對多層晶片的環圈的預防性處理工藝的制作方法

專利名稱：對多層晶片的環圈的預防性處理工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及對多層晶片的環圈(ring of a multilayer wafer)的處理工藝(treatment process)，該多層晶片通過層轉移(layer transfer)制成并包含選自半導體的材料。
本發明還涉及相關的多層晶片。
背景技術：
轉移層以從選自半導體材料的材料來制備多層結構的工藝是公知的。
這種類型的工藝包括下述主要步驟-在施主襯底的厚度(thickness of a donor substrate)內生成弱化區(weakening zone)，可能與所述施主襯底表面上的不同層的生成有關，-鍵合施主襯底和接收襯底，-在弱化區處分離。
在該分離之后，施主襯底的至少一層被轉移到接收襯底上。
這種類型的工藝形成了例如可以是SOI(Silicon On Insulator，絕緣體上硅)類型的晶片。
還可以將它們用于制備任何類型的多層晶片。
并且，所獲得的晶片可具有一個或幾個中間層(intermediate layers)，該中間層在最終晶片的表層(surface layer)與對應于接收襯底的基層(base layer)之間。
由此，SOI具有在接收襯底和表層之間的中間絕緣層(例如由SiO2構成)，該接收襯底和表層是由硅構成的。
這種轉移工藝的一個例子是SMARTCUT(R)工藝，對這種類型的工藝的描述給出在Jean-Pierre Colinge的“絕緣體上硅技術VSLI材料，第二版(Silicon-On-Insulator TechnologyMaterials to VSLI，2ndEdition)”一書中，“Kluwer Academic Publishers”出版，第50和51頁。
這種類型的工藝可以用于生成如上所述的多層晶片。
它還可以用于生成具有極薄表層的晶片，具有幾微米或更小的級別(order)的厚度。
要注意的是，在分離步驟期間的層轉移伴隨著在所形成的晶片周圍生成近似環狀的外圍肩狀物(approximately annular peripheral shoulder)是可能的。
這種類型的肩狀物目前被稱作環圈。
已觀察到，在SMARTCUT(R)類型的工藝的框架中所進行的分離可由此產生環圈。
在圖1中示意了這種類型的環圈。
該圖顯示了SOI類型的晶片10的邊緣。
晶片10包括由單晶硅構成的表層101(其通常對應于所謂的晶片有用層)，該由單晶硅構成的表層101重疊了SiO2層102。
這兩個層101和102被鍵合到對應于接觸襯底的層103。例如，層103可由多晶硅構成。
層102對應于中間層，也就是，插入在晶片的表層101和它的基層103之間的層。
在該圖中可以看見環圈110。
該環圈圍繞晶片10的整個外圍而延伸。這是從弱化的施主襯底來分離層101和102的步驟的結果。
該圖還顯示了中間層102在它的外圍邊緣1020是暴露的。
將會看出，中間層102的外圍帶(peripheral belt)的暴露可具有負面效果。
更準確地，在產生圖1所示結果的分離步驟之后，通常對這種類型的晶片施加補充處理(complementary treatments)。
這種類型的補充處理的一個目的是改善晶片的表面狀況(尤其是減小表面粗糙度)或改變一個或多個層的晶體結構，或者增強晶片的層之間的鍵合。
這種類型的處理可涉及晶片的化學侵蝕(chemical attack)和/或熱處理。
例如，它可包括“stabox”步驟。
注意，按照本文的慣例，形成在晶片上的“stabox”步驟對應于下面的系列操作·晶片表面的氧化——該操作意欲在晶片表面上沉積氧化物層，該氧化物層在下一步熱處理操作期間保護該表面，
