諸如整塊磷 5 -58- 本紙張尺度適用争國國ϋ準(CNS)A4規格(1^;297公釐) 5丁· 線 1309064 A7 -*-—_______B7 五、發明說明(57^ ~ ---一-— 化銦及整塊神彳卜@ $ — b叙4不同材料即可明瞭這類緩衝結構 的T際優點,例如,整塊石申化鎵與整塊鱗化銦相較, 」貝°便i纟半導體市場上較易獲得、機械強度較 強/、有驾知最佳的背面接觸技術、以及可得到較大 5的尺寸(典型上為6吁,碟化銦只有4叫)。 不k ^化銦的電子性能通常較砷化鎵的電子性 能更有用。 因此’例如,經由在砷化鎵的支撐基片上製造包 含填化姻的多層結構卜並經由一緩衝結構鬆弛,該施 10體晶圓10給予了製造6,㈣化銦層的解決方案。 因此,可明顯看出這類施體晶圓10的可能優點; 其可轉移具有決定之品質及特性之已知m_v族材料以 製造活性層,例如與使用整塊m_v族材料所能得到的 特性相似。 15 〃、i上包括在此類型施體晶圓1 〇内之緩衝結構 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 的厚度超過1微米,特別是如果要避免在每次移除操 作後被破壞,特別是由於使用按照本發明之回收方法 所造成的破壞,此厚度將要增加。 在包含磷化銦之多層結構;[的例中,基本上在其與 20下方緩衝結構介接處被鬆弛,因此,基片丨之較佳的 缓衝結構包含一由InGaAs所構成的緩衝層,其中銦濃 度的變化在0至大約53%。 緩衝結構也可包含一由原子元素濃度幾乎不變之 III-V族材料製成的附加層,諸如inGaAs或InAiAs。 -59- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 1309064 A7 B7 五、發明說明(58 ) 在一特殊的移除情況中,多·層結構I中至少一填化 銦層被移除,俾使其可被轉移到接收基片5上。 因此,任何電氣及電子特性都可被充分使用。 例如,如果情況是被移除的部分也包含InGaAs或 5 InAlAs ;後者材料與磷化銦之電子帶間的不連續會產 生被移除層中明顯較佳的電子遷移率。 施體晶圓10也可以是其它架構,包括其它的III-V 族化合物。 移除層之這些手段的典型應用包括實施高電子遷 10 移率電晶體(High Electron Mobility Transistor ; HEMT)及異質接面雙極電晶體(Heterojunction Bipolar Transistor ; HBT) 〇 在回收期間使用的化學蝕刻溶液,以能選擇性及 適合去除某些III-V族材料而不能去除其它III-V族材料 15 者較佳。 因此,例如,有利於選擇性姓刻填化銦的溶液包 含高濃度的HC1,以便去除磷化銦層,而不移除毗鄰 下方由InGaAs製成的層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 例7 : 20 施體晶圓10是由以下構成·· -基片1,由以下構成: -支撐基片中與其上方緩衝結構介接處是由砷 化録構成, -按照製造缓衝結構的該第一項技術製造的缓 -60- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064 A7 B7 五、發明§兄明(59 ) 衝結構,且在其與多層結構I的介接處包含 InGaAs ; -在移除前多層結構I包含磷化銦及/或Ii^Ga^ ASyPi.y。 5 例如參考圖1 a,在移除前較佳的多層結構I包含以 下的層對: -InGaAs(P)製成的層2 ; -層2上的層3,層3是由大幅鬆弛的麟化銦製成, 且其厚度大於要被移除之有用層的厚度。 10 此類型的施體晶圓10已描述於例6。 移除施加於層2上的部分多層結構I,且回收包括以 選擇性钱刻溶液選擇性化學姓刻層3,諸如含有HF的 溶液,俾使移除後所剩下的層3能幾乎完全去除,在 此情況,層2的行為如同蝕刻的止擋層。 15 在多層結構I的一特定架構中,多層結構I包含毗鄰 層2下方由磷化銦製成的另一層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著對此另一磷化銦層上方的部分多層結構〗施加 移除,且回收包括以選擇性蝕刻溶液選擇性化學蝕刻 層2,諸如含有CeIVH2S〇4的溶液,俾使整個層2都能被 20去除,在此情況,此另一毗鄰下方之磷化銦層的行為 如同姓刻的止擔層。 在弟二種彳月況中’兩次選擇性餘刻可相繼地進 行,以便去除至少部分的層3及去除層2。 