使复合衬底沿脆化面断裂的方法和装置的利记博彩app

文档序号:6899816阅读:406来源:国知局
专利名称:使复合衬底沿脆化面断裂的方法和装置的利记博彩app
技术领域
本发明涉及特别应用于诸如GaN、 AlGaN和InGaN等第III/N族材 料或诸如GaAs等第III/V族材料或诸如锗等第IV族材料的外延的复合结 构的制备这一综合领域。本发明的应用领域是电学、光学和光电学。
更具体而言,本发明涉及使复合结构沿两层间所限定的脆化面断裂 的方法,所述方法包括沿所述脆化面在所述结构中产生断裂。
背景技术
可根据智能剥离(Smart C)技术制备复合结构。该技术通过将薄层 转移到支撑衬底上来制备复合结构。
在文献US 5,374,564或A.J.Auberton-Herv6等人的题目为"Why can Smart-Cut Change the fUture of microelectronics " (Int. Journal of High Speed Electronics and Systems,第10巻,第1期,2000,第131-146页)的 文章中特别描述了用于制备SOI (绝缘体上的硅)晶片的智能剥离技术的 一个实施例。
通常而言,智能剥离技术包括将离子物质注入到供体衬底的表面下 以形成脆化面,使供体衬底的注入面与支撑衬底紧密接触,进行稳定化 热处理使之结合(bonding),并使这样得到的结构在脆化面位置断裂,从 而将所述结构在注入表面和脆化面之间的部分转移到所述支撑衬底上。 可通过在指定温度进行热退火和/或通过提供机械能使所述结构断裂。由 此将供体衬底在脆化面和注入面间所限定的层转移到所述支撑衬底上。
将所述供体衬底的残余层(称之为"负片"(negative))的表面抛光 和清洁后进行回收,以在新的薄层转移中重新用作供体衬底。
供体衬底需要特殊结构以呈现较低的缺陷密度。所以供体衬底非常 昂贵。因此,回收负片对于降低制造成本特别重要。
既然如此,在利用硬质材料和脆性材料(例如GaN和SiC)或非常 易碎的材料(例如锗或硅)的供体衬底的过程中,使水平或垂直放置的 结构断裂会导致负片的80%的破损。断裂时所释放的在局部可能非常强 烈的能量实际上会使负片破裂。
存在各种通过断裂衬底来改善薄层转移的方案。
文献WO2006/093817中描述了这些已知方案之一。该方案用于减少 施加断裂能量时出现在转移层中的缺陷(起泡、裂缝和断裂)的形成。 为此,该文献提出通过结合法(bondingmethod)将衬底固定,在支撑衬 底或供体衬底的后表面上形成加固件。
在文献US6,858,517中描述了另一个已知方案,更具体而言,该方 案将薄层从脆化的供体衬底转移到支撑衬底上,其中支撑衬底的热膨胀 系数与供体衬底的热膨胀系数不同。为了降低转移层破损的风险,该文 献提出结合衬底,在支撑衬底或供体衬底上形成加固件,所述衬底加固 件的热膨胀系数和与之结合的衬底的热膨胀系数接近。
在文献US6,884,697中描述了另一个已知方案。该方案旨在使所获 得的层的整个表面都获得均匀的粗糙度。为此,将脆化的供体衬底水平 放置在可进行断裂热退火的熔炉中,并为了防止会导致形成刮痕的一层 在另一层上的任意移动,提供夹持设备以水平地处理所述层。
虽然这些方案在通过断裂改善薄层转移方面是令人满意的,但这些 方案没有降低在断裂过程中得到的供体衬底的残余层(负片)的破损风 险。

发明内容
本发明旨在通过提出显著限制断裂过程中负片的破损数量的方法来 弥补前述缺陷。
通过使复合结构沿两层之间所限定的脆化层断裂的方法达到了该目 的,所述方法包括沿脆化面在所述结构中产生断裂,其特征在于在断裂 过程中,使所述结构以与设置在所述结构两侧并与该结构隔开的加固件 相接触的方式而保持。
所述结构两侧的加固件的存在确保断裂过程中在释放能量时所述结 构的不同材料以称为"保持"的方式在接触下保持(与称为"释放"的 接触相反)。在断裂过程中,以与所述结构相接触的方式而保持的加固件 使所释放的能量衰减,导致冲击波被吸收,这显著限制了负片破碎的风险。