·鍵合界面的穩定熱處理(stabilisation heat treatment)——例如，通過在1100℃級別的溫度下退火，·沉積在晶片表面上的氧化物的還原——例如，通過在HF蝕刻類型的溶液中的化學侵蝕，該HF蝕刻類型的溶液具有濃度為10到20％的HF溶液。
已發現，當在如圖1所示的SOI晶片上進行“stabox”類型的步驟時，晶片的中間層102被圍繞其外圍而侵蝕。
在圖2中示意了這種效應。
該圖顯示，層102已受到朝著晶片的中心(在圖2所示的情況中朝著右邊)而去除材料的影響。
材料的這種去除是對在層102周圍的外圍帶的侵蝕的結果，如前所述，該外圍帶是通過用于還原操作的蝕刻溶液而暴露的。
圖2還顯示了由于中間層的縮進而導致表層101伸出于該中間層之外，因為它的側邊緣超出了中間層的邊緣。
這種外伸構造(overhanging configuration)可能是有害的。
尤其是，由此而外伸的層101的部分1010可能會倒塌和/或斷裂。
這本身是一種缺陷。
如果該部分1010的一塊(a piece of this portion 1010)被分離了，那么這一塊也會形成對晶片的可能污染。
于是，這種被分離的塊可被沉積在晶片的其中一個面上并損害它的表面狀況(例如，通過劃傷它或者保持附著于它)。
根據本發明的晶片旨在用于電子學、微電子學和光電子學，并且必須滿足極其嚴格的表面狀況規格。
因此，將會理解的是，圖2中所示的外伸構造是一種缺陷。
還可看出的是，圖2示意了“stabox”步驟的額外效應。
該圖實際上表示了層101和102的彎曲(curvature)，這些晶片的邊緣被抬高了并與基層103相分離。
該彎曲由此對應于晶片所經受的“stabox”步驟的額外效應，中間層縮進和產生外伸的不同效應(distinct effect)。
該額外效應是施加于晶片的不同層的熱應力的結果，尤其是在晶片表面的氧化熱處理期間。
晶片中的不同層并不具有相同的熱膨脹系數，并且當它們暴露于較高的熱預算(thermal budget)時并不以相同的方式而表現。
該額外效應由此導致層102和103在層102邊緣處的部分分離。
還將注意到的是，在同一個氧化熱處理期間，由于該分離而導致的在層102和103之間的空余空間被新的氧化物1021部分填充。
然而，將會注意到的是，該額外效應不是本發明所要解決問題的主要缺陷。
本發明旨在解決的缺陷涉及中間層102的收縮。
正如我們在上面已看到的，該缺陷可能是對晶片化學侵蝕的結果。
它還可能是對在中間層周圍的外圍帶的不同類型侵蝕的結果，該在中間層周圍的外圍帶對該侵蝕是敏感的。
由此可觀察到在SOI氧化物的中間層所暴露的外圍周圍的侵蝕，如果該晶片已經受過長期的高溫熱處理，例如在批量處理晶片的爐子中。
還可能期望在晶片上進行這樣的熱處理，例如，以改變它們的一些層的晶體結構，或者減小晶片的表面粗糙度。
這種類型的長期的高溫熱處理通常在氫和/或氬的氣氛中進行。
注意，在本文中，“高溫”意味著超過950℃的級別的溫度。
還應注意，“長期”意味著熱處理所進行的持續時間大于幾分鐘。
引入如上所述缺陷的處理的另一個例子是在完成第一次“stabox”步驟并在晶片上拋光之后進行“stabox”步驟(例如在SOI類型的晶片上)的情形。
文獻WO 01/15218披露了這種處理的非限定性例子。
該文獻描述了對SOI類型的晶片的表面處理，涉及一系列的stabox/拋光/stabox類型的步驟。
圖3a示意了在其上進行了第一次stabox步驟的SOI。
在該圖中將看到，在拋光之后，層101和102的邊緣形成了陡峭的斜面(steep bevel)。
并且，在該情形中的該斜面形狀進一步暴露出中間層102；該暴露甚至大于圖1中所示的情形。
圖3b顯示了同一個SOI，在第一次stabox步驟之后，在其上進行了拋光步驟和隨后的第二次stabox步驟。
該圖顯示，這些新的步驟已改變了斜面形狀。
