用于轉移單晶硅薄膜的方法技術

本發明專利技術涉及一種源自單晶硅制成的供體襯底(1)的單晶硅薄層(3)的轉移方法，此種轉移方法包括：注入條件為使得薄層(3)的厚度小于10微米；以及用于將此薄層粘合到接收襯底的聚合物層(5)的厚度位于一個臨界閾值之下，此臨界閾值定義為注入的能量及劑量的函數，臨界閾值小于或等于以下兩個數量的最小的值：500納米，以及此未來薄層的厚度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術關于一種用于將單晶硅(具有較佳為小于10微米，或甚至小于大約一微米的厚度)的薄層轉移到聚合物層上的方法。本專利技術之方法能夠特別應用于制作包含聚合物作為絕緣層的SOI (silicon-on-1nsulator,絕緣襯底上娃)型的結構。本專利技術之方法還旨在將一薄層的單晶硅轉移到基于聚合物的襯底上。文檔FR-2 681 472 (Bruel)描述了稱為“Smart Cut ”的方法的基本原理。特別地，該文檔描述了用于在支撐上獲得單晶娃薄層以得到SOI (silicon-on-1nsulator)型襯底的方法。使用的標準方法包括三個連續的步驟。第一步驟是通過例如使用氫或氦的離子轟擊的注入步驟，在注入的襯底(有時稱為供體襯底)的體積中創建埋入的脆化區，此埋入的脆化區從所述襯底的注入面定義注入材料的一個薄層。第二步驟是將此注入面與接收襯底緊密接觸。第三步驟是通過應用能夠對注入離子產生的缺陷進行合并的熱處理過程，在埋入的脆化區獲得所得結構的分離(或斷裂)。接收襯底在實際上具有兩種功能。首先，在薄層的分離期間用作此薄層的加強件，以便防止通過缺陷的合并產生的氣泡的形成，并且在沿著與注入表面平行的一個平面促進在埋入脆化區中形成空腔且因此導致分離。為此，此襯底至少在表面上，包括足以確保此加強作用的剛性之層。此外，它用作能夠實現在該薄層分離之后應用于該薄層的隨后步驟，特別地當該薄層確定固定地接合到另一襯底來使用時的處理襯底。實際上，已經看到，對于此薄層厚度在此薄層本身具有足夠的剛性以執行該加強件作用的一閾值之上，不必要增添輔助加強件。此種情況下，能夠省去該接收襯底，或者它能夠僅作為一個處理襯底的目的而接口 ο對于已注入的襯底通過其注入面接合到接收基板，可區分兩種技術，即直接結合與聚合物結合(也稱為通過添加材料的結合或粘結結合)。直接結合，也稱為分子結合，指定待結合的兩個表面的高平面度(planeity)與低粗糙度,而聚合物結合由于粘合層能夠補償每個待結合的表面上的一定發散的平面度或一定程度的粗糙度，因此降低這些平面度和粗糙度的約束條件。由于，通過應用上述技術，取自所述供體襯底的該薄層最終由接收襯底承載，因此，按照將該薄層轉移到接收襯底(無論是否其為最終的襯底)的操作典型陳述。在通過聚合物作為粘合層使用的所提供的主要優點中，我們可列舉出以下:.如果具有結合步驟，在結合步驟期間，簡化待執行的表面處理操作，.結合步驟的成本低，.只要達到低溫度，附著力強，.通過聚合物的特殊處理，分解能力高(即分離能力)。可以進一步理解的是，接收襯底中該聚合物的厚度越大，這種機械襯底的機械撓性(mechanical flexibility)更高。實際上,粘合劑形成的聚合物層,其本身提供了接收襯底的底層部分和該薄層之間的機械適應性，這可特別有助于補償例如從該底層部分和薄層之間的熱膨脹系數可能的差異造成的限制。
技術介紹
各種材料通過應用實現聚合物層的“Smart Cut ”方法，已經進行過轉移操作。因此，在光學材料(OpticalMaterials) 30 卷(2009 年)1054-1058 頁中 Poberaj等人所著“有源光子器件的離子片鈮酸鋰薄膜”(還參見W02008/098404)的以下文檔中描述，在光學領域中，通過苯并環丁烯(BCB)制造的粘合劑層，在供體與接收襯底的聚合物結合之后鈮酸鋰的薄層轉移到鈮酸鋰襯底。陳述到，接收襯底具有與轉移的薄膜相同或類似的熱膨脹系數是重要的。還解釋到，使用一薄層的粘合劑聚合物，具有呈現出待結合表面的平面度、粗糙度以及清潔度更少限制的優點。在描述的實例中，如此得到一個結構，所述結構由鈮酸鋰襯底與覆蓋有鉻(50nm厚)的電極形成細密層、厚度為I微米至2.5微米的一個BCB層、以及厚度為670nm的一鈮酸鋰薄層。此外，在應用物理快報(AppliedPhysics Letters)90 卷,052114(2007 年)中，Chen等人的文章，“通過粘接晶片結合和離子切割過程的磷化銦層的雙翻轉轉移”中，描述了利用由Microchem SU-85樹脂形成的一粘合層結合之后，InP層轉移到玻璃襯底,其中該樹脂是由在襯底放在一起之后通過紫外線照射形成為網狀。