專利名稱：在剝離其薄層之后通過機(jī)械方法重復(fù)利用包含剝離結(jié)構(gòu)的晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在剝離半導(dǎo)體材料層之后重復(fù)利用施主晶片(recyclingof a donor wafer)，重復(fù)利用包括在發(fā)生剝離的一側(cè)除去涉及施主晶片一部分的物質(zhì)。
背景技術(shù)：
在剝離之前，上述施主晶片包含襯底和外延沉積在襯底上的待剝離層(the layer to be taken-off)。
在剝離之后，剝離層大部分與其中將形成組件的結(jié)構(gòu)集成起來，特別是在微電子學(xué)、光學(xué)或者光電學(xué)領(lǐng)域。
因此待剝離層必須達(dá)到根據(jù)一個(gè)或多個(gè)特定標(biāo)準(zhǔn)而確定的高水平質(zhì)量。
待剝離層的質(zhì)量主要依賴于生長(zhǎng)支撐，也就是說，依賴于它被外延沉積于其上的襯底的質(zhì)量。
上述高質(zhì)量襯底的形成常常是復(fù)雜的并需要特別的注意，涉及技術(shù)難點(diǎn)和提高的經(jīng)濟(jì)成本。
后一點(diǎn)被進(jìn)一步證實(shí)，考慮到由諸如合金的復(fù)合半導(dǎo)體材料所組成的待剝離層，外延襯底也必須具有實(shí)施起來常常較難和較貴的結(jié)構(gòu)。
因而包含緩沖層(buffer layer)的襯底明確地顯示出上述實(shí)施困難。
所謂“緩沖層”，通常理解為在諸如支撐襯底的第一晶體結(jié)構(gòu)和將改變材料性能，諸如結(jié)構(gòu)、化學(xué)計(jì)量性能或表面原子復(fù)合，作為第一功能的第二晶體結(jié)構(gòu)之間的過渡層。
在緩沖層的一個(gè)特定例子中，后者允許獲得第二晶體結(jié)構(gòu)，其晶格參數(shù)基本上不同于支撐襯底的晶格參數(shù)。
形成緩沖層的第一技術(shù)在于實(shí)現(xiàn)后續(xù)層的生長(zhǎng)，以便形成其成分隨厚度逐漸變化的結(jié)構(gòu)，而緩沖層成分的逐漸變化直接與它的晶格參數(shù)的逐漸變化相關(guān)。
形成在緩沖層上的層膜或重疊層(superposed layers)可以從施主晶片剝離，轉(zhuǎn)移到接收襯底以形成明確的結(jié)構(gòu)。
轉(zhuǎn)移形成在緩沖層上的薄層的主要用途之一涉及彈性應(yīng)力硅層(layers of elastically stressed silicon)的形成，尤其是在硅受拉應(yīng)力的情況下，因?yàn)槊黠@地改善了其某些性能，諸如材料中的電子遷移率。
其它材料，例如SiGe，也可以經(jīng)受基本上相似的剝離。
將這些層膜轉(zhuǎn)移到接收襯底，特別是通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的、稱作Smart-Cut_的方法，允許形成諸如SeOI(Semiconductor OnInsulator，絕緣體上半導(dǎo)體)的結(jié)構(gòu)。
例如，在剝離SiGe彈性松弛層(an elastically relaxed layer of SiGeO)之后，所獲得的包含剝離層的結(jié)構(gòu)就可以作為因松弛SiGe層而處于拉力下的硅的生長(zhǎng)支撐。
作為示意，在L.J.Huang et al.的IBM文獻(xiàn)(“由晶片鍵合和層膜轉(zhuǎn)移而制備的絕緣體上SiGe以用于高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管”，AppliedPhysics Letters，26/02/2001，Vol.78，No.9)中描述了上述方法的一個(gè)例子，其中給出了形成Si/SGOI結(jié)構(gòu)的工藝。
緩沖層上生長(zhǎng)的其它應(yīng)用是可能的，特別是對(duì)于III-V族半導(dǎo)體。
因而通常采用基于GaAs或者基于InP的技術(shù)來形成晶體管。
就電子性能而言，InP具有較GaAs明顯的優(yōu)勢(shì)。
主要因?yàn)槌杀竞涂尚行?，所選擇的技術(shù)由將在GaAs支撐襯底上的緩沖層上生長(zhǎng)所獲得的InP剝離層轉(zhuǎn)移到接收襯底組成。
某些剝離方法，諸如“回蝕(etch back)”類型的方法，在剝離期間需要破壞支撐襯底和緩沖層的剩余部分。
在其它的某些剝離方法中，可重復(fù)利用支撐襯底，但是失去了緩沖層。
形成緩沖層的技術(shù)是復(fù)雜的。
而且，為了使結(jié)晶缺陷的密度最小化，緩沖層的厚度一般相當(dāng)大，通常是在一微米與幾微米之間。
因而制備上述緩沖層導(dǎo)致實(shí)施常常很長(zhǎng)、很困難并且具有高成本。
在文件WO 00/15885中特別公開了制備緩沖層的第二技術(shù)，其主要目標(biāo)是將由Ge緩沖層施加應(yīng)力的Ge層彈性松弛。
這一技術(shù)基于特定的外延條件，特別是與溫度、時(shí)間和化學(xué)成分的參數(shù)有關(guān)。
相對(duì)于第一技術(shù)，其主要優(yōu)勢(shì)在于操作更簡(jiǎn)單、時(shí)間更短以及成本更低。
而且，最終所獲得的緩沖層沒有根據(jù)第一技術(shù)形成的緩沖層厚。
B H_llander et al.公開了形成緩沖層的第三技術(shù)，特別是在標(biāo)題為“在氫或氦離子注入之后贗形Si1-xGex/Si(100)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變松弛以用于制備虛擬襯底”(in Nuclear and Instruments and Methods in PhysicsResearch B 175-177(2001)357-367)的文獻(xiàn)中。
它由通過氫或氦的深注入(deep hydrogen or helium implantation)來松弛存在于待剝離層中的彈性應(yīng)力組成。
因而從這個(gè)觀點(diǎn)看，第三技術(shù)給出的結(jié)果接近于根據(jù)前面兩個(gè)技術(shù)之一而制備的緩沖層，而對(duì)于實(shí)施的要求卻少得多。
該方法明確描述了處于壓應(yīng)力的SiGe層的松弛，該SiGe層形成在硅襯底上。
所使用的技術(shù)包括通過硅襯底中應(yīng)力層的表面將氫或氦離子注入到給定深度，在注入?yún)^(qū)域上方的硅的厚度(該厚度便形成緩沖層)中產(chǎn)生干擾(perturbations)，并在熱處理的情況下引起SiGe層的某些松弛。
相比于形成緩沖層的第一技術(shù)，該技術(shù)似乎時(shí)間較短、較易實(shí)施并且成本更低。
使用這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是以后可將松弛或偽松弛層(pseudo-relaxedlayer)集成到結(jié)構(gòu)中以制備組件，特別是用于電子學(xué)或者光電子學(xué)。
然而，采用與形成緩沖層的第一技術(shù)相似的方式，在剝離之后重復(fù)利用施主晶片的已知技術(shù)期間除去根據(jù)上面后兩個(gè)技術(shù)之一制備的緩沖層。
實(shí)施的技術(shù)困難仍然保留。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改善這種狀況，根據(jù)第一方面提出在剝離包含選自半導(dǎo)體材料的材料的有用層(a useful layer comprising a materialchosen from semiconductor materials)之后重復(fù)利用施主晶片的一種方法，施主晶片依次包含襯底和剝離結(jié)構(gòu)，在剝離之前剝離結(jié)構(gòu)包括待剝離的有用層，該方法包括在發(fā)生剝離的一側(cè)除去物質(zhì)，其特征在于除去物質(zhì)包括使用機(jī)械方法(employing mechanical means)，以便在除去物質(zhì)之后保留剝離結(jié)構(gòu)的至少一部分，該剝離結(jié)構(gòu)的至少一部分包含至少一層在重復(fù)利用之后可以剝離的其它有用層，而不需要重新形成有用層的輔助步驟。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提出通過將有用層轉(zhuǎn)移到接收襯底上而從施主晶片剝離該有用層的一種方法，其特征在于它包括(a)將施主晶片在待剝離的有用層的一側(cè)鍵合(bonding)到接收襯底；(b)分離包含在施主晶片的剝離結(jié)構(gòu)(I)中的有用層；(c)根據(jù)上述重復(fù)利用過程重復(fù)利用施主晶片。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明提出一種從施主晶片循環(huán)剝離有用層的方法，其特征在于它包括剝離有用層的一系列步驟，其中每一個(gè)步驟都遵循根據(jù)權(quán)利要求17到23之一的重復(fù)利用的方法。
根據(jù)第四方面，本發(fā)明提出根據(jù)前面權(quán)利要求之一的循環(huán)剝離方法或根據(jù)權(quán)利要求17到23之一的剝離方法，應(yīng)用于形成包含接收襯底和有用層的結(jié)構(gòu)，有用層包括以下材料中的至少一種SiGe、Si、其成分分別選自可能組合(Al，Ga，In)-(N，P，As)的屬于III-V族的合金。
根據(jù)第五方面，本發(fā)明提出通過剝離提供有用層、并能根據(jù)權(quán)利要求1到16之一的方法來重復(fù)利用的施主晶片，其特征在于它連續(xù)包括襯底和已提供有用層的剝離結(jié)構(gòu)的剩余部分，其特征在于，在剝離之后，剝離結(jié)構(gòu)的剩余部分仍然很厚，足以包含至少一層其它的待剝離的有用層。