但是中間層102仍然是暴露的，并且因此仍然會受到施加給晶片的后續處理的侵蝕。
因此，清楚的是，施加給多層晶片的處理(尤其是化學處理，和/或長期的高溫熱處理)會引入缺陷，對于該多層晶片，中間層圍繞其外圍邊緣是暴露的。
本發明的目的是克服這些缺陷。

發明內容
為了達到該目的，本發明提出了一種用于處理多層晶片的環圈的工藝，該多層晶片通過層轉移制成并包含選自半導體材料的材料，所述晶片至少包括在表面區(superficial region)和基層之間的中間層，其特征在于，所述工藝包括對晶片快速熱退火(rapid thermal annealing)，以通過晶片表面的所述表面區的層而造成對所述中間層的外圍邊緣的重疊和封裝(overlapping andencapsulation)，由此在晶片的后續處理步驟期間預防對晶片所述中間層的外圍部分的侵蝕。
以下是這種工藝的優選的但非限定性的方面·在晶片的轉移之后立即進行快速熱退火，·在額外處理步驟之后進行快速熱退火，該額外處理步驟在晶片的轉移和所述快速熱退火之間，·在1200℃級別的溫度下進行快速熱退火，·進行快速熱退火的持續時間少于3分鐘，·在氫和/或氬的氣氛中進行快速熱退火，·晶片是SOI，·使用SMARTCUT(R)類型的工藝來進行轉移，·對晶片的所述后續處理步驟包括化學侵蝕，或長期的高溫熱處理。
本發明還提出了由上述工藝所獲得的相關晶片(associated wafer)。


在參照附圖而閱讀了下述說明之后，本發明的其它方面、目的和優點將變得更清楚，在附圖中，除了已參照現有技術而評論過的圖1、2、3a和3b之外·圖4是從SOI晶片邊緣的掃描電子顯微鏡而得到的圖，該SOI晶片邊緣是根據本發明的第一實施例而處理的，以及·圖5是SOI晶片邊緣的相似的圖，該SOI晶片邊緣是根據本發明的第二實施例而處理的(在該情形中，邊緣代表“右”邊緣，而晶片的“左”邊緣顯示在另一個圖中)。
具體實施例方式
注意，作為本說明的開端，本發明可適用的晶片可以是SOI晶片。
它還可以是滿足下述兩個條件的任意類型的多層晶片·使用轉移方法(例如SMARTCUT(R)類型的工藝)而得到該晶片，以及·晶片的至少一個中間層是橫向(laterally)暴露的，并且可被后續處理(例如化學侵蝕或長期的高溫熱處理)圍繞其外圍而侵蝕，如果該中間層的外圍是暴露的。
因此，根據本發明的工藝的出發點是典型地包含如圖1所示的環圈的晶片。
根據本發明，為了通過晶片的表面區上的層而重疊并隨后封裝暴露的中間層的外圍邊緣，在這種類型的晶片上進行晶片的快速熱退火。
使用了快速熱退火(Rapid Thermal Annealing，RTA)類型的熱處理。為了簡便，在本文以下部分中該處理被稱為RTA。
就本文介紹中所描述的問題而言，申請人觀察到RTA在暴露的中間層中產生了十分有益的效果。
更準確地，RTA可使晶片的表層“下降(drop off)”(實際上，圖1中的層101對應于SOI晶片情形中的單晶硅層)。
并且，該表層也重疊并封裝了前面暴露出的中間層(圖1中的層102)的外圍。
這種重疊和封裝效果示意在圖4中。
圖4示意了在暴露于stabox步驟之后在其上進行了RTA的SOI晶片的情形。
使stabox步驟在RTA之前的事實穩定了在接收襯底(層103)和施主襯底(層101和102)之間的鍵合界面。
在圖4中可看到，中間層102完全被表層101封裝了。由此保護了層102不會受到可能施加到晶片的后續熱處理的影響。
在高溫下進行短時間的RTA。
在處理SOI晶片的情形中，可以在1200℃級別的溫度下進行少于3分鐘的處理。
在氫和/或氬的氣氛中進行該RTA。
還可以在已經分離了晶片之后立即進行RTA。
在這種情形中，在層103和晶片其余部分之間的鍵合界面沒有通過熱處理而穩定。
但是，由申請人進行的測試已表明，還可使用該實施例來獲得中間層的重疊和封裝效果，而不會使該鍵合界面退化。
