專利名稱：用于制造含微型元件的薄層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從位于基底上的薄層制造微型元件的方法、以及對該薄層/基底組合體進行加工的方法。
背景技術：
按照慣例，術語“薄層”是指其厚度通常在幾十埃到幾個微米之間的層體。本發(fā)明所涉及的基底可以是初始基底或中間基底，這些基底可以是“可拆分的”—即可與所述薄層分離開。
在現(xiàn)有技術中，希望能制造出可被集成到一些支撐體上的微型元件，此處的支撐體并非是那些用來制造該微型元件的支撐體，目前，這種需求在不斷地增長。
可被作為此類器件的實例而被提及的是塑料材料或柔性基底。本文中的“微型元件”是指任何在整體上或部分上經(jīng)過處理的電子器件、光電器件、或任何傳感器(例如任何化學、機械、熱學、生物學或生物化學傳感器)。
可采用層轉(zhuǎn)移法將這些微型元件集成到柔性支撐體上。
現(xiàn)有技術中，存在著很多其它的應用實例，在這些應用中，層轉(zhuǎn)移工藝適于將微型元件或?qū)芋w集成到支撐體上，而該支撐體卻不適于這些微型元件或?qū)芋w在先前的制造過程。按照相同的思路，當需要將某個帶有或不帶有微型元件的薄層與其初始基底分離開時(例如通過分開或去除初始基底的方法)，上述的那些層轉(zhuǎn)移工藝同樣是非常有用的。此外，基于同樣的思路，將薄層進行翻面、且將其轉(zhuǎn)移到另一支撐體上的組合方案為工程人員提供了可貴的自由度，使得他們能設計出從別處無法實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。薄膜可被進行分離和翻面，從而，例如可由此制出埋入式結(jié)構(gòu)—諸如用于動態(tài)隨機存儲器(DRAM)的埋入式電容，在DRAM中，不尋常之處在于，首先是將電容器制出，然后，在將電路的其余部分制在另一硅基底上之前，將電容器轉(zhuǎn)移到該新基底上。另一個實例涉及對雙柵極晶體管結(jié)構(gòu)的加工。利用常規(guī)的工藝將CMOS晶體管的第一柵極制在一基底上，然后將其轉(zhuǎn)移到一第二基底上，并進行翻面，以便于制出第二柵極，從而完成該晶體管的制造過程；因而，第一柵極就被埋入到了結(jié)構(gòu)中(例如可參見1995年出版的IEICE Trans.Electron.第E78-C卷中第360到第367頁刊登的“High-Speed and Low-Power n+-p+Double-Gate SOI CMOS”一文，該論文的作者為K.Suzuki，T.Tanaka，Y.Tosaka，H.Horie，以及T.Sugii)。
例如在如下文獻中所提到的那樣，在發(fā)光二極管(LED)領域出現(xiàn)了上述的需求即將薄膜與其最初的基底分隔開，這些文獻例如為1999年第12期第28卷Electronic Materials學報中第1409頁刊登的、由W.S.Wong等人撰寫的文章；以及1990年由I.Pollentier等人在SPIE學會刊物第1361卷第1056頁上發(fā)表的論文“Physical Concepts of Materials forNovel Optoelectronic Device Applications I”)。此處，其中的一個目的是改善對所發(fā)射光線進行選取時的控制。另一個目的涉及這樣的事實在該特定的應用實例中，用于執(zhí)行外延堆置的藍寶石基底在事后將是非常龐大的，其中的原因具體在于藍寶石基底的自然特性是電絕緣的，所以不能在其背面上制造電接觸件。因而，從目前看來，似乎希望能拋棄這種藍寶石基底，但在材料的生長階段，使用這種基底卻是有利的。
在其它一些應用領域內(nèi)—例如與電信技術和微波技術有關的領域內(nèi)，也遇到了同樣的情形。在此情況下，將微型元件在最后集成到具有高電阻率(通常情況下，至少應當為幾千歐·厘米)的支撐體上將是優(yōu)選的。但是，與通常采用的標準基底相比，以相同的成本不一定能獲得相同質(zhì)量的高電阻率基底。在使用硅材料的情況下，能制出直徑在200到300mm之間的標準電阻率硅晶片，但對于超過1千歐·厘米的電阻率，200mm直徑的圓晶片就已經(jīng)很不合適了，而要制造300mm直徑的晶片，則根本是不可能的。一種解決方案是先在普通的標準基底上加工出微型元件，然后，在最后的幾個步驟中，將帶著這些微型元件的薄層轉(zhuǎn)移到諸如玻璃、石英或藍寶石等絕緣基底上。