在多層結構I的一特定架構中,多層結構含數對 -61 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公餐) 1309064 A7 五、發明說明(6〇 層2及3。 在此架構的一特殊情況中,多層結構I僅是由層2及 3的層對構成’例如圖3所示。 因此,其便於及容易得知有關於被按照本發明較 5佳包括磷化銦與1nC}aAs(P)間之選擇性蝕刻之回收法分 隔開之以一或數個操作移除一或多層的所有移除製 法。 例8 : 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 施體晶圓1 〇是由以下構成: -基片1 ’由以下構成: -支撐基片由藍寶石、或碳化矽、或矽製成, -按照製造緩衝層的該第一項技術製造的緩衝 結構由以下構成: -以AUGa^N製成之變化的緩衝層,其中,χ從 與藍寶石介接處的〇開始隨厚度變化到工· -以氮化鎵製成的附加層,用以限制錯位類型 的結晶瑕疵; 夕層結構I ’包含氮化物層。 。HI-V族之氮化鎵、ι化铭、氮化銦等氮化物在微 電子中十分有用,特別是在發光元件中,諸如雷射, 應用於諸如讀或寫以高密度儲存在光碟上的資:,或 諸如用於新顯示器科技的發光二極體中。這些㈣也 適合用於製造高功率電子組件,或是在高溫;操作 電子組件。 的 62- 本紙張尺度適財_家標準(CNS)A4規格(2Κ)Χ297公髮)
A7 1309064 五、發明說明(6。 - 製造包括在多層結構I内之氮化物層的方法之一是 經由在氮化鎵製成的附加層上沈積族〗的有機金屬以磊 晶生長,諸如以三甲鎵、三曱胺鋁烷或三甲銦可分別 沈積氮化鎵、氮化鋁、氮化銦層。 5 此發明用於從相同的施體晶圓10轉移數層這些氮 化層,暗示在每一次的層移除操作間有一回收步驟’ 以便準備多層結構〗中的另一層進行另一次的移除操 作。 因此,有數項主要是以化學蝕刻使層平滑的技術 10有助於達成此目的,同時保持被移除層之結構與幾何 品質的完整或幾近完整。 其中一例是用於蝕刻氮化鎵層的光蝕刻技術。例 如’參閱R.T. Leonard等人的文獻(“Photo-assisted dry etching of GaN”,in Applied Physics letters 68(6), 15 February 5 1996)。 在本文將要討論的特例中,多層結構I包含的氮化 物如同圖2及4中所示。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 現请參閱圖2a,有利的多層結構I在移除前包含以 下的3連層: 20 -氮化鋁製成的層3A, -氮化銦製成的層2, -氮化鎵製成的層3B。 有利的多層結構I包含另一幾乎相同的3連層,由氮 化銦製成的層與第一 3連層隔開。 63- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) ' 1309064 A7 B7 五、發明說明(62 ) 此3層結構的優點在於材料的選擇,使適合每一材 料的化學侵蝕手段完全不同, -因此,如果以含有被極化之氯、氫及可能氬之 電漿氣體注入到晶圓10,對氮化銦的乾蝕刻率 5 遠低於對氮化鎵或氮化鋁,特別是調適到以下 的技術爹數· -極化無線電頻率的功率在400至1000瓦較佳,以 大約650瓦更佳; -溫度在500至1000°K,接近1000°K較佳; 10 - 1毫托數量級之低壓; -對大約25seem的總流率而言,氯與氫之成分的 比等於2至3的數量級。 氮化鎵與氮化鋁的蝕刻選擇性與氮化銦相當,主 要是由於InClx種類的低揮發性與含鎵及鋁之種類的揮 15 發性相當。 氮化物中的氮原子極易與H2結合成NH3的氣體分 子。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參閱 S. J. Pearton 等人在 “Law Bias Electron Cyclotron Resonance Plasma Etching of GaN ' AIN and 20 InN”(Applied Physics Letters 64(17),April 25 1994)所 得到的實驗結果,氮化鎵關於氮化銦的蝕刻率可以超 過3比1,以及,氮化紹關於氮化姻的ϋ刻率可以到達 5比1的數量級。 