TW200406811A

TW200406811A - Transferring method of a layer onto a substrate

Info

Publication number: TW200406811A
Application number: TW092115035A
Authority: TW
Inventors: Tien-Hsi Lee
Original assignee: Tien-Hsi Lee
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-05-01
Also published as: AU2003237399A1; US20080223285A1; US7459025B2; WO2003103026A1

Description

200406811 五、發明說明（l) 【發明所屬之技術領域】太於係有關於一種半導體層轉移方法；尤有進者，本毛月係有關於一種轉移方法，用以移至其他基板上，一呈土枚上之潯層轉后# W 4 ^ 具有相同面積之層被當成該基板，其攻未其厚度及平坦度符合VLSI及 MEMS的品未，且該轉移層中具有非常低的缺陷密度。【先前技術】在1 985年，由IEEE之IEDM會議所出版之刊物中J B· Lasky揭示了一種水結合技術。該水結合技術可以被應用於結^具有非常不同晶格參數之兩種基板，而不需膠合在非吊咼的結合強度，且結果使該結合介面具有足夠之強度以便當成該基板使用。因為具有上述之優點，該水結合技術被揭露後吸引相當多注意力。

Maszara使用一種具有一蝕刻停止層之轉移觀念，用以製造次微米厚度之矽至二氧化矽上以形成該絕緣體材料上之矽（silicon on insulator，S0I)。該水結合技術與層轉移觀念結合以延伸其應用領域至前述的電子材料、光 -電子材料、及微電子-機械系統 (microelectro-mechanical systems，MEMS)之製造。然而，該以#刻停止觀念為基礎之層轉移技術有一些缺點，例如有關於總厚度變化（t 〇 t a 1 t h i c k n e s s v a r i a t i ο η， T T V)將導致#刻停止一致性的問題。此外，該姓刻過程時間太長且大部分的基板被浪費。在此同時，藉由植入氧氣之分離方法（S IΜ0Χ)以製造該絕緣體材料上之矽基板方法

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200406811 五、發明說明（2) 也積極地被發展。因為在SOI基板上該SIM0X之優異的均勻厚度’如果其總厚度變化值（TTV)沒有改善的話，則水結合技術可能喪失其在soI水產品領域之領導地位。直到1994年末，Bruel博士宣佈成功地發展出一種新的層轉移技術，即Smart Cut ®過程。根據此方法，該SOI 基板上之結合厚度可以被做的像SOI上之分離方法（SI Μ0Χ) 一樣好。根據美國第5，3 7 4，5 6 4專利案之申請專利範圍，一種植入過程首先被執行以植入高劑量的氫離子至一供應基板，且該供應基板被結合至一目標基板。隨後執行一熱過程以導致該小板片層沿著該植入頂端被形成以便由該供應基板分離該層，之後轉移該層至該目標基板上。該 Smart Cut ®過程之優點，例如該薄膜上均勻的厚度、密度上較少的缺點、沒有浪費的材料、該無害的氫氣釋放以及該供應基板的可重新使用性等等使該層轉移技術被快速地發展成為SOI基板製造方法之主流。一種被稱為Genesis Process TM SOI之製造過程，係由Si 1 icon Genesis公司所研發的，為了薄膜轉移之目的，其使用等離子體沈浸離子植入（plasma immersion ion implantation，Pill)技術以植入氫離子至矽中。該過程類似於Smart Cut ®過程，但是該離子植入過程是由等離子體沈浸離子植入（ρ Π I)技術所取代且其分離（sp 1 i 11 i ng)溫度可以被降低至5 〇〇 °c。有一些其他的SOI基板製造方法被揭露在一些美國專利案中。根據美國第6, 352, 90 9 B1專利案（Usenko)、美國第 6, 255, 195 B1 專利案（Linn 等人）、美國第 6, 191，007 B1