根据一种有利的布置,将所述复合结构置于两个加固件之间,在断
裂过程中,各加固件和所述结构之间的累计间隙不为O且小于500,。 根据另一种有利的布置,加固件的直径至少大于所述复合结构的直 径的50%。
在断裂过程中,可将所述复合结构基本垂直放置或基本水平放置。
可通过离子注入形成所述复合结构的脆化面,并通过晶片的热退火 进行断裂。在这种情况下,本发明的结构的两侧的加固件的存在使负片 破损的风险降低。
实际上,已知将离子物质注入复合结构中使材料中产生了微腔,从 而形成脆化区。这些微腔在退火热预算(thermal budget)的施加过程中得以 发展,直到材料沿着脆化面断裂为止。既然如此,当脆化结构包含具有 不同热膨胀系数的材料(例如硅上锗、石英上硅、硅上GaAs或硅上InP) 时,这些材料在热预算的施加过程中不同程度地膨胀,如果表面无法维 持则所述结构形成弯曲。断裂时所释放的在局部可能非常强烈的能量可 能导致负片破损。另一方面,在存在加固件的情况下,该能量被包容或 重新分布,因此形成的冲击波被吸收,从而避免了负片破损。
此外,以与所述结构相接触的方式而保持使得在脆化面方向上诱导 微腔的发展,且它们在结构的厚度方向上的发展被最小化。因而在结构 厚度方向上降低了所产生的压力,而且这种制约在整个脆化区都是均匀 的,由此减少了局部压縮点(compressionpoint)。
所述复合结构可由两个具有不同热膨胀系数的衬底组成并可通过将 两个衬底彼此相对地组装在一起而制得,两个衬底中的一个包含脆化面。
本发明的另一个对象是待断裂复合结构所用的热退火装置舟用腔室 (housing),所述腔室能容纳将要沿着两层之间所限定的脆化面断裂的复合结构,其特征在于所述腔室还包括两个彼此分离且彼此平行排列的加固
元件,各加固元件与复合结构之间的累计间隙不为0且小于500 pm。
本发明的另一个对象是将要沿着两层之间所限定的脆化层断裂的复 合结构的热退化装置,所述装置包括熔炉和能容纳多个复合结构的舟, 将各复合结构放置在如前所定义的腔室内。


将通过下面的描述并参考附图展示本发明的其他特征和优势,其中 附图对实施方式进行图解而没有任何限制特性。在附图中
——图1A 图1C是表示衬底断裂法技术中的衬底上的已知层的剖 面示意——图2表示实施本发明的方法的装置;和 ——图3是图2的放大图。
具体实施例方式
图1A 图1C代表根据已知的智能剥离技术在衬底上产生层的实例。
在图1A中,附图标记IO表示复合结构的供体衬底(或源衬底)。所 述供体衬底可以是,例如GaN晶片。
根据第一步骤,在供体衬底10中进行离子注入。注入相当于以诸如 氢离子和/或氦离子等离子物质对所述供体衬底的平坦面12进行离子轰 击(图1A中的箭头代表轰击)。
根据希望转移的层的厚度和被注入的衬底的物理化学性质选择所注 入物质的性质、注入量和注入能量。
注入离子的目的是形成脆化面14,所述脆化面14限定了待转移的 薄层16 (邻近经注入的平坦面12)和形成衬底的其余部分的另一层18 (称为负片)。
作为选择,可通过在供体衬底的平坦面12上形成的附加层(例如 Si02)进行离子注入,从而避免表面玷污。
下一步包括使待转移的薄层16的平坦面12与支撑衬底(或接受衬
底)20的面22结合。在GaN中的供体衬底的情况下,所述支撑衬底可
以是,例如蓝宝石晶片。
供体衬底10和支撑衬底20可具有不同的热膨胀系数。
本身已知的是,结合步骤相当于通过分子附着力和/或静电结合使供
体衬底10与支撑衬底20紧密接触,在该结合步骤之后进行热处理以使
结合稳定化。
图1B代表两个相联合的衬底,支撑衬底20的平坦面22粘附于供体 衬底10的平坦面12上。
此外,在使两个衬底接触前有时必须在两个衬底中的至少一个衬底 上沉积结合层和/或粘合促进层(例如Si02和/或Si3N4),从而增进结合并 保持复合结构上的结合。