現仍請參閱S. J. Pearton等人的該文獻,氮化鎵關 -64- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064 五、發明說明(63) 於氮化铭的蝕刻率可得到2比1的數量級,氮化銦關於 氮化鋁的乾蝕刻率可得到3比2的數量級。 如果是在氮化鎵層中進行移除,可以有利地使用 包含極化氯的氣體,俾使毗鄰下方由氮化銦製成的層 5 形成蝕刻的止擋層。 如果不需保留氮化銦層,可以施加使用含有ch2氣 體的乾蝕刻,俾使毗鄰下方由氮化鋁製成的層形成蝕 刻的止擋層。 在姓刻後’可以使用額外的加工步驟(例如拋光)加 10 工被保留之層的表面。 接著’蝕刻後被保留的此層可再次按照本發明被 移除。 類似地’如果移除是在氮化姻層中進行,可以施 加使用含有CH2氣體的乾姓刻’俾以批鄰下方由氮化 15铭製成的層形成敍刻的止播層。 如果不需保留鼠化銘製成的層,可以使用含氯之 氣體貝把乾ϋ刻,俾以她鄰下方的氮化銦形成止撞 層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 最後’如果要移除由氮化鋁製成的層,有利的乾 20飯刻可以使用氯氣,同時以®比鄰下方的氮化銦層做為 止擋層。 在單一次的移除操作中可移除數層,特別是如果 數組3連層(氮化鋁、氮化銦、氮化鎵)是被氮化銦分 開。 ,6 5 - 1309064 A7 B7 五、發明說明 64 例9 : 施體晶圓1 〇是由以下構成: -基片1,由以下構成: -由藍寶石、或碳化矽、或矽製成的支撐基片 5 ; -由氮化鎵製成的中間層; "一氧化石夕的遮罩; -氮化鎵的緩衝層; -多層結構I,包含氮化物的連續層,其中包括 10 至少一由氮化鎵製成的層。 製造緩衝層的方法如前文所述,如所介紹之製造 緩衝結構的該第四項技術,且其是使用EL0G技術各 向異性地生長氮化物層,特別是氮化鎵。 此架構中所使用的二氧化矽遮罩以帶狀較佳,周 15期性地排列於氮化鎵製成的中間層上,且相互間幾近 平行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 每一條帶的厚度典型上在十分之幾微米的數量 級,而帶的寬度在數微米的數量級。 典型上,每一條帶相互間相隔的距離大約丨0微米 20 或15微米。 例如’這些帶之網絡的間距為13微米,每條帶厚 0.2微米,寬5微米。 如前所述的一般情況’這些二氧化矽帶將致使沈 積於其上之氮化鎵中的錯位被局部化,集中在這些帶 -66- 本紙張尺度適用中國國家標準(⑶幻八4規格(21〇χ 297公釐) 1309064 A7 B7 五、發明說明(65 ) 的自由表面附近。 在氮化鎵之厚度中的這些錯位被侷限於遮罩四 周,接著形成該緩衝層。 在缓衝層上沈積晶格參數與氮化鎵之晶格參數類 5 似的氮化鎵或其它材料的層,以在缓衝層上形成該多 層結構I。 因此,多層結構I至少包含兩層,且每一層的厚度 等於或大於要被移除之有用層的厚度。 有關按照ELOG法製造晶圓之方法進一步的資訊請 10 參閱摘自“MRS Bulletin” May 1998, volume 23, Νο·5, Article by Shuji Nakamura 的文獻,名稱為 “In/GaN/AlGaN-Based Laser Diodes with an Estimated Lifetime of Longer than 10,OOOHours”。 特別是,在製造期間,可將如前例8中所描述之選 15 擇性化學蝕刻的止擋層(諸如氮化銦)整合在此多層結 構I中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此,在移除了以氮化鎵製成的層後,使用含有 極化氯之蝕刻氣體關於毗鄰下方之氮化銦層選擇性蝕 刻氮化鎵,如先前在例8中的描述。 20 也可將其它成分加到本文所提出的半導電層中, 例如,諸如碳,其在層中的濃度可考慮遠小於或等於 50%,或更特定的濃度小於或等於5%。 最後,本發明並不限於上述各例所提之材料製成 的施體晶圓10,也涵蓋屬於II ' III、IV、V或VI原子 -67- 本纸張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) Ϊ309064 A7
、’、匕犬頁型的材料’及屬於IV-IV、III-V、ΙΙ-νΐ原子 族的合金。 一 /員主思,在合金材料的情況,合金可選擇雙元、 元四元或更1¾次元的合金。 5 如果施體晶圓1 0包含緩衝層或缓衝結構,本發明 並不限於主要功能為調適具有不同晶格參數之兩毗鄰 層間晶格參數的緩衝層或緩衝結構,也有關於在本文 中更廣義的任何緩衝層或緩衝結構。