閱讀了以下實(shí)施參照附圖作為非限制性例子給出的優(yōu)選方法的詳細(xì)說明之后，本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，其中
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的不同步驟，包括連續(xù)從施主晶片剝離薄層和在剝離之后重復(fù)利用施主晶片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的主要目的包括為了將有用層集成到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在剝離至少一層有用層(即，被剝離的施主層部分)之后，重復(fù)利用包含剝離結(jié)構(gòu)的晶片，實(shí)施重復(fù)利用以使剝離結(jié)構(gòu)的剩余部分可以在重復(fù)利用之后的隨后剝離中再次提供有用層，而不需要使用重新形成有用層的步驟，諸如外延晶體生長(zhǎng)的步驟。
重復(fù)利用應(yīng)該特定包括不引起剝離結(jié)構(gòu)的一部分退化的適當(dāng)處理，該剝離結(jié)構(gòu)的一部分中包含有用層，以便在重復(fù)利用之后還可以剝離有用層。
在一個(gè)特定的構(gòu)造中，可以有可剝離的幾層有用層，因而能夠有一系列幾次連續(xù)的剝離，在其中間將有利地使用根據(jù)本發(fā)明的重復(fù)利用方法。
參照?qǐng)D1a和1b，施主晶片10包含襯底和剝離結(jié)構(gòu)I。
在襯底1的第一構(gòu)造中，后者包含具有第一晶格參數(shù)的單晶材料。
在襯底1的第二構(gòu)造中，后者是由支撐襯底和與剝離結(jié)構(gòu)I交界的緩沖結(jié)構(gòu)構(gòu)成的“偽襯底(pseudo-substrate)”。
起緩沖層作用的任何結(jié)構(gòu)稱為“緩沖結(jié)構(gòu)”。
在表面處，它有利地具有基本上松弛的和/或沒有明顯數(shù)量的結(jié)構(gòu)缺陷的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
緩沖層有利地具有下面兩個(gè)功能中的至少一個(gè)-減少上層中的缺陷密度；-適應(yīng)(adaptation)在具有不同晶格常數(shù)的兩個(gè)結(jié)晶結(jié)構(gòu)之間的晶格參數(shù)。
為了執(zhí)行第二個(gè)功能，緩沖層在一個(gè)表面附近具有基本上等同于支撐襯底的第一晶格參數(shù)，在另一個(gè)表面附近具有基本上等同于直接覆蓋緩沖結(jié)構(gòu)的剝離結(jié)構(gòu)層I的第二晶格參數(shù)。
在緩沖層的第一構(gòu)造中，后者包含單一的緩沖層。
位于支撐襯底上的緩沖層允許在它的表面處存在基本上不同于支撐襯底的晶格參數(shù)，因而允許在同一個(gè)施主晶片10上存在具有不同于支撐襯底的晶格參數(shù)的層膜。
在某些應(yīng)用中，緩沖層可進(jìn)一步允許上面的層膜避免包含高密度的缺陷和/或遭受較大的應(yīng)力。
在某些應(yīng)用中，緩沖層可進(jìn)一步允許上面的層膜具有良好的表面狀態(tài)(surface state)。
根據(jù)形成緩沖結(jié)構(gòu)的第一技術(shù)，形成緩沖層以獲得在相當(dāng)厚度上具有整體逐漸變化(overall progressive modification)的晶格參數(shù)，而得到在兩個(gè)晶格參數(shù)之間的過渡。
上述層膜一般稱為變形層(metamorphic layer)。
這種晶格參數(shù)的變化可在在緩沖層的厚度中以連續(xù)的方式實(shí)現(xiàn)。
或者可以通過“臺(tái)階(steps)”來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)臺(tái)階都是具有基本上恒定的晶格參數(shù)的薄層，不同于下面臺(tái)階的晶格參數(shù)，以便以離散的方式逐步地改變晶格參數(shù)。
還可以具有更復(fù)雜的形式，諸如以可變的速度來變化成分、速度符號(hào)的反轉(zhuǎn)或者成分的不連續(xù)跳躍。
緩沖層中晶格參數(shù)的變化可通過從支撐襯底開始，基本上逐漸增加不包含在支撐襯底中的至少一種原子元素的濃度而有利得到。
因而，例如，形成在單一材料(unitary material)的支撐襯底上的緩沖層可以是二元的、三元的、四元的或更多元的材料。通過在支撐襯底上生長(zhǎng)，例如通過使用諸如CVD和MBE(分別是“化學(xué)氣相沉積”和“分子束外延”的縮寫)的已知技術(shù)的外延，而有利地形成緩沖層。
通常，為了獲得，例如，由不同原子元素的合金構(gòu)成的緩沖層，可通過任何其它的已知方法來形成緩沖層。
如果必要，在形成緩沖層之前，可進(jìn)行表面拋光(surface finishing)在緩沖層下面的支撐襯底的小步驟，例如通過CMP拋光。
在另一個(gè)構(gòu)造中，由第一技術(shù)形成的緩沖層包括在由緩沖層(基本上與第一構(gòu)造的相同)和附加層(additional layer)組成的緩沖結(jié)構(gòu)中。
附加層可以在支撐襯底和緩沖層之間，或者在緩沖層上。
在第一特定情況下，附加層構(gòu)成第二緩沖層，諸如允許限制(confined)缺陷的緩沖層，因而改善了形成在緩沖結(jié)構(gòu)上的剝離結(jié)構(gòu)I的晶體質(zhì)量。
附加層是半導(dǎo)體材料的，優(yōu)選具有恒定的材料成分。
于是，待形成的上述附加層所選擇的成分和厚度是獲得這一性能的特別重要的標(biāo)準(zhǔn)。
因而，例如，外延層中的結(jié)構(gòu)缺陷通常在該層膜的厚度中逐漸地減少。
在第二特定情況下，附加層位于緩沖層上并具有松弛材料的恒定成分。
因而可以固定第二晶格參數(shù)。
附加層也可以具有幾個(gè)功能，諸如選自上兩個(gè)特定情況中的功能。
在一種有利的構(gòu)造中，附加層位于緩沖層上，并且其晶格參數(shù)基本上不同于支撐襯底的晶格參數(shù)。
在該有利構(gòu)造的一個(gè)特定情況下，附加層是通過緩沖層松弛的材料。
通過在緩沖層上生長(zhǎng)，例如通過CVD或者M(jìn)BE的外延，而有利地形成附加層。
在第一實(shí)施例中，在形成下面的緩沖層之后，直接原地(in situ)完成附加層的生長(zhǎng)，在這種情況下，緩沖層也通過層膜生長(zhǎng)而有利地形成。
在第二實(shí)施例中，在輕微地表面拋光下面緩沖層的步驟之后，例如通過CMP拋光、熱處理或者其它光滑技術(shù)，實(shí)現(xiàn)附加層的生長(zhǎng)。
形成緩沖結(jié)構(gòu)的第二技術(shù)基于將層膜表面性地(superficially)沉積到支撐襯底上的技術(shù)，該表面層的名義(nominal)晶格參數(shù)基本上不同于支撐襯底表面的鄰近材料的晶格參數(shù)。
表面層的這種沉積使得所沉積的層膜幾乎沒有諸如位錯(cuò)的塑性缺陷(plastic defects)。
形成該表面層以使當(dāng)結(jié)束時(shí)具有-與支撐襯底接觸的第一部分，其限制諸如位錯(cuò)的塑性缺陷，和-第二部分，通過第一部分松弛或者偽松弛，并且沒有或者幾乎沒有塑性缺陷。
于是，所沉積的表面層的第一部分起緩沖層的作用，因?yàn)?
·它限制塑性缺陷以維持表面層的第二部分；以及·它使表面層的晶格參數(shù)適應(yīng)襯底的晶格參數(shù)。
所謂“限制”是指在第一部分中發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的塑性缺陷。表面層的第二部分并不絕對(duì)沒有缺陷，但是它們的濃度與微電子應(yīng)用相容。
用于形成上述緩沖層的沉積技術(shù)有利地包括沉積時(shí)的溫度變化和化學(xué)成分變化(variations in the temperature and chemical compositiontimes of the deposition)。
因而能夠成功地形成具有在厚度上基本上恒定的化學(xué)成分的緩沖層，與根據(jù)第一技術(shù)而形成的緩沖層相反。
然而，可以在緩沖層和表面層的第二部分之間插入一個(gè)或多個(gè)層膜。
而且緩沖層的厚度可以小于通過第一技術(shù)形成的緩沖層的最小厚度。
文獻(xiàn)WO 00/15885給出了依據(jù)上一技術(shù)來形成上述緩沖層的例子，在單晶Si支撐襯底上進(jìn)行SiGe或者Ge的沉積。
例如，也能以在單晶Si支撐襯底上沉積單晶Ge的方式通過使用以下步驟來實(shí)現(xiàn)上述沉積方法·將單晶硅支撐襯底的溫度穩(wěn)定在400℃到500℃的第一預(yù)定穩(wěn)定溫度，優(yōu)選430℃到460℃；·在所述第一確定溫度下進(jìn)行Ge的化學(xué)汽相沉積(CVD)，直到在支撐襯底上獲得Ge的基層(base layer)，其預(yù)定厚度小于所期望的最終厚度；·將Ge化學(xué)汽相沉積的溫度從預(yù)定的第一溫度提高到從750℃到850℃變化的預(yù)定的第二溫度，優(yōu)選800℃到850℃；和·在所述預(yù)定的第二溫度下繼續(xù)進(jìn)行Ge的化學(xué)汽相沉積，直到單晶Ge的表面層獲得所期望的最終厚度。
緩沖層是與支撐襯底相接觸并延伸在結(jié)晶缺陷率大于極限值的厚度上的沉積層的一部分。
上述緩沖層的厚度具體地可在0.5至1微米的級(jí)別，小于根據(jù)第一技術(shù)形成的緩沖層的厚度。
該層膜的另一部分至少是剝離結(jié)構(gòu)I的一部分。
上述沉積方法同樣可以根據(jù)替換方法而實(shí)現(xiàn)-例如，文獻(xiàn)WO00/15885所公開的方法。
采用這種方法形成施主晶片10的襯底1，襯底1包括所述支撐襯底和所述緩沖層。
