TWI479552B - 表面平滑處理方法 - Google Patents
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Description
本發明係為一種表面平滑處理方法，特別為一種利用具選擇性之拋光溶液，進行薄膜層之表面平滑處理方法。
使用智切法(Smart－Cut)分離矽晶絕緣體(silicon on insulator)時，由於需植入氫離子形成氫離子佈植通道，使得薄膜層上方因氫離子聚合而造成損傷，因此形成了具有晶格缺陷的減薄層。傳統移除減薄層之方式為使用化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，然而化學機械拋光之步驟繁複且儀器昂貴，除了拋光時間過長之外，亦使得薄膜層厚度之均勻度造成影響。
如美國發明專利第US2006/0177993號所揭露之一種製作矽晶絕緣體之方法，其包括下列步驟：形成一氧化薄膜於第一矽基板上；植入氫離子於第一矽基板之表面；結合第一矽基板與第二矽基板，形成一層狀結構；對層狀結構進行第一次熱處理，使得第一矽基板於離子佈植區產生裂隙而分離，進而產生矽晶絕緣體；蝕刻矽晶絕緣體之表面；對矽晶絕緣體進行第二次熱處理；以及對矽晶絕緣體進行第三次熱處理。
上述之專利中所提出蝕刻矽晶絕緣體表面之步驟，係使用習知濕蝕刻法(wet etching)，用以蝕刻因氫離子佈植通道而造成損傷之薄膜層表面，卻具有如下之缺點：一、需先對矽晶絕緣體結構進行熱處理，用以氧化薄膜層表
面，但熱處理有可能造成矽晶絕緣體結構之損傷。
二、所選擇之蝕刻溶液雖可用以移除薄膜層表面之受損區域，但若蝕刻操作不當，例如：蝕刻溶液濃度過高、蝕刻時間過久...等，亦有可能損傷薄膜層之結構。
三、由於未經拋光步驟，使得表面粗糙度無法獲得改善。
四、薄膜層厚度之均勻度亦會受到習知濕蝕刻法之影響，而導致厚度之均勻度下降。
本發明係為一種表面平滑處理方法，其又具有幫助薄膜層達到表面平滑處理之功效。
本發明係為一種表面平滑處理方法，其具有於常溫下氧化薄膜層表面之特性，若應用於矽晶絕緣體時，則具有可避免因高溫之熱處理而傷害矽晶絕緣體之功效。
本發明係為一種表面平滑處理方法，其又具有可快速移除薄膜層表面受損區之功效。
為達上述功效，本發明係提供一種表面平滑處理方法，其包括下列步驟：提供一原始基板；進行離子摻雜處理，其係將一離子注入原始基板中以形成一剩餘層、一離子摻雜層及一薄膜層；轉移薄膜層至一目標基板上，其係將薄膜層與目標基板鍵合，並分離剩餘層及薄膜層，以形成一基板結構；以及表面平滑處理薄膜層，其係將基板結構浸泡於具選擇性之一拋光溶液中。
為達上述功效，本發明係又提供一種表面平滑處理方法，
其包括下列步驟：提供一目標基板；以及表面平滑處理目標基板，其係將目標基板浸泡於具選擇性之一拋光溶液中，以平滑目標基板表面。
藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效：一、藉由具選擇性之拋光溶液平滑基板結構表面，使得可快速地使離子摻雜處理後基板結構之表面達到平滑之功效。
二、拋光溶液之製備成本低，若應用於矽晶絕緣體之製造時，即可降低製作成本。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
第1圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第一流程實施例圖。第2A圖至第2F圖係為本發明之一種製程狀態之實施例圖。第3圖係為本發明之一種具減薄層104之基板結構20立體實施例圖。第4圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第一操作實施例圖。第5圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第二操作實施例圖。第6圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第三操作實施例圖。第7圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第四操作實施例圖。第8圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第二流程實施例圖。
如第1圖所示，本實施例係為一種表面平滑處理方法，其包括下列步驟：提供一原始基板S10；進行離子摻雜處理S20；轉移薄膜層至一目標基板上S30；以及表面平滑處理薄膜層S40。
提供一原始基板S10：如第2A圖所示，原始基板10係可以為一矽基板。