從技術的角度考慮，這種轉(zhuǎn)移操作的主要優(yōu)點在于可將從中制出微型元件的層體的性質(zhì)與作為最終支撐體的層體的性質(zhì)割裂開，在許多其它情況下，采用這樣的轉(zhuǎn)移操作也是有利的。
要提到另外一些此類情況—即便于加工微型元件的基底非常昂貴的情況。例如對于碳化硅的情況，這種基底具有最好的性能(較高的工作溫度、顯著提高的最大功率和使用頻率、以及如此等等優(yōu)點)，但其成本相比于硅基底卻是非常高的，如果將高成本基底(此處為碳化硅)的一個薄層轉(zhuǎn)移到低成本基底(此處為硅)上，并回收高成本基底的殘余部分，以便于重復利用(可能要經(jīng)過翻新處理之后)，則這樣的技術措施將是有利的。該轉(zhuǎn)移操作可以在加工微型元件的步驟之前、之中或之后進行。
在某些技術領域內(nèi)，為了最終的應用，很重要的是要獲得薄的基底，對于所有的這些領域，上述的工藝也是非常有用的。尤其要提到用于電力電源的應用場合，原因在于這類應用要涉及到散熱的問題(在基底厚度減薄的情況下，這一問題可得以改善)；或者是由于電流必須要時常穿過基底的厚度，則將導致電能的損耗，而損耗大致上與電流的穿越厚度成比例。還要提到微芯片卡的應用環(huán)境，在該應用條件下，對薄基底的需求是來自于柔曲性的考慮。類似地，還要提到用來制造三維電路和堆疊式電路結(jié)構(gòu)的應用領域。
對于所有這些應用場合(上文舉例提到的那些領域)，對電路的加工是在厚基底或標準厚度基底上進行的，這樣作的優(yōu)點在于首先，對各個工藝步驟具有良好的機械耐受度；其次，符合在某些類型的制造設備上加工這些電路所涉及到的標準要求。因而，在最終的應用之前，必須要執(zhí)行一個薄化操作。
可利用多種工藝來將層體從某一支撐體上轉(zhuǎn)移到另一支撐體上。例如可采用1985年期IEDM會刊中第688頁刊登的、由T.Hamaguchi等人發(fā)表的工藝。盡管這些工藝由于能將一層體從一種基底轉(zhuǎn)移到另一基底上而具有很大的優(yōu)勢，但這些工藝必定要消耗掉基礎基底(在執(zhí)行處理的過程中，該基底被破壞掉)，且無法均勻地對薄層進行轉(zhuǎn)移—除非設置一阻擋層—即在基底的材料中形成一非同質(zhì)層。
對于現(xiàn)有技術中那些在轉(zhuǎn)移之后還回收薄膜的轉(zhuǎn)移方法，還可以采用這樣的方法對含有(或不含有)所有或部分微型元件的薄層執(zhí)行轉(zhuǎn)移。某些此類方法的實現(xiàn)是基于這樣的操作通過在材料中引入一種或多種氣態(tài)物質(zhì)而形成一個稀薄的埋入層。在這一方面，可參見專利文件US-A-5374564(或EP-A-533551)、US-A-6020252(或EP-A-807970)、FR-A-2767416(或EP-A-1010198)、FR-A-2748850(或EP-A-902843)、或FR-A-2773261(或EP-A-963598)，這些文獻描述了這些方法。使用這些方法的目的通常是從一原始基底上分離下一塊完整的薄膜，以便于將該薄膜轉(zhuǎn)移到一支撐體上。從而，這樣制得的薄膜會包含一部分原始基底。這些薄膜可被用作加工電子或光學微型元件所用的有效層。
尤其是，這些方法使基底在被分離之后能被重復使用，且在每次工作循環(huán)的過程中，只消耗掉非常少的基底材料。通常情況下，材料的去除厚度只有幾個微米，而基底的厚度一般為幾百微米。這樣就可獲得一種基底，其類似于可借助于機械應力來進行“拆分”的基底(即可分離基底)，尤其在專利文件US-A-6020252(或EP-A-807970)所描述的方法中就獲得了這樣的基底。這種特定的方法基于這樣的操作通過注入工藝而形成一個稀薄的埋入?yún)^(qū)域，在最終的轉(zhuǎn)移過程中，在該埋入?yún)^(qū)域內(nèi)執(zhí)行切割。
其它基于隆起原理的方法也能將一薄層與其原始支撐體的其余部分分離開，且也不必對原始支撐體造成消耗。這樣的方法一般采用化學蝕刻工藝來選擇性地蝕刻掉一中間埋入層—可能的話還與機械力有關。這種類型的方法被廣泛地用于將III-V型元件轉(zhuǎn)移到不同的支撐體(可參見1991年第12期第3卷IEEE學報“光子科技”上1123頁刊登的、由C.Camperi等人發(fā)表的文章)。如在由P.Demeester等人在1993年8月期“半導體科學技術”第1124到1135頁所發(fā)表論文中進行解釋的那樣轉(zhuǎn)移操作一般是在晶體的取向外延步驟之后執(zhí)行的，且可在微型元件的加工操作之前或之后進行(這兩種情況分別被稱為預處理或事后處理)。
