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    • 专利摘要:
    本發明係關於自複合結構(125)分離層(115)之方法，該結構包含至少自以下形成之複合堆疊：載體基板(105)，其於確定波長下部分透明；該欲分離之層(115)；及分離層(110)，其插入該載體基板與該欲分離之層之間，該方法包含借助該確定波長下之入射光線(124a)穿過該載體基板(105)輻照該分離層(110)，以藉由該分離層之剝落作用誘發弱化或分離，該光線傾斜以便形成入射角θ，從而使得θ≧θmin，其中□，n1及n0分別係該載體基板之折射率及接觸該載體基板(105)之外部介質(130)之折射率，該光線來自該外部介質，S係該光線之寬度且h係該載體基板之厚度。
    公开号:TW201316379A
    申请号:TW101128667
    申请日:2012-08-08
    公开日:2013-04-16
    发明作者:Didier Landru
    申请人:Soitec Silicon On Insulator；
    IPC主号:B32B43-00
    专利说明:
    自複合結構分離出一層之方法
    本發明係關於複合(或多層)半導體結構之製造領域，且更具體而言係關於以剝落作用分離之方法，其使得例如在將層自初始載體轉移至最終載體之範疇內可剝離複合結構之一或多個層。
    在複合結構之製造領域中，能夠裝配及/或分離膜或層(例如半導體層或絕緣層)通常可為有用的。尤其需要該等分離以將層自初始基板轉移至最終基板。例如，在執行三維組件技術期間實施該等轉移，該三維組件技術涉及在同一層之兩個面(「正面」及「後面」)上形成電子、光伏打及/或光電子組件(3D整合)。亦實施層轉移以在後面照明成像器之製造期間轉移電路。層之轉移亦可用於改變上面形成有一或多個層之基板，以使新基板滿足尤其成本、物理特性(單元大小、熱穩定性......等方面的要求。
    薄膜轉移方法闡述於(例如)專利文件EP 0 858 110中。此方法尤其可借助以剝落作用分離之技術分離膜，此技術尤其需要穿過透明基板輻照複合結構。
    現將參照圖1闡述製造複合結構之方法(步驟S1及S2)及以剝落作用分離之方法(步驟S3及S4)的例示性實施例。
    首先，藉由在載體基板5之一個面上黏合(步驟S1)裝配所謂分離層10(或光學吸收層)。載體基板5在預定波長下至少部分透明。
    隨後藉由在層10接觸載體基板5之側相對側之面上黏合來裝配層15(亦稱作「欲分離之層」)，以便獲得複合結構25(步驟S2)。
    應注意，在步驟S1及S2期間層5、10及15之裝配可借助任何適宜裝配技術(例如分子黏附黏合或涉及中間黏合層之技術)實施。
    此外，未必藉由黏合來裝配層10及15以形成複合結構25。作為變化形式，層10及15中之至少一者可借助適宜沈積技術形成。分離層10可藉由(例如)PECVD(「電漿增強化學氣相沈積」)或LPCVD(「低壓CVD」)沈積來形成。
    在形成複合結構25後，可以剝落作用實施分離層10之分離。此方法使得可自載體基板5剝離層15。
    為此，借助電磁輻射20穿過載體基板5輻照分離層10(步驟S3)。載體基板5在輻射20之波長下至少部分透明。此處「部分透明」欲指基板在所述波長下之透射率為至少10%且較佳大於或等於50%。如下文所指示，所需之透明度等級將根據分離層10接收之電磁束20之能量的量而變。
    在此輻照步驟S3期間，分離層10吸收穿過載體基板5與分離層10之間之界面8的入射光。此輻照導致分離層10之材料中之原子或分子間的黏附力減少或消除。此乃因在輻射20作用下，構成分離層10之材料經受光化學激發及/或熱激發，其導致原子或分子鏈斷裂。該等斷裂由此引起分離層10以剝落作用以層10之實際厚度(所謂「內部」剝落作用)或在層10與載體基板5之間之界面8處或在層10與欲分離之層15之間之界面12處(「界面」剝落作用)分離。此剝落現象亦可涉及在輻射20作用下由分離層10之材料釋放之一或多種氣體。