形成緩沖結(jié)構(gòu)的第三技術(shù)用于包括襯底1和已沉積在襯底1上的層膜的結(jié)構(gòu)。
所選擇的構(gòu)成該層膜的材料，其名義晶格參數(shù)基本上不同于襯底1的表面的晶格參數(shù)，以使其受到襯底1的彈性壓應(yīng)力或拉應(yīng)力。
應(yīng)力層具有應(yīng)力材料的一般結(jié)構(gòu)，但是還可包括松弛或者偽松弛材料的一個(gè)或多個(gè)厚度，其累積厚度遠(yuǎn)小于應(yīng)力層，以使應(yīng)力層保持總的應(yīng)力狀態(tài)。
在所有的情況下，通過晶體生長(zhǎng)，諸如使用已知技術(shù)的外延，例如CVD和MBE，在襯底1上有利地形成應(yīng)力層。
為了獲得沒有太多結(jié)晶缺陷的上述應(yīng)力層，例如點(diǎn)缺陷或者諸如位錯(cuò)的擴(kuò)展缺陷，選擇構(gòu)成襯底1和應(yīng)力層(在它與襯底1的界面附近)的晶體材料，以使它們?cè)诟髯缘牡谝缓偷诙x晶格參數(shù)之間顯示出足夠小的差異，這是有利的。
例如，晶格參數(shù)的這種差異典型地包含在約0.5％和約1.5％之間，但是還可以具有更大的值。
例如，在IV-V族材料中，Ge具有比Si大4.2％左右的名義晶格參數(shù)，因而含30％Ge的SiGe具有比Si大1.15％左右的名義晶格參數(shù)。
另一方面，應(yīng)力層優(yōu)選具有基本上恒定的厚度，以便它具有基本上恒定的本征特性和/或有助于以后鍵合到接收襯底(如圖1b所示)。
為了避免應(yīng)力層松弛或者塑性(plastic)類型的內(nèi)應(yīng)力出現(xiàn)，上述層膜的厚度應(yīng)該還保持小于彈性應(yīng)力的臨界厚度。
彈性應(yīng)力的臨界厚度主要取決于所選擇的構(gòu)成應(yīng)力層的主要材料和與襯底1在晶格參數(shù)方面的所述差異。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可查閱目前技術(shù)水平以獲得彈性應(yīng)力的臨界厚度值，用于形成在襯底1材料上的應(yīng)力層。
一旦形成，應(yīng)力層就具有基本上接近于其生長(zhǎng)襯底1的晶格參數(shù)，因而具有處于壓縮或者拉伸的彈性內(nèi)應(yīng)力。
一旦形成該結(jié)構(gòu)，形成緩沖結(jié)構(gòu)的第三技術(shù)包括在襯底1內(nèi)給定深度形成干擾區(qū)(perturbation zone)的第一步驟。
干擾區(qū)定義為具有能在周圍部分形成結(jié)構(gòu)干擾的內(nèi)應(yīng)力的區(qū)域。
基本上在襯底1的整個(gè)表面上并平行于襯底1的表面而有利地形成干擾區(qū)。
形成上述脆化區(qū)(embrittlement zone)的方法包括用原子種類的給定注入能量和給定劑量在襯底1內(nèi)的所述給定深度注入原子種類。
在注入的一個(gè)特定實(shí)施例中，所注入的原子種類包含氫和/或氦。
通過注入而形成的上述干擾區(qū)因而包含由在鄰近干擾區(qū)的晶格網(wǎng)絡(luò)中所注入的原子種類所造成的內(nèi)應(yīng)力，乃至結(jié)晶缺陷。
這些內(nèi)應(yīng)力于是能在上面的區(qū)域中產(chǎn)生結(jié)晶干擾。
為此目的，依據(jù)第三技術(shù)在執(zhí)行第二步驟期間形成緩沖區(qū)，通過調(diào)整到合適參數(shù)的適當(dāng)能量供應(yīng)，以用于·幫助在干擾區(qū)之上的區(qū)域出現(xiàn)干擾；·增加在上面區(qū)域中干擾的程度；以及·在出現(xiàn)干擾之后引起應(yīng)力層的至少相對(duì)彈性松弛。
因而上述能量供應(yīng)的主要目的是引起應(yīng)力層彈性應(yīng)力的至少相對(duì)松弛以形成松弛應(yīng)力層。
包含在襯底1的干擾區(qū)和應(yīng)力層之間的中間區(qū)·限制位錯(cuò)類型的缺陷；·使襯底1的晶格參數(shù)適應(yīng)應(yīng)力層的名義晶格參數(shù)。
因此在這里上述中間區(qū)可視為緩沖層。
有利地進(jìn)行熱處理，如果參數(shù)適當(dāng)，以產(chǎn)生上述足以引起結(jié)構(gòu)改變的能量供應(yīng)。
在溫度基本上低于臨界溫度時(shí)有利地進(jìn)行所述熱處理，超過臨界溫度則會(huì)有極大數(shù)量的注入原子種類被除氣(degassed)。
從干擾區(qū)中的內(nèi)應(yīng)力開始，于是產(chǎn)生局部結(jié)晶干擾。
特別是因?yàn)閼?yīng)力層區(qū)域中的彈性能最小化了，這些干擾主要出現(xiàn)在緩沖層中并在熱處理的影響下增加幅度(amplitude)。
當(dāng)這些干擾變得足夠大時(shí)，它們作用在應(yīng)力層上，至少相對(duì)地松弛那里的彈性應(yīng)力，這些松弛應(yīng)力主要是在應(yīng)力層材料和襯底1材料的各自名義晶格參數(shù)之間的晶格錯(cuò)配應(yīng)力(lattice misfit stresses)。
然而，應(yīng)力層的松弛也可伴隨著在所述層膜厚度中的非彈性類型晶體缺陷的出現(xiàn)，諸如橫向位錯(cuò)(traversing dislocations)。
因而可進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，諸如熱處理，以減少這些缺陷的數(shù)量。
可以利用適當(dāng)?shù)奶幚?，例如，允許增加位錯(cuò)密度直到它包含在兩個(gè)極限值之間，該極限值定義了其中至少一部分位錯(cuò)被湮滅(annihilated)的位錯(cuò)密度區(qū)間(interval)。
無論如何，最終獲得松弛或者偽松弛層，其名義晶格參數(shù)基本上不同于生長(zhǎng)襯底1的名義晶格參數(shù)，并且具有對(duì)在松弛應(yīng)力層中形成微電子組件不利的少量位錯(cuò)。
該松弛或者偽松弛層可構(gòu)成剝離結(jié)構(gòu)I的至少一部分。
對(duì)于更多的細(xì)節(jié)，可以參考B.H_llander et al.，特別是標(biāo)題為“在氫或氦離子注入之后贗形Si1-xGex/Si(100)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變松弛以用于制備虛擬襯底”(in Nuclear and Instruments and Methods in PhysicsResearch B 175-177(2001)357-367)的文獻(xiàn)。
通過形成緩沖結(jié)構(gòu)的第三技術(shù)而制備的緩沖層于是包含在襯底1中，如同在實(shí)施形成緩沖層的第三技術(shù)之前所定義的那樣。
形成緩沖結(jié)構(gòu)的第四技術(shù)基于待形成的緩沖結(jié)構(gòu)的支撐襯底，其表面很明顯(in relief)；以及構(gòu)成緩沖結(jié)構(gòu)的元素在支撐襯底上的沉積。
假設(shè)支撐襯底的表面不平，構(gòu)成緩沖結(jié)構(gòu)的元素的沉積就以具有選擇性生長(zhǎng)效果(selective growth effects)和局部偏聚(local coalescences)的各向異性方式來進(jìn)行，賦予形成的緩沖結(jié)構(gòu)以特定的性能。
為了使形成在緩沖結(jié)構(gòu)上的剝離結(jié)構(gòu)I具有高質(zhì)量的本征結(jié)構(gòu)，形成緩沖結(jié)構(gòu)的第四方式實(shí)施特定的技術(shù)和參數(shù)以使緩沖層獲得的性能對(duì)應(yīng)于結(jié)晶缺陷的限制性能。
對(duì)支撐襯底外形(topography)的選擇是獲得上述結(jié)果的主要數(shù)據(jù)之一。
特別地，優(yōu)選在支撐襯底的整個(gè)表面上具有周期性重復(fù)圖案的外形，以將其對(duì)晶片整個(gè)表面的影響均勻化。
例如，支撐襯底可顯示出按給定距離間隔的條帶(bands)。
對(duì)于上述條帶外形以及在某些沉積條件下，有可能在條帶的附近，特別是條帶的角落處成功地集中外延層的位錯(cuò)。
集中了大部分位錯(cuò)的層膜的厚度于是組成緩沖層。
對(duì)于這種特定支撐襯底的表面外形，即在支撐襯底的整個(gè)表面上有周期性間隔的條帶，條帶有利地由形成在襯底上的絕緣材料所構(gòu)成，因而構(gòu)成了以后將沉積的材料的掩模。
此外，可在固體襯底與調(diào)劑結(jié)構(gòu)(relief structure)之間插入晶體材料的中間層，以作為緩沖層的生長(zhǎng)襯底，絕緣的調(diào)劑結(jié)構(gòu)足夠薄而不至于干擾緩沖結(jié)構(gòu)在其下面生長(zhǎng)襯底上的繼續(xù)生長(zhǎng)。
該技術(shù)也稱為橫向外延過度生長(zhǎng)(epitaxial lateral overgrowth)，或者“ELOG”，主要用于通過MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)外延來沉積氮化物薄膜。
例如，the Bulletin of the“Materials Research Community”of May1998，Volume 23，No.5，在Shuji Nakamura的標(biāo)題為“預(yù)算壽命超過10,000小時(shí)的InGaN/GaN/AlGaN-基激光二極管”的論文中，其中特定描述了在SiO2帶狀結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)GaN，可用作基礎(chǔ)。
本文獻(xiàn)下面，在例9中，將描述依據(jù)通過ELOG形成緩沖結(jié)構(gòu)的第四技術(shù)而形成的GaN結(jié)構(gòu)。