此外’移除有用層所得到的最終結構並不限於 10 SGOI、SOI、Si/SGOI結構,其也不限於HEMT及HBT 电曰曰體的結構,或應用於雷射的結構。 五、圖式簡單說明 圖1 a-1 d顯示按照本發明之方法的各步驟,包括從 15施體晶圓上移除一薄層,接著在移除後回收施體晶 圓。 圖2a-2d顯示從按照本發明之移除前的第一施體晶 經膂部智慧財產局員工消費合作社印製 圓。 圖3顯示從按照本發明之方法的各步驟,包括開始 20從施體晶圓連續地移除一薄層,並在移除後回收施體 晶圓。 圖4顯示按照本發明的第二施體晶圓。 -68- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2i〇x297公釐) A7 1309064 B7 五、發明說明(67) 圖式之代號說明: 代表圖之代號說明: 1 基片 1 基片 2 第一層 2 第一層 3 第二層 3A 第三層 5 接收基片 3B 第二層 10 施體晶圓 5 接收基片 I 多層結構 I 多層結構 10' 移除後的施體晶圓 10’ 移除後的施體晶圓 3' 移除後的第二層 10" 去除後的施體晶圓 Γ 移除後的多層結構 Γ 移除後的多層結構 Γ 去除後的多層結構 Γ 去除後的多層結構 10" 去除後的施體晶圓 3B, 移除後的第二層 3A 第三層 3B 第二層 3B, 移除後的弟二層 2A 第一類型層 2B 第一類型層 2C 第一類型層 3C 第三類型層 3D 第二類型層 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐)

Claims (1)

1309064 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 專利申請案第93100388號 ROC Patent Appln. No. 93100388 修正後無劃線之中文申請專利範圍替換本-附件(二) * 一 mded Claims in Chinese - Fncl.nn (民國97年7月25日送呈) (Submitted on July 25, 2008) 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 h —種在移除包含制自半導體材料之有用層後回收 施體晶圓(10)的方法’施體晶圓⑽包含接續的基 片⑴及夕層結構(I),在移除前,多層結構⑴包含 要被移除的有用層,該方法包含使發生移除之一側 的物質移除,其特徵在於,在物質移除之後,保留 至少部分的多層結構(Γ),此至少部分的多層結構 (1)不需要再形成有用層的補充步驟即包括有至少 另一可被移除的有用層。 如申叫專利範圍第1項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(10)的方法,其中, 物質的去除包含化學蝕刻。 3·如申研專利範圍第1項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 在移除後,多層結構(I)包含第—層(2)及第一層(2) 上的第二層(3)。 4·如申5青專利範圍第3項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(10)的方法,其中, 第一層(2)包含在回收後可被移除的有用層。 5’如申請專利範圍第3項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(10)的方法,其中, 分別罪近兩層(2、3)介面處之兩材料經過選擇,俾 使有供選擇性去除物質的手段,其侵蝕要被去除之 弟·一層(3)的能力’遠大於其侵轴第一層(2)的能力 ’因此,第一層(2)構成去除第二層(3)的止擔層, -70 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格C210 X 297公釐) _ -ΐ- H.\Ethan(ETH)\9SOITEa93〇〇7_2〇〇8〇722cuims 修正(無 ft 妹版).d〇 六、申請專利範圍 且在於此方法包含選擇性的物質去除。 6·如申請專利範圍第5項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 多層結構包含數對,每一對都是由該第一及第二層 5 構成,每一對的第二層(3)都可關於同對中的第一 層(2)經由具選擇性去除物質之能力的手段被選擇 性地去除。 