TWI327745B - Method for fabricating a compound material and method for choosing a wafer - Google Patents

Description

1327745 九、發明說明： 發明所屬之技術領域

本發明係有關製造複人蚪B 馒σ材枓aa圓，特別是絕緣體上矽 (s〇i)型晶圓之方法，其句人 ,,d 、匕3下列步驟：提供二晶圓並且連 、-、〇 ’特別是藉由黏合，—曰圓$另_ 日日圓至另—者。再者，本發明係 有關選擇適用於複合材料 曰曰圓取方去的晶圓之方法，並 且係有關-晶圓在複合材料晶圓製造方法中的用途。 先前技術 在最終產物上面，例如_ 例如SOI日日圓，該複合材料晶圓外 近可見到許多缺陷，特別是孔隙。由ep 1566830知道 此類型缺陷的量可利用離外圍10毫米與3毫米之間區域内 之結構變化為（M奈米或更小的晶圓進行s⑴製造程序而 減少。或者’離外圍5毫米的位置處之斜"〇2。乂或更小 的晶圓導致含減少缺陷的SCH晶圓。 發明内容 本發明的目的在於提供製造複合材料晶圓的替代方法 及/或選擇適用於該晶圓複合材料晶圓製造方法的替代方 法，如此就可減少該複合材料晶圓外圍的缺陷產生。 此目的係利用如申請專利範圍第1項之製造複合材料 晶圓的方法達成。此目的亦利用如申請專利範圍第2項之 選擇晶圓的方法達成。 驚人的是，藉由使用該等晶圓各自外廓的二次導數來 5 1327745 決疋該一晶圓各自的邊緣下降值（edge roll-off value)，並且 在該等晶圓製程期間只使用邊緣下降值（ERO)大於50奈米 的晶圓’特別是大於100奈米，更特別是大於150奈米， 就可減少靠近該晶圓周圍產生的孔隙數目。 此處術語「外廓」表示將進行連結至其他晶圓的表面 之半徑方向的晶圓高度外廓。再者該二晶圓不一定為相同 材料並且可供予或沒有另外的層。

根據較佳的具體例，用二次導數來決定邊緣下降值， 其中該邊緣下降值可藉由判定下式而獲得： ER〇-Y(a)_Y(fqa)，其中a與fqa對應該晶圓半徑的兩個位 置而且其中Y(a)對應該二次導數Y”（a)為〇的半徑位置之晶 圓高度，而Y(fqa)對應離外圍約〇 5毫米至2 5毫米的半 徑位置處之晶圓高度，特別是約丨毫米處。頃使用此方法 並且利用邊緣下降值大於5〇奈米的二晶圓，特別是大於 ⑽奈米’更特別是大R 15G奈米，達到有關缺陷的進— 步改良結果。 較佳地’各自晶圓可為则毫米型晶圓。就⑽毫米 型晶圓來㉟’將產生比較小晶圓更多的孔隙，所以就大尺 寸晶圓來說特別有興趣的是減少此等級晶圓的孔隙數目。 就又更大的晶圓來說，例如45〇毫米晶圓 如此。 預期情形也是 ER0而且 不均勻晶圓 有益地該可在該晶圓的數個位置處決定該 其中由個別的ERO值計算平均齡藉此可： 邊緣列入考慮。 6 1327745 較佳地該方法可進一步包含在連結該等晶圓之前在該 二晶圓至少一者上面提供絕緣層的步驟。有關包含絕緣層 的複合材料結構，像是舉例來說SOI型晶圓，可就根據二 次導數法決定的ERO值觀察到減少的孔隙數目。 有益地該方法可進一步包含在該等晶圓之一者中形成 預定的分裂區之步驟。此方法步驟係用以使材料薄層能從 一晶圓轉移至另一者上，並且在該薄膜中產生孔隙。即使 是使用此方法，有關依此方法製造的複合材料晶圓結構也 可就根據二次導數法決定的ER〇值觀察到減少的孔隙數 目° 根據較佳的具體例’可在該二晶圓至少一者上面提供 絕緣層的步驟之後或在料晶圓之—者巾形成預定的分裂 區的額外步驟之後進行邊緣下降值判定及/或晶圓的選 在此該ER〇值就在該等晶圓黏至欲被黏合的類彼 之前判定。 本發明亦有關如申請專利範圍第7項之晶圓的用途。 實施方式 =1圖中舉例說明複合材料製造方法技藝的現況 别疋可用於SOI晶圓者。該方法 、