200406811 五、發明說明（3) ---------- =利案（Matsui等人）以及美國第5,877,〇7〇 a專利案 (j = esle等人）等案之習知技術，為了層分離之目的，對 =虱離子，一種植入損失方法被當成吸收劑層使用。這些法係首先在矽基板中藉由較輕離子（例如硼離子）、中等離t (曰例如矽離子）或較重離子（例如銻離子）植入以形成一非結晶或晶格的損失層當成一吸收劑層，然後藉由電解的過耘等離子體擴散過程或離子植入過程插入氫離子至該吸收劑層中以準備由該植入（implante(J)基板中分離。藉由上述方法所製造之SOI層其厚度可以由植入之能量所限制’特別是使用中等離子及重離子時且該s〇 I層之結晶晶格可能被植入嚴重地破壞且非常難藉由再結晶 (recrystallizing)甚至是高溫退火（anneal)過程加以復原。根據美國第5, 250, 460 A專利案（Yamagata等人）及其相關的E L t r a η⑧S 0 I技術（由C a η ο η公司所發展），該方法首先係在矽基板上形成一極微多孔層（nano porous layer)，之後一石夕薄膜被外延地（epitaxial ly)生長在該極微多孔層上。為了藉由回-#刻（etch-back)或水噴射分離過程由該基板分離出薄膜之目的，此極微多孔層是被當成一犧牲層（sacrifice layer) 〇根據美國第6, 346, 458 B1專利案（R· W· Bower)，複數個硼離子與下列的RTA過程被植入該矽基板中且被當成受子中心（acceptor centers)，之後氫離子被植入讀石夕基板中與該受子中心隔離之區域以當成一氫來源。為了層轉

200406811 五、發明說明（4) 移之目的’ _能量場被加入以運送這些來自氫來源之被植入的氫離子至該成受子中心。然而’習知的Smart Cut⑧過程及以上所描述的過程具有下列的缺點： 1 ·高劑量的氫離子植入過程可能導致在該so!層之活化層中一高缺陷密度。 2 ·在該活化層中缺陷及變形將導致大量的原子植入，例如石夕可能導致該活化層之品質問題且難以使用退火過程修復。 3 ·因為使用高劑量的離子植入過程導致製造成本提高。 4·結晶中所存在細小的空隙將產生微粒，或在大塊晶圓中尤其是30 0mm直徑的晶圓所產生之凹處（c〇Ps)，將無法全部被排除且導致活化層中嚴重的缺陷。 5·轉移層的厚度是受限於植入的能量且其厚度要低於微米是很困難的。 6. 該極微多孔矽形成及緊隨的矽外延生長是複雜的且相關的製造成本是高的。 7. 氧離子植入過程所造成活化層中氧化物隔離之缺陷可能導致IC裝置製造時的品質問題。本發明從供應基板轉移一外延層至一目標基板上而不具有植入的危險。如此，藉由本發明可以在低製造成本下得到一高品質、沒有C0P缺陷、傑出且沒有植入損害且度可彈性控制之活化層。【發明内容】 200406811 五、發明說明（5) 為解決上述之問題’本發明一個目的係提供一種層轉移方法用以在一相似或相異材質結構上轉移一基板上之一層，該層具有一約與基板面積相等之轉移區域、具有次微米至數微米之厚度、具有一 VLSI總厚度及MEMS角度、具有咼品質轉移層，且該轉移層具有低缺陷密度、沒有C〇p缺陷及低製造成本。 '

在本發明之一較佳實施例中，一外延的生長過程 (epitaxial growth process)將被執行以形成一基板上表面上之一固態層，在該基板上或其中存在包含足夠高的氫再結合摻雜物之複數個區域以形成一供應基板。該氫再結合摻雜物（例如硼、鋁、鎵、碳）不只具有該再結合效果用以轉移擴散的氫離子進入氣體分子中且亦可促進該基板之擴散能力以允許更多氫原子進入。一旦進入該供應基板，氫原子離子將與氫再結合摻雜物結合以達到一非常高的溶解濃度。 < 該擴散的氫原子將更容易互相結合以便形成氫分子且在相同的退火溫度下，在包含較高氫再結合摻雜物區域戶斤產生的氣泡（bl ister)及破裂（crack)將比包含較少氫再妹合摻雜物區域（例如該固態層）嚴重。該固態層也可以添加氫再結合毒物（例如硫磺、磷、砷）以減緩該氫再結合過程且促進該基板上氫離子的吸收。此不同劑量的添加及氫再結合的減緩可以導致該固態層（沒有或較少的氫再結合接雜）及該氫再結合區域（高度氫再結合摻雜）之間不同時間的氫氣泡及破裂。該氫再結合區域是由該高度氫再結合捡

第11頁 200406811 五、發明說明（6)