在采用(預先存在的)埋入層的方法中，要提到ELTRAN工藝(參見第07302889號日本專利公報)，其中的埋入層在機械性能方面要弱于基底的其余部分，從而可在該埋入層處獲得局部的離析。在此情況下，可通過形成一多孔硅區(qū)域而對單晶硅基的堆疊結(jié)構(gòu)作局部弱化處理。另一種類似的情況采用了這樣的方式在硅絕緣體(SOI)結(jié)構(gòu)的條件下埋入了氧化物，但后者的情況更為常用(也就是說，即使是在不追求達到任何特定可拆分效果的情況下執(zhí)行處理也是如此)。如果該結(jié)構(gòu)體被與另一基底粘合得足夠牢固，且向該結(jié)構(gòu)施加一個很高的應力，則就能獲得局部開裂的效果—優(yōu)先出現(xiàn)在氧化物中，從而導致整個基底都出現(xiàn)裂口。在1995年第1/2期第49卷PHILIPS Journal of Research的第53到55頁上就刊登了這種工藝的一種實例。但不幸的是，這種開裂形式很難加以控制，且必須要施加很高的機械應力，而這樣作也不能排除基底發(fā)生斷裂或微型元件遭到損壞的風險。
這種弱埋入層方法的優(yōu)點在于能對厚度范圍在幾十埃()到幾微米(μm)的晶體材料(Si、SiC、InP、AsGa、LiNbO3、LiTaO3等)基的層體進行處理，且具有很好的均質(zhì)性。更大的厚度也是可以實現(xiàn)的。
基于制出可拆分基底的方式來對層體(帶有或不帶有微型元件)進行轉(zhuǎn)移的工藝會遇到這樣的問題如果在進行分離之前所執(zhí)行的那些處理過于劇烈，則就會在不希望分離時發(fā)生分層現(xiàn)象，其中，可拆分基底是通過形成一中間層或弱化界面(不論該弱化界面是通過注入氣態(tài)物質(zhì)、形成一多孔區(qū)、或其它的措施而獲得的)而制成的。
本發(fā)明的一個目的是將如下兩方面要求可靠地結(jié)合起來必須能在需要的時候容易地分離開；如果必要的話，必須能承受制造所有或部分電子、光學微型元件或傳感器所必需施加的機械處理或熱處理，或者能耐受取向外延步驟，但卻不會造成早期分離或分層。
本發(fā)明更為全面的一個目的是提供一種組合體，該組合體是由一基底以及位于其上的一個薄層組成的，薄層通過一中間層或一機械強度易于進行控制的界面與所述基底連接起來。
按照專利文件FR2748851中的內(nèi)容，可通過引入一種氣態(tài)物質(zhì)(例如氫氣)而制出上述類型的可拆分基底。必須對注入劑量進行選擇，以便于使加溫退火操作不會導致表面出現(xiàn)任何變形或剝落。根據(jù)誘發(fā)表面層與基底其余部分發(fā)生分離所能施加的機械力和/或所采用的工具，可能會發(fā)現(xiàn)在注入?yún)^(qū)內(nèi)達到的弱化作用是不夠的。因而，對注入?yún)^(qū)進一步地進行弱化將是有益的。
文件FR2773261中所描述的方法也制出了一種可拆分的基底，這要歸因于設置了一夾雜物埋入層，該埋入層被作為基底中的陷獲層。在經(jīng)過各種處理(例如加工電子微型元件)之后，這樣的設計可將足夠量的氣態(tài)物質(zhì)保持在局部位置—優(yōu)選為保持在陷獲層中，其中的氣態(tài)物質(zhì)將有助于在最終將由夾雜物區(qū)域界分開的薄表面層與基底表面分離開。該分離步驟可包括熱處理和/或向結(jié)構(gòu)施加機械應力的操作。
采用該工藝要遇到一些限制條件，尤其是在這一方面在制出全部或部分微型元件之后，要再次將氣態(tài)物質(zhì)導入到表面層中，在對某些類型的微型元件進行處理時，這樣作是所不希望的。
在第0006909號法國專利申請所公開的方法中，引入可控劑量的注入物質(zhì)首先會削弱埋入?yún)^(qū)(或甚至將其過度弱化)，其次，在后來會將氣體排出，以便于能在溫度升高時限制壓力的作用效應。因而，在高溫環(huán)境下的工藝步驟中，表面不會出現(xiàn)任何變形或剝落。上述的工藝方法要求嚴格控制注入條件(劑量、溫度等)。因而，如果能放寬對工藝允許窗口(technology window)的限制條件，則將是有益的。