    應注意，由輻射20誘發之分離未必導致分離層10中(或界面8及12中之一者處)剝離或實際分離，而是可能僅導致分離層10之材料弱化。在後一情形下，需要施加額外能量(例如，呈機械力形式)以在載體基板5與層15之間獲得實際剝離(若實際上期望該剝離)。
    在完全分離基板5與層15(步驟S4)後，出於形成新複合結構之目的，可再循環載體基板5。
    目前，根據圖1之佈置產生之複合結構通常具有以下組成中之一者：- GaN/Al2O3，其對應於由GaN組成之分離層10及由藍寶石組成之載體基板5；- Si3N4/Al2O3，其對應於由Si3N4組成之分離層10及由藍寶石組成之載體基板5。
    關於該等組成，以剝落作用分離之品質方面的結果通常令人滿意。在分離沈積於藍寶石基板上之GaN層時，例如，在良好條件下施加輻射20(於通常介於190 nm與250 nm之間之波長下)且無任何特定困難地獲得分離。
    然而，申請者已觀察到，在對其他組成之複合結構25施加此分離方法時，結果可顯著降低。舉例而言，以剝落作用之分離對於SiO2/Si型(即，矽上之二氧化矽)之複合結構25而言遠更困難。申請者已觀察到，以剝落作用分離之品質方面的大的變化隨所研究批次而變化，且通常，分離愈不均勻，則需要於輻射中之暴露愈多。
    因此，目前需要在品質、效率及均勻度方面產生更好結果之以剝落作用分離之方法，需要習用複合結構及非習用組成之複合結構二者。
    為此，本發明係關於自複合結構分離層之方法，該複合結構包含至少自以下形成之複合堆疊：- 載體基板，其係自於確定波長下至少部分透明之材料形成；- 欲分離之層；及- 分離層，其插入載體基板與欲分離之層之間，該方法包含借助確定波長下之至少一個入射光線穿過載體基板輻照分離層，以藉由分離層之剝落作用誘發弱化或分離，其中入射光線傾斜以便形成入射角θ，從而使得θ θ min，其中，其中n1及n0分別係載體基板之折射率及接觸載體基板之外部介質之折射率，光線來自該外部介質，L係該光線之寬度且h係光線穿過之載體基板之厚度。
    根據本發明之光線之傾斜有利地使得可在以剝落作用分離方法期間限制或避免一方面在載體基板厚度中入射光線間之光學相互作用，另一方面載體基板與分離層間之界面反射之光線。
    因此，本發明方法使得可減少或甚至防止入射光線間之光學干涉及載體基板內之反射光線。此光學干涉之減少或消除有利地使得可減少以剝落作用之分離方法期間實際透射之能量隨載體基板厚度變化之變化，此乃因干涉可相消。本發明另外使得可使實際上透射至分離層中之能量的量最大化。
    由此大幅改良載體基板與欲分離之層之間以剝落作用之分離的品質及重現性。本發明使得尤其可對複合結構實施以剝落作用之分離，該等複合結構具有不同於常用組成之組成且對光學干擾尤其敏感。
    在一特定實施例中，入射角θ應使得θ θ max，其中θmax係以如下方式界定：。換言之，最大限值θmax等於布魯斯特角(Brewster angle)。
    布魯斯特角界定入射角θ之最大限值，超過該限值則入射光線之所有光強度均反射於載體基板之暴露表面上。
    如下文更詳細指示，僅若θmax>θmin時此實施例係可行的。此實施例使得可使輻照步驟期間實際上透射至分離層中之光能量的量最大化。
    此外，載體基板可由矽組成且分離層可由二氧化矽組成。
    自下文給出之說明參照附圖可明瞭本發明之其他特性及優點，該等附圖圖解說明暗指無限制之其例示性實施例。
    本發明係關於使得可藉由剝落作用自習用或非習用組成之複合結構剝離或弱化欲分離之層的分離方法。
    申請者已實施如下研究：其使得可證實，物理機制產生針對實施以剝落作用分離之方法遇到之困難。該研究尤其證實在複合結構之輻照期間載體基板中出現之光學干涉的作用。
    現將參照圖2闡述此機制。此圖代表如上文參照圖1所述之複合結構25。
    圖2尤其代表在輻照步驟S3期間到達載體基板5之暴露表面5a的入射光線22a。至於遇到半吸收劑介質之任何光線，光線22a之一部分(未顯示)在基板5之上表面5a處經反射，而部分22b透射至載體基板5中。在其穿過載體基板5之厚度期間，透射光線22b之一部分經吸收且剩餘部分到達載體基板5與分離層10間之界面8。界面8再次發揮光學折光件作用，從而使光線22b部分經反射(反射光線22d)且剩餘部分22c透射至分離層10中。反射光線22d再次遇到上表面5a並產生載體基板5內之內部反射的新過程。
