[发明专利]双等离子体超薄隐埋氧化

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于键合(bonding)以从半导体材料之中选择的材料实现的两片基板的方法，所述方法实现：通过热处理来键合两片基板的步骤；对各基板的要键合的表面的等离子体激活，所述两片基板中的第一基板的要键合的表面包括氧化层。

背景技术

已知这类方法。

这里，将“键合”理解为指通过分子附着力来键合，其中，在不使用粘合剂的情况下将两个完全平滑的表面彼此粘合——这在室温下是可能的。

键合的质量由键合能具体表征，键合能表示键合在一起的两片基板之间的键合强度。

为了强化通过分子附着力键合的两片基板，装配好的基板必须经受热处理。这样的热处理使得两片基板的键合能可以达到至少500mJ/m²的量级的值，该值可以符合通常所期望的值。

常规上，通常在至少900℃的量级的温度(其限定本文中的“高温域”的范围)下执行这样的热处理。在Si基板与Si或SiO₂基板之间进行键合的情况下，利用在1100℃到1200℃左右的温度执行的处理使键合能最大化。

将对要键合的表面的“等离子体激活”定义为：在使要键合的表面相接触之前，将所述表面暴露于等离子体下(具体地说，可能在真空或大气压力下进行该处理)。

更准确地说，在已知的激活技术中，在所述暴露步骤过程中使基板的要激活的表面暴露于等离子体，在该暴露步骤中，对暴露参数进行控制，使得它们分别被设置为给定的相应值，这些值在等离子体激活过程中保持固定。

在第一级中，“暴露参数”为：

-功率密度。这是提供给等离子体的功率的密度，其对应于每单位表面的功率密度(W/cm²)，在本文中也由简单的术语“功率”来指示。

-压力(包含等离子体的腔中的压力，以mTorr表示)，

-提供给该腔的气体的性质和流速(以sccm表示：标准立方厘米每分钟)。

具体地说，这样的激活使得可以不必在高温下进行热处理，而通过获得非常大的键合能来实现利用分子附着力的键合。

实际上，等离子体激活导致两片基板之间的高键合能，在相对短的持续时间(例如，在2个小时的量级)在相对低的温度(例如，在600℃或更少的量级)下执行热处理之后，在进行键合之前，激活两片基板中的至少一片。

因此，在希望避免使包括两片键合的基板的结构经受太高温度的情况下(特别是在限定为包括由热膨胀系数差异很大的材料制成的多个层的结构的异质结构的情况下)，这样的激活有利于使该结构稳定。

这样的激活还可以有利于在给定温度下获得非常高的键合强度。

因此，这样的激活例如有利于通过键合两片基板来制造多层结构。

转移方法(具体地说，Smart Cut^TM型方法或BESOI(键合刻蚀绝缘体上硅)型方法，可以在以下著作中找到Smart Cut^TM型方法的概述：Silicon-on-insulator technology：materials to VLSI，2nd Edition(Jean-PierreColinge)，在BESOI型方法中，键合两片基板，然后通过刻蚀消除两片基板中的一片的多余材料)是可以得益于用于键合的等离子体激活的示例。

为了充分利用等离子体处理对于各键合的效果，在文献中遇到的常规方法(具体地说，在以下文献中：Effects of plasma activation onhydrophilic bonding of Si and SiO₂，T.Suni and I.J.Electroch.Soc.Vol.149，No.6，p.348(2002)，以及在Farrens等人的美国专利US6645828中)包括利用等离子体来激活要键合的两片基板。

更特别的是，由于键合能很低，因此仅将两个表面中的一个暴露于等离子体。在Si/SiO₂键合的情况下，通常利用等离子体来处理氧化物(参见以下文献：Effects of plasma activation on hydrophilic bonding of Si andSiO₂)。

现今，在等离子体处理中，在使晶片的表面相接触之前，利用不同的气体(例如，氧气、氮气和氩气)来激活晶片的表面。

通常，利用相同的等离子体处理按相同的方式处理要键合的两个表面。

发明内容