晶圓來作說明： 3下料驟並且將就S0I 圓"在及第二:步如驟中’第la圖中有舉例㈣^ 二二如300毫米晶圓。在第二個步驟中，示於第 “圓11上生長熱氧化物層15。在熱生長的期 7 1327745 間實際上該晶圓已被氧化物包封。在背面上與側面上的氧 化物，無論如何，都在後續階段中移除。在接下來的步驟 令’第ie圖中有舉例說明，經由該熱氧化物層15將原子 物種17’像是氫離子或稀有氣體離子，植入晶圓u内，藉 以在晶圓11内部產生預定分裂區19。然後在下列步驟中， 將第二晶圓13黏至晶圓u，使該氧化物層15位於晶圓13 與11之間。 ^著，提供能量，特別是熱能，至黏合的晶圓系統使 該預又分裂區19處發生分離，藉以產生預期的絕緣體晶圓 上矽21，該絕緣體晶圓上矽2 i包含初始晶圓13、該氧化 物層15及原先來自晶圓η的轉移層23。 田然，不製造絕緣體晶圓上矽2丨，使用此方法也可製 &其他類型的複合材料晶圓。另一種複合材料晶圓的例子 為：應變絕緣體上矽^01)、SiGe〇I、Ge〇I、石英s〇Q上 矽或直接矽黏合晶圓（DSB)。此外，可存在額外的層。 9 第2 a圖舉例說明藉此描述的方法製得的絕緣體晶圓 上石夕21的頂視圖。在轉移層23表面上可見到缺陷25a、25b 及25c等等。彼等位在離該s〇I晶圓21邊緣27約3毫米 處圖形中的缺陷尺寸為達例示性目的而予以誇大。實質 上彼等具有直徑將近1毫米的尺寸。 第2b圖舉例說明沿第2a圖所示的線AA的橫斷面。 可見到缺陷25b及25c對應層23的轉移不完整的區域。這 些孔隙可任意行經該轉移層及該絕緣層1 5而達到發生黏 口的界面。這些缺陷通常歸因於黏合缺陷。若黏合兩個晶 8 1327745 圓’使彼等實際上彼此緊密接觸然後施加壓力，通常在該 晶圓之一邊緣上。在引起黏合的點相對的邊緣可能發生黏 合晶圓的動搖而導致觀察到的缺陷，例如歸因於局部較低 的黏合力。 第3圖係舉例說明用於製造複合材料的獨創性方法之 具體例的方塊圖，該方法能減少前述類型的缺陷，平均而 S至少超過一定數目的晶圓，舉例來說，超過約丨〇,〇〇〇個 晶圓。 ® 第一個步驟31在於提供二晶圓，如同第2&圖中舉例 說明的方法。接下來在步驟33中，判定該等晶圓各自的邊 緣下降值。如第2a與2b圖所示的黏合缺陷25a、25b及2氕 存在於離該複合材料晶圓21的邊緣2 7至多約3毫米，較 佳地在離該晶圓11與13的外圍27約〇 5毫米至2 5毫米， 特別是1毫米處判定根據本發明第一個具體例的邊緣下降 值。 φ 根據本發明，使用該等晶圓外廓Y(r)的二次導數來判 定邊緣下降值。該外廓Y⑴對應半徑方向r的高度外廓， 通常以奈米為單位表示。或者也可使用該晶圓厚度外廓。 該邊緣下降值使用該晶圓外廓來判定，並且定義如下： ER〇 = Y(a)-Y(fqa) ⑴ 因此ERO ’以奈米為單位表示，為兩個位置之間的高 度（或厚度）的差異’換言之在半徑「a」與半徑「fqa」的位 置。在300毫米晶圓的例子中，「fqa」的值選在半徑Μ? $ 毫米至M9.5毫米的範圍内，特別是在半徑149毫米處。 9 13^27745 a」的值並非固定的晶圓半徑值，但是對應朝中心方 向從「fqa」開始的第一個位置，就該位置而言γ(Γ)的二次 導數等於0 : = 〇。 該二次導數較佳地使用根據該等晶圓外廓測量的數值 f法來判定。在該晶圓的數個位置判定並且由個別值可計 异出平均ERO值’例如從測量外靡本身或藉由該二次導數 外廓：積分兩次。雙重積分通常用於濾除對於該则值錯 誤的貝獻因子，彼等可能歸因於該晶圓沒有對齊測量夹 頭’導致例如有些被忽略的晶圓。 —第4圖舉例說明此程序。該頂視圖舉例說明在該晶圓 上或多個位置依半徑方向決定晶圓的高度外％，舉例來 說’沿著帛2a圖所示的線B。底視时舉例說明二次導數。 該二次導數使用高度外廊以數值的方式計算。使用此資料 決：二次導數為0的位置「a」e然後由彼來判定對應的晶 圓円度Y(a)及Y(fqa)’依序地使用方程式⑴來計 值。 ★接著在步驟35中，僅選擇此等晶圓供進一步加工用， 該等晶圓具有大於50奈米的ER〇冑，特別是大於 米。 不' 一然後本發明的方法持續下列步驟：在該二晶圓之至少 -者上面提供一絕緣層’像是層15 (步驟37”接著提供預 定分裂區（步驟39)，彼對應第lc圖所示的製程步驟。然後 在^驟41中’該等晶圓相互連結，該步驟41對應於第u 圖中舉例說明的製程步驟。將第1圖中舉例說明的方法步 10 1327745 驟之詳細說明併入本文以供參考。 根據具體例丨及2的變 33及、$ η 緣下降值決定步驟 及選擇步驟35也可在該等晶圓u、13中之至丨、一 面提供絕緣層15之後，或甚至在 )、一上 小 ％略寻日日圓11、1 3中之至 〉'一者中形成預定分裂區19的步驟之後進行。 再者，根據本發明第二個具體例步驟33及h也可當 作選擇晶圓的獨立方法而進行，續曰 逆仃忑日日圓適用於第2圖舉例