    然而，穿過載體基板5之厚度之各種光線(22b、22d、22e......)彼此相互作用，以端視其相移產生具有較高強度之波(此稱作相長干涉)或具有較低強度之波(此稱作相消干涉)。該等干涉現象產生由申請者觀察到之與由載體基板透射至分離層之輻射能量有關之強變化及顯著減少。
    更具體而言，研究已顯示，干涉程度強烈取決於光學指數(或折射率)之跳躍，其係在暴露表面5a及界面8處由輻射遇到。理想地，所涉及各種材料間之光學指數差異應最小化。關於習用複合結構之組成(即GaN/Al2O3或Si3N4/Al2O3)，情況尤其有利，此乃因對於波長介於150 nm與300 nm間之輻射而言指數跳躍係至多0.87(藍寶石及Si3N4之光學指數分別係1.87及2.27)。
    另一方面，對於SiO2/Si組成而言該情況遠不有利，其中對於波長超過1.5 μm之輻射而言，二氧化矽及矽之光學指數分別升至1.992及3.42。若暴露表面5a接觸空氣(指數等於1)，則(例如)對於波長為9.3 μm之輻射獲得光學指數之極大跳躍(層中之每一者之間約2.4或1.4)。該等大的光學指數跳躍促進在步驟S3期間產生透射至分離層10中之光強度之極強變化。
    此外，在由二氧化矽組成之分離層及由矽組成之載體基板的上述情形下，與載體基板厚度有關之對干涉之敏感度等級係極端的。特定而言，在1.35 μm之矽厚度週期下觀察到最大透射強度。換言之，在考慮由矽組成之載體基板之達成透射最大值之厚度L時，原則上將在厚度L+1.35/2 μm下獲得透射最小值且將在厚度L+1.35 μm下獲得透射最大值。此意味著可必須以遠佳於0.675 μm之精確度等級控制由矽組成之載體基板之厚度，以避免至分離層中之輻射之透射顯著變化。目前由矽組成之載體基板並不可實現該控制等級，該厚度通常針對200 mm及300 mm之晶圓直徑分別以約5 μm及1.5 μm之幅度變化(總厚度變化或「TTV」)。
    因此，對於諸如由矽組成之基板等基板的厚度之控制等級不足，此導致如上文解釋之透射能量的變化問題。
    迄今為止尚未有效解決透射及光學干涉之問題，此尤其係由於其對傳統組成之複合結構的影響有限。因此，申請者已研發使得可克服上述缺陷及與所述複合結構之組成無關地克服上述缺陷之新分離方法。
    現將參照圖3A及3B闡述本發明一個實施例之分離方法。
    更確切而言，圖3A及3B代表包含以下複合堆疊之複合結構125：- 載體基板105，其係自於確定波長(表示為λ)下至少部分透明之材料形成；- 欲分離之層115；及- 分離層110，其插入載體基板105與欲分離之層115之間。
    可藉由任何適宜沈積技術(例如基於PECVD或LPCVD沈積)或任何其他適宜層形成技術產生分離層110及欲分離之層115。亦可構想藉由黏合裝配該等層中之至少一者。
    可藉由以剝落作用分離分離層110自載體基板105剝離層115。應注意，可在實施以剝落作用分離方法之前使複合結構125經受互補技術步驟。視情況在層115之後面上實施技術步驟(形成組件等)後，具體而言可在層115(例如最終基板)之暴露面上形成或裝配一或多個層。
    在此處闡述之實例中，另外在欲分離之層115之暴露面上(即，在接觸分離層110之側相對側之面上)形成(例如藉由黏合或沈積)最終基板120。
    根據本發明之分離方法，將電磁輻射以束形式施加至複合結構125之載體基板105上。申請者已令人驚奇地觀察到，可藉由影響投影於載體基板105上之束之傾斜實質上改良施加至複合結構125之以剝落作用分離之方法的效率。
    在輻照步驟期間，入射束122a及124a以分別表示為θ1及θ2之入射角(相對於表面104成直角界定)到達載體基板105之表面104(分別參照圖3A及3B)。
    入射束122a及124a具有載體基板105至少部分透明之波長λ。於此波長下，基板105之透射率為至少10%，且較佳大於或等於50%。然而，可藉由增加輻照步驟期間所施加束之能量的量(例如藉由聚焦該束)補償低透射率。