無論襯底1的結(jié)構(gòu)構(gòu)造如何(包括或者不包括緩沖結(jié)構(gòu))，所述結(jié)構(gòu)在與剝離結(jié)構(gòu)I的界面區(qū)域是由晶體材料構(gòu)成的，顯示出很少或沒有結(jié)晶缺陷。
通過在襯底1上生長(zhǎng)，例如，通過CVD或者M(jìn)BE的外延，而有利地形成構(gòu)成剝離結(jié)構(gòu)I的不同層膜的至少一部分。
在第一實(shí)施例中，原地進(jìn)行這些層膜的至少一部分的生長(zhǎng)，直接接著分別位于它們下面的層膜的形成，在這種情況下，這些層膜也通過層膜生長(zhǎng)而有利地形成。
在第二實(shí)施例中，在表面拋光分別位于它們下面的層膜的小步驟之后，例如通過CMP拋光、熱處理或者其它光滑處理，進(jìn)行這些層膜的至少一部分的生長(zhǎng)。
最終獲得包含晶體材料層膜的剝離結(jié)構(gòu)I。
在重復(fù)利用之前，該剝離結(jié)構(gòu)I包括等于或者大于至少兩個(gè)有用層的厚度。
然而，剝離結(jié)構(gòu)I很有利地具有大于兩個(gè)有用層的厚度，以使其本身不受處理過程中所除去材料的厚度的影響，這些處理過程是在重復(fù)利用期間進(jìn)行的，以除去絕大多數(shù)時(shí)候是在剝離有用層時(shí)所生成的缺陷。
的確，在剝離之后，通常在施主晶片10的表面處發(fā)現(xiàn)粗糙、厚度的不均勻、結(jié)構(gòu)缺陷和/或其它類型的缺陷，就象在剝離之后的結(jié)構(gòu)I’中遇到的那樣(參見圖1c)。
例如，在剝離之后，會(huì)在剩余施主晶片10的剝離表面的區(qū)域中出現(xiàn)突出(projecting)和/或粗糙部分。
出現(xiàn)在剝離結(jié)構(gòu)I表面上的表面調(diào)劑部分主要取決于剝離的方式和使用的剝離技術(shù)。
·因而，例如，目前用于工業(yè)中的一種剝離包括不在施主晶片10的整個(gè)表面上、而僅僅從其一部分(通?；旧鲜蔷又械牟糠?來剝離有用層，而在施主晶片10的表面上留下突出部分。這些突出部分通常是整體的(monolithic)并位于施主晶片10的外圍表面上，因而在工業(yè)中稱該套突出部分為“剝離王冠(taking-off crown)”。
·因而，例如，諸如下文中將研究的已知的剝離技術(shù)，諸如已提到的Smart-Cut_技術(shù)，有時(shí)引起表面粗糙。
因而在剝離之前的剝離結(jié)構(gòu)I應(yīng)該具有的厚度是待分離的至少兩個(gè)有用層的厚度和等于或者大于相應(yīng)于在重復(fù)利用期間要除去的最少材料的厚度富余(thickness margin)。
因而，在Smart-Cut_類型的剝離(在下文討論)之后重復(fù)利用的情況下，該厚度富余通常在1微米的級(jí)別。
然而，通過使用諸如選擇性化學(xué)蝕刻(selective chemical etching)的有效重復(fù)利用技術(shù)，可以減少該厚度富余。
根據(jù)本發(fā)明在重復(fù)利用期間進(jìn)行的主要處理是除去物質(zhì)的處理，以保留剝離結(jié)構(gòu)I的一部分，該剝離結(jié)構(gòu)I的一部分包含至少另一個(gè)在重復(fù)利用之后可剝離的有用層。
材料的除去是在施主晶片10上進(jìn)行的，即，在剝離之后仍保留的剝離結(jié)構(gòu)I的自由表面區(qū)域中。
在本發(fā)明的背景中，任何物質(zhì)的除去包括使用用于除去材料的機(jī)械方法(諸如拋光或者研磨(lapping))。
該處理可以在表面上進(jìn)行，并用于除去有用層已經(jīng)從其剝離的剝離結(jié)構(gòu)I的表層部分(superficial portion)，特別是允許除去包含在剝離期間出現(xiàn)的表面缺陷的表層厚度，諸如位錯(cuò)或者點(diǎn)缺陷類型的結(jié)晶干擾。
對(duì)于使用的剝離技術(shù)所產(chǎn)生的缺陷位于剝離結(jié)構(gòu)I厚度中更深處的特定情況，該處理可有利地深入進(jìn)行。
目前所使用的通過拋光類型的機(jī)械方法除去物質(zhì)的技術(shù)由在拋光頭(polishing head)和圍繞驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的拋光板(polishing plate)之間放置施主晶片10組成。
拋光頭和拋光板各自的主表面基本上是平行的。
施加到拋光頭的力將施主晶片10靠向板的上表面。
施主晶片10相對(duì)于板的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)于是在施主晶片10的一個(gè)表面上引起摩擦，因而拋光該表面。
在一個(gè)優(yōu)選方式中，為了使拋光最佳地均勻化，拋光頭同施主晶片10一起在拋光板的上表面上沿著給定路徑移動(dòng)。例如，該運(yùn)動(dòng)可以是沿著給定軸的往復(fù)平移運(yùn)動(dòng)或者螺旋狀的運(yùn)動(dòng)。
拋光板有利地由有紋理或者編織的材料(a textured or woven material)覆蓋。
可以有利地注射拋光液，對(duì)板在施主晶片上的摩擦動(dòng)作可以潤(rùn)滑。
在拋光之后，可對(duì)晶片表面進(jìn)行后拋光清洗(post-polishingcleaning)，通常使用注射的去離子水。
在拋光和清洗之間，可進(jìn)行后拋光沖洗(post-polishing rinsing)，通常用注射的包含適當(dāng)表面活性劑的溶液。表面活性劑的主要作用是最大限度地在沖洗液中分散能夠繼續(xù)腐蝕切片表面的剩余顆粒(residualparticles)，因此減少它們?cè)诒砻嫔系某练e并允許它們抽空(evacuation)。
有利地注射一種或多種溶液，以便將覆蓋板的織物潤(rùn)濕，因而將溶液最佳地分配在施主晶片10的整個(gè)表面上。
在板的第一實(shí)施例中，拋光、沖洗和清洗板的所述功能僅僅通過一塊板來進(jìn)行。
但為了提高整個(gè)方法的生產(chǎn)率，優(yōu)選具有幾個(gè)板的裝置在板的第二實(shí)施例中，通過拋光板完成拋光功能，并通過稱為沖洗/清洗板的一塊板完成沖洗和清洗的功能。這一實(shí)施例將拋光從沖洗/清洗分離，由于用于沖洗的板沒有仍可粘在板上的任何微粒剩余物(particulate residues)，因而改善了沖洗的質(zhì)量。
在板的第三實(shí)施例中，拋光板、沖洗板和清洗板是單獨(dú)的板。相對(duì)于第二實(shí)施例，這一實(shí)施例將清洗同沖洗分離，由于用于清洗的板沒有仍可粘在沖洗板上的任何微粒剩余物，因而改善了切片表面的最終清潔度。
除拋光之外，可引入諸如二氧化硅(silica)顆粒的磨粒以改善對(duì)材料的侵蝕(attack)。
除拋光之外，可引入化學(xué)試劑使化學(xué)侵蝕與由拋光板實(shí)現(xiàn)的機(jī)械侵蝕同時(shí)發(fā)生。
在從施主晶片10除去物質(zhì)的一個(gè)有利的實(shí)施例中，使用了稱為CMP的機(jī)械-化學(xué)平坦化(mechano-chemical planarization)，其原理是匯集拋光板的拋光表面和包含磨粒及化學(xué)侵蝕試劑的拋光液。
除機(jī)械拋光之外，拋光液對(duì)施主晶片10待拋光的表面共同實(shí)現(xiàn)通過侵蝕試劑的化學(xué)蝕刻以及通過磨粒的機(jī)械蝕刻。
在除去物質(zhì)后，可再次沖洗和/或清洗施主晶片10的拋光面。
應(yīng)當(dāng)注意，某些時(shí)候沖洗不僅用作更快地除去剩余物和研磨劑拋光顆粒，而且起化學(xué)拋光的作用。
的確，如果在拋光期間所使用的化學(xué)侵蝕試劑具有堿性的pH，通過將通常是酸性的表面活性劑添加到拋光液中將有助于快速停止拋光液的化學(xué)作用。
對(duì)于諸如硅的某些半導(dǎo)體材料，化學(xué)作用比機(jī)械作用占有優(yōu)勢(shì)(在上述半導(dǎo)體材料的表面拋光期間所使用的磨粒尺寸較小)。
使用酸性的表面活性劑的上述沖洗，尤其對(duì)上段中提到的材料，使拋光作用可顯著停止并使其對(duì)切片的影響可控制。這樣，從而可確保并可重復(fù)后拋光厚度。
可如此獲得對(duì)拋光停止的控制，以及對(duì)除去厚度的更精確控制。
此外，優(yōu)選沖洗液的逐漸注射(progressive injection)注射太快將導(dǎo)致拋光液的pH迅速降低，并且對(duì)諸如硅的半導(dǎo)體材料的某些情況下，可導(dǎo)致磨粒尺寸因凝聚(agglomeration)而增大，由此存在因更大顆粒凝聚而造成的磨傷風(fēng)險(xiǎn)。
在待平坦化的層膜至少部分包含硅的情況下，這里給出一個(gè)使用平坦化層膜的實(shí)施例。
適于拋光硅的溶液通常是堿性溶液，pH在7和10之間，優(yōu)選在8和10之間，于是化學(xué)試劑優(yōu)選諸如氨的含氮堿(a nitrogenous base such asammonia)。
磨粒優(yōu)選顆粒尺寸在十分之一微米級(jí)別的二氧化硅分子。
如果決定沖洗，所使用的表面活性劑將優(yōu)選pH在3和5之間，乃至4左右，約0.1％或更低的CMC(Critical Micellar Concentration，臨界膠束濃度)。
沖洗步驟的時(shí)間有利地在拋光時(shí)間的50％的級(jí)別。
這些機(jī)械的或者機(jī)械-化學(xué)方法在本發(fā)明的背景中對(duì)于控制除去材料的數(shù)量以允許保留剝離結(jié)構(gòu)I的至少一部分尤為有利。
但從施主晶片10除去物質(zhì)通?？砂ㄊ褂糜糜谇治g材料的任何機(jī)械方法，例如研磨或者用原子種類轟擊。
如有必要，在除去物質(zhì)之前可進(jìn)行使待除去的表面進(jìn)一步光滑的熱處理。