說明的複合材料晶圓之製造方法。 第5圖舉例說明只使用ER〇大於5〇奈米的晶圓之有 益效應，特別是大於100奈米，又更特別是大於15〇奈米。 第5圖為三維圖形’其中以1〇〇〇〇個晶圓樣品的結晶缺陷 平均數目對下式判定之SOI晶圓21製造的過程中當作供體 基材的晶圓11與當作載體基材的第二晶圓13的邊緣下降 值作圖。使用Raytex DynaSearch機具來分析晶圓，彼根據 二次導數而產生該ERO值。 ERO = Y(a)-Y(fqa;i49 毫米） 可清楚見到的是，如第2a圖與第2b圖所示的類型之 缺陷量可達到當該邊緣下降值小於50奈米的時候多於10 個的平均數，而且當該邊緣下降值小於100奈米的時候多 於2個，其中該邊緣下降值已使用雙重導函數法決定。相 反地，當二晶圓的邊緣下降值都大於100奈米的時候這些 缺陷的量平均少於2個。 圖式簡單說明 1327745 變 得顯而易見，其中： 第1 a至1 e圖舉例說明類 晶圓製造方法， :::說:：照隨附的圖形本發明的特定具體例將 似此技藝申習知的複合材料 第…圖舉例說明在頂視圖與横斷面圖中 圍有缺陷之此技藝中習知的複合材料晶圓， 近外 第3圖為舉例說明製造一複合材料的獨創性方法之且 體例的方塊圖， 〃 下降值的 第4圖舉例說明使用二次導數法決定該邊緣 方法，及 第5圖為表示以孔隙缺陷的平均數目當作用於複合材 料晶圓製造方法之二晶圓ERO值的函數之三維圖形。 元件符號說明 11 梦晶圓 13 梦晶圓 15 熱氧化物層 17 原子物種 19 預定分裂區 — 21 絕緣體晶圓上石夕 23 轉移層 ----— 25a 缺陷 25b 缺陷 25c 缺陷 12

Claims (1)

1327745 十、申請專利範圍： 1· 一種製造複合材料，特別县绍 狩別疋絕緣體上矽（S0I)型晶圓，之 方法’其包含下列步驟： 提供二晶圓（1 1，1 3 ); 使一晶圓連結，特別是黏合，至另一者， 其特徵為在連結之前先傕用 疋便用該等晶圓（11，13)各自外廓 的二次導數來決定該二晶 曰曰圓各自的邊緣下降（ER〇)值，並且 使用ERO大於50奈米的曰圆 木的曰日圓，特別是大於100奈米，更 特別是大於150奈米， 其中該ERO係藉由判定下式而獲得： ERO=Y(a)-Y(fqa)， 其中a與fqa對應該晶圓丰涧 圓牛仫的兩個位置而且其中Y(a) 對應該二次導數Y，，為〇的丰栌 叩牛仫位置之晶圓高度，而Y(fqa) 對應離外圍（27)約0.5毫米至2 s袁， > 2.5毫米的半徑位置處之晶圓 咼度’特別是約1毫米處。 2· 一種選擇適用於如前述申缚直屯丨# k T明專利範圍第i項之複合材料 晶圓製造方法的晶圓之方法，甘 其特徵為決定該晶圓外靡 的二次導數以確定該晶圓的邊绥 J遗緣下降（ERO)值，並且只選 擇ERO大於50奈米的晶圓，杜 日圓特別是大於100奈米，更 特別是大於150奈米’供該製造 氣乂方法用，其中該ERO藉 由判定下式而獲得： ER〇=Y(a)-Y(fqa) > 其中a與fqa對應該晶圓半徨沾Λ y 仅的兩個位置而且其中Y(：a) 對應該二次導數γ”為0的半徑位番^ 位置之晶圓高度，而Y(fqa) 13