在称为断裂的最后的步骤中,将热预算施加在这样获得的结构上, 从而通过在供体衬底10中形成的脆化层14位置进行断裂而使薄层16分 离,使该薄层16转移到支撑衬底20上。
该断裂步骤包括,例如,在8(TC 50(TC的温度范围内向所述组件 施加热退火,以使薄层16转移到支撑衬底上。
分离步骤后得到了图1C中表示的结构23。
可通过抛光降低该结构23的外表面24的粗糙度,并可制备该表面 以进行随后的使用,例如外延生长。
将其表面进行抛光和清洁后,将供体衬底的残余层26 (称为负片) 回收,从而在新的薄层转移中再次用作供体衬底。
为了限制负片在通过将供体衬底10结合在支撑衬底20上得到的结 构的断裂步骤过程中破损的风险,本发明提出在该步骤过程中以与设置 在所述结构两侧的加固件相接触的方式而保持所述结构。
断裂过程中的接触保持是指在该步骤中将结构放在非常有限的空间 内。应当注意,该接触保持不包括以任何方式将所述加固件结合或固定 在所述结构上。
图2代表用于对垂直放置的结构施加断裂热退火的断裂方法的实施200810144915.4
说明书第6/8页
装置的实例。
通常在可同时加工多个复合结构的退火熔炉中进行断裂热退火。
因此,图2显示了设置在容器102 (例如蓝宝石舟或石英舟)中的 多个待断裂复合结构100,例如,所述复合结构彼此平行排列。
舟102本身放置在固定在门106上的装载器104上,所述门106用
于封闭熔炉开口。
由舟102、装载器104禾口门106形成的组件108相对于熔炉结构110 是可移动的,熔炉结构IIO包括石英处理管112,在石英处理管112周围 缠绕有加热元件114。还提供了配有热电偶的高温计管116。
图2显示的熔炉处于打开位置。在关闭位置,组件108插入到熔炉 结构110中,门106封闭熔炉开口。
图3进一步详细地表示了放置复合结构100的舟102的一部分。
所述舟包含多个垂直设置且彼此平行排列的加固元件118、形成腔室 120的两个相邻的加固元件间的间隔,所述间隔中放置有待断裂的复合结 构100。
所述舟的不同加固元件118之间所限定的间隔是可调整的,以使每 个腔室120的厚度都可以选择。
挤压待断裂的复合结构表面的加固元件118是蓝宝石壁、石英壁或 组成所述舟的任何其他材料的壁。
由于加固元件的热膨胀系数并不是断裂时所释放的能量的吸收机制 中的主要因素,所以只要是对热退火过程中所释放的能量有足够的机械 抵抗性的材料,就可选作这些元件的材料。
这些加固件的直径可大于待断裂的复合结构的直径,有利的是,各 加固件具有至少为所述复合结构的直径的40%的最小直径和为所述复合 结构的直径的300%的最大直径。优选的尺寸范围是所述复合结构的直径 的50%至200%。更优选的范围是所述复合结构的直径的85%至150%且 最优选的范围是所述复合结构的直径的90%至125%。在具体的实施方式 中,加固件的直径为所述复合结构的直径的50%±5%,或者为所述复合 结构的直径的95%±10%。所述直径可以至少大于所述复合结构直径的
50%,优选为至少比所述复合结构的直径小5%。
根据待断裂结构100的厚度计算加固件之间的间隙,以使断裂退火 过程中各加固件和所述结构间的累积间隙保持为小于500 jmi (图3中, 累积间隙由间隙el和e2的和表示)。
通常而言,根据所述结构的直径和构成所述结构的衬底之间的热膨 胀系数的差异(这些参数实际上影响热预算施加过程中所述结构的弯曲 的形成和强度)来调整加固件和待断裂的复合结构之间的累积间隙。
根据一个实施例,将直径为2英寸(或5.08cm)、由脆化的GaN晶 片组成的并结合在蓝宝石晶片上的待断裂复合结构插入腔室120中,腔 室120的加固元件118是间隔的,以在断裂退火过程中留出320 pm的累 积间隙。
以这样的构造进行的试验表明断裂过程中的负片破损的数量会减少 80% 10%。以累积间隙为330 pm的相似构造也已得到了类似的结果。
此外,垂直放置(图3)和水平放置(附图中未示出)的复合结构 的负片破损都得以减少。