雜基板之上表面所定義的近似於該固態層，且為了層分離之需要’在該高度氫再結合摻雜基板之上表面下有一非常深的區域。該高度氫再結合摻雜基板可以是一母基板 (mother substrate)以直接地在其上生長該固態層且該高度氫再結合摻雜基板亦可藉由在一低度氫再結合摻雜母基板上外延地生長而被形成。一氫擴散過程被執行以促進氫原子進入該供應基板（supply substrate)以轉換該氫再結合區域成為一氫激勵區域（hydrogen-embitterment region)。一晶圓結合過程隨後被執行以結合一目標基板 (target substrate)至該供應基板上以在一足夠高的結合強度下形成一結合對。之後一活化（active)能量被輸入至該結合對中，例如，該結合對被放置在高溫的密室、高頻率交變電場、或高頻率交變電磁場中以執行一氫再結合過程用以形成分子氫氣及轉移該氫激勵區至一空的包含區域 (void-comprising region)。内部分成細層之氫氣泡或類似氣泡的裂縫的形式降低該固態層及該基板上表面的結合強度。這些内部的裂縫藉由一被稱為氫引起的 ° (hydrogen-induced)分餾（HI C)過程或氫氣泡而傳播且該氫促進微空隙接合（hydrogen-assisted mi cr ovoid

coalesce)以從該供應基板分離該固態層且轉移該固態層至=目標基板。使用加熱、微波、射頻頻率、或感應的耦合％ ^成一活化能量，該活化能量可增加該擴散離子的活躍能量以致能該氫再結合過程。該輸入活化能量之強度受到控制以導致該氫在該氫激勵區域中引起氣泡及裂痕$不

第12頁 ZUU4Ub«ll 五、發明說明（7) 在該希望轉移層例如固態此外，本發明進一：二起氣泡及裂痕執行一激勵生县，破應用於一層切割過程。首先，區域。之後，輸入—活化妒：：:形成一或多個氯再結合的氫離子至氣體分子中，5玄層+以便再結合該擴散分離該層。藉此以完成該J 氯引起的氣泡及裂痕以【圖式簡單說明】

為使貴審查委昌台匕、仓 JK 及苴目@二b v瞭解本發明之結構、特徵后： 1又佳具體實施例之詳細說明如不恩圖團1至圖3是至目標基板上夢以來点&二I 4择貝不用以轉移 04 a _立猎以形成虱激勵層之順序流程圖。之剖其分別地顯示氣擴散至該固態層中 ⑴;)面圖⑴’向度氫再結合添加區域⑴)，及母基板圖5至圖7是一+咅闰 ^ . t 切割方法之過Ϊ。分別顯示根據本發明之薄膜【實施方式】更具體地描述請參照圖式及流程圖，參照圖丨至圖7，本二^程中具體描述本發明之目的及結構。必須了解的是可二相^ ί構可能視組態或元件之需要而改變，且該方法離本發明：：驟或順序之需要而改變，上述之改變並未脫，月之基本觀念及範疇。明參照圖1至圖3，圖1至圖3顯示根據本發明之一層轉

200406811 五、發明說明（8) 移方法之過程流程圖。本發明提供一種由一供應基板分離一固，層且轉移至一目標基板之方法。明參照圖4，圖4是由擴散區域丨之表面擴散進入該供應基板$剖面圖。該供應基板包括一固態層（丨）、區域j，具有少置或沒有氫再結合摻雜在該頂層（π)之表面上，區域γ，母基板（III)，區域ΙΠ。該頂層（11)被摻雜高劑量的虱再結合摻雜物。該母基板（丨丨丨）可以不摻雜氫再結合摻雜物或摻雜少劑量或高劑量氫再結合摻雜物。在能量輻射之I區域I及I I中用以產生裂縫及氣泡的時間將因為不同劑里的氫再結合摻雜原因而有所不同，以導致該固態層 (I)由該頂層（II)分離。 4 照圖5至圖7，圖5至圖7是一示意圖，其分別顯示根據本發明之層轉移方法之過程。本發明提供一種方法用二分別地由圖5、圖6及圖7中之供應基板内之氫激勵層 65及79分離出圖5、圖6及圖7中之固態層52、62及 S二Ϊ別地轉移至圖5、圖6及圖7中之一目標基板55、 66及80上。睛參照圖5，根據本發明，高劑量之氫再結合摻雜 q例：硼被摻雜至一例如矽之母基板51中。該高劑量之 ^再結a摻雜物可以產生增強氫再結合之效果。接著，一 5夕2 = 被執行以便在該母基板51上形成-固態層》μ I曰μ基板。在該固態層52中該氫再結合摻雜物二基板51中之劑量，以創造-適度的氫再、、…文果。㈣態層52也可以被摻雜氫再結合化學物（例 Η