專利文件FR 2758907提出這樣的方案在基底表面層中加工出微型元件之后，在局部位置引入氣態(tài)物質(zhì)。引入這些物質(zhì)會導致一不連續(xù)的、微孔隙結(jié)構(gòu)的埋入層的出現(xiàn)，在將處理后的基底固接到一支撐基底上之后，埋入層將有助于引發(fā)開裂。這樣，在執(zhí)行完制造微型元件的各個工藝步驟之后，基底就被削弱了。取決于所針對的應用場合，要被掩模的區(qū)域(其對應于微型元件的有效區(qū)域)的可實現(xiàn)尺寸已被證明成為了一個限制條件。舉例來講，這種工藝難于用在微型元件的尺寸在幾十微米到幾百微米的條件下。另外，根據(jù)所采用的微型元件制造工藝的不同，有效層—即含有微型元件的層體的厚度可以是幾個微米。此條件下，在很大深度處引入氣態(tài)物質(zhì)(利用專用的注入器或催速器)、且利用掩蔽方式對有效區(qū)施加足夠保護的操作就將變得困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了消除上述的各種缺陷，本發(fā)明提出了一種方法，其借助于一個基底來制造含微型元件的薄層，所述方法的顯著之處在于其為了每個層體而尤其包括如下的步驟a)依照基底表面上形成的多個注入?yún)^(qū)，將至少一種氣態(tài)物質(zhì)局部地注入到所述基底中，通過適當?shù)剡x擇注入深度和所述注入?yún)^(qū)的幾何形狀，防止基底的這一表面在步驟b)過程中發(fā)生退化；b)在由注入深度限定的基底表面層中加工微型元件；以及c)將基底分離成兩個部分，其中一個部分包括所述表面層，該表面層中含有所述微型元件，另一部分則包括基底的剩余部分。
文中的詞語“退化”意味著可影響步驟b)正確執(zhí)行的任何表面變形(例如以起泡的形式變形)或表面層的任何剝落。
因而，根據(jù)本發(fā)明，存在一些受到保護而免被注入的區(qū)域、以及一些受到所述氣態(tài)物質(zhì)注入的區(qū)域，這些注入?yún)^(qū)的形狀、尺寸和分布被選擇為可防止基底表面在對微型元件執(zhí)行加工的步驟中發(fā)生的變形超過一定幅度—即幾十埃。因而，本發(fā)明的方法特別考慮到了表面層(其可以是由幾個材料層組成的疊層結(jié)構(gòu))的剛度、注入條件、后續(xù)的處理過程、直到對所述薄層的分離。
根據(jù)本發(fā)明的方法形成了一種可拆分的基底，其包括被所出現(xiàn)的微孔隙或/和微裂紋弱化的埋入?yún)^(qū)(因而可在局部將表面層與基底的其余部分分離開)、以及尚未被弱化或僅被略微削弱的區(qū)域，從而使表面層能保持與基底的緊接關系。按照這樣的方式就能獲得一些局部區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)，由于存在微孔隙和/或微裂紋，所以表面層易于與基底相分離。
本發(fā)明一個重要的優(yōu)點在于對這些埋入弱化區(qū)在橫向上進行限制防止了表面層產(chǎn)生起泡或剝落形式的顯著變形。由于在限定區(qū)域內(nèi)的局部注入限制了微裂紋的橫向擴展，所以，相比于現(xiàn)有技術中的方法，本發(fā)明對注入劑量的工藝允許窗口也得以放寬。
另外，所制得的基底表面也與普通的工藝步驟相兼容，其中的工藝步驟例如為光刻法或微型元件的制造步驟。尤其是，所制得的弱化基底與高溫處理工藝相兼容，這些處理工藝例如為熱氧化或氣相/液相外延。
在已完成了上述的各個工藝步驟之后，在局部分隔開表面層與基底的那些區(qū)域?qū)⒃谠摫砻鎸优c基底之間產(chǎn)生很深的裂紋。
所述注入?yún)^(qū)可被方便地外露在一個置于基底表面上的掩模中。
所述氣態(tài)物質(zhì)例如可包括氫離子、或至少一種稀有氣體的離子、或這些離子的混合物。
應當指出的是根據(jù)本發(fā)明的制造方法可包括一個輔助步驟，其位于步驟a)之前，用于引入至少一種氣態(tài)物質(zhì)，該至少一次的輔助引入操作是在基底表面上不存在任何掩模的條件下執(zhí)行的。此處以及下文中，詞語“引入”是指離子注入等常規(guī)工藝，該工藝例如為熱活化擴散或等離子擴散。在步驟a)的注入操作之前被輔助引入步驟處理過的基底也被當作是應用了上文簡述的本發(fā)明方法的基底。
根據(jù)優(yōu)選的特征，可在步驟a)與步驟b)之間執(zhí)行在基底上不存在任何掩模條件下的該輔助引入操作。