7·如申請專利範圍第3項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 10 移除後的多層結構⑴也包含在第一層(2)下方的第 三層(3A),第三層(3A)中包含在回收後可被移除的 緩衝層。 8.如申請專利範圍第7項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 15 第一層(2)之材料的自然晶格參數遠別於第二及第 二層(3B、3A)的晶格參數,且第一層(2)的厚度薄 到足以被苐二及第三層(3B、3A)彈性地應變。 9_如申請專利範圍第7項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 20 分別靠近第一層(2)及第三層(3A)介面處之兩材料 經過選擇,俾使有供選擇性去除物質的手段,其侵 蝕要被去除之第一層(2)的能力,遠大於其侵蝕第 三層(3A)的能力,因此,第三層(3A)構成去除第— 層(2)的止擋層,且在於此方法包含實施這類選擇 -71 - 六、申請專利範圍 性的物質去除。 10.如申請專利範圍第7項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 多層結構包含數組3連層,每一 3連層是由該第三層 OA)、第一層(2)及第二層(3B)構成,這些層中的= -層都可經由能選擇性去除物質的手段關於構成同 一3連層之一部分並在其下方的層選擇性地去除。 Π·如申請專利範圍第5、6' 9及第1〇項中任_項的在 10 移除包含選用自半導體材料之有用層後回收施體晶 固⑽的方法,其中,選擇性物質去除包含選擇性 化學蝕刻。 Α如申請專利範圍第"項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 15 ^材料間化學_的選擇性可經由考慮以下因素得 -兩材料不同;或者 •含的原子元素除了至少-原子元素外 再餘幾乎相同;或者 20 -兩材料幾乎相同,但—材射至少—原子元素 濃度與其它材料中相同原子元素的該原 子/辰度明顯不同;或 兩材料具有不同的多孔性密度。 材:::利祀圍第12項的在移除包含選用自半導體 之有用層後回收施體晶圓⑽的方法,其中, 1309064 、申請專利範圍 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 ::料間的選擇性可經由考慮除 之原子元素之外—^ 元素。卞且其中附加的原子元素是掺雜的 14·η 4專利範圍第11項的在移除包含選用自半導體 :料之有用層後回收施體晶圓⑽的方法,:中導體 >除材料的機械侵韻操作與選擇性化學姓刻合併進 仃,俾可使用選擇性機械-化學整平。 15.如申請專利範圍第5、6、9及第_中任一項的在 移除包含選用自半導體材料之有用層後回收施體晶 yo)的方法’其中,選擇性物質去除包含機械侵 申π專利IS圍第15項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 選擇性機械侵襲是以拋磨進行,可與研磨及/或化 學敍刻結合。 K如申請專利範圍第5、6、9及第_巾任一項的在 矛夕除包3遥用自半導體材料之有用層後回收施體晶 圓(10)的方法,其中,選擇性物質去除包含以去除 氧化步驟去除氧化物層,因此,嫩物層被犧牲 18.如申請專利範圍第17項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(10)的方法,其中, 進一步包含多層結構(I)的表面氡化,以形成犧牲 4 訂 線 -73 本紙張尺度適財國國家標準(CNS)A4規格(210x297公楚)
的氧化物層。 如申專利範圍第18項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(10)的方法,其中, 使用成使表面層之氧化較其下方層容易的表面氧化 〇·如申請專利範111第1項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(10)的方法,其中, 基片(1)包含支撐基片與緩衝層,緩衝層位於支撐 基=與多層結構(I)之間,緩衝層的結晶材料具有 固疋的化學成分’且晶格與支撐基片失配 晶瑕疵。 ° 申明專利範圍第20項的在移除包含選用自半導體 ^料之有用層後回收施體晶圓(10)的方法,其中, 緩衝層疋;ε夕、SiGe、鍺或氮化物材料,且多層結構 ⑴&含以下至少-材# :彈性應變的石夕或咖或 22·如申請專利範圍第1項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 2片(1)包含支撐基片與缓衝結構,緩衝結構的晶 f參數在支撐基片的晶格參數與另一與支撐基片之 晶格參數明顯不同的晶格參數間隨厚度明顯漸變。 •如申請專利範圍第22項的在移除包含選用自半導體 材料之有用層後回收施體晶圓(1〇)的方法,其中, 緩衝結構也包含缓衝層上的附加層,其:
準(CNS)A4 規格(210 X 297 公釐) 本紙張尺度 1309064
夠厚以限制瑕疵;及/或 具有與支#基片之晶格參數稍不同的 參數。 2(如申請專利範圍第21至第23射任_項的在移除包 含4用自半導體材料之有用層後回收施體晶圓(1〇) 勺方法其中,緩衝結構及多層結構(I)都包含屬 於以下原子合金族之一的原子合金: IV-ΐν 族; III-V 族; II-VI 族; 此合金屬於二元、三元、四元或更高次元類 型。 25.如申請專利範圍第i至第1〇項中任一項的在移除包 含選用自半導體材料之有用層後回收施體晶圓(1〇) 的方法,其中,基片(1)包含: -在第一架構中: -矽的支撐基片; -包含SiGe緩衝層的緩衝結構,其鍺濃度隨 厚度漸增,且SiGe的附加層被缓衝層鬆弛 -多層結構(I),在移除前包含彈性應變的SiGe 及/或矽;或 -在第二架構中: -矽的支撐基片; -75 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1309064 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 ο -1 5 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 -巴含SiGe緩衝層的緩衝結構,其鍺濃度隨 厚度漸增,且SiGe的附加層被緩衝層鬆他 ♦ _與第一架構相同的層及相同的材料,緩衝 層具有的鍺濃度隨厚度從大約〇%漸增到大 約1〇〇%,且被緩衝層鬆弛之SiGe附加層具 有的矽濃度幾乎為零; -在移除前包含砷化鎵及/或鍺;或 -在第三架構中: 至少一厚度的矽部分與多層結構⑴介接; -包含彈性應變的SiGe&/或矽;或 -在第四架構中: -支撐基片,在與緩衝結構的介接處包含 化鎵; _緩衝結構,包含一緩衝層,包含屬於三元 類或更高次元之IIMV族的原子合金,其成 分選用自(|呂、鎵、銦Η氮、鱗、石申)可能 的組合’且至少兩元素選用自III族或至少 兩元素選用自V族’該兩元素的濃度隨緩衝 層的厚度漸變; _ 一多層,在移除前包含屬於ΙΠ_ν族的合金·, 或 -在第五架構中:具有與第四架構相同的層及相 同的材料,除了 : -76 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ 297公爱) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 1309064 六、申請專利範圍 5 15 20 -緩衝結構在靠近蛊 〃、支撑基片介接之相對面也 二,«化銦類似的晶格參數,·以及 心夕s *移除前包含鱗化銦及/或InGaAs; -在第六架構中: 孤寶石、碳化石夕或石夕的支撐基片; • AlxGai.xN的緩衝層,其卜χ從與支撐基片 介接開始,隨厚度從0改變到1 ; •選用的氮化鎵附加層; 夕層’在移除前包含氮化銘、氛化姻及氮 化鎵;或 -在第七架構中: _藍寶石、碳化矽或矽的支撐基片; -可能有的氮化鎵層; -遮罩; 4 訂 線 消 費 合 作 社 -氮化鎵的緩衝層; _ 一多層,在移除前包含氮化鎵及可能有的其 它氮化物。 26·如申明專利範圍弟3至第1 〇項中任一項的在移除包 3選用自半導體材料之有用層後回收施體晶圓(1〇) 的方法’其中,基片(1)包含: -在第一架構中: -矽的支撐基片; -包含SiGe缓衝層的緩衝結構,其鍺濃度隨 -77 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 1309064