    應注意，載體基板及每一形成複合結構125之層可由兩個或更多個子層組成。具體而言，分離層110可包含第一所謂加熱子層(例如由二氧化矽組成)及第二所謂剝落作用子層(例如由Si3N4組成)。加熱子層之功能係在輻照效應下誘發加熱。剝落作用子層之功能係導致在自加熱子層透射之加熱能量效應下(藉由熱傳導)以剝落作用分離分離層110。剝落作用子層適於在輻照期間在由加熱子層誘發之加熱效應下分解或弱化。
    在一變化形式中，分離層110包含至少一個同時滿足加熱及剝落作用功能之子層。
    至於遇到半吸收劑介質之任何光線，光束122a(及分別124a)之一部分(未顯示)由載體基板105之暴露表面104反射，而束之一部分122b(及分別124b)透射至載體基板105中。在其穿過載體基板105之厚度期間，透射束122b(及分別124b)之一部分經吸收且剩餘部分到達載體基板105與分離層110間之界面106。界面8再次發揮光學折光件作用，從而使束122b(及分別124b)以反射束122c(及分別124c)形式部分經反射。反射束122c(及分別124c)再次遇到上表面104並產生載體基板105內之內部反射的新過程。
    傳統上，當實施以剝落作用之分離方法時，將入射束相對於表面成直角以極小入射角θ施加至複合結構之表面上。作為一般規則，束垂直投射至載體基板表面上。然而，為了在載體基板105之厚度中存在光學干涉，需要由界面106反射之束能夠與透射至基板105中之入射束相互作用。申請者已觀察到，藉由相對於載體基板105之表面104使入射束足夠傾斜，可減少或完全消除光學干涉，光學干涉會造成在輻照步驟期間實際投射至分離層之能量的變化及/限制的問題。
    根據本發明，施加入射束至載體基板上之入射角θ應使得：θ θ min，臨限值θmin係以如下方式界定： 其中n1及n0分別係載體基板105之折射率及接觸載體基板之外部介質130之折射率，該光線(或束)來自該外部介質，S係光線之寬度(或「斑點」之大小)且h係載體基板之厚度。
    在圖3A中顯示之第一實例中，施加入射束122a之入射角θ1應使得θ1<θmin。在此實例中，透射束122b及反射束122c幾乎完全重疊，從而使得其可貫穿載體基板105之整個厚度相互作用。因此，在分離方法之輻照步驟期間，易於出現顯著光學干涉。
    在圖3B之情形下，相反，使入射束124a傾斜，以使入射角θ2滿足條件θ2 θmin。在此情形下，分別由束124a及124c在暴露表面104上形成之入射表面144a及144c未疊加。同樣，由束124b及124d在界面106上形成之入射表面144b及144d未疊加。
    根據本發明之光線之傾斜有利地使得可在以剝落作用之分離方法期間限制或避免在載體基板之厚度中所涉及各種光束(即束124b、124c、124d及所有隨後內部反射)間的光線相互作用。
    因此，本發明方法使得可減少或甚至防止載體基板內入射光線與反射光線間之任何光學干涉。此光學干涉之減少或消除有利地使得可減少以剝落作用之分離方法期間實際透射至分離層110之能量隨載體基板105厚度變化之變化。本發明另外使得可使實際上透射至分離層110中之能量的量最大化。
    由此大幅改良載體基板105與欲分離之層115之間以剝落作用之分離的品質及重現性。本發明使得尤其可對複合結構實施以剝落作用之分離，該等複合結構具有不同於常用組成之組成且對光學干擾尤其敏感。
    如參照複合結構25所指示，由束124a誘發之分離未必導致分離層110中之剝離或實際分離，而是可僅導致分離層110之材料弱化，此需要隨後施加額外能量(例如，呈機械力形式)以在載體基板105與層115之間獲得實際剝離。
    在完全分離基板105與層115後，出於形成新複合結構之目的，可再循環載體基板105。
    在第一實例中，假定：- 載體基板105由矽組成，光學指數n1=3.42且厚度h=775 μm，- 分離層110由二氧化矽組成，- 入射束之波長λ係9.3 μm，- 於其中放置複合結構125之外部介質130係空氣，其折射率n0應使得n0=1，且- 束之寬度S應使得S=120 μm。
    隨後獲得臨限值θmin=17.9177°，即約18°。
    在此情形下，分離方法可(例如)經組態以使θ2=18°、19°或20°。
