[发明专利]用于转移单晶硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明关于一种用于将单晶硅(具有较佳为小于10微米，或甚至小于大约一微米的厚度)的薄层转移到聚合物层上的方法。本发明之方法能够特别应用于制作包含聚合物作为绝缘层的SOI(silicon-on-insulator，绝缘衬底上硅)型的结构。本发明之方法还旨在将一薄层的单晶硅转移到基于聚合物的衬底上。

文档FR-2 681 472(Bruel)描述了称为“Smart Cut^TM”的方法的基本原理。特别地，该文档描述了用于在支撑上获得单晶硅薄层以得到SOI(silicon-on-insulator)型衬底的方法。使用的标准方法包括三个连续的步骤。第一步骤是通过例如使用氢或氦的离子轰击的注入步骤，在注入的衬底(有时称为供体衬底)的体积中创建埋入的脆化区，此埋入的脆化区从所述衬底的注入面定义注入材料的一个薄层。第二步骤是将此注入面与接收衬底紧密接触。第三步骤是通过应用能够对注入离子产生的缺陷进行合并的热处理过程，在埋入的脆化区获得所得结构的分离(或断裂)。

接收衬底在实际上具有两种功能。首先，在薄层的分离期间用作此薄层的加强件，以便防止通过缺陷的合并产生的气泡的形成，并且在沿着与注入表面平行的一个平面促进在埋入脆化区中形成空腔且因此导致分离。为此，此衬底至少在表面上，包括足以确保此加强作用的刚性之层。此外，它用作能够实现在该薄层分离之后应用于该薄层的随后步骤，特别地当该薄层确定固定地接合到另一衬底来使用时的处理衬底。实际上，已经看到，对于此薄层厚度在此薄层本身具有足够的刚性以执行该加强件作用的一阈值之上，不必要增添辅助加强件。此种情况下，能够省去该接收衬底，或者它能够仅作为一个处理衬底的目的而接合。

对于已注入的衬底通过其注入面接合到接收基板，可区分两种技术，即直接结合与聚合物结合(也称为通过添加材料的结合或粘结结合)。直接结合，也称为分子结合，指定待结合的两个表面的高平面度(planeity)与低粗糙度，而聚合物结合由于粘合层能够补偿每个待结合的表面上的一定发散的平面度或一定程度的粗糙度，因此降低这些平面度和粗糙度的约束条件。

由于，通过应用上述技术，取自所述供体衬底的该薄层最终由接收衬底承载，因此，按照将该薄层转移到接收衬底(无论是否其为最终的衬底)的操作典型陈述。

在通过聚合物作为粘合层使用的所提供的主要优点中，我们可列举出以下：

·如果具有结合步骤，在结合步骤期间，简化待执行的表面处理操作，

·结合步骤的成本低，

·只要达到低温度，附着力强，

·通过聚合物的特殊处理，分解能力高(即分离能力)。

可以进一步理解的是，接收衬底中该聚合物的厚度越大，这种机械衬底的机械挠性(mechanical flexibility)更高。实际上，粘合剂形成的聚合物层，其本身提供了接收衬底的底层部分和该薄层之间的机械适应性，这可特别有助于补偿例如从该底层部分和薄层之间的热膨胀系数可能的差异造成的限制。

背景技术

各种材料通过应用实现聚合物层的“Smart Cut ^TM”方法，已经进行过转移操作。

因此，在光学材料(Optical Materials)30卷(2009年)1054-1058页中Poberaj等人所著“有源光子器件的离子片铌酸锂薄膜”(还参见WO2008/098404)的以下文档中描述，在光学领域中，通过苯并环丁烯(BCB)制造的粘合剂层，在供体与接收衬底的聚合物结合之后铌酸锂的薄层转移到铌酸锂衬底。陈述到，接收衬底具有与转移的薄膜相同或类似的热膨胀系数是重要的。还解释到，使用一薄层的粘合剂聚合物，具有呈现出待结合表面的平面度、粗糙度以及清洁度更少限制的优点。在描述的实例中，如此得到一个结构，所述结构由铌酸锂衬底与覆盖有铬(50nm厚)的电极形成细密层、厚度为1微米至2.5微米的一个BCB层、以及厚度为670nm的一铌酸锂薄层。

此外，在应用物理快报(Applied Physics Letters)90卷，052114(2007年)中，Chen等人的文章，“通过粘接晶片结合和离子切割过程的磷化铟层的双翻转转移”中，描述了利用由Microchem SU-85树脂形成的一粘合层结合之后，InP层转移到玻璃衬底，其中该树脂是由在衬底放在一起之后通过紫外线照射形成为网状。在描述的实例中，我们由此获得由树脂层(2.6微米厚)和一个薄InP层(500nm厚)覆盖顶部的玻璃衬底形成的结构。