參照?qǐng)D1c，原始緩沖結(jié)構(gòu)在除去物質(zhì)之后仍保留的那一部分的參考符號(hào)為I′。
首先以及在某些情況下，優(yōu)選在第一重復(fù)利用步驟期間發(fā)生物質(zhì)除去的區(qū)域中對(duì)施主晶片10的表面狀態(tài)進(jìn)行拋光，以便除去在物質(zhì)除去期間會(huì)出現(xiàn)的任何粗糙。
為此目的，例如，將進(jìn)行熱處理。
參考1a-1d給出了一個(gè)示意整個(gè)剝離方法的例子，該整個(gè)剝離方法包括剝離薄層并在重復(fù)利用之后重復(fù)利用施主晶片10。
參照?qǐng)D1a并如前所述，剝離結(jié)構(gòu)I具有大于或等于兩個(gè)有用層的厚度。
圖1b和1c示意了一種薄層剝離方法。
本發(fā)明的第一優(yōu)選剝離步驟由在剝離結(jié)構(gòu)I中生成脆化區(qū)以實(shí)現(xiàn)后面的分離，因而剝離所期望的層膜組成。
在此給出幾種可以用來產(chǎn)生上述脆化區(qū)的技術(shù)
第一技術(shù)，被稱為Smart-Cut_，是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解的(有關(guān)晶片還原的許多著作中都可找到其說明)，包括，在其第一步驟中，用給定的能量注入原子種類(諸如氫離子)以產(chǎn)生脆化區(qū)。
第二技術(shù)由通過產(chǎn)生至少一個(gè)多孔層而形成脆性界面(fragileinterface)組成，例如，如文獻(xiàn)EP-A-0 849 788所述。
參照?qǐng)D1b，涉及薄層剝離的第二步驟由將接收襯底2施加到施主晶片10的表面組成。
接收襯底2構(gòu)成一個(gè)機(jī)械支撐，足夠剛性以支撐其一部分將從施主晶片10剝離的第二層膜3，并保護(hù)它不受來自外部的可能的機(jī)械應(yīng)力。
接收襯底2可以是，例如，硅、石英、藍(lán)寶石、SiC或者另一種類型的材料。
接收襯底2的施加是通過將其與剝離結(jié)構(gòu)I密切接觸并產(chǎn)生鍵合，其中在襯底2和剝離結(jié)構(gòu)I之間有利地形成分子附著力(molecularadhesion)。
在Q.Y.Tong，U.G_sele and Wiley撰寫的、標(biāo)題為“半導(dǎo)體晶片鍵合”(Science and Technology，Interscience Technology)的文獻(xiàn)中特別描述了這種鍵合技術(shù)以及替換技術(shù)。
如有必要，鍵合伴隨著對(duì)待鍵合的各個(gè)表面的適當(dāng)預(yù)處理和/或供應(yīng)熱能和/或預(yù)備輔助的鍵合試劑。
因而，例如，在鍵合期間或者之后進(jìn)行的熱處理可使鍵合堅(jiān)固。也可通過插入在剝離結(jié)構(gòu)I和接收襯底2之間并能特別加強(qiáng)分子鍵合的鍵合層，諸如二氧化硅，來控制鍵合。
有利地，構(gòu)成接收襯底2的鍵合表面的材料和/或如果必要所形成的鍵合層的材料是電絕緣的，以從剝離層開始形成SeOI結(jié)構(gòu)，于是SeOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層是剝離結(jié)構(gòu)I的剝離部分(即，有用層)。
一旦鍵合了接收襯底2，就在先前形成的脆化區(qū)的區(qū)域內(nèi)通過實(shí)現(xiàn)分離而除去施主晶片10的部分。
在所述第一技術(shù)(Smart-Cut_)的情況下，在第二步驟中使注入?yún)^(qū)(形成脆化區(qū))受到熱和/或機(jī)械處理，或者提供其它能量，以在脆化區(qū)的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)分離。
在所述第二技術(shù)的情況下，使脆化層受到機(jī)械處理或者其它能量供應(yīng)以在脆化區(qū)的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)分離。
根據(jù)這兩種技術(shù)之一的在脆化區(qū)的區(qū)域中的分離允許除去晶片10的主要部分，以獲得包含已剝離的剝離結(jié)構(gòu)I剩余部分(因而在這里代表有用層)、可能的鍵合層和接收襯底2的結(jié)構(gòu)。
后剝離結(jié)構(gòu)(post-taking-off structure)I′構(gòu)成在剝離之后仍保留的剝離結(jié)構(gòu)的那部分，而整個(gè)晶片形成施主晶片10′，在以后層膜的剝離期間將送去重復(fù)利用以便以后再次使用。
圖1d顯示了上述施主晶片10′的重復(fù)利用的結(jié)果。
根據(jù)上文已討論過的那些技術(shù)之一，對(duì)后剝離結(jié)構(gòu)I′進(jìn)行機(jī)械或者機(jī)械-化學(xué)侵蝕，以除去后剝離結(jié)構(gòu)I′的部分。
這里也可實(shí)施通過不同的機(jī)械方法而除去物質(zhì)的幾種技術(shù)，特別是如果后剝離結(jié)構(gòu)I′包含不同來源的幾個(gè)層膜，例如，使用通過CMP和簡(jiǎn)單拋光的連續(xù)侵蝕。
對(duì)材料的機(jī)械侵蝕之前和/或之后可進(jìn)行表面處理，諸如化學(xué)蝕刻、熱處理或者光滑。
參照?qǐng)D1d，在重復(fù)利用之后所獲得的剝離結(jié)構(gòu)I″基本上與剝離結(jié)構(gòu)I相同，其減少的厚度接近于所剝離的層膜和在重復(fù)利用期間所除去的材料的平均厚度。根據(jù)本發(fā)明，該厚度足以包含一個(gè)可剝離的有用層。
在以后的剝離期間，施主晶片10″于是適于在剝離結(jié)構(gòu)I″中提供剝離的有用層，而不需要任何其它的輔助步驟，諸如晶體生長(zhǎng)的步驟。
在剝離之前的施主晶片10的一個(gè)特定構(gòu)造中，所述晶片包含多個(gè)可剝離的有用層。
在這個(gè)特定構(gòu)造中，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的剝離結(jié)構(gòu)I，其中能夠在根據(jù)本發(fā)明的重復(fù)利用步驟之間剝離幾個(gè)有用層，在有利的背景下使用根據(jù)本發(fā)明從施主晶片10剝離有用層的循環(huán)方法，同時(shí)接連重復(fù)進(jìn)行·剝離過程，和·根據(jù)本發(fā)明的重復(fù)利用過程。
在實(shí)施循環(huán)剝離過程之前，可用上文中所描述的在襯底1上形成薄層的一種或多種技術(shù)，進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明形成施主晶片10的過程。
根據(jù)本發(fā)明，從施主晶片10開始，從形成在襯底1上的相同結(jié)構(gòu)I中剝離若干次，而不必在那里形成輔助層和/或不必進(jìn)行用于恢復(fù)襯底1的至少一部分的處理，這一可能性允許贏得整個(gè)剝離方法的實(shí)施時(shí)間，較容易實(shí)施本方法，并且比現(xiàn)有技術(shù)的不同方法所提高的經(jīng)濟(jì)成本基本上更少。
在剝離結(jié)構(gòu)I中進(jìn)行一定次數(shù)的剝離和重復(fù)利用之后，剝離的次數(shù)特別是剝離結(jié)構(gòu)I厚度的函數(shù)，剩下的剝離結(jié)構(gòu)I不再足夠厚以包含待剝離的有用層。
于是施主晶片10僅僅由襯底1構(gòu)成。
在第一情況下，丟棄施主晶片10，于是失去整個(gè)襯底1，襯底1可能是復(fù)雜的，制造時(shí)間長(zhǎng)并且成本高，特別是在襯底1包含緩沖結(jié)構(gòu)的情況下。
在更有利的第二情況下，通過實(shí)施重復(fù)利用的方法，至少恢復(fù)襯底1的一部分。
在襯底1包含緩沖結(jié)構(gòu)的情況下，可進(jìn)行對(duì)襯底1的三種類型的重復(fù)利用-重復(fù)利用包括除去整個(gè)緩沖結(jié)構(gòu)，但允許保留其上形成有緩沖結(jié)構(gòu)的支撐襯底的至少一部分；該重復(fù)利用總是損失通常形成最難且代價(jià)最貴的襯底1的那部分；并有必要實(shí)施重新形成緩沖結(jié)構(gòu)的輔助步驟，如果希望的話，例如，重新形成等同于重復(fù)利用之前的襯底1；-重復(fù)利用包括除去緩沖結(jié)構(gòu)的一部分，并允許保留其上形成有緩沖結(jié)構(gòu)的支撐襯底以及緩沖結(jié)構(gòu)的一部分，諸如制備昂貴的緩沖層；在重復(fù)利用期間，可進(jìn)行，例如并有利地，由明智地位于緩沖結(jié)構(gòu)的終止層(stop layer)所終止的選擇性除去物質(zhì)；如果希望的話，可有利地特別實(shí)施重新形成緩沖結(jié)構(gòu)的輔助步驟，以重新形成等同于重復(fù)利用之前的襯底1；-重復(fù)利用包括除去原始剝離結(jié)構(gòu)I剩余部分的至少一部分，并允許保留整個(gè)襯底1；在重復(fù)利用期間，可進(jìn)行表面拋光剝離結(jié)構(gòu)I的余下部分的步驟(例如通過CMP、熱處理、犧牲氧化、轟擊或者其它光滑技術(shù))和/或進(jìn)行由終止層而終止的選擇性除去物質(zhì)，例如，終止層明智地位于剝離結(jié)構(gòu)I和襯底1之間；在重復(fù)利用襯底1之后，于是重新形成新的剝離結(jié)構(gòu)I，其中根據(jù)本發(fā)明的一種方法可剝離幾個(gè)有用層。
新的剝離結(jié)構(gòu)I可基本上等同于重復(fù)利用之前的。
通過稍微改變形成的某些參數(shù)，新的剝離結(jié)構(gòu)I所具有的結(jié)構(gòu)可稍不同于重復(fù)利用之前的剝離結(jié)構(gòu)I。例如，會(huì)稍微改變材料中某些化合物的濃度。
無論如何，通過層膜生長(zhǎng)而有利地形成剝離結(jié)構(gòu)，例如通過CVD或者M(jìn)BE外延。