在描述的實例中，我們由此獲得由樹脂層(2.6微米厚)和一個薄InP層(500nm厚)覆蓋頂部的玻璃襯底形成的結構。我們也可列舉出在應用物理快報(Applied Physics Letters) 94卷，261107 (2009年)中，Ho等人的文章“可撓性聚酰亞胺上鍺探測器”，該文章描述到在利用粘合劑層結合之后鍺(Ge)轉移到聚酰亞胺。這里，可記得干膜形式的一個最好的聚酰亞胺為Kap丨on%在描述的實例中，因此暫時地獲得一個結構:包括聚酰亞胺襯底，因此為撓性襯底，覆蓋有承載一薄層鍺(1.6微米厚)的感光性樹脂SU-82100之層。上述出版物涉及到與硅均不同的各種材料是沒有價值的。現在，似乎在通過聚合物結合之后轉移薄硅層提出了仍然不明的特殊的困難。因此，在ECS Transactions-卷 3，第 6 期(2006 年)，第 67-73 頁中，Holl 等人的文章“薄膜硅層轉移的制造技術”論述，在直接結合之后或利用聚合物層結合之后硅薄層的轉移。提到能夠用作加強件的不同類型的接收襯底，即熔融二氧化硅、石英以及硅。在關于如此轉移的結果中表明，在氫注入360nm的深度之后，通過在硅供體襯底上TEOS (原硅酸四乙酯)的氣相淀積(VPD)，3至4微米的SiO2層(以下稱為SiO2-TEOS)沉積為一加強件。它是介于此加強件形成的氧化物層和該聚合物層設計的接收襯底之間。文中陳述到，當該硅薄層沒有通過此氧化物層強化時，該膜層在分離期間不能夠其完整性。此文檔補充到，在試驗中，通過使用高溫的聚合物作為粘合劑，通過注入之后分離以形成薄層是可能的。然而，該文檔如此援引的，即在電子材料期刊，第30卷，第7期，2001年，841-844頁，Collinge等人的文章“使用晶片結合和剝分離的硅層轉移”，以及文檔W02004/0102020 (Roberds等)，確認用以解釋該聚合物極其柔軟且其在分離步驟期間能夠滑移而產生氣泡中，沿著待轉移的該薄層的SiO2TEOS厚層的必要性。該2001年的文章提到所述聚合物層的400至750納米nm的厚度，與I至4微米厚的SiO2 TEOS以及厚度為360nm的硅相結合。在不同的情形中，文檔FR-2 925 221 (Di Cioccio)例如解釋，一個雙轉移(從供體襯底到接收襯底且然后到最終襯底)不能夠使用柔性襯底進行，因此它們要么太軟且在通過注入產生的埋入脆化區的空腔熟化的步驟期間變形，或者它們是熱變形或熱劣化，并且不能承受斷裂法所施加的溫度，因此，不再保留必需的剛性。該文檔教導(指引)在紫外線照射應用于表面條件下處理之后，供體襯底的一個面與硅酮型聚合物的一個面之間的結合，其效果在于將該聚合物層轉換為10微米至20微米級別的大厚度硬質氧化物。直接位于聚合物襯底(特別地為具有100微米級別厚度的可撓性“ Kapton ”支撐)上的薄膜，特別是硅的轉移在文檔FR-2 748 851中有提及，但是在“Smart Cut ”的技術的版本中本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.22 FR 10549691.一種源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉移方法，其中所述供體襯底(1、11)自一個自由面具有的至少一個厚度大于待轉移的所述薄層(3、13)的厚度，該轉移方法包括: -通過該自由面注入至少一個給定種類的離子，以便在所述單晶硅中形成一埋入的脆化層(2、12)， -利用聚合物層(5、15)，所述供體襯底通過所述自由面結合到接收襯底(4、14)，以及 -通過本質上的熱斷裂處理，源自所述供體襯底的該薄層的斷裂在所述埋入的脆化層(2、12)促成， 其特征在于: -注入條件為使得所述薄層(3、13)的該厚度小于10微米，以及 -所述聚合物層(5、15)的該厚度位于一個臨界閾值之下，該臨界閾值定義為注入的該能量及劑量的函數，該臨界閾值小于或等于以下兩個數量的該最小的值: 500納米，以及 該未來薄層的該厚度。2.根據權利要求1所述的源自單晶硅制成的供體襯底的單晶硅薄層的轉移方法，其特征在于，所述聚合物層的該厚度的該臨界閾值相比較于在使用注入的所述能量及所述劑量注入之后，并且在該相同熱斷裂處理之后但是沒有該加強件的情況下，相同供體襯底中觀察到的所述氣泡的平行于所述自由面的該平均尺寸小15倍。3.根據權利要求1或2所述的 源自單...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬極米·阿爾顧德，修伯特·莫里西歐，克里思汀·佛里特格尼，
申請(專利權)人：法國原子能源和替代能源委員會，法國國家科學研究中心，
類型：
國別省市：