由于作了上述的設置，可獲得一個埋入?yún)^(qū)，其界定了一個或多或少經(jīng)過弱化的表面層，弱化程度的不等是由于某些區(qū)域例如經(jīng)受了兩次注入，而另外一些區(qū)域則只經(jīng)受了一次注入。在這些注入過程中所引入離子的劑量可以是這樣的使得它們的總和對應于一平均劑量，在對基底的整個表面都進行注入的情況下，該平均劑量將會導致在熱處理后出現(xiàn)泡眼。必須要指出的是那些經(jīng)過了兩次注入的區(qū)域的形狀要能防止出現(xiàn)這些泡眼，因而可防止基底的表面出現(xiàn)退化。在將表面層與基底的其余部分分開的步驟(步驟c)中，該實施方式是尤其有利的，從而可利用應力更小的處理過程獲得該分離效果。
根據(jù)其它的優(yōu)選特征，根據(jù)本發(fā)明的制造方法包括一個步驟，該步驟在步驟b)之前或執(zhí)行過程中，在該步驟內(nèi)，注入?yún)^(qū)被過度弱化一例如通過適當?shù)臒崽幚砘蛲ㄟ^淀積能引發(fā)機械應力的特殊薄層。此處的“過度弱化”意味著這樣的狀態(tài)注入?yún)^(qū)變得更為脆弱，從而可降低在最終分離時所施加的應力。
由于這樣進行了設置，所以增大了注入?yún)^(qū)中由注入氣態(tài)物質(zhì)所帶來的結(jié)構(gòu)缺陷。通過正確地選擇注入?yún)^(qū)圖案的尺寸，可在這些區(qū)域內(nèi)達到很高的弱化閾值，且不會導致顯著的表面變形或剝落。
需要指出的是假如對溫度和時長順序作了精心的選擇，則對注入?yún)^(qū)執(zhí)行過度弱化的可選步驟可在微型元件的制造步驟中完全或部分地執(zhí)行。
按照另外一些優(yōu)選特征，根據(jù)本發(fā)明的制造方法包括一個輔助步驟，其位于步驟b)和步驟c)之間，該步驟中引入了至少一種氣態(tài)物質(zhì)。例如可借助于一掩模來執(zhí)行此引入至少一種氣態(tài)物質(zhì)的輔助步驟，其中的掩模限定了該至少一種氣態(tài)物質(zhì)的注入?yún)^(qū)。
由于作了這樣的設置，埋入層被弱化了，其目的在于能利于在后來將表面層與基底拆開。
可借助于熱處理和/或通過施加機械應力來完成該拆開操作(步驟c)。
本發(fā)明的另一方面涉及一種含微型元件的薄層，所述薄層的突出之處在于其是利用上文簡述的方法制得的。如果必要的話，該薄層可被轉(zhuǎn)移到一支撐體上，該支撐體可以是柔性的，也可以是剛性的。


在閱讀了下文對特定實施方式的詳細描述之后，可清楚地認識到本發(fā)明其它的方面和優(yōu)點，其中的實施方式被作為非限定性的實例。下文的描述是參照附圖進行的，在附圖中圖1中的示意圖表示了設置有掩蔽措施的基底；圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的層體制造方法的第一步驟；圖3中的示意圖表示了根據(jù)本發(fā)明的基底在被撤去掩模后的情形；圖4中的示意圖表示了在執(zhí)行完根據(jù)本發(fā)明的層體制造方法的第二步驟之后基底所處的狀態(tài)；圖5表示了將一微型元件單個地轉(zhuǎn)移到一支撐基底上的操作；圖6表示了將根據(jù)本發(fā)明的、含微型元件的一個層體轉(zhuǎn)移到一“搬運”支撐體上的操作；以及圖7表示了將一微型元件從一“搬運”支撐體上單個地轉(zhuǎn)移到最終支撐體上的操作。
具體實施例方式
下面將對依照本發(fā)明一實施方式的、制造一層體的主要步驟進行描述。
圖1表示了對基底1的初始準備處理。該準備處理包括通過制出一掩模2而限定出要被注入的區(qū)域，掩模2在基底1的表面上劃定了非掩蔽區(qū)域(這些區(qū)域在隨后將被執(zhí)行注入)和掩蔽區(qū)(這些區(qū)域不被注入)。
可通過用光刻法在基底1上敷設一樹脂層、或通過依次利用光刻步驟和蝕刻步驟在基底1上貼加任何其它的表面層(例如氧化物層)，而制出上述掩模。在注入步驟中，通過在基底1的表面上放置一個柵格，也同樣能很好地實現(xiàn)該掩蔽效果。該掩蔽柵格處于一隔膜的高度上，其中的隔膜被布置在要被注入的離子束與靶基底之間。上述的掩蔽措施是被作為舉例進行描述的，采用其它的掩蔽措施也將是合適的。
為了能正確地執(zhí)行后續(xù)的其它步驟，合理地選擇受掩蔽區(qū)域的形狀和尺寸是首要的。注入步驟將形成一個不連續(xù)的埋入層，由于引入了其它的離子，所以埋入層具有特定的缺陷(參照片晶、微孔隙和/或微氣泡)。限定要被注入?yún)^(qū)域的步驟考慮到了基底的特性、基底1表面上不同組分或材料層的特性、以及注入條件。