在第一情況下，包含在剝離結(jié)構(gòu)I中的至少一層膜的生長(zhǎng)是原地形成的，直接在形成下面的支撐層之后，在這種情況下，下面的支撐層也有利地通過層膜生長(zhǎng)而形成。
在第二情況下，在表面拋光下面的生長(zhǎng)支撐的小步驟之后，進(jìn)行這些層膜的至少一個(gè)的生長(zhǎng)，例如通過CMP拋光、熱處理或者其它光滑技術(shù)。
在本文獻(xiàn)的下文中，我們給出了施主晶片10的構(gòu)造的例子，施主晶片10包含具有幾層膜的結(jié)構(gòu)I，并能通過根據(jù)本發(fā)明的方法而使用。
特定地，我們將給出可有利地用于上述施主晶片10的材料。
對(duì)于某些詳述的例子，襯底1包含緩沖結(jié)構(gòu)和支撐襯底，緩沖結(jié)構(gòu)形成在支撐襯底上。
在涉及的例子中，緩沖結(jié)構(gòu)于是在其支撐襯底區(qū)域中具有第一晶格常數(shù)并在與上面剝離結(jié)構(gòu)I的界面附近具有第二晶格常數(shù)。
上述緩沖結(jié)構(gòu)包含允許進(jìn)行晶格常數(shù)的上述適應(yīng)的緩沖層。
形成緩沖結(jié)構(gòu)(如上文所述)的第一方法，最常用來獲得具有該性能的緩沖層，是具有包含幾個(gè)原子元素的緩沖層，所述幾個(gè)原子元素包括·在支撐襯底的成分中發(fā)現(xiàn)的至少一種原子元素，和·在支撐襯底中沒有發(fā)現(xiàn)的或者幾乎沒有發(fā)現(xiàn)的至少一種原子元素，并且其濃度在緩沖層的厚度中逐漸變化。
該元素在緩沖層中的梯度濃度將是晶格常數(shù)在緩沖層中以改變結(jié)構(gòu)的方式(in a metamorphic manner)而逐漸變化的主要原因。
因而，在該構(gòu)造中，緩沖層主要是合金。
為緩沖襯底的支撐襯底以及緩沖層的成分而選擇的原子元素可以是IV族類型的，諸如Si或者Ge。
例如，在這種情況下，可以有Si支撐襯底和SiGe緩沖層，Ge的濃度隨厚度而逐漸變化，在與支撐襯底的界面處其值接近于0，而在緩沖層的另一面上是一個(gè)特定的值。
在所示的另一情況下，支撐襯底和/或緩沖層的成分可包含III-V族的一對(duì)原子元素，諸如選自可能組合(Al，Ga，In)-(N，P，As)中的一對(duì)。
例如，在這種情況下，可以有AsGa支撐襯底和包含As和/或Ga以及至少一種其它元素的緩沖層，該其它元素隨厚度而逐漸變化，在與支撐襯底的界面處其值接近于0，而在緩沖層的另一面上是一個(gè)特定的值。
支撐襯底和/或緩沖層的成分可包含II-VI族的一對(duì)原子元素，諸如選自可能組合(Zn，Cd)-(S，Se，Te)中的一對(duì)。
下面我們給出上述構(gòu)造的幾個(gè)例子前三個(gè)例子特別涉及包括Si襯底1和SiGe緩沖層和Si及SiGe的其它層膜的施主晶片10。
這些晶片10在剝離SiGe層膜和/或應(yīng)力Si層膜以形成SGOI、SOI或者Si/SGOl結(jié)構(gòu)的情況下尤為有用。
下面我們給出上述構(gòu)造的幾個(gè)例子例1施主晶片10由下列構(gòu)成-襯底1，其由下列構(gòu)成√Si支撐襯底√根據(jù)所述形成緩沖結(jié)構(gòu)的第一技術(shù)而形成的SiGe緩沖結(jié)構(gòu)，包含緩沖層和附加層；-包含SiGe和可能一個(gè)或多個(gè)薄彈性應(yīng)力Si層的剝離結(jié)構(gòu)I。
緩沖層優(yōu)選具有從與支撐襯底的界面逐漸增加的Ge濃度，以使SiGe的晶格參數(shù)按以上說明而變化。
厚度通常包含在1和3微米之間，以在表面獲得良好的結(jié)構(gòu)松弛，并限制與晶格參數(shù)差異有關(guān)的缺陷以便將它們埋入。
附加層是SiGe，基本上通過緩沖層松弛，有利地具有均勻的Ge濃度，基本上等同于在它們界面附近的緩沖層的。
在松弛的SiGe層內(nèi)的硅中的鍺濃度通常包含在15％和30％之間。
30％的這一限制代表本技術(shù)的典型限制，但可以在來年中變化。
附加層的厚度可根據(jù)情況而極大地變化，厚度通常包含在0.5和1微米之間。
例2施主晶片10由下列構(gòu)成-襯底1，其由下列構(gòu)成√Si支撐襯底；√根據(jù)所述形成包括SiGe緩沖層和Ge附加層的緩沖結(jié)構(gòu)的第一技術(shù)而形成的緩沖結(jié)構(gòu)；-在剝離之前包含AsGa和/或AlGaAs的剝離結(jié)構(gòu)I。
緩沖層優(yōu)選具有從與支撐襯底的界面逐漸增加的Ge濃度，以使晶格參數(shù)在Si支撐襯底的晶格參數(shù)和Ge附加層的晶格參數(shù)之間變化。
為此目的，緩沖層中的Ge濃度從約0到約100％，或更精確地98％左右而變化，以在理論上完全符合兩種材料的晶格。
例3施主晶片10由下列構(gòu)成-由Si構(gòu)成的襯底1；-在剝離之前包含Si和可能一個(gè)或多個(gè)薄彈性應(yīng)力SiGe層的剝離結(jié)構(gòu)I。
例4施主晶片10由下列構(gòu)成-襯底1，其由下列構(gòu)成√Si支撐襯底；√根據(jù)上文所討論的并由文獻(xiàn)WO 00/15885所公開的所述形成緩沖結(jié)構(gòu)的第二特定技術(shù)而形成的緩沖層，即，由下列構(gòu)成■根據(jù)上文所討論的并由文獻(xiàn)WO 00/15885所公開的所述形成緩沖結(jié)構(gòu)的第二特定技術(shù)而沉積Ge或者SiGe的第一層膜，■可能隨后沉積能改善上面層膜結(jié)晶質(zhì)量的可選的第二層膜，如文獻(xiàn)WO 00/15885所公開的那樣，第二層膜是
○SiGe(50/50)，在緩沖層的第一層膜是Ge的情況下；○應(yīng)力Si，在緩沖層的第一層膜是SiGe的情況下；√包含以下材料Ge、SiGe、Si中至少一種的剝離結(jié)構(gòu)I。
剝離結(jié)構(gòu)I中的剝離可涉及剝離結(jié)構(gòu)I的一組層膜或者一個(gè)層膜。
應(yīng)注意根據(jù)此例在剝離后所獲得的結(jié)構(gòu)沒有位錯(cuò)類型的缺陷，甚至在埋入?yún)^(qū)域中。
于是，所獲得的這種結(jié)構(gòu)可用于在SiGe、Ge或者Si層膜上外延生長(zhǎng)輔助層，例如應(yīng)力硅。
例5施主晶片10由下列構(gòu)成-襯底1，其包括√Si支撐襯底；√根據(jù)所述形成緩沖結(jié)構(gòu)的第三技術(shù)而形成的Si緩沖層；√包含下列材料SiGe、Si中的至少一種的剝離結(jié)構(gòu)I。
該施主晶片10是在根據(jù)所述形成緩沖結(jié)構(gòu)的第三技術(shù)而形成緩沖層之后所獲得的晶片。
在緩沖層的第一實(shí)施例中，在形成緩沖層之前就存在剝離結(jié)構(gòu)I。
在剝離之前的剝離結(jié)構(gòu)有利地具有小于約107cm-2的缺陷密度，諸如位錯(cuò)。
對(duì)于具有15％Ge的SiGe剝離結(jié)構(gòu)和具有30％Ge的SiGe剝離結(jié)構(gòu)，其在剝離之前的典型厚度分別是約250nm和約100nm，因而保持在它們各自的彈性應(yīng)力最終臨界厚度(final critical thicknesses of elastic stress)之下。
根據(jù)上文中所看到的，根據(jù)兩個(gè)主要步驟而形成緩沖層●通過注入諸如H或He的原子種類而在Si支撐襯底1中形成干擾區(qū)域；●熱處理以在剝離結(jié)構(gòu)中至少引起彈性應(yīng)力的相對(duì)松弛。
在第一步驟期間，所使用的H或He的注入能量范圍典型地在12和25keV之間。
所注入的H或He的劑量典型地在1014和1017cm-2之間。
因而，例如，對(duì)于具有15％Ge的剝離結(jié)構(gòu)，優(yōu)選使用H，在約25keV的能量下用約3·1016cm-2的注入劑量。
因而，例如，對(duì)于具有30％Ge的剝離結(jié)構(gòu)，優(yōu)選使用H，在約18keV的能量下用約2·1016cm-2的注入劑量。
于是，襯底1中原子種類的注入深度典型地在約50nm和100nm之間。
在第二步驟期間進(jìn)行的熱處理應(yīng)該適于顯著地增加位于干擾區(qū)域和剝離結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域中的干擾數(shù)量和幅度。
產(chǎn)生干擾的區(qū)域?qū)⑿纬伤鼍彌_層。
緩沖層中位錯(cuò)的出現(xiàn)于是引起剝離結(jié)構(gòu)的整體松弛。
優(yōu)選在惰性氣氛之下進(jìn)行熱處理。
然而，可以在另一氣氛下進(jìn)行熱處理，例如氧化性氣氛。
因而，對(duì)這種類型的施主晶片10所進(jìn)行的特定熱處理典型地是在400℃和1,000℃之間的溫度下進(jìn)行的，其時(shí)間介于30秒與60分鐘之間，更準(zhǔn)確地說是約5分鐘至約15分鐘。
在緩沖層的第二實(shí)施例中，在形成緩沖層之前不存在緩沖結(jié)構(gòu)I，于是，施主晶片有利地以下列形式出現(xiàn)-Si襯底1；-具有至少15％Ge的SiGe層，SiGe被施加了彈性應(yīng)力。
松弛SiGe層的技術(shù)和參數(shù)基本上與緩沖層的第一實(shí)施例的相同。
在形成緩沖層之后，構(gòu)成剝離結(jié)構(gòu)I的層膜包括整體松弛層或者整套層膜。
剝離結(jié)構(gòu)I因此形成在緩沖層之后，與在此例中提出的第一實(shí)施例相反。
關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)技術(shù)的更多細(xì)節(jié)，參考B.H_llander et al.做的研究，特別是在標(biāo)題為“在氫或氦離子注入之后贗形Si1-xGex/Si(100)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變松弛以用于制備虛擬襯底”(in Nuclear and Instruments andMethods in Physics Research B 175-177(2001)357-367)的文獻(xiàn)中。
