[发明专利]键合两个衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于电子学、光学或光电子学的复合结构的制造。

更具体地说，本发明涉及一种将两个衬底键合在一起的方法。

本发明还涉及一种形成包括半导体材料层的结构的方法，所述半导体材料层取自供体衬底(donor substrate)，该供体衬底自身已经通过将两个衬底键合在一起而形成了。

背景技术

为了将两个衬底键合在一起，通常使得第一衬底与第二衬底接触，以便通过这些衬底彼此的分子附着来形成键合。

这种键合的一个应用是，在制造“绝缘体上半导体”型(SeOI)结构、并且特别是在制造“绝缘体上硅”型(SOI)结构的领域中进行这种键合。

在本申请的范围内，要键合的至少一个衬底具有表面氧化层；例如，通常为了形成SOI结构而执行Si/SiO₂键合或SiO₂/SiO₂键合。

通过分子附着而实现的键合是一种在并不应用粘结剂(诸如粘合剂、胶等)的情况下使得表面极为平坦(“镜面抛光后”)的两个衬底彼此附着的技术。

上述表面通常是由绝缘材料(例如，石英、玻璃)或半导体材料(例如，Si、GaAs、SiC、Ge)制成的衬底的表面。

通常通过在局部将轻微压力施加到彼此接触的两个衬底上或者这两个衬底之一上来开始进行键合。

然后，在数秒时间内键合波(onde de collage)传播经过这些衬底的整个范围，从而在原子量级(échelle atomique)上将两个衬底结合在一起。

与在通过共价方式、离子方式或金属方式彼此连接的两个固体之间观察到的键合能量相比，在室温得到的键合能量通常相当低。

为了令人满意将两个衬底彼此键合，通常在键合之前对要键合的两个表面或者其中一个表面进行准备。这样做的目的在于增大机械强度和/或改善键合界面的质量。

这种准备通常包括对要键合的衬底的表面进行化学处理，称之为“清洁”。

清洁特别是旨在给要键合的表面赋予以下特性中的一个或更多个：

-不存在微粒；

-不存在碳氢化合物；

-不存在金属杂质；

-低表面粗糙度，通常小于RMS；

-强疏水性，也就是说，用高密度的硅烷醇键(Si-OH键)终止要键合的表面。

以下这些可以作为在键合之前采用的清洁的示例：

-RCA型清洁，即，SC1液(bain SC1，英文为“standard clean 1”)与SC2液(英文为“standard clean 2”)的组合，SC1液包括氢氧化铵(NH₄OH)、过氧化氢(H₂O₂)及水(H₂O)，其适于移除微粒及碳氢化合物，而SC2液包括盐酸(HCL)、过氧化氢(H₂O₂)及水(H₂O)，其适于移除金属杂质；

-使用含臭氧的溶液(O₃)来进行清洁，其适于移除有机杂质；

-使用包含硫酸及含氧水的混合物(“硫过氧化物混合物”(SPM))的溶液来进行清洁。

控制各种清洁参数(特别是这些液体的温度)，这使得能够防止在键合结构的键合界面上出现某些缺陷。

所导致的缺陷例如是在这两个衬底之间的键合界面上的气泡。

此外，在将供体衬底的薄层转移到待处理衬底的情况下可以观察到另一类型缺陷，Smart Cut^TM类型的方法是这种转移的有利示例(关于Smart Cut^TM类型方法，本领域技术人员例如可以参考“Silicon Waferbonding technology for VLSI and MEMS applications”，S.S.Iyer及A.J.Auberton-Hervé，IEE，2002)。在这种情况下，实际上在转移后的薄层中可能观察到位于待处理衬底的外缘区域中的穴。被称为“边缘空隙”的是：直径在50μm到2mm之间的、位于距离该结构边缘0.5mm到5mm之间的位置处的那些未被转移的区域。

图1示意性示出具有边缘空隙的SOI的剖视图。转移到待处理衬底上的层具有直径通常在50μm到2mm之间的穴，该穴处于距离该结构边缘1-5mm的位置处。