進行離子摻雜處理S20：如第2B圖所示，其係將一離子注入原始基板10中以形成一剩餘層101、一離子摻雜層102及一薄膜層103。由於離子注入後會在原始基板10中形成離子摻雜層102，因此原始基板10係被離子摻雜層102區分為剩餘層101與薄膜層103。
轉移薄膜層至一目標基板上S30：如第2C圖所示，其係將薄膜層103與目標基板21藉由晶圓鍵合步驟而鍵合。接著如第2D圖所示，施以能量處理，例如熱處理、微波處理...等以使得原始基板10於離子摻雜層102處斷裂，並使剩餘層101及薄膜層103上下分離。而薄膜層103與目標基板21係形成一基板結構20。又薄膜層103係可以為一單晶之矽晶薄膜層。
如第2E圖及第3圖所示，由於基板結構20之薄膜層103與剩餘層101分離時，係於離子摻雜層102處斷裂，因此薄膜層103之部分表面係形成有一減薄層104，且減薄層104係為一具有晶格損傷之結構。
而自離子摻雜層102處斷裂而產生之減薄層104，其係可以為一非晶結構、一多晶結構或一非晶與多晶混合之結構，所以減薄層104之結構可與薄膜層103之單晶結構明顯區別。
表面平滑處理薄膜層S40：如第2F圖所示，利用表面平滑處理薄膜層103，藉以使得第2E圖中之減薄層104可以自薄膜層103表面被移除。
又表面平滑處理薄膜層S40之實施方式可舉例來說：如第4圖所示，其係將具晶格損傷的減薄層104之基板結構20浸泡於一拋光溶液30中。且此拋光溶液30係具有選擇性，因此可根據晶格結構選擇性地對薄膜層103進行表面平滑處理，使得可完全移除減薄層104之外，且不影響薄膜層103之結構。
如第2F圖所示，拋光溶液30可使薄膜層103的表面平滑。其中拋光溶液30係可與具晶格損傷之減薄層104產生微電化學作用，且由於薄膜層103與減薄層104之晶格結構不同，因此可藉由對晶格結構具選擇性之拋光溶液30，對不同晶格結構產生微電化學作用。又由於微電化學作用具選擇比，使得可依微電化學作用選擇比，選用合適之拋光溶液30，例如：非單晶與單晶之微電化學作用選擇比大於100：1。
舉例來說，拋光溶液30對單晶結構之薄膜層103表面平滑處理速率約為0.045奈米/分鐘，而對於非單晶結構之減薄層104表面平滑處理速率約為4.5奈米/分鐘。因此使用拋光溶液30移除減薄層104時，由於具有100：1之微電化學作用選擇比，因此可藉由微電化學作用選擇比之差異，設定表面平滑處理時間，避免平滑處理時造成薄膜層103之結構受損。
拋光溶液30係可以為強酸與氧化劑之混合溶液，例如：氫氟酸與過氧化氫，此外也可以為強酸、氧化劑與緩衝溶液之混合溶液，例如：氫氟酸、過氧化氫與氟化銨之混合溶液，或
氫氟酸、過氧化氫與冰醋酸之混合溶液。
拋光溶液30之組成係依基板結構20中之目標基板21之材料而做選擇。其中，拋光溶液30係先藉由氧化劑氧化減薄層104之表面，例如：使矽氧化形成二氧化矽，再以強酸對減薄層104進行表面平滑處理，用以使得減薄層104於薄膜層103上被移除，並可降低薄膜層103表面之粗糙度，達到對薄膜層103表面平滑處理之效果。又拋光溶液30之溫度係可介於攝氏40度至攝氏100度之間，可使得拋光溶液30可發揮較佳之功效。
如第5圖所示，又於表面平滑處理步驟進行時，可進一步對拋光溶液30及具減薄層104之基板結構20照射一紫外光40。藉由紫外光40照射具減薄層104之基板結構20，用以激發基板結構20中薄膜層103與減薄層104中之電子。且由於減薄層104具有缺陷之晶格，因此晶格缺陷處之電子較易受到紫外光40激發而游離，所以可加速拋光溶液30對於減薄層104之表面平滑處理速率。
表面平滑處理搭配紫外光40之應用可舉例來說：當具減薄層104之基板結構20浸泡於具選擇性之拋光溶液30中時，拋光溶液30之製備係可以由重量百分濃度3wt%之氫氟酸，以1：5體積百分比之比例，與過氧化氫混合後製備，藉由此拋光溶液30可用以移除減薄層104。並且可以隔水加熱方式對拋光溶液30進行加熱，使拋光溶液30之溫度上升至攝氏50度之後，再將具減薄層104之基板結構20放入拋光溶液30中，開始進行表面平滑處理步驟。
此時，亦可同步於拋光溶液30上方照射一紫外光40，又紫外光40之波長範圍係可介於175奈米至195奈米或244奈米至264奈米之間。紫外光40亦可以為單一或數種波長，例如：185奈米、254奈米或185奈米與254奈米。由於照射紫外光40之緣故，可使得表面平滑處理速率提高，例如：原始拋光溶液30對減薄層104之表面平滑處理速率約為5.96奈米/分鐘。當對拋光溶液30照射一紫外光40時，拋光溶液30對減薄層104之表面平滑處理速率可提高約為13.8奈米/分鐘。