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如硫磺、磷或砷）用以減緩氫的再結合。為了層分離之目的，氫原子53被擴散或飄移經過該固態層52至該基且滲入該母基板51中並與該氫再結合摻雜物互相"^用，以形成一足夠深的氫激勵區域54。之後該供應基板合過程而與一目標基板55結合。外部的能量場被加入至該結合對以刺激該氫激勵區域54激發一氫再結合過程。在該氫再結合過程中，該氫原子再結合以形成氫分子，該氫分子可在該基板内部累積以導致内部的裂縫、氣泡或空隙且在該氫激勵層54内形成一氫填充板（hydr〇gen_f iUed platelets)。該填充板摺皺進入一連續層56，以便由該母基板51分離該固態層52且轉移至該目標基板55上。該固態層52上之δ亥氲激勵層54之一剩餘層（remaining iayer)57 了以藉由I虫刻、磨光（p〇lishing)或磨鍊（anneaHng)過程加以移除。

請參照圖6，根據本發明，一氫再結合摻雜層62被摻雜有例如侧之高劑量氫再結合摻雜物被外延地生長於一例如石夕之母基板61上。接著一外延地生長過程被執行以便在该氫再結合摻雜層6 2上形成一固態層6 3，且此整個基板被當成一供應基板。在該固態層63中該氫再結合摻雜物之劑量係低於該氫再結合摻雜層6 2之劑量以創造一適度的氫再結合效果。該固態層6 3在外延生長過程中也可能被摻雜氫再結合延緩劑（例如硫續（Su 1 phur )、填（Phosphorous )以及石申（Arsenic)等）以延緩氫再結合之速度。為了層分離之目的’氫原子6 4經由該固態層6 3被擴散或漂移進入該供應

200406811 五、發明說明（ίο) 基板中，且滲入該氫再結合摻雜層62中與該氫再結合換雜層6 2互相作用且形成一氫激勵區域6 5。之後，該供鹿基板藉由水結合過程與一目標基板6 6結合。外部的能量場被加入該結合對中以激勵該氩激勵區域6 5觸發一氫再結合過程。在該氫再結合過程中，該氫原子在結合以形成可被累積於基板内部之氫分子以導致内部之崩裂、氣泡或空乏，且在該氫激勵區域6 5中形成氫填充板。該填充板摺敵進入一連續層6 7以便由該母基板11分離出該固態層6 3且轉移至該目標基板66上。在該固態層63上之該氫激勵區域65之一剩餘層6 8可以藉由蝕刻、磨光或退夥處理被移除。請參照圖7 ’根據本發明，藉由離子植入過程了 &，一初始層（initial lay er)73及一植入摻雜層包含層 (implanted dopants comprising layer)72 具有例如硼之冋劑里氮再結合推雜物被形成在一例如秒之母基板7 1之上。在該離子植入過程75中，由於離子植入所造成之該無秩序的結晶及損害（crystal disorder and damage)74 被包含在該初始層7 3中。接著，為了一例如約少於5分鐘之短的退火時間，一超過約850 °C之高溫快速熱退火（rapid thermal anneal，RTP)過程被執行以徹底擊潰 (annihi late)與離子植入結合之該無秩序的結晶及損害74 以形成一固態層77，且在植入摻雜層包含層72中激勵該氫再結合摻雜物以轉移該植入摻雜層包含層了 2至一氫再結合摻雜層（hydrogen-recombination doping layer)76。該固態層（sο 11 d 1 ay e r ) 7 7對該無秩序的結晶及損害74而