所要制造的表面層的剛度特性和厚度確定了那些要被執(zhí)行注入的區(qū)域的尺寸和間距。后者被設定為這樣使得注入?yún)^(qū)內(nèi)那些微裂紋和/或微孔隙的生長(比如可在熱處理過程中發(fā)生)例如-既不會導致表面層由于形成了氣泡而在垂直方向上的放松幅度超過幾十埃，；-也不會導致不同的局部注入?yún)^(qū)之間產(chǎn)生全部或部分的相互作用，這種類型的相互作用會使所有或部分表面層發(fā)生隆起或剝落。
按照這樣的方式，就可以保持表面層的表面狀況，且不會由于設置了局部弱化的埋入?yún)^(qū)域而出現(xiàn)任何顯著的退化。
根據(jù)執(zhí)行掩蔽操作的類型(位于基底上的氧化物掩模、在注入過程中布置在基底表面上的柵格、或在注入過程中布置在離子束路徑上的柵格)的不同，已經(jīng)過離子注入的埋入?yún)^(qū)的有效橫向尺寸(在基底表面所在平面內(nèi))取決于注入過程的高斯規(guī)律。這就意味著基底表面上掩模的尖銳邊角并不會嚴格地復制到所注入的埋入層上。離子在穿透到材料中時的擴散會使注入?yún)^(qū)顯著地擴寬。因而必須要考慮到這一現(xiàn)象，以便于能正確地限定被掩蔽區(qū)和非掩蔽區(qū)的尺寸。
在另一方面，注入?yún)^(qū)的尺寸必須足以在工藝過程結(jié)束時將表面層分離開。
由本發(fā)明人進行的一些試驗已經(jīng)表明注入?yún)^(qū)總的表面積通常占據(jù)了基底1表面積的約1/3到5/6。另外，在采用硅基底的情況下，注入?yún)^(qū)的線尺寸優(yōu)選地約為表面層目標厚度的0.1倍到10倍。在采用剛性更大的材料的情況下，該尺寸刻被顯著地加大，例如可達到厚度的50倍量級上。
例如，可采用一注入掩模，該掩模上例如具有10μm×10μm的方形開孔，這些開孔之間例如由5μm的掩蔽區(qū)域隔開。注入掩模的另一種實例是這樣的非掩蔽區(qū)域為直線的形式，其尺寸例如為5μm×100μm，直線區(qū)域之間例如間隔開5μm。
該實施方式的第一步驟表示在圖2中，因而，其包括將至少一種氣態(tài)物質(zhì)以離子的形式注入到基底1中的操作，其中的氣態(tài)物質(zhì)例如為氫氣和/或稀有氣體。
因此，基底1具有一組埋入?yún)^(qū)3，這些埋入?yún)^(qū)經(jīng)過了氣態(tài)物質(zhì)的注入，埋入?yún)^(qū)3之間由一些區(qū)域4隔開，在這些區(qū)域內(nèi)，最初設置的掩模阻止了氣態(tài)物質(zhì)的注入。因而，基底1包括一不連續(xù)的埋入層，該埋入層是由片晶、微孔隙、微氣泡或微裂紋等缺陷3構(gòu)成的。對微裂紋3的橫向局限阻止了裂紋的擴展或釋放，從而避免了基底1表面的退化。
對氣態(tài)物質(zhì)進行注入的能量控制了表面層5的厚度，其中的表面層是由注入層與基底1的表面界定的。
某個應用實例是以150keV到250keV的能量對氫離子執(zhí)行注入，且注入的劑量約在1016到1017H+/cm2之間。
然后，如圖3所示，將掩模去掉，從而完全裸露出基底1的表面。
在根據(jù)本發(fā)明的方法一種改型中，之后還用與第一次注入操作相同或不同物質(zhì)的離子執(zhí)行了第二次注入因而，原始掩模上的開孔區(qū)域受到了第二次注入，而初始時的受掩蔽區(qū)則卻受到了第一次注入。該第二次注入增大了先前注入?yún)^(qū)中缺陷的密度和/或尺寸，并引發(fā)原先的受掩蔽區(qū)域內(nèi)形成埋入缺陷。在第二次注入過程中所引入的劑量必須要較低—即在以中等溫度(約為450℃到600℃)退火之后，該劑量一定不會形成氣泡或造成剝落。優(yōu)選地是，執(zhí)行該第二次注入的能量例如為180keV，劑量為4×1016H+/cm2。
這樣，在一定深度處就形成了一個埋入?yún)^(qū)，其包括含量或高或低的氣態(tài)物質(zhì)，因而微孔隙缺陷的密度也是高低不均的。因而，只經(jīng)過了第二次注入操作的區(qū)域的弱化程度要小于經(jīng)過了兩次注入的區(qū)域，但可保證埋入削弱區(qū)域的連續(xù)性。
如上文那樣由一次或多次注入氣態(tài)物質(zhì)而形成的弱化區(qū)域3的發(fā)展則取決于注入條件、以及在注入之后的任何處理效果。這些可選的處理步驟目的在于將局部注入?yún)^(qū)3過度弱化，從而引發(fā)微孔隙在這些區(qū)域內(nèi)的擴展生長。為此目的，執(zhí)行熱處理的溫度在450℃到475℃的級別上，這樣的熱處理例如可持續(xù)幾分鐘時間。