    在第二實例中，假定：- 載體基板105由藍寶石組成，光學指數n1=1.87且厚度h=430 μm，- 分離層110包含由二氧化矽組成之加熱子層及由Si3N4組成之剝落作用子層，- 入射束之波長λ係9.3 μm，- 於其中放置複合結構125之外部介質130係空氣，其折射率n0應使得n0=1，且- 入射束之寬度係S=120 μm。
    則獲得臨限值θmin=83°。然而，若入射束124a之入射角θ2滿足條件θ2θmin，則角θ2超過稱作布魯斯特角(即入射束124a之所有光強度均由載體基板105之表面104反射之最大角限值)之角限值。布魯斯特角係以如下方式界定：
    在上述第二實例(載體基板由藍寶石組成)中，布魯斯特角θB係62°。因此，遇到以下情況：θmin>θB。
    因此，在此特定情形下，可設定入射角θ以使θ θ min且θ<θB。換言之，在此實例中，可藉由影響束之入射角克服光學干涉。然而可設定入射角以便輕微小於θB(例如約60°)，以盡可能減少載體基板中之光學干涉程度。
    在本發明之一特定實施例中，因此，光束之入射角θ滿足以下條件：θ<θB。此實施例使得可使輻照步驟期間實際上透射至分離層中之光能量最大化。然而，如上文所指示，僅若θmin<θB時此實施例係可行的。
    5‧‧‧載體基板
    5a‧‧‧上表面
    8‧‧‧界面
    10‧‧‧分離層
    12‧‧‧界面
    15‧‧‧層
    20‧‧‧電磁輻射
    22a‧‧‧入射光線
    22b‧‧‧透射光線
    22c‧‧‧光線
    22d‧‧‧反射光線
    22e‧‧‧光線
    25‧‧‧複合結構
    104‧‧‧表面
    105‧‧‧載體基板
    106‧‧‧界面
    110‧‧‧分離層
    115‧‧‧層
    120‧‧‧最終基板
    122a‧‧‧入射束
    122b‧‧‧透射束
    122c‧‧‧反射束
    124a‧‧‧入射光線
    124b‧‧‧透射束
    124c‧‧‧反射束
    124d‧‧‧束
    125‧‧‧複合結構
    130‧‧‧外部介質
    144a‧‧‧入射表面
    144b‧‧‧入射表面
    144c‧‧‧入射表面
    144d‧‧‧入射表面
    圖1示意性代表製造複合結構之已知方法以及施加至該結構之以剝落作用分離的方法；圖2示意性圖解說明在複合結構之載體基板中產生光學干涉之機制；及圖3A及3B示意性代表根據本發明一特定實施例施加至複合結構之以剝落作用分離的方法。
    104‧‧‧表面
    105‧‧‧載體基板
    106‧‧‧界面
    110‧‧‧分離層
    115‧‧‧層
    120‧‧‧最終基板
    124a‧‧‧入射光線
    124b‧‧‧束
    124c‧‧‧反射束
    124d‧‧‧束
    125‧‧‧複合結構
    130‧‧‧外部介質
    144a‧‧‧入射表面
    144b‧‧‧入射表面
    144c‧‧‧入射表面
    144d‧‧‧入射表面
    权利要求:
    Claims (3)
    [1] 一種自複合結構(125)分離層之方法，該複合結構包含自至少以下形成之複合堆疊：載體基板(105)，其係自於確定波長下至少部分透明之材料形成；欲分離之層(115)；及分離層(110)，其插入該載體基板與該欲分離之層之間，該方法包含借助該確定波長下之至少一個入射光線(122a，124a)穿過該載體基板輻照該分離層，以藉由該分離層之剝落作用誘發弱化或分離，該方法之特徵在於，使該入射光線傾斜以便形成入射角θ，從而使得θ θ min，其中，其中n1及n0分別係該載體基板(105)之折射率及接觸該載體基板之外部介質(130)之折射率，該光線來自該外部介質，S係該光線之寬度且h係該載體基板之厚度。
    [2] 如請求項1之分離方法，其中θ θ max，θmax應使得：
    [3] 如請求項1或2之分離方法，其中該載體基板由矽組成且該分離層由二氧化矽組成。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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