第16頁 200406811 五、發明說明（11) 吕’係不受約束的且形成於氳再結合推雜層76之上。在該固態層7 7中該氫再結合摻雜物之摻雜劑量是低於該氫再結合摻雜層7 6之摻雜劑量，以便創造一個適度的氫再結合效果。5亥固悲層7 7也可以推雜鼠再結合毒物（例如硫續、磷、砷）用以減緩氫再結合速率。為了層分離之目的，氯原子7 8被擴散或飄移經過該固態層7 7進入該供應基板且承入該氫再結合摻雜層7 6中，以便與氫再結合摻雜物互相作用且形成一氫激勵區域79。之後，該供應基板藉由晶圓結合過程與一目標基板結合在一起。外部的能量被加入至該結合對以刺激該氫激勵區域79激發一氫再結合過程。在該氮再結合過私中’該氮原子再結合以形成氮分子，該氯分子可在該基板内部累積以導致内部的裂縫、氣泡或空隙1 在該氫激勵層79内形成一氫填充板（hydrogen-f i ued p 1 a t e 1 e t s )。該填充板摺皺進入一連續層8 1以便由該母基板71分離該固態層77且轉移至該目標基板80上。該固鮮^ 77上之該氫激勵層79之一剩餘層82可以藉由蝕刻:磨^ 磨鍊過程加以移除。 / 綜上所述’為了層轉移，本發明包括三種不同之操作方法以創造一氫激勵層：首先是在一母基板上直接地生長一固態層，而該固態層係摻雜較高劑量之再結合摻雜物，之後在一足夠^的^ 透深度下，再轉移該氫原子經過該固態層而進入該^基& 中以便形成一足夠厚度之氫激勵層。第二是在母^板^直接地生長具有高劑量之氫再結合摻雜物摻雜之一氣再於人

200406811 五、發明說明（12)

摻雜層’之後生長一固態層在該氫再結合摻雜層上以形成一夾層結構（sandwich structure)。在氫化過程過程中，氫原子滲透進入該夾層結構以氫化該氫再結合摻雜層使其變成一氫激勵層。第三是使用植入方法及RTA過程以形成一沒有植入損害、具有活化摻雜物之高度氫再結合摻雜物層。因為高劑量之氫再結合摻雜物，為了分離之目的，該氫再結合摻雜物層被轉移至一具有足夠高的氫化摻雜物的氫激勵層中。在上述之方法中，該固態層可以被添加氫再結合毒物以減緩該氫再結合過程以及促進該氫離子擴散進入該氫再結合摻雜層中。本發明之第一個實施例顯示使用氫離子體（plasma)氫化該氫再結合摻雜物層以轉移進入一氫激勵層且在氫再結合過程中氫激勵層内被釋放之氫分子具有電磁輻射性，在此情形中是微波輻射，用以達成層轉移。在該第一個實施例中，該母基板是一個p_型態， (100)，及15-25歐姆-公分的矽晶圓。一個15微米厚度的矽層摻雜硼 / 鍺（Boron/Germanium 2· OXHP/2. 〇Xl〇2icm-3)

f首，被外延地生長在該母基板上。此外延的生長層被稱 =一氫再結合摻雜層，其使用鍺以補償矽與硼之間的晶格差異（lattice difference)以避免在〇35微米，及未摻雜 :矽固態層的外延地生長中造成任何晶格損害。此氫再結 :摻雜層上之0.35微米，未摻雜的石夕固態層被稱為該固態層轉移。這些層與母基板的結合被稱為供應基板。 .大乳堡之虱離子體噴射破加入用以氫化該氫再結合推雜

第18頁 200406811 五、發明說明（13) 層以便轉移該層進入一氫激勵層中。一氫（10%)及氬（90%) 的混合氣體被加入經過該氫離子體喷射設備且該氫離子藉由加入13·56 MHz之RF功率被產生。該整體的氫離子氣體蒸氣被導向放置在下方1·7公分之該供應基板上且該基板固持器（holder)被保持在150 °C以下至少一30分鐘之週期。經過氫化過程後，該氫原子並未累積以使該基板表面上起氣泡。該氫化的供應基板與一 p -型態，（1 〇〇 )，及 15-25歐姆-公分且覆蓋一層1·〇微米厚之石夕氧化物薄膜 (si 1 icon dioxide fi lm)的矽晶圓目標基板結合，在i 8〇 °C退火過程下，藉由低溫晶圓結合方法以得到一非常高的結合能量。該結合對被放置在一微波結構中且在2 · 4 5 g Μ z 之頻率下輻射5分鐘。之後該〇· 4微米厚之固態層由該供應基板上分離且轉移至該目標基板之上，以產生在該矽氧化物中具有一絕緣層之S 〇 I晶圓。本發明之第二個實施例顯示使用氫離子體氫化該氫再 =合摻雜物層以轉移進入一氫激勵層，且在氫再結合過程 1虱激勵層内被釋放之氫分子以一熱過程由該離該固態層。 η r 1 firn在该第二個實施例中，該母基板是一個ρ_型態，石夕片找#及15_25歐姆_公分的矽晶圓。一個丨.5微米厚度的删/鍺（2.oxl〇2V2.〇xl〇21cm_3)層首先被外延地生層，：传ΐί上。&外延的生長層被稱為一氫再結合摻雜

