用于轉(zhuǎn)印層的工藝的制作方法
【專利說明】用于轉(zhuǎn)印層的工藝
[0001] 本發(fā)明涉及用于轉(zhuǎn)印層的工藝。
[0002] 被稱作SmartCut?工藝的用于轉(zhuǎn)印層的熟知的現(xiàn)有工藝包括以下步驟：
[0003] (a)提供分別由具有第一和第二熱膨脹系數(shù)的材料制成的施主襯底和支撐襯底；
[0004] (b)在施主襯底中形成脆性區(qū)，以在施主襯底中在脆性區(qū)的任一側(cè)界定第一部分 和第二部分，第一部分旨在形成將被轉(zhuǎn)印至支撐襯底的層。
[0005] (c)在施主襯底的第一部分和支撐襯底之間形成所謂的結(jié)合層，結(jié)合層具有預(yù)設(shè) 厚度；以及（d)將施主襯底組裝到支撐襯底。
[0006] 在步驟（d)中，施主襯底和支撐襯底一般會經(jīng)歷溫度升高。在后續(xù)步驟中，施主襯 底和支撐襯底也會經(jīng)歷溫度升高，后續(xù)步驟包括：
[0007] 使用熱處理在脆性區(qū)中使施主襯底破裂；以及
[0008] 使用退火加強(qiáng)界面。
[0009] 這些溫度升高經(jīng)由由具有不同熱膨脹系數(shù)的施主襯底和支撐襯底導(dǎo)致的差熱行 為在包括施主襯底、結(jié)合層和支撐襯底的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)力。這些應(yīng)力根據(jù)其大小可能導(dǎo)致 結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)缺陷（體缺陷和界面缺陷），并且甚至導(dǎo)致襯底剝離。
[0010] 在幾百攝氏度的溫度下執(zhí)行的使施主襯底破裂的步驟和加強(qiáng)界面的退火步驟中， 溫度升高特別地大，因此在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生非常大的應(yīng)力。因此，使施主襯底破裂的步驟和加強(qiáng) 界面的退火步驟為促使結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)缺陷甚至襯底剝離的步驟。
[0011] 本發(fā)明的目的是克服上面提及的缺點中的全部或一些，并且涉及用于轉(zhuǎn)印層的工 藝，所述工藝包括以下步驟：
[0012] (a)提供由分別具有第一熱膨脹系數(shù)和第二熱膨脹系數(shù)的材料制成的施主襯底和 支撐襯底；
[0013] (b)在所述施主襯底中形成脆性區(qū)，以在所述施主襯底中在所述脆性區(qū)的兩側(cè)界 定第一部分和第二部分，所述第一部分旨在形成將被轉(zhuǎn)印至所述支撐襯底的所述層；
[0014] (C)在所述施主襯底的所述第一部分和所述支撐襯底之間形成所謂的結(jié)合層，所 述結(jié)合層具有預(yù)設(shè)厚度；以及
[0015] (d)將所述施主襯底組裝到所述支撐襯底，所述轉(zhuǎn)印工藝的特征在于，所述轉(zhuǎn)印工 藝包括以下步驟：
[0016] (e)在給定功率密度下，將所述脆性區(qū)的部分連續(xù)地暴露給電磁輻射達(dá)暴露時間， 所述電磁輻射位于選擇的光譜區(qū)，使得在所選擇的光譜區(qū)中，所述支撐襯底、所述結(jié)合層和 所述施主襯底分別是透明、透明和吸收的，所述暴露時間根據(jù)所述結(jié)合層的所述厚度來選 擇，使得在所述暴露時間期間，所述支撐襯底的溫度保持低于閾值，在高于該閾值時，缺陷 易于出現(xiàn)在包括所述支撐襯底、所述結(jié)合層和所述施主襯底的結(jié)構(gòu)中，所述暴露時間根據(jù) 所述功率密度來選擇，以激活使所述脆性區(qū)變?nèi)醯膭恿Α?br>[0017] 因此，根據(jù)本發(fā)明，這個轉(zhuǎn)印工藝允許通過將脆性區(qū)的部分連續(xù)暴露給電磁輻射 來施加局部熱處理。因此，電磁輻射在支撐襯底和結(jié)合層中傳播，穿過與脆性區(qū)的一部分的 暴露段對應(yīng)的小段。支撐襯底、結(jié)合層和施主襯底的暴露段足夠小，使得支撐襯底和施主襯 底的總段只經(jīng)歷極小的溫度升高。因此，這種局部熱處理避免出現(xiàn)缺陷的風(fēng)險，或者甚至避 免在第一和第二熱膨脹系數(shù)顯著不同時的剝離。因此，局部熱處理與包括施主襯底、支撐襯 底和結(jié)合層的整個結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有全體熱處理不同。
