[发明专利]通过分子键合来键合的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过将初始衬底上形成的至少一个层转移到最终衬底上来制造多层半导体晶片或衬底的领域，被转移的层对应于初始衬底的一部分。被转移的层还可以包括整个或一部分元件，或者包括多个微型元件。

背景技术

更具体而言，本发明涉及在层从被称为“施主衬底”的衬底转移到被称为“受主衬底”的最终衬底的过程中所出现的不均匀变形(heterogeneous deformation)的问题。特别是在需要将一层或多层微型元件转移到最终支撑衬底上的三维元件集成技术(3D集成)的情况下以及在电路转移的情况下或者在背光照明成像器件的制造当中，已经观察到这样的变形。被转移的一层或多层包括至少部分地制造在初始衬底上的微型元件(电子器件、光电器件等等)，所述层之后被堆叠到自身可能包括元件的最终衬底上。特别是由于同一层上存在的微型元件尺寸非常的小且数量很大，因此每个被转移的层都必须以相当高的精度定位在最终衬底上，以便与下面的层十分严格地对准。另外，在层被转移之后可能还需要对层进行处理，以便例如形成其他微型元件、使微型元件露出表面、制造互连等等。

但是，申请人已经观察到，在转移之后，有些情况下形成与转移之前所形成的微型元件对准的额外的微型元件是是非常困难的，甚至是不可能的。

参考图1A至图1E来描述这种未对准的现象，图1A至图1E中显示了制造三维结构的示例，包括将形成在初始衬底上的一层微型元件转移到最终衬底上以及键合之后在初始衬底的暴露表面上形成另一层微型元件。图1A和图1B显示了其上形成有第一系列微型元件11的初始衬底10。使用掩模通过光刻来形成微型元件11，以便限定与要制造的微型元件11相对应的图案的形成区域。

之后如图1C所示，使初始衬底10的包括微型元件11的表面与最终衬底20的一个表面紧密接触。通常是通过分子键合来实现初始衬底10与最终衬底20之间的键合。因此，在衬底10和衬底20之间的键合界面处获得隐埋的一层微型元件11。在键合之后，如图1D所示，减薄初始衬底10，以便去除该层微型元件11的上方存在的材料的一部分。于是，得到由最终衬底20和与初始衬底10的剩余部分相对应的层10a所组成的复合结构30。

如图1E所示，制造三维结构的下一个步骤是在被减薄的初始衬底10的暴露表面上形成第二层微型元件12，或者与层10a中所包括的元件(接触点、互连等等)对准地在暴露表面上执行额外的技术步骤。为了简单起见，在下文中，用术语“微型元件”来表示在必须精确控制定位的层之上或之中执行处理步骤所得到的器件或任意其他的图案。因此，这些微型元件可以是有源元件或者是无源元件，可以具有单一接触点或者具有互连。

因此，为了形成与隐埋的微型元件11对准的微型元件12，使用与形成微型元件11所使用的掩模相类似的光刻掩模。被转移的层(例如层10a)通常在微型元件的水平处和形成层的晶片的水平处都包括标记，在处理步骤中(例如光刻过程中所执行的处理步骤)，定位和对准工具会使用到这些标记。

但是，即使是在使用定位工具时，在某些微型元件11和12之间仍然会产生偏移，例如图1E中所表示的偏移Δ₁₁、Δ₂₂、Δ₃₃、Δ₄₄(分别对应于在微型元件对11₁/12₁、11₂/12₂、11₃/12₃和11₄/12₄之间观察到的偏移)。

这种偏移不是由可能源自于衬底的不精确组装的基本变换(平移、旋转或其组合)所导致的。这些偏移造成不均匀变形，这种不均匀变形是在初始衬底与最终衬底的组装中出现在来源于初始衬底的层中。事实上，这种变形导致某些微型元件11的局部的非均匀运动。另外，在转移之后形成在衬底的暴露表面上的某些微型元件12具有相对于所述微型元件11的位置变化，这些位置变化可以是几百纳米数量级的，甚至是微米数量级的。

两层微型元件11和12之间的所述未对准现象(也被称为“覆盖”)可能是短路、堆叠中的歪曲或者两层的微型元件之间的连接缺陷的来源。因此，当被转移的微型元件是由像素形成的成像器件并且转移后的处理步骤是为了在这些像素的每一个上形成滤色器时，在所述像素的某一些当中观察到着色功能的损失。