補償石夕與蝴之間的晶格差異以避免在U 及未摻雜的矽固態層的外延地生長中造成任何晶格

200406811 軀五、發明說明（14) ---

損害。此氫再結合掺雜層上之丨· 5微米，未摻雜的矽固離層被稱為該固態層用以層轉移。這些層與母基板的結合^皮稱，供應基板。一大氣壓之氫離子體喷射被加入用以氫化该氫再結合摻雜層以便轉移該層進入一氫激勵層中。一氫 (1 〇 % )及氬（9 0 %)的混合氣體被加入經過該氫離子體噴射設備，且該氫離子藉由加入13· 56 MHz之RF功率被產生、。該整體的氫離子氣體蒸氣被導向放置在下方17公分之該供應基板上且該基板固持器被保持在丨5 0以下至少一丨2 〇分鐘之週期。經過氫化過程後，該氫原子並未累積以使該基板表面上起氣泡。該氫化的供應基板與一p—型態， (100)，及15-25歐姆-公分且覆蓋一層丨· 〇微米厚之矽氧化物薄膜的石夕晶圓目標基板結合，在1 8 〇它退火過程下，藉由低溫晶圓結合方法以得到一非常高的結合能量。該結合對被放置在一熱過程結構中且加熱至8 〇〇 t下5分鐘。之後该約1 · 5微米厚之固態層由該供應基板上分離且轉移至該目標基板之上，以產生在該；5夕氧化物中具有一絕緣層之 SOI晶圓。本發明之第三個實施例顯示使用氫離子體氫化該氫再結合摻雜物層以轉移進入一氫激勵層且在氫再結合過程中

氫激勵層内被釋放之氫分子具有一高溫退火過程用以達成層轉移。在該第三個實施例中，該母基板是一個p -型態， (100)，及15-25歐姆-公分的矽晶圓。一個1· 5微米厚度的矽層摻雜硼/鍺（2· 0X102G/2· 0X1021cnr3)層首先被外延地生

第20頁 200406811 五、發明說明（15) 長在該母基板上。此外延的生長層被稱為一氫再結合摻雜層，其使用鍺以補償矽與硼之間的晶格差異以避免在1. 5 微米，及未推雜的石夕固態層的外延地生長中造成任何晶格損害。此氫再結合摻雜層上之1 · 5微米，未摻雜的矽固態備’且一氫離子藉由加整體的氫離子氣體蒸氣供應基板上且該基板固分鐘之週期。該氫化的 1 5 - 2 5歐姆-公分且覆蓋矽晶圓目標基板結合，圓結合方法以得到一非 °C下被加熱1 〇分鐘。之基板上被分離且轉移至微米以上之SOI晶圓。層被稱為固態層用以層轉移。這些層與母基板的結合被稱為供應基板。一大氣壓之氫離子體喷射被加入用以氫化該氫再結合摻雜層以便轉移該層進入一氫激勵層中。一氫 (1 〇 %)及氬（9 0 %)的混合氣體被加入經過該氫離子體喷射設入13.56 MHz之RF功率被產生被導向至放置在下方1 · 7公分之該持器被保持在1 5 0 °C以下至少一 1 2 0 供應基板與一p-型態，（1〇〇)，及一層1 · 0微米厚之矽氧化物薄膜的 8〇°C退火過程下，藉由低溫晶省N的結合能量。該結合對在〇後該1.7微米厚之固態層由該供應該目標基板之上，以產生厚度在一本發明之第四個實施例顯示再結合摻雜物層以轉移進：解的過私氲化該氫程中氫激勵層内被釋放之氫子呈二丄且在氫再結合過達成層轉移。子〃有一鬲溫退火過程用以在該苐四個實施例中，該 (100) ’及15-25歐姆-公分的坊日基板疋一個卜型態，刀的石夕晶圓。一個1.5微米厚度#