[0018] 此外，結(jié)合層的存在是必要的，因為其允許支撐襯底從施主襯底的第一部分熱去 耦，該第一部分吸收電磁輻射。特別地，在吸收之后釋放的熱易于經(jīng)由結(jié)合層向支撐襯底擴(kuò) 散。如上面所解釋，向支撐襯底的熱擴(kuò)散是不希望的，因為希望防止支撐襯底經(jīng)歷溫度升 高，該溫度升高可能導(dǎo)致經(jīng)由施主襯底和支撐襯底的不同熱行為而產(chǎn)生應(yīng)力。這就是為什 么暴露時間根據(jù)結(jié)合層的厚度來選擇，以獲得該熱去耦，該熱去耦允許支撐襯底在暴露時 間期間的溫度保持在低于上述閾值，在溫度高于上述閾值時，缺陷易于出現(xiàn)在包括支撐襯 底、結(jié)合層和施主襯底的結(jié)構(gòu)中。術(shù)語"缺陷"被理解為支撐襯底和施主襯底中的體缺陷， 以及在施主襯底和結(jié)合層之間的界面處和在支撐襯底和結(jié)合層之間的界面處的缺陷。
[0019] 如果適當(dāng)?shù)剡x擇暴露時間和功率密度，則使脆性區(qū)中的施主襯底破裂的步驟可以 與步驟（e)同時執(zhí)行。使脆性區(qū)中的施主襯底破裂的步驟還可以在步驟（e)之后執(zhí)行。步驟 (e)允許使脆性區(qū)變?nèi)醯膭恿Ρ患せ钪梁唵蔚暮罄m(xù)機(jī)械行為或后續(xù)低溫?zé)崽幚碜阋允故┲?襯底破裂的程度。當(dāng)然，后續(xù)熱處理將會在低于如下的溫度很多的溫度下執(zhí)行，即，在高于 該溫度時，缺陷易于出現(xiàn)，通過在步驟（e)中激活使變?nèi)醯膭恿?，后續(xù)熱處理成為可能。
[0020] 在使施主襯底破裂之后，可選的增加強(qiáng)度的退火可以被實施。在這些增強(qiáng)強(qiáng)度的 退火中采用的溫度升高不產(chǎn)生足以產(chǎn)生缺陷或剝離的應(yīng)力，因為被轉(zhuǎn)印的層，即施主襯底 的第一部分，具有與施主襯底的初始厚度相比足夠小的厚度。這種小的厚度不允許差熱行 為被誘導(dǎo)并伴隨著支撐襯底出現(xiàn)缺陷或脫離。
[0021] 根據(jù)一個實施例，根據(jù)結(jié)合層的厚度選擇暴露時間，以使結(jié)合層中的熱擴(kuò)散長度 小于或等于結(jié)合層的厚度。
[0022] 因此，在暴露時間期間，支撐襯底的溫度可以被保持低于閾值，在高于該閾值時， 缺陷易于出現(xiàn)在包括支撐襯底、結(jié)合層和施主襯底的結(jié)構(gòu)中。
[0023] 根據(jù)一個實施例，電磁輻射為電磁脈沖，并且每個電磁脈沖的長度遵守以下關(guān)系： 此處D為結(jié)合層的熱擴(kuò)散系數(shù)，τ為一個電磁脈沖的長度，并且e為結(jié)合層的厚 度，τ優(yōu)選在IOns和10 μ s之間，并且e優(yōu)選低于10 μ m。
[0024] 因此，這種電磁脈沖被定制為在吸收之后充分減少經(jīng)由結(jié)合層擴(kuò)散到支撐襯底的 熱量，以使在暴露時間期間支撐襯底的溫度保持低于閾值，在高于該閾值時，缺陷易于出現(xiàn) 在包括支撐襯底、結(jié)合層和施主襯底的結(jié)構(gòu)中。每個電磁脈沖的長度被定制為使得結(jié)合層 中的熱量擴(kuò)散長度小于結(jié)合層的厚度。因此，每個電磁脈沖釋放的能量在隨后的電磁脈沖 到達(dá)之前可以從施主襯底的第一部分疏散。與結(jié)合層的厚度相比，熱轉(zhuǎn)印長度越小，支撐襯 底和施主襯底的第一部分之間的熱去耦越好。占空比和脈沖周期的數(shù)目被定制以激活使脆 性區(qū)變?nèi)醯膭恿Α?br>[0025] 根據(jù)一個實施例，使用發(fā)射電磁輻射的至少一個激光器執(zhí)行步驟（e)，所述激光器 被移動以連續(xù)暴露脆性區(qū)的部分。
[0026] 因此，在激光器發(fā)射連續(xù)波電磁輻射時，激光器移動的速度被調(diào)節(jié)，以獲得針對脆 性區(qū)的每個部分的預(yù)期暴露時間。在激光器發(fā)射電磁脈沖時，脆性區(qū)的一部分的暴露時間 與被發(fā)射到所述部分上的電磁脈沖的長度之和相對應(yīng)。
