專利名稱：：評(píng)估鍵合晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種評(píng)估鍵合晶片(bondedwafer)的方法，所述鍵合晶片無(wú)需使用絕緣膜而aill:接鍵合活化層晶片(waferforactivelayer)和支持襯底晶片(waferforsupportsubstrate)，薄活化層晶片形成。
背景技術(shù)：
：，具有通過(guò)在氧化物m:形fiM層^^i胃的活化層的SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底適用于器件加ilii行且能耗低、耐壓'IW、環(huán)境耐性優(yōu)異等等，以致于它們用作電子器件中髙性能LSI用的晶片。特別是需要生產(chǎn)具有與半導(dǎo)^^件的高集成化相適應(yīng)的更高品質(zhì)鍵合晶片，因此，相對(duì)于常規(guī)的SOI晶片，^e越需要fflil減薄隱埋氧化物膜厚度(例如，厚度約為20nm)來(lái)生，合晶片。[■3]財(cái)卜，作為用于后代低會(huì)辦器件的晶片，述及了一種新型鍵合晶片，其通別頓HF液體等從活化層晶片和支持襯底晶片的表面除去氧化物膜，并且無(wú)需4頓該氧化物膜而直,合這些晶片，然后減薄用作活媳的晶片來(lái)形成，如同例如在JP-A-H05-211128中公開(kāi)的那樣。注意到這,合晶片在生產(chǎn)，的簡(jiǎn)化和混合晶體取向襯底的性能提高方面是有益的晶片。然而，如上所述無(wú)需絕緣膜而ffiMl^^合所形成的鍵合晶片存在以下問(wèn)題，即在鍵合晶片的生產(chǎn)步驟中，晶片表面上的自生氧化物(nativeoxide)*乂會(huì)局合形成島狀氧化物，戶皿島TO化物部，留在鍵合界面中。這種氧化物的存在導(dǎo)致器件特性劣化并形^器ft^產(chǎn)步驟中引起缺陷的晶核以陶氏芯片產(chǎn)率等。因此，當(dāng)無(wú)需絕緣膜而313tt:接鍵合生;^^合晶片時(shí)，需要盡可育^4抑制氧化物在鍵合界面中形成，而且，研發(fā)檢測(cè)易于在鍵合晶片的鍵合界面中產(chǎn)生的島^化物的方法也是重要的主題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明人為解決上述問(wèn)題已經(jīng)做了各種研究并發(fā)現(xiàn)，在無(wú)需，膜而M直接鍵合活化層晶片和支持襯底晶片所形成的鍵合晶片中，通過(guò)用對(duì)構(gòu)成晶片的材料的隨度快于對(duì)所述材料氧化物的腿度的蝕刻液體進(jìn)行嫩lj,將自生氧化物從鍵合晶片中的活化層表面除去，然后至少^活化層被除去，由此構(gòu)成晶片的材料被首先除去以使島狀氧化物的輪廓清楚，因此育灘檢測(cè)出該島狀氧化物存在跡存在，此外，可以在表面上所暴露的島狀氧化物通a31^蝕刻而,化之前調(diào)整嫩麟度到一定離而精確地檢湖搗鄉(xiāng)化物的數(shù)量和尺寸，因此完赫發(fā)明。為了實(shí)1LL述目的，本發(fā)明的m和如下(l)一種評(píng)估M31無(wú)需絕緣皿^II合活化層晶片和支持襯底晶片，薄活化層晶片所形成的鍵合晶片的方法，，以下步驟從鍵合晶片中的活化層表面上除去自生氧化物；用對(duì)構(gòu)成晶片的材料的，腿率快于對(duì)所述材料氧化物的嫩瞇率的懶賊體使鍵合晶片經(jīng)^W似除去至少齡的活〗媳；檢測(cè)3!31嫩蠕出的島狀氧化物以測(cè)得島條化物的縫和尺寸，其中進(jìn)行所述蝕刻以滿足T《X《T+500nm的關(guān)系，其中T是活化層厚度(nm)，X是嫩條度(nm)。