200406811 五、發明說明（16) 广(2.〇xl〇2°/2.oxl〇21cnr3)層首先被外延地生 μ』祛二】上、此外延的生長層被稱為一氫再結合摻雜 i乎H =補償矽與硼之間的晶格差異以避免在I5 S’ Ϊ = Γ夕固態層的外延地生長中造成任何晶格 Ϊ、111 ΐ 摻雜層上之丨.5微米，未摻雜的石夕固態層被稱為固悲層用以声錄蔣彳士此 ' M /ft ^ y 轉層與母基板的結合被稱 "冓：i液離例rt有從氫離子中電解選擇出之電解質的 ⑽構包括液悲例如硫酸溶劑被採成該電解電池之一險極Hφ /、中°亥供應基板被當一陽極。# # ^^才白金電極被當成該電解電池之充電150八^貝―、結構在一0. 15 A/ci»2之電流密度下被電刀釦。该虱化的供應基板與一p一型離，π〇(η，及 15-曰25歐姆:公分且覆蓋一層U微米厚= 矽日日圓目標基板結合，在丨8 0。、、圓灶人古、土，、，π ，你0υ L退火過权下，猎由低溫晶 ? ; : f ί U 非常高的結合能量。該結合對在800 C下被加熱1〇分鐘。之後該17微基板上被分離且轉移至该目# A U &層由該供應微米以上之S(H晶圓‘基板之上，以產生厚度在- 再= 實施例顯示使用電解的過程氫化該氫 ^、：： #雜㈣u轉移㉟入—氫激中氫激勵層内被釋放之氫分 ^隹辽丹…σ過私成層轉移。之氧刀子精由一兩溫退火過程用以達在δ亥弟五個實施例中，兮 σ y 1 η η \ Μ母基板疋一個Ρ -型雖， (100)，及12-25歐姆—公分的功曰〜、的頂声出姑λ十丨曰、日日圓。一個約〇 · 5微米厚度的貝曰错由植入劑s約1χι 〇ι4 /cm及KeV此1之删離子

200406811 五、發明說明（17) 被定義。該頂層被稱為一矽層用以層轉移。接著，一RTA 過程被完成以活化該植入離子且在9 〇〇〇c，9 〇秒時間下減少植入劑量及缺陷以便形成一氫再結合掺雜層。這些層與母基板的結合被稱為供應基板。一種具有從氫離子中電解選擇出之電解質的結構包括液態例如硫酸溶劑被採用，其中该供應基板被當成該電解電池之一陰極，且一白金電極被當成該電解電池之一陽極。該電解質的結構在一 0.15 A/cm2之電流密度下被充電1〇〇分鐘。該氫化的供應基板與一 P-型態，（100)，及15 - 25歐姆-公分且覆蓋一層1〇微米厚之矽氧化物薄膜的矽晶圓目標基板結合，在丨8 〇退火過程下，藉由低溫晶圓結合方法以得到一非常高的結合能畺。該結合對在8 0 0 °C下被加熱1 5分鐘。之後該〇 · 4微米厚之固態層由該供應基板上被分離且轉移至該目標基板之上’以產生一SOI晶圓。本發明所揭示者’乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本發明之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，倶不脫本發明之專利權範鳴。予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

200406811 圖式簡單說明【圖式簡單說明】圖1至圖3是一示意圖，其分別顯示用以轉移一固態層至一目標基板上藉以形成氫激勵層之順序流程圖。圖4是一示意圖，其分別地顯示氫擴散至該固態層中之剖面圖（I )，高氫再結合添加區域（I I )，及母基板（I I I )。圖5至圖7是一示意圖，其分別顯示根據本發明之薄膜切割方法之過程。【圖式元件標號說明】母基板 51 固態層 52 氫原子 53 氩激勵區域 54 目標基板 55 連續層 56 剩餘層 57 母基板 61 氫再結合摻雜層 62 固態層 63 氫原子 64 鼠激勵區域 65 目標基板 66 連續層 67 剩餘層 68 母基板 71 摻雜層包含層 72 初始層 73 無秩序的結晶及損害 74 離子植入過程 75 氫再結合摻雜層 76 固態層 77 氫原子 78 氫激勵區域 79 目標基板 80 連續層 81 剩餘層 82