如圖4所示，在本發(fā)明該實施方式的第二步驟中，在不存在使表面退化的前提下，可對按照上述方式受到弱化的基底執(zhí)行熱處理、淀積或取向外延步驟、或為制造電子和/或光學微型元件和/或傳感器6的其它處理步驟。
這樣，如果必要的話，可對基底執(zhí)行一外延操作。利用常規(guī)的工藝，例如可用一5μm的外延層來制造CMOS型的微型元件。例如還可用50μm的外延層來制造光電池。
本發(fā)明該實施方式的第三步驟和最后步驟包括將含微型元件6的表面層5從基底1其余部分上分離下去的操作。根據(jù)執(zhí)行先前兩個步驟所處條件的不同，或者可利用熱處理、向結(jié)構(gòu)適當?shù)厥┘訖C械應力、或者利用熱處理和機械應力的組合方案來完成該分離操作。
在本發(fā)明的一種改型中，在執(zhí)行該分離之前，可執(zhí)行這樣的輔助操作在與該實施方式中第一步驟的注入?yún)^(qū)相同或不同的區(qū)域內(nèi)，局部地引入至少一種氣態(tài)物質(zhì)，目的在于便于在隨后將表面層與基底分離開。
可通過在已經(jīng)被弱化或構(gòu)成一連續(xù)弱化埋入?yún)^(qū)的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行注入來完成這次添加氣態(tài)物質(zhì)的操作，其中，是通過在初始受掩蔽的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行注入而構(gòu)成連續(xù)弱化埋入?yún)^(qū)的，在那些受掩蔽區(qū)域的下方，基底未受到多大的弱化、甚至完全沒有受到弱化。然后，考慮到在表面層5上制造微型元件的過程中要出現(xiàn)厚度的變化，所以對注入能量進行選擇，以便于使注入的物質(zhì)能到達被初始注入步驟所弱化的區(qū)域的深度處。
優(yōu)選地是，注入劑量是中等的—在6×1016H+離子/cm2的數(shù)量級上，由此，在400℃到500℃的溫度上執(zhí)行的熱處理能實現(xiàn)表面層的分離。
需要指出的是采用該改型的條件取決于-微型元件的尺寸(該條件是必須的，以便于防止注入的離子穿過微型元件的有效區(qū)域；和/或-在不考慮尺寸影響下，微型元件對離子注入的敏感性—如果微型元件未由于離子穿過它們而退化、或至少有一些部分的微型元件對離子是不敏感的。
尤其是，為執(zhí)行該輔助注入操作，可使用合適的掩模，當然，此時的掩模不同于該實施方式第一步驟中所用的掩模。
將帶有微型元件6的表面層5與基底1其余部分分離開的步驟可包括操作執(zhí)行熱處理(爐熱和/或局部加熱和/或激光束加熱等方法)；和/或施加機械應力，例如采用流體(氣體或液體)射流，和/或在弱化區(qū)內(nèi)插入一刀片，和/或向基底1施加拉伸、剪切或彎折應力。舉例來講，可將約450℃溫度條件下的熱處理執(zhí)行30分鐘，用以將表面層5與初始基底分離開。
該分離過程可制出一自支撐的層體或表面層5，例如可采用分子附著力或粘接物質(zhì)將它們轉(zhuǎn)移到一支撐基底7上。該支撐體7增強了從弱化基底轉(zhuǎn)移到其上的層體5，具體而言，提高層體的硬度是為了進行運輸和/或執(zhí)行精加工步驟。
另外，如圖5所示，可將能被拆分的基底事先制備好，從而能將各個微型元件6單個地取下。在專利申請FR 2781925中就公開了這樣的技術。
如圖6所示，將層體轉(zhuǎn)移到最終支撐體上的步驟的一種改型方式包括一中間步驟，在該步驟中，表面層5被從弱化的基底轉(zhuǎn)移到一“搬運”支撐體8上。然后，如圖7所示，將微型元件6選擇性地或非選擇地轉(zhuǎn)移到最終的支撐體9上。
最終的支撐體7或9例如可以是硅、塑料材料、或玻璃，它們可以是柔性或剛性的。
在將表面層5分離開、并執(zhí)行轉(zhuǎn)移之后，可循環(huán)使用弱化基底的剩余部分，其或者可被作為一初始基底，可能的話，或者是作為一支撐體。
權利要求