在將晶片10鍵合到接收襯底5之后，根據(jù)前述的一個(gè)或多個(gè)已知技術(shù)，在有或者沒有中間鍵合層的情況下進(jìn)行剝離，然后根據(jù)本發(fā)明重復(fù)利用晶片。
例6施主晶片10由下列構(gòu)成-襯底1，其由下列構(gòu)成√支撐襯底，在其與上面緩沖結(jié)構(gòu)的界面區(qū)域中至少包含一個(gè)AsGa部分；√根據(jù)所述形成緩沖結(jié)構(gòu)的第一技術(shù)而形成的III-V族材料的緩沖結(jié)構(gòu)；-在剝離之前包含III-V族材料的剝離結(jié)構(gòu)I。
該緩沖結(jié)構(gòu)的主要目的是使它們界面附近的剝離結(jié)構(gòu)I材料的晶格參數(shù)(例如，在InP的情況下，名義值約為5.87埃)適應(yīng)AsGa的晶格參數(shù)(其名義值約為5.65埃)。
在固態(tài)III-V族材料中，出現(xiàn)對(duì)上述緩沖結(jié)構(gòu)的實(shí)際興趣，例如，是因?yàn)閷?duì)諸如固體InP和固體AsGa的不同材料的比較，例如，與固體InP相比，固體AsGa更便宜，在半導(dǎo)體市場(chǎng)上更易獲得，機(jī)械脆性更小，已經(jīng)實(shí)施過背面接觸技術(shù)(rear face contact technologies)，并且尺寸更大(典型地為6英寸，而對(duì)于固體InP則是4英寸)。
然而，InP的電子性能一般超過AsGa的。
因而，例如，通過提出包含形成在AsGa支撐襯底上并由緩沖結(jié)構(gòu)松弛的InP的剝離結(jié)構(gòu)I，所述施主晶片10給出了形成尺寸為6英寸的InP層的解決辦法。
因而，在這里看到了上述施主晶片10所能提供的所有優(yōu)點(diǎn)它允許形成III-V族材料的有源層(active layer)，用于以給定的質(zhì)量和性能而轉(zhuǎn)移，其性能例如能夠接近在所述固體材料的實(shí)施例中會(huì)得到的性能。
包含在上述施主晶片10中的緩沖結(jié)構(gòu)使得厚度必須大于一微米，并且厚度可變大，特別是如果通過根據(jù)本發(fā)明的重復(fù)利用方法可避免在每次剝離之后破壞它。
在與下面緩沖結(jié)構(gòu)的界面區(qū)域中包含基本上松弛的InP的剝離結(jié)構(gòu)I的例子中，襯底1的緩沖結(jié)構(gòu)于是有利地包含由InGaAs構(gòu)成的緩沖層，其中In的濃度在0和53％之間變化。
緩沖結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包含III-V族材料的附加層，諸如InGaAs或者InAlAs，具有基本上恒定的原子元素濃度。
在剝離的一個(gè)特例中，至少?gòu)膭冸x結(jié)構(gòu)I剝離一個(gè)InP層，以轉(zhuǎn)移到接收襯底2。
因而能夠獲得可能的電學(xué)或者電子性能的優(yōu)點(diǎn)。
例如，如果被剝離的部分還包含InGaAs或InAlAs，就是這種情況后者材料和InP之間的電子能帶(electronic bands)的不連續(xù)性在剝離層中顯著地產(chǎn)生更好的電子遷移率。
施主晶片10的其它構(gòu)造是可能的，包含其它的III-V族化合物。
上述剝離層膜的應(yīng)用通常是實(shí)施HEMT或者HBT(High ElectronMobility Transistor and Heterojunction Bipolar Transistor，高電子遷移率晶體管和異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)。
例7施主晶片10由下列構(gòu)成-襯底1，其由下列構(gòu)成√在與上面緩沖結(jié)構(gòu)的界面區(qū)域中包含AsGa的支撐襯底；√根據(jù)所述形成緩沖的第一技術(shù)而形成的緩沖結(jié)構(gòu)，并在與剝離結(jié)構(gòu)I的界面區(qū)域中包含InGaAs；-在剝離之前包含InP和/或InxGa1-xAsyP1-y的剝離結(jié)構(gòu)I。
例6中已經(jīng)描述過這種類型的施主晶片10。
例8施主晶片10由下列構(gòu)成-襯底1，其由下列構(gòu)成√藍(lán)寶石或SiC或Si的支撐襯底；√根據(jù)所述形成緩沖層的第一技術(shù)而形成的緩沖結(jié)構(gòu)，其由下列構(gòu)成·AlxGa1-xN的變形緩沖層，x從與藍(lán)寶石的界面開始隨著厚度從0到1變化；·GaN的附加層，意在限制位錯(cuò)類型的結(jié)晶缺陷；-包含氮化物層的剝離結(jié)構(gòu)I。
III-V族氮化物GaN、AlN和InN在微電子學(xué)領(lǐng)域中引起興趣，特別是諸如激光器的發(fā)光器件(light emitting devices)，用于讀取和寫入以高密度存儲(chǔ)在光盤上的數(shù)據(jù)，或者諸如電致發(fā)光二極管(electroluminescent diodes)的發(fā)光器件，用于新顯示技術(shù)(new displaytechnologies)。這些材料也全都指定用于制備高功率電子組件或者在高溫下工作的電子組件。
形成包含在剝離結(jié)構(gòu)I中的氮化物層膜的一種方式是在GaN附加層上的外延生長(zhǎng)，通過沉積諸如三甲基鎵(trimethyl gallium)、三甲胺鋁烷(trimethylamine alane)或三甲基銦(trimethyl indium)的I族有機(jī)金屬化合物(organometallic compounds of Group I)，以分別沉積GaN、AlN和InN層膜。
當(dāng)用于從同一個(gè)施主晶片10轉(zhuǎn)移這些氮化物層中的幾層時(shí)，本發(fā)明包括在每次層膜剝離之間的重復(fù)利用步驟，允許為另一次剝離而準(zhǔn)備剝離結(jié)構(gòu)I的另一層膜。
例9施主晶片10由下列構(gòu)成-襯底1，其由下列構(gòu)成√藍(lán)寶石或SiC或Si的支撐襯底；√GaN中間層；√SiO2掩模；√GaN緩沖層；-包含一層或一套氮化物層的剝離結(jié)構(gòu)I，其中至少一層是GaN層。
形成緩沖層的方式在上文中描述所述形成緩沖層的第四技術(shù)時(shí)已經(jīng)描述過，由根據(jù)ELOG技術(shù)造成連續(xù)氮化物層膜的各向異性生長(zhǎng)組成，在這里特別是GaN。
用于該構(gòu)造的SiO2掩模有利地具有條帶的形式，以周期性方式位于GaN中間層之上并基本上互相平行。
每個(gè)條帶的厚度典型地在十分之幾微米的級(jí)別，而條帶的寬度在幾個(gè)微米的級(jí)別。
條帶分開的周期性間距典型地為約10微米或者15微米。
例如，可以有一個(gè)周期為13微米的條帶系統(tǒng)，每個(gè)條帶具有0.2微米的厚度和5微米的寬度。
如上面在一般情況下所說明的，這些SiO2條帶將導(dǎo)致位錯(cuò)，這些位錯(cuò)位于這些條帶的自由表面附近，在沉積于它們上方的GaN層中。
于是，其中位錯(cuò)位于掩模周圍的GaN厚度構(gòu)成所述緩沖層。
GaN層或者具有接近GaN晶格常數(shù)的其它材料層沉積在緩沖層上以形成所述剝離結(jié)構(gòu)I。
于是該剝離結(jié)構(gòu)I包含至少兩層膜，每層膜的厚度都等于或者大于所希望剝離的有用層的厚度。
對(duì)于根據(jù)LOG方法形成晶片的方式的更多細(xì)節(jié)，可以參考取自“MRS Bulletin”，May 1998，Volume 23，No.5，Shuji Nakamura的標(biāo)題為“預(yù)算壽命超過10,000小時(shí)的InGaN/GaN/AlGaN-基激光二極管”的文獻(xiàn)。
在InN層形成期間，InN層可特別集成到該剝離結(jié)構(gòu)I中，如前面在例8中描述的那樣。
可以將其它組分加入到本文獻(xiàn)所提及的半導(dǎo)體層中，諸如碳，在所考慮的層膜中碳濃度基本上等于或者小于50％，或更特別地濃度等于或者小于5％。
最后，本發(fā)明中施主晶片10的材料并不限于在上文例子中所提到的，而是涵括屬于II、III、IV、V或者VI族的其它類型的材料以及屬于IV-IV、III-V或者II-VI族的合金。
應(yīng)提及的是，在合金材料的情況下，所選擇的合金可以是二元的、三元的、四元的或者更高元數(shù)的。
在施主晶片10包括緩沖層或者緩沖結(jié)構(gòu)的情況下，本發(fā)明中的緩沖層或者緩沖結(jié)構(gòu)的主要作用并不限于在具有各自不同晶格參數(shù)的兩個(gè)鄰近結(jié)構(gòu)之間的晶格參數(shù)的適應(yīng)，還涉及諸如在本文獻(xiàn)中以最一般方式定義的任何緩沖層或緩沖結(jié)構(gòu)。
從剝離有用層開始最終所獲得的結(jié)構(gòu)也并不限于SGOI、SOI或者Si/SGOI結(jié)構(gòu)，不限于用于晶體管的HEMT和HBT結(jié)構(gòu)，或者用于激光器的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.在剝離包含選自半導(dǎo)體材料的材料的有用層之后重復(fù)利用施主晶片(10)的一種方法，所述施主晶片(10)依次包含襯底(1)和剝離結(jié)構(gòu)(I)，在剝離之前剝離結(jié)構(gòu)(I)包括待剝離的有用層，所述方法包括在發(fā)生剝離的一側(cè)除去物質(zhì)，其特征在于除去物質(zhì)包括使用機(jī)械方法，以便在除去物質(zhì)之后保留剝離結(jié)構(gòu)的至少一部分(I’)，該剝離結(jié)構(gòu)的至少一部分(I’)包含至少一層在重復(fù)利用之后可以剝離的其它有用層，而不需要重新形成有用層的輔助步驟。