5 5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ο 2 厚度漸增’且SiGe的附加層被缓衝層鬆他 j -多層結構⑴’在移除前包含彈性應變的SiGe 及/或♦;或 在第二架構中: •矽的支撐基片; -包含SiGe緩衝層的緩衝結構,其鍺濃度隨 厚度漸增,且SiGe的附加層被緩衝層鬆弛 9 •與第一架構相同的層及相同的材料,緩衝 層具有的鍺濃度隨厚度從大約〇%漸增到大 約100%,且被緩衝層鬆弛之siGew加層具 有的石夕濃度幾乎為零; 、在移除前包含砷化鎵及/或鍺;或 在第三架構中: 至少一厚度的矽部分與多層結構⑴介接; •包含彈性應變的SiGe及/或矽;或 在第四架構中: -支撐基片,在與緩衝結構的介接處包含砷 化鎵; -緩衝結構,包含一緩衝層,包含屬於三元 類或更高次元之ΙΠ-ΐν族的原子合金,其成 分選用自(銘、鎵、銦)-(氮、磷、砷)可能 的組合,且至少兩元素選用自III族或至少 -78 - A8 B8 C8 D8 1309064 六、申請專利範圍 兩元素選用自V族,該兩元素的濃度隨緩衝 層的厚度漸變; -一多層,在移除前包含屬於III-V族的合金; 或 5 -在第五架構中:具有與第四架構相同的層及相 同的材料,除了 : -緩衝結構在靠近與支撐基片介接之相對面也 具有與磷化銦類似的晶格參數;以及 -該多層,在移除前包含碟化铜及/或InGaAs.; 10 或 -在第六架構中. -藍寳石、石炭化碎或發的支樓基片, -AlxGai_xN的緩衝層,其中,X從與支撐基片 介接開始,隨厚度從0改變到1 ; 15 -選用的氮化鎵附加層; -一多層,在移除前包含氮化銘、氮化銦及氮 化鎵;或 -在第七架構中: 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 -監實石、石炭化石夕或石夕的支樓基片; 20 -可能有的氮化鎵層; -遮罩; -氮化鎵的緩衝層; -一多層,在移除前包含氮化鎵及可能有的 其它氮化物, -79 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 1309064 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 以及,其中’多層結構⑴包含: -在第一架構中: _兩層幾乎彈性鬆弛的SiGe;以及 _由以下所構成之兩SiGe層間的中間層: •石夕被彈性應變到具有與毗鄰之SiGe區域之晶 格參數相似的晶格參數;或 -SiGe的鍺濃度與兩批鄰層中每一層的鍺濃度 明顯不同,且被彈性應變到具有與毗鄰區域 之晶格參數相似的晶格參數;或 -摻雜矽或摻雜SiGe ; 此3層中至少一層是覆於其上之層的選擇 性化學蝕刻止擋層;或 在第二架構中: -兩砷化鎵層; -一 AlGaAs層夾於兩層砷化鎵層中間; 此3層中至少一層是覆於其上之層的選擇 性化學蝕刻止擋層;或 在第三架構中: -兩幾乎彈性鬆弛的矽層;以及 -夹於兩矽層間的中間層,由以下構成·· SiGe被彈性應變到具有與毗鄰之矽區域之晶 格參數相似的晶格參數;或 •掺雜矽或摻雜SiGe ; 此3詹中至少一層是覆於其上之層的選擇 -80 - 械張尺_ _家版297公^ 5 10 15 20 1309064 -
性化學蝕刻止擋層;或 -在第五架構中: -兩填化銦層; -夾於兩磷化銦層間之111(^人8卩的中間層: 5 此3層中至少一層是覆於其上之層的選擇 性化學蝕刻止擋層;或 -在第六架構中: -夾於氮化鋁層與氮化鎵層間的氮化銦中間層 10 -在第七架構中: -夾於兩氮化鎵層間的氮化銦中間層。 27·如申請專利範圍第i至第1〇項中任一項的在移除包 3選用自半導體材料之有用層後回收施體晶圓(1〇) 的方法,其中,施體晶圓(10)之表面的加工步驟是 15 在物質之去除前或後執行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 28·如申請專利範圍第i至第1〇項中任一項的在移除包 含選用自半導體材料之有用層後回收施體晶圓(1〇) 的方法,其中,施體晶圓(1〇)包含至少一層進一步 包含碳’其在層中的濃度遠小於或等於5〇0/〇。 2〇 29.如申請專利範圍第1至第1〇項中任一項的在移除包 含選用自半導體材料之有用層後回收施體晶圓(1〇) 的方法,其中,施體晶圓(10)包含至少一層進一步 包含碳’其在層中的濃度遠小於或等於5〇/0。 30. —種從一施體晶圓上移除有用層以將其轉移至接 -81 - 1309064