此外,使用这样的舟102,通过约束栏(restraining bar,附图中未示 出)保持加固元件H8和复合结构100。在实施方式的一个变例中,舟的 约束栏可包括用于保持加固元件和复合结构的凹槽。
现在将描述本发明的方法的实施方式的一个实施例。
供体衬底是具有脆化面的GaN晶片,脆化面通过H+离子注入形成, tf离子的注入能量为30keV 250keV,注入量达到10"个原子/cm2的数 量级。
支撑衬底是蓝宝石晶片。
将诸如Si02等结合层沉积并制备在所述供体衬底和/或支撑衬底的 表面上用于衬底结合。通过等离子体活化结合,并通过亲水键使两个衬 底紧密接触。
将这样获得的直径为2英寸(或5.08 cm)的结构放置在两个由石英 (或任何其他具有充分的机械抵抗性的相当的材料)形成的加固件之间 的、如前所述的热退火熔炉舟的腔室中。各加固件与所述结构之间的累
积间隙是320 um。
将这样放置在熔炉中的结构经受升至约50(TC的温度以增强衬底结 合并进行断裂退火。
恢复到室温后,通过合适的夹持工具将负片和由蓝宝石支撑体上的 GaN薄层形成的衬底完整回收。特别而言,所述负片完好无损,回收后 可再次使用。
权利要求
1.一种使复合结构(100)沿两层之间所限定的脆化面断裂的方法,所述方法包括沿所述脆化面在所述结构中产生断裂,其特征在于在断裂过程中,使所述结构以与设置于所述结构的两侧并与所述结构隔开的加固件(118)相接触的方式而保持。
2. 如权利要求1所述的方法,其中将所述复合结构(100)放置在两个 加固件(118)之间,在断裂过程中各加固件与所述结构之间的累积间隔不 为0且小于500 (im。
3. 如权利要求2所述的方法,其中所述加固件(118)的直径至少大于 所述复合结构的直径的50°%。
4. 如权利要求1 3任一项所述的方法,其中在断裂过程中将所述 复合结构(100)基本垂直放置。
5. 如权利要求1 3任一项所述的方法,其中在断裂过程中将所述 复合结构(100)基本水平放置。
6. 如权利要求1 5任一项所述的方法,其中通过离子注入形成所 述复合结构(100)的所述脆化面。
7. 如权利要求1 6任一项所述的方法,其中通过所述复合结构的 热退火进行所述断裂。
8. 如权利要求1 7任一项所述的方法,其中所述复合结构由具有 不同的热膨胀系数的两个衬底组成。
9. 如权利要求1 8任一项所述的方法,其中通过将两个衬底(IO, 20)彼此面对地组装来制备所述复合结构,所述两个衬底中的一个包含脆 化面。
10. —种待断裂的复合结构的热退火装置舟(102)所用的腔室(120), 所述腔室能容纳将要沿两层之间所限定的脆化面断裂的复合结构(IOO), 其特征在于所述腔室还包括两个彼此分离且彼此平行排列的加固元件 (118),各加固元件和所述复合结构之间的累积间隙不为0且小于500 pm。
11. 如权利要求10所述的腔室,其中所述加固件(118)的直径至少大于所述待断裂的复合结构的直径的50%。
12.将要沿两层之间所限定的脆化面断裂的复合结构的热退火装置, 所述装置包括熔炉(110)和能容纳多个复合结构(100)的舟(102),其特征在 于将各复合结构放置在权利要求10和11之一所述的腔室(120)中。
全文摘要
本发明涉及使复合衬底沿脆化面断裂的方法和装置,特别是涉及沿着两层之间所限定的脆化面使复合结构(100)断裂的方法,所述方法包括沿着脆化面在所述结构中产生断裂。在断裂过程中,将所述复合结构放置在舟腔室(120)中,并面向置于所述结构两侧且彼此平行排列的加固件(118)保持。
文档编号H01L21/20GK101364534SQ20081014491
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月7日 优先权日2007年8月8日
发明者大卫·勒格罗 申请人:硅绝缘体技术有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1