由於表面平滑處理速率之不同，因此可調控具減薄層104之基板結構20於拋光溶液30中之表面平滑處理時間，用以完全移除薄膜層103上之減薄層104，並達到使得薄膜層103表面平滑之功效。
如第6圖所示，除使用紫外光40照射具減薄層104之基板結構20藉以激發基板10中減薄層104之電子之外，亦可使用一微波50照射處理，使得受微波50照射後之減薄層104中之電子被激發而游離，因此使得拋光溶液30更容易對減薄層104進行氧化作用，進而加速表面平滑處理之速率。
如第7圖所示，進行表面平滑處理步驟時，由於微電化學作用過程中容易產生氣泡60，而產生之氣泡60係會附著於具減薄層104之基板結構20之表面，導致減薄層104之表面受氣泡60附著而無法有效的與拋光溶液30作用，因而造成表面平滑處理效果不均勻。
為避免進行表面平滑處理步驟時受到氣泡60之干擾，可進行一超音波70震盪，用以使得氣泡60受震盪而脫離減薄層
104之表面，並使減薄層104之表面可均勻暴露於拋光溶液30中進行表面平滑處理，使得成為如第2F圖所示之基板結構20。
除此之外，如第8圖所示，亦可以直接提供一目標基板S50，又目標基板21係具有至少一薄膜層103，接著表面平滑處理目標基板S60，其係可以為如上所述之任一操作方法，使得成為如第2F圖所示之基板結構20。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
S10‧‧‧提供一原始基板
S20‧‧‧進行離子摻雜處理
S30‧‧‧轉移薄膜層至一目標基板上
S40‧‧‧表面平滑處理薄膜層
S50‧‧‧提供一目標基板
S60‧‧‧表面平滑處理目標基板
10‧‧‧原始基板
101‧‧‧剩餘層
102‧‧‧離子摻雜層
103‧‧‧薄膜層
104‧‧‧減薄層
20‧‧‧基板結構
21‧‧‧目標基板
30‧‧‧拋光溶液
40‧‧‧紫外光
50‧‧‧微波
60‧‧‧氣泡
70‧‧‧超音波
第1圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第一流程實施例圖。
第2A圖至第2F圖係為本發明之一種製程狀態之實施例圖。
第3圖係為本發明之一種具減薄層之基板結構立體實施例圖。
第4圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第一操作實施例圖。
第5圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第二操作實施例圖。
第6圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第三操作實施例圖。
第7圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第四操作實施例圖。
第8圖係為本發明之一種表面平滑處理方法之第二流程實施例圖。
S10‧‧‧提供一原始基板
S20‧‧‧進行離子摻雜處理
S30‧‧‧轉移薄膜層至一目標基板上
S40‧‧‧表面平滑處理薄膜層
Claims (25)
- 一種表面平滑處理方法，其包括下列步驟：提供一原始基板；進行離子摻雜處理，其係將一離子注入該原始基板中以形成一剩餘層、一離子摻雜層及一薄膜層；轉移該薄膜層至一目標基板上，其係將該薄膜層與該目標基板鍵合，並分離該剩餘層及該薄膜層，以形成一基板結構；以及表面平滑處理該薄膜層，其係將該基板結構浸泡於具選擇性之一拋光溶液中，以平滑該薄膜層表面；其中該拋光溶液係對該剩餘層及該薄膜層具有至少100：1之微電化學作用選擇比，且該拋光溶液之溫度係介於攝氏40度至攝氏100度之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面平滑處理方法，其中該目標基板係為一矽基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面平滑處理方法，其中該薄膜層係為一矽晶薄膜層。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面平滑處理方法，其中該拋光溶液係為由氫氟酸與過氧化氫所組成之混合溶液。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面平滑處理方法，其中該拋光溶液係為氫氟酸、過氧化氫與氟化銨之混合溶液。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面平滑處理方法，其中該拋光溶液係為氫氟酸、過氧化氫與冰醋酸之混合溶液。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面平滑處理方法，其進一 步於該表面平滑處理步驟進行時，照射一紫外光。