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Claims

200406811 六、申請專利範圍 1 · 一種用以攸'^供應基板上分離一固態層之方法’其中該方法包括下列步驟：外延澱積一固態層至一包含氫再結合掺雜物之濃度高於該固態層之氫再結合區域之一表面上，該固態層及該氫再結合區域形成一供應基板之至少一部分，該供應基板包括一母基板；刺激氫原子進入該供應基板中，以轉換該氫再結合區域成為一氫激勵區域；以及揮發該氯激勵區域以形成一空乏的區域。

2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其在該揮發該氫激勵區域以形成一空乏的區域之步驟前進一步包括結合該供應基板至一目標基板之步驟。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該供應基板包括一半導體材料。 4·如申請專利範圍第3項所述之之方法，其中該半導體材料係選自矽、矽碳化物、鍺、矽鍺合金、砷鎵化合物、氮鎵化合物、氮鋁化合物以及銦磷化合物等群組之中。

5·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該氫再結合推雜物係選自硼、鎵、鋁以及碳等群組之中。 _ b ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該母基板包含該氫再結合區域在其中。 (·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在該外延丨殿積該固態層之步驟後，該氫再結合區域被配置於該固

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200406811 六、申請專利範圍態層及該母基板之間。 8+如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該外友法係選自汽相外延澱積、液相外延澱積、分子 Ια積以及金屬-有機物化學汽相沉積等群組之中。 —.如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中該氫j ，，露該供應基板至一包含氫離子及氫分子之氣體虱等離子體之氫等離子體源，以及一包含氫離子體中等t一種方法被運送進入該氫激勵區域。 + 1 0.如申凊專利範圍第i項所述之方法，其中該氫動力量被運送，其中該驅動力量係由該氫離度中^辰度梯度、加熱、-電場等其中之一所形成。 n.如申請專利範圍第1項所述之方法，立中該揮氫激勵區域之方法係選自熱處理 /、 φ π 破波輻射、電磁場射、電％輻射、輻射以及其組合。 1 2 · —種方法，包括下列步驟：植入氳再結合摻雜物至一基板中；退火該基板以消除植入所造成人Μ必^ 乂之損害，活化該氫合摻雜物，且擴充植入的輪廓以便於 Α 、第—固陳屏成$亥基板之多數之第二層間形成一齑 Α _ , 氣再結合區域，該結合區域包含氫再結合摻雜物之濃度該第二^; 4於该弟一固態刺激氮原子進入該基板中以轉換該氫再結合區域一氫激勵區域；以及揮發遠氲激勵區域以便於该第一固雜層及該第- L澱束外 i子 9 之液原子子濃發該輻再結及構氫再層及成為層間

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六、申請專利範圍形成一空乏的區域。 1 3·如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中在揮發該氫激勵區域以形成一空乏的區域之步驟前進一步包括結合該供應基板至一目標基板之步驟。 1 4·如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該基板包括一半導體材料。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之之方法，其中該半導體材料係選自發、碎破化物、錯、碎鍺合金、砷鎵化合物、氮鎵化合物、氮鋁化合物以及銦磷化合物等群組之中〇 1 6.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該氫再結合摻雜物係選自獨、鎵、紹以及碳等群組之中。 1 7 ·如申請專利範圍第丨2項所述之方法，其中該氫原子藉由暴露該供應基板至一包含氫離子及氫分子之氣體，一包含氫等離子體之氮等離子體源，以及一包含氫離子之液體中荨之一種方法被運送進入該鼠激勵Q域。 1 8 ·如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該氫原子藉由一驅動力量被運送，其中該驅動力量係由該氫離子濃度中之濃度梯度、加熱、一電場等其中之一所形成。 1 9 ·如申請專利範圍第丨2項所述之方法’其中該揮發 «亥氣激勵區域之方法係選自熱處理、被波Φ曰射、電磁場幸虽射、電場輻射、輻射以及其組合。 2 0 ·如申請專利範圍第1 2項所述之方法’其中退火該植入基板之步驟係執行於一至少接近8 0 0 C之逐漸上升溫

200406811 六、申請專利範圍度中。

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