圖5是本發明的這一實施例的示意。
再次可見，表層101重疊并封裝了中間層102，由此保護了該中間層102不受后續處理的影響。
還可以看出，RTA沒有使層102和103之間的鍵合界面退化。
由此，可在已分離晶片之后立即使用RTA，或在后續步驟期間使用RTA。
尤其地，已看到可在stabox步驟之后進行RTA(參見圖4)。
通常，在前面的步驟期間使用該RTA是保護中間層不受到可能施加到晶片的后續熱處理步驟的影響的手段。
注意，本發明所涉及的晶片并不限于SOI晶片。
根據本發明，可以重疊并封裝晶片中的幾個中間層，而不是一個層。
通常，本發明的使用導致了層對晶片表面區的重疊和封裝。尤其地，該層可以是晶片的表層，如上面所示意并評論的例子所示。
注意，在本發明的所有實施例中，RTA保護了晶片的中間層，所以然后可給該晶片施加如本文開頭所提及的處理。
尤其地，根據本發明而處理的晶片可經受長期的高溫熱處理，而如果不使用本發明，這種類型的處理將會使中間層退化。
然而，要注意，在這種情形中，不應當在根據本發明的RTA和長期的高溫熱處理之間進行拋光步驟(可能是CMP)。
該拋光步驟至少會部分地破壞通過本發明而施加到中間層的保護，致使長期的高溫熱處理會使中間層退化。
權利要求
1.一種用于處理多層晶片的環圈的工藝，所述多層晶片通過層轉移制成并包含選自半導體材料的材料，所述晶片至少包括在表面區和基層之間的中間層，其特征在于，所述工藝包括對晶片快速熱退火，以通過晶片表面的所述表面區的層而造成對所述中間層的外圍邊緣的重疊和封裝，由此在晶片的后續處理步驟期間預防對晶片所述中間層的外圍部分的侵蝕。
2.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，在晶片的轉移之后立即進行所述快速熱退火。
3.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，在額外處理步驟之后進行所述快速熱退火，所述額外處理步驟在晶片的轉移和所述快速熱退火之間。
4.如上述權利要求之一所述的工藝，其特征在于，在1200℃級別的溫度下進行所述快速熱退火。
5.如上述權利要求之一所述的工藝，其特征在于，進行所述快速熱退火的持續時間少于3分鐘。
6.如上述權利要求之一所述的工藝，其特征在于，在氫和/或氬的氣氛中進行所述快速熱退火。
7.如上述權利要求之一所述的工藝，其特征在于，所述晶片是SOI。
8.如上述權利要求之一所述的工藝，其特征在于，使用SMARTCUT(R)類型的工藝來進行所述轉移。
9.如上述權利要求之一所述的工藝，其特征在于，所述晶片的后續處理步驟包括化學侵蝕，或長期的高溫熱處理。
10.一種通過層轉移制成的、并包含選自半導體材料的材料的多層晶片，所述晶片至少包括被表面區(101)所覆蓋的中間層，其特征在于，所述晶片的表面區的層重疊并封裝了所述晶片的至少一個中間層(102)的外圍邊緣。
11.如前一權利要求所述的晶片，其特征在于，所述表面區的層(101)重疊并封裝了所述晶片的幾個中間層。
全文摘要
本發明涉及一種用于處理多層晶片的環圈的工藝，該多層晶片通過層轉移制成并包含選自半導體材料的材料，所述晶片至少包括在表面區和基層之間的中間層，其特征在于，所述工藝包括對晶片快速熱退火，以通過晶片表面的所述表面區的層而造成對所述中間層的外圍邊緣的重疊和封裝，由此在晶片的后續處理步驟期間預防對晶片所述中間層的外圍部分的侵蝕。本發明還涉及相關的多層晶片。
文檔編號H01L21/762GK1757097SQ200480005965
公開日2006年4月5日 申請日期2004年3月1日 優先權日2003年3月4日
發明者E·內雷, C·馬勒維爾 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術公司