2.如前面的權(quán)利要求所述的重復(fù)利用施主晶片(10)的方法，其特征在于在除去物質(zhì)期間使用的機(jī)械方法包括拋光。
3.如權(quán)利要求1所述的重復(fù)利用施主晶片(10)的方法，其特征在于在除去物質(zhì)期間使用的機(jī)械方法包括研磨劑拋光。
4.如前面權(quán)利要求之一所述的重復(fù)利用施主晶片(10)的方法，其特征在于在除去物質(zhì)期間使用的機(jī)械方法伴隨著化學(xué)蝕刻。
5.如權(quán)利要求1所述的重復(fù)利用施主晶片(10)的方法，其特征在于包括使用機(jī)械方法的除去物質(zhì)包含化學(xué)和機(jī)械平坦化(CMP)。
6.如前面權(quán)利要求之一所述的重復(fù)利用施主晶片(10)的方法，其特征在于在使用機(jī)械方法之前和/或之后進(jìn)行表面拋光處理。
7.如前面的權(quán)利要求所述的重復(fù)利用施主晶片(10)的方法，其特征在于所述表面拋光處理包括熱處理。
8.如前面權(quán)利要求之一所述的重復(fù)利用的方法，其特征在于襯底(1)包含位于支撐襯底和剝離結(jié)構(gòu)(I)之間的緩沖層，所述緩沖層是具有恒定化學(xué)成分并與支撐襯底晶格失配的晶體材料，以便它限定結(jié)晶缺陷。
9.如前面的權(quán)利要求所述的重復(fù)利用的方法，其特征在于所述緩沖層是Si、SiGe、Ge或氮化物材料的，并且所述剝離結(jié)構(gòu)(I)包含下面材料中的至少一種有彈性應(yīng)力作用的Si、SiGe或Ge或氮化物材料。
10.如權(quán)利要求1至7之一所述的重復(fù)利用的方法，其特征在于所述襯底(1)包括支撐襯底和緩沖結(jié)構(gòu)，所述緩沖結(jié)構(gòu)的晶格參數(shù)是在支撐襯底的晶格參數(shù)和另一個(gè)基本上不同于支撐襯底的晶格參數(shù)之間隨緩沖結(jié)構(gòu)的厚度逐漸增大并變化足夠大。
11.如前面的權(quán)利要求所述的重復(fù)利用的方法，其特征在于所述緩沖結(jié)構(gòu)還包括在緩沖層上的附加層，所述附加層具有·足夠大的厚度以限定缺陷；和·基本上不同于支撐襯底的表面晶格參數(shù)。
12.如前面兩個(gè)權(quán)利要求之一所述的重復(fù)利用的方法，其特征在于所述緩沖結(jié)構(gòu)和所述剝離結(jié)構(gòu)(I)都包含屬于下面原子合金族之一的原子合金·IV-V族；·III-V族；·II-VI族；所述合金是二元的、三元的、四元的或更高元數(shù)的類型。
13.如權(quán)利要求1至7之一所述的重復(fù)利用的方法，其特征在于所述施主晶片(10)包括-在第一構(gòu)造中√由Si構(gòu)成的支撐襯底；√包括Ge濃度隨厚度增加的SiGe緩沖層和由緩沖層松弛的SiGe附加層的緩沖結(jié)構(gòu)；√在剝離之前包括SiGe和/或Ge的剝離結(jié)構(gòu)(I)；或者-在第二構(gòu)造中√由Si構(gòu)成的支撐襯底；√包括Ge濃度隨厚度在約0％和約100％之間逐漸增加的SiGe緩沖層和由緩沖層松弛的Ge附加層的緩沖結(jié)構(gòu)；√在剝離之前包括AsGa和/或Ge的剝離結(jié)構(gòu)(I)；或者-在第三構(gòu)造中√至少在與剝離結(jié)構(gòu)(I)交界的較厚的部分上的Si；√在剝離之前包括Si的剝離結(jié)構(gòu)(I)；或者-在第四構(gòu)造中√在與緩沖結(jié)構(gòu)的界面區(qū)域中包括AsGa的支撐襯底；√包括緩沖層的緩沖結(jié)構(gòu)，所述緩沖層包括屬于III-V族的三元或更高元數(shù)類型的原子合金，其成分分別選自可能組合(Al，Ga，In)-(N，P，As)，并且至少兩種元素選自III族或至少兩種元素選自V族，所述兩種元素具有在緩沖層的厚度中逐漸變化的濃度；√在剝離之前包括屬于III-V族合金的剝離結(jié)構(gòu)(I)；或者-在第五構(gòu)造中與第四構(gòu)造相同的層膜和相同的材料，具有√緩沖結(jié)構(gòu)，在與支撐襯底界面的相對(duì)面附近具有與InP相似的晶格參數(shù)；√在剝離之前包括InP和/或InGaAs的剝離結(jié)構(gòu)(I)；或者-在第六構(gòu)造中√藍(lán)寶石或SiC或Si的支撐襯底；√AlxGa1-xN緩沖層，x從與支撐襯底的界面開始從0到1變化；√可能的GaN附加層；√在剝離之前包括InP和/或InGaAs的剝離結(jié)構(gòu)(I)；或者-在第七構(gòu)造中√藍(lán)寶石或SiC或Si的支撐襯底；√可能的GaN層；√掩模；√GaN緩沖層；√在剝離之前包括GaN和可能其它氮化物的剝離結(jié)構(gòu)(I)。
14.如前面的權(quán)利要求所述的重復(fù)利用的方法，其特征在于所述剝離結(jié)構(gòu)(I)還包括-在第一構(gòu)造中有彈性應(yīng)力作用的Si；-在第三構(gòu)造中有彈性應(yīng)力作用的SiGe。
15.如前面權(quán)利要求之一所述的重復(fù)利用的方法，其特征在于所述施主晶片(10)包括還包含碳的至少一層膜，在所述層膜中的碳濃度基本上等于或小于50％。
16.如前面權(quán)利要求之一所述的重復(fù)利用的方法，其特征在于所述施主晶片(10)包括還包含碳的至少一層膜，在所述層膜中的碳濃度基本上等于或小于5％。
17.通過將有用層轉(zhuǎn)移到接收襯底(2)上而從施主晶片(10)剝離有用層的方法，其特征在于它包括(a)將施主晶片(10)在待剝離的有用層的一側(cè)鍵合到接收襯底(2)；(b)分離包含在施主晶片(10)的剝離結(jié)構(gòu)(I)中的有用層；(c)如權(quán)利要求1至16之一所述的方法重復(fù)利用施主晶片(10)。
18.如前面的權(quán)利要求所述的剝離有用層的方法，其特征在于它還包括在步驟(a)之前形成鍵合層。
19.如前面兩個(gè)權(quán)利要求之一所述的剝離有用層的方法，其特征在于-它還包括在步驟(a)之前形成位于有用層之下的脆化區(qū)，以及在于-步驟(b)的進(jìn)行是通過給脆化區(qū)的區(qū)域施加能量而從施主晶片(10)分離包含有用層的結(jié)構(gòu)。
20.如前面的權(quán)利要求所述的剝離有用層的方法，其特征在于通過注入原子種類來進(jìn)行脆化區(qū)的形成。
21.如前面的權(quán)利要求所述的剝離有用層的方法，其特征在于所注入的原子種類包含氫和/或氦。
22.如權(quán)利要求19所述的剝離有用層的方法，其特征在于通過多孔化形成所述脆化區(qū)。
23.如權(quán)利要求17至22之一所述的剝離有用層的方法，其特征在于它包括，在步驟(b)之后，在發(fā)生分離的區(qū)域中的有用層之上表面拋光的步驟。
24.從施主晶片(10)循環(huán)剝離有用層的方法，其特征在于它包括剝離有用層的一連串步驟，所述步驟中的每一個(gè)都遵循根據(jù)權(quán)利要求17到23之一的重復(fù)利用的方法。
25.如前面權(quán)利要求之一所述的循環(huán)剝離方法或如權(quán)利要求17到23之一所述的剝離方法應(yīng)用于形成包括接收襯底(2)和有用層的結(jié)構(gòu)，所述有用層包括以下材料中的至少一種SiGe、Si、其成分分別選自可能組合(Al，Ga，In)-(N，P，As)的屬于III-V族的合金。
26.如權(quán)利要求24所述的循環(huán)剝離方法或如權(quán)利要求17到23之一所述的剝離方法應(yīng)用于形成絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括接收襯底(2)和有用層，所述有用層是絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層的至少一部分。
27.通過剝離而提供有用層、并能通過根據(jù)權(quán)利要求1至16之一的方法而重復(fù)利用的施主晶片(10)，其特征在于它連續(xù)地包括襯底(1)和已經(jīng)提供了有用層的剝離結(jié)構(gòu)(I)的剩余部分，其特征還在于，在剝離之后，剝離結(jié)構(gòu)的剩余部分(I’)仍然足夠厚，以包括至少一個(gè)待剝離的其它有用層。
28.如前面的權(quán)利要求所述的施主晶片(10)，其特征在于所述襯底(1)包括支撐襯底和緩沖結(jié)構(gòu)，所述緩沖結(jié)構(gòu)位于支撐襯底和剝離結(jié)構(gòu)的剩余部分(I’)之間。
全文摘要
在剝離包含選自半導(dǎo)體材料的材料的有用層之后重復(fù)利用施主晶片(10)的一種方法。施主晶片(10)依次包含襯底(1)和剝離結(jié)構(gòu)(I)，在剝離之前剝離結(jié)構(gòu)(I)包括待剝離的有用層；該方法包括在發(fā)生剝離的一側(cè)除去物質(zhì)，其特征在于除去物質(zhì)包括使用機(jī)械方法，以便在除去物質(zhì)之后保留剝離結(jié)構(gòu)的至少一部分(I’)，該剝離結(jié)構(gòu)的至少一部分(I’)包含至少一層在重復(fù)利用之后可以剝離的其它有用層，而不需要重新形成有用層的輔助步驟。本文獻(xiàn)還涉及從根據(jù)本發(fā)明可以重復(fù)利用的施主晶片(10)剝離薄層的方法；根據(jù)本發(fā)明可以重復(fù)利用的施主晶片(10)。
文檔編號(hào)H01L21/762GK1723553SQ200480001944
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月7日
發(fā)明者B·吉瑟朗, C·奧爾內(nèi)特, B·奧斯特諾德, T·赤津, B·富爾 申請(qǐng)人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司