土片(5)的方法,其特徵在於包含: ⑷將接收基片⑸接合至施體晶圓(1〇)要被移除的 有用層側; 5 (b) 離包括在施體晶圓(10)之多層結構(I)内的有 用層; ⑷按照巾請專職㈣1至第29項中任—項的回收 方法回收施體晶圓10。 申D月專利範圍第30項之從_施體晶圓上移除有用 層以將其轉移至接收基片(5)的方法,其中,在於 施體晶圓(10)的多層結構⑴中包含一去除覆於其上 =物質的止擋層’因為,步驟(b)的分離與覆於止 擒層上方的部分多層結構有關,且因為步驟⑷的 回收是按照如申請專利範圍第5至第21項中任一項 的回收方法。 ' U 32.如申請專利範圍第3〇項之從一施體晶圓上移除有用 層以將其轉移至接收基片(5)的方法’其中’其包 含在步驟(a)之前形成—接合層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 33. 如申請專利範圍第3〇項之從一施體晶圓上移除有用 層以將其轉移至接收基片(5)的方法,其中: *〇 _在步驟⑻之前,包含在有用層下方形成脆變, 且其中: -步驟(b)的施加是經由將能量供應到脆變區帶内 ,以將包含有用層的結構從施體晶圓(1〇)分離。 34. 如申請專利範圍第33項之從一施體晶圓上移除有用 -82 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公髮) A8 B8 C8 D8 1309064 六、申請專利範圍 層以將其轉移至接收基片(5)的方法,其中,脆變 區帶是經由植入原子物種形成。 35·如申請專利範圍第34項之從一施體晶圓上移除有用 層以將其轉移至接收基片(5)的方法,其中,植入 的原子物種包含至少一比例的氫及/或氦。 36.如申請專利範圍第34項之從一施體晶圓上移除有用 層以將其轉移至接收基片(5)的方法,其中,脆變 區帶是層的多孔化形成。 37. 如申請專利範圍第30至36項中任一項之從一施體晶 圓上移除有用層以將其轉移至接收基片(5)的方法 ’其中’在步驟(b)之後,其包含加工發生有用層 分離之表面的另一步驟。 38. 如申請專利範圍第3〇項之從一施體晶圓上移除有用 層以將其轉移至接收基片(5)的方法,其中,有用 層包括以下材料至少其中之一:SiGe、石夕、屬於 ΠΙ-V族的合金,其成分選用自(鋁、鎵、銦)_(氮、 磷、砷)的可能組合。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 20 消 費 合 作 杜 印 製 39·如申請專利範圍第3〇項之從一施體晶圓上移除有用 層以將其轉移至接收基片(5)的方法,其中,有用 層至少是絕緣體上半導體結構的部分半導體層。 40·—種從一施體晶圓循環移除有用層的方法,其特徵 在於操作一連串移除有用層的步驟,這些每—步驟 都符合申請專利範圍第30至39項中任一項的方=。 41.種經由移除以施予一有用層且能按申請專利範圍 本紙張尺度適用中_家標準(CNS)A4規格(210X 2卩7公釐)
專利範
第I至29項中任-項的方法回收的施體晶圓⑽), 其接續地包含:基片⑴、及具有可供應有用層之 多層結構(I)的剩餘部分,其特徵在於,在移除後 ,多層結構(I)的剩餘部分仍有足夠的厚度以包含 至少一可被移除的有用層。 42·如申請專利範圍第41項的施體晶圓(10),1中,多 層結構⑴的剩餘部分中包含在覆於其上之層操作 選擇性物質去除的止擋層。 Μ 43. 如申請專利範圍第仏項的施體晶圓⑼),其中,止 擋層的厚度㈣在選擇性去除覆於其上之層的物質 之後包括可被移除的有用層。 、 44. 如申凊專利範圍第42項的施體晶圓(1〇),其申止 播層的厚度薄到足以被_卩的層彈性地應變。 45. 如申請專利範圍第42項的施體晶圓(10),直中,.弯 物質去除包含選擇性化學_,且造:: ,化學兹刻的選擇性是止擋層與覆於其上之層分別 20 ^少—原子元素之外,兩材料包含幾乎相 同的原子元素;或 兩材料幾乎相同,但至少— 序彻ν 原子兀素的原子濃 度與另一材料中相同原子元素 不同,或 京的原子濃度明顯 兩材料具有不同的多孔性密度。 -84 - 1309064 έ88 C8 _______D8____ 六、申請專利範圍 46·如申請專利範圍第41至45項中任一項的施體晶圓 (10) ’其中’多層結構⑴仍包含供選擇性物質去除 的數層止擔層。 47·如申請專利範圍第41至45項中任一項的施體晶圓 5 (10) ’其中,基片(1)包含一支撐基片及一緩衝層, 緩衝層位於支撐基片與多層結構(I)之間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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