1.一種制造方法，其借助于一個基底(1)來制造含微型元件(6)的薄層(5)，所述方法的特征在于其為了每個層體(5)而具體包括如下的步驟a)依照基底(1)表面上形成的多個注入?yún)^(qū)，將至少一種氣態(tài)物質(zhì)局部地注入到所述基底(1)中，通過適當?shù)剡x擇注入深度和所述注入?yún)^(qū)的幾何形狀，防止基底(1)的這一表面在步驟b)過程中發(fā)生退化；b)在由注入深度限定的基底(1)的表面層(5)中加工微型元件(6)；以及c)將基底(1)分離成兩個部分，其中一個部分包括所述表面層(5)，該表面層中含有所述微型元件(6)，另一部分則包括基底(1)的剩余部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的制造方法，其特征在于所述注入?yún)^(qū)是由一個置于基底(1)表面上的掩模(2)限定的。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述氣態(tài)物質(zhì)包括氫離子、或至少一種稀有氣體的離子、或這些離子的混合物。
4.根據(jù)上述權利要求之一所述的制造方法，其特征在于注入?yún)^(qū)總的表面積占據(jù)了基底(1)表面積的約1/3到5/6。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的制造方法，其特征在于注入?yún)^(qū)的線尺寸約為所述表面層(5)厚度的0.1倍到50倍。
6.根據(jù)上述權利要求之一所述的制造方法，其特征在于所述方法包括至少一個輔助步驟，其位于步驟a)之前和/或步驟a)與b)之間，該步驟用于引入至少一種氣態(tài)物質(zhì)，該至少一次的輔助引入操作是在基底(1)表面上不存在任何掩模的條件下執(zhí)行的。
7.根據(jù)上述權利要求之一所述的制造方法，其特征在于在步驟b)之前或之中，注入?yún)^(qū)被過度弱化。
8.根據(jù)上述權利要求之一所述的制造方法，其特征在于所述方法包括一個輔助步驟，其位于步驟b)和步驟c)之間，該步驟中引入了至少一種氣態(tài)物質(zhì)。
9.根據(jù)權利要求8所述的制造方法，其特征在于引入至少一種氣態(tài)物質(zhì)的所述輔助步驟是借助于一掩模來執(zhí)行的，該掩模限定了該至少一種氣態(tài)物質(zhì)的注入?yún)^(qū)。
10.根據(jù)上述權利要求之一所述的制造方法，其特征在于所述步驟c)包括熱處理和/或施加機械應力。
11.根據(jù)權利要求10所述的制造方法，其特征在于施加所述機械應力的操作需要應用流體射流；和/或在弱化區(qū)內(nèi)插入一刃片；和/或向基底(1)施加拉伸、剪切或彎折應力。
12.根據(jù)權利要求10所述的制造方法，其特征在于所述熱處理操作包括在爐內(nèi)加熱和/或局部加熱和/或用激光進行加熱。
13.根據(jù)權利要求1到12之一所述的制造方法，其特征在于在步驟c)之前或之中，將一表面(7)貼加到基底(1)上，在所述表面層(5)被從基底(1)上分離下之后，其作為所述表面層(5)的支撐體。
14.根據(jù)權利要求1到12之一所述的制造方法，其特征在于在步驟c)之前或之中，一“搬運”支撐體(8)被貼加到基底(1)上，然后，將微型元件(6)選擇性地或非選擇地轉(zhuǎn)移到一最終支撐體(9)上。
15.一種含微型元件(6)的薄層(5)，其特征在于其是利用根據(jù)權利要求1到14之一所述的方法制得的。
16.根據(jù)權利要求15所示的薄層(5)，其特征在于其被轉(zhuǎn)移到一柔性或剛性的支撐體(7、8、9)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用一基底(1)來制造含微型元件(6)的薄層(5)的方法。所述方法為了每個層體(5)而具體包括如下的步驟a)依照基底(1)表面上形成的多個注入?yún)^(qū)，將至少一種氣態(tài)物質(zhì)局部地注入到所述基底(1)中，通過適當?shù)剡x擇注入深度和所述注入?yún)^(qū)的幾何形狀，防止基底(1)的所述表面在步驟b)過程中發(fā)生退化；b)在由注入深度限定的基底(1)表面層(5)中加工微型元件(6)；以及c)將基底(1)分離成兩個部分，其中一個部分包括表面層(5)，該表面層中含有所述微型元件(6)，另一部分則包括基底(1)的剩余部分。本發(fā)明被用于制造要被集成到支撐體上的微型元件，該支撐體不同于用于制出微型元件的基底。
文檔編號H01L27/12GK1586004SQ02822582
公開日2005年2月23日 申請日期2002年10月8日 優(yōu)先權日2001年10月11日
發(fā)明者貝爾納·阿斯帕爾, 克里斯特勒·拉加埃, 布律諾·吉瑟朗 申請人:原子能委員會, S·O·I·泰克絕緣體硅技術公司