[0027] 有利地，施主襯底具有熱導(dǎo)率，并且結(jié)合層的熱導(dǎo)率低于施主襯底的熱導(dǎo)率，結(jié)合 層的熱導(dǎo)率優(yōu)選遵守以下關(guān)系其中σ α為結(jié)合層的熱導(dǎo)率，并且〇 SD為施主 襯底的熱導(dǎo)率。
[0028] 因此，這種結(jié)合層通過固有熱隔離允許支撐襯底和施主襯底的第一部分之間的熱 去耦被改進(jìn)。
[0029] 根據(jù)一個實施例，在低于閾值的溫度下執(zhí)行步驟（d)，在高于該閾值時，缺陷易于 出現(xiàn)在包括支撐襯底、結(jié)合層和施主襯底的結(jié)構(gòu)中，所述溫度優(yōu)選低于300°C，并且甚至更 優(yōu)選低于200°C。
[0030] 有利地，選擇執(zhí)行步驟（d)的溫度，使得支撐襯底和結(jié)合層展示出具有結(jié)合能量 的界面，使得它們能夠可逆地組裝，所述溫度優(yōu)選低于250°c，并且甚至更優(yōu)選低于150°C。
[0031] 結(jié)合能量優(yōu)選位于0. lj/m2和0. 4J/m2之間，并且優(yōu)選基本上等于0. 2J/m2。
[0032] 根據(jù)一個實施例，轉(zhuǎn)印工藝包括以下步驟：
[0033] -在步驟（e)之后，將支撐襯底從結(jié)合層分離；
[0034] -提供所謂的最終支撐襯底；
[0035] -通過結(jié)合層，將施主襯底組裝至最終支撐襯底；并且
[0036] -使脆性區(qū)中的施主襯底破裂。
[0037] 因此，支撐襯底可以從結(jié)合層分離，因為步驟（e)的局部熱處理沒有增強(qiáng)支撐襯 底和結(jié)合層之間界面的強(qiáng)度，支撐襯底從施主襯底的第一部分熱去耦。在最終支撐襯底具 有針對設(shè)想應(yīng)用的預(yù)期特性時，層至最終支撐襯底的轉(zhuǎn)印可以證明為有用的，但是不與執(zhí) 行步驟（e)所要求的光學(xué)特性兼容。另外，步驟（e)中的激活變?nèi)鮿恿Ρ仨氃诖嬖谧鳛闄C(jī) 械增強(qiáng)板的支撐襯底的情況下實施，以防止施主襯底起泡。
[0038] 根據(jù)一個實施例，根據(jù)功率密度選擇暴露時間，以使脆性區(qū)中的施主襯底破裂。
[0039] 因此，如果支撐襯底已經(jīng)具有針對設(shè)想應(yīng)用的預(yù)期特性，則可以使施主襯底直接 破裂。輻射使脆性區(qū)的每個部分的溫度上升至低于制成施主襯底的材料的熔點的溫度。
[0040] 根據(jù)一個實施例，制成施主襯底的材料為半導(dǎo)體，優(yōu)選選自包括硅、鍺、硅鍺、和諸 如氮化鎵、砷化鎵和磷化銦的III-V族材料的組。
[0041] 根據(jù)一個實施例，制成支撐襯底的材料選自包括硅、石英、硅石、藍(lán)寶石、金剛石和 玻璃的組。
[0042] 根據(jù)一個實施例，結(jié)合層為電介質(zhì)層，優(yōu)選由二氧化硅或氮化物制成。
[0043] 根據(jù)一個實施例，在步驟（b)期間，通過注入諸如氫和/或氦的物種形成脆性區(qū)。
[0044] 結(jié)合附圖，通過非限制性示例給出的根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)印工藝的一個實施例的以下 描述，其他特征和優(yōu)點將會變得顯而易見，其中：
[0045] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)的示意圖；以及
[0046] 圖2是示出圖1中示出的結(jié)構(gòu)的在y軸上的溫度⑴與在X軸上的深度（z)的函 數(shù)圖。
[0047] 圖1中示出的轉(zhuǎn)印工藝為轉(zhuǎn)印層1的工藝，包括以下步驟：
[0048] (a)提供由分別具有第一和第二熱膨脹系數(shù)（以下稱CTE)的材料支撐的施主襯 底2和支撐襯底3制成。制成施主襯底2的材料為半導(dǎo)體，優(yōu)選選自包括硅、鍺、硅鍺、和諸 如氮化鎵、砷化鎵和磷化銦的ΙΙΙ-ν族材料的組。制成支撐襯底3的材料優(yōu)選選自包括硅、 石英、硅石、藍(lán)寶石、金剛石和玻璃的組。通過非限制性示例，硅的CTE為大約3. 6X KT6K' 藍(lán)寶石的CT