- 如申請專利範圍第7項所述之表面平滑處理方法，其中該紫外光之波長範圍係介於175奈米至195奈米。
- 如申請專利範圍第7項所述之表面平滑處理方法，其中該紫外光之波長範圍係介於244奈米至264奈米。
- 如申請專利範圍第7項所述之表面平滑處理方法，其中該紫外光之波長係為185奈米或254奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面平滑處理方法，其進一步於該表面平滑處理步驟進行時，進行一微波照射處理。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面平滑處理方法，其進一步於該表面平滑處理步驟進行時，進行一超音波震盪。
- 一種表面平滑處理方法，其包括下列步驟：提供一目標基板；以及表面平滑處理該目標基板，其係將該目標基板浸泡於具選擇性之一拋光溶液中，以平滑該目標基板表面；其中該拋光溶液之溫度係介於攝氏40度至攝氏100度之間。
- 如申請專利範圍第13項所述之表面平滑處理方法，其中該目標基板係為一矽基板。
- 如申請專利範圍第13項所述之表面平滑處理方法，其中該目標基板係具有至少一薄膜層。
- 如申請專利範圍第15項所述之表面平滑處理方法，其中該薄膜層係為一矽晶薄膜層。
- 如申請專利範圍第13項所述之表面平滑處理方法，其中該 拋光溶液係為由含氫氟酸與過氧化氫所組成之混合溶液。
- 如申請專利範圍第13項所述之表面平滑處理方法，其中該拋光溶液係為氫氟酸、過氧化氫與氟化銨之混合溶液。
- 如申請專利範圍第13項所述之表面平滑處理方法，其中該拋光溶液係為氫氟酸、過氧化氫與冰醋酸之混合溶液。
- 如申請專利範圍第13項所述之表面平滑處理方法，其進一步於該表面平滑處理步驟進行時，照射一紫外光。
- 如申請專利範圍第20項所述之表面平滑處理方法，其中該紫外光之波長範圍係介於175奈米至195奈米。
- 如申請專利範圍第20項所述之表面平滑處理方法，其中該紫外光之波長範圍係介於244奈米至264奈米。
- 如申請專利範圍第20項所述之表面平滑處理方法，其中該紫外光之波長係為185奈米或254奈米。
- 如申請專利範圍第13項所述之表面平滑處理方法，其進一步於該表面平滑處理步驟進行時，進行一微波照射處理。
- 如申請專利範圍第13項所述之表面平滑處理方法，其進一步於該表面平滑處理步驟進行時，進行一超音波震盪。
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| US20050245049A1 (en) * | 2004-03-05 | 2005-11-03 | Takeshi Akatsu | Atomic implantation and thermal treatment of a semiconductor layer |
| TW200731018A (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-16 | Univ Tsing Hua | Method and apparatus for photoelectrochemical etching |
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2008
- 2008-09-05 TW TW097134092A patent/TWI479552B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050245049A1 (en) * | 2004-03-05 | 2005-11-03 | Takeshi Akatsu | Atomic implantation and thermal treatment of a semiconductor layer |
| TW200731018A (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-16 | Univ Tsing Hua | Method and apparatus for photoelectrochemical etching |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201011823A (en) | 2010-03-16 |
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