(2)—種根據(jù)M(1)的評(píng)估鍵合晶片的方法，其中蝕亥i涉驟的進(jìn)行J^iil予跣掌翻于嫩啲懶賺體的種類、濃度和驗(yàn)，然后鵬對(duì)構(gòu)成晶片材料和其氧化物的嫩瞇率計(jì)算出維的懶I財(cái)間以使繊麟度X在T《X《T+500nm的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，評(píng)估il31無(wú)需絕緣Mm^ll合活化層晶片和支持襯底晶片彌薄活化層晶片所形成的鍵合晶片的方、跑括以下步驟從鍵合晶片中的活化層表面上除去自生氧化物；用對(duì)構(gòu)成晶片的材料的,腿率快于對(duì)所述4材料氧化物的蝕刻速率的蝕刻液體使鍵合晶片經(jīng)受蝕刻以除去至少整個(gè)活化層；檢測(cè)il31懶糲出的島狀氧化物，其中進(jìn)行懶似滿足T《X《T+500nm的關(guān)系，其中T是活腿厚度(nm)，XJi^條與nm)，由此倉(cāng)辦檢測(cè)出鍵合界面處島狀氧化物的^A和尺寸。圖1是例示本發(fā)明的荊古鍵合晶片方法的步驟的繊圖。圖2圖示了當(dāng)SM化四甲銨用作M嫩體時(shí)濃度和蝕亥喊率之間的關(guān)系，其中圖2(a)顯示了織化四甲銨的濃度和硅的嫩瞇率之間的關(guān)系，圖2(b)顯示了氫氧化四甲銨的濃度和氧化物的,i據(jù)率之間的關(guān)系，圖2(c)顯^MM化四甲銨的，和硅的蝕亥腿率之間的關(guān)系，圖2(d)顯示了M^化四甲銨的，和氧化物的懶瞇率之間的關(guān)系。圖3圖示了在嫩懼有150nm厚度活化層的鍵合晶片中蝕亥條度和島狀氧化物尺寸之間的關(guān)系。圖4是在聚光燈(collectinglamp)下觀察到的用本發(fā)明的懶仿法除去活化層后露出的島狀氧化物的光學(xué)顯m^片。圖5圖示了實(shí)施例1中測(cè)得的懶麟度和島狀氧化物尺寸之間的關(guān)系。圖6圖示了實(shí)施例2中測(cè)得的懶條度和島狀氧化物尺寸之間的關(guān)系。具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的刑古鍵合晶片的方法加以說(shuō)明。圖1是例示本發(fā)明的iff古鍵合晶片方法中步驟的淑呈圖。本發(fā)明的評(píng)估方法是用于評(píng)估鍵合晶片的方法，所述鍵合晶片ffi31無(wú)需絕緣膜直接鍵合活化層晶片和支持襯底晶片，薄活化層晶片形成。具體如圖1所示，該ifj古方,括:用例如0.5%HF液晰圖1(b))從^合晶片(圖1(a))的活化層2的表面上除去自生氧化物(nativeoxide)3的步戮自生氧化物去除亥瞇率的^^)液體使鍵合晶片經(jīng)受嫩似:去至少齡活化嵐圖1(c》的步驟(除去活化層的懶陟驟)；以及檢測(cè)M:嫩曝露出的島職化物的步歟圖1(d))(島狀氧化物檢測(cè)步驟)。(自生氧化物去除步驟)如圖1(b)所示，自生氧化物去除步驟是用例如0.5%HF液體iiil，i滁去形^^鍵合晶片l(圖1(a))的活化層2的表面上的自生氧化物3的步驟。用于蝕刻的HF液體的濃度不用特別限制，但雌0.5-5%。財(cái)卜，艦時(shí)間取決于自生氧化物的厚度和HF液體的濃度，但雌0.5-10併中。(除去活化層的嫩陟驟)如圖1(c)所示，除去活化層的嫩l涉驟是用對(duì)構(gòu)成晶片的材料例如硅的蝕至少齡活化層2的步驟。圖2圖示了當(dāng)織化四甲銨(TMAH)用作嫩腋體實(shí)例時(shí)的蝕刻速率，其中圖2(a)表示在液，度為70°C時(shí)氫氧化四甲銨(TMAH)的濃度和硅的蝕亥瞇率之間的關(guān)系，圖2(b)^^在液^M為70°C時(shí)氫氧化四甲銨的濃度和二氧化硅的蝕刻速率之間的關(guān)系，圖2(c)表示當(dāng)TMAH的濃度為8%時(shí)嫩1』溫叟和硅的懶1旌率之間的關(guān)系，圖2(d)，當(dāng)TMAH的濃度為8%時(shí)蝕刻溫度和二氧化硅的蝕刻速率之間的關(guān)系。由圖2(aXd)可以理解，硅的嫩瞇率是二氧化硅的懶瞇率的數(shù)千倍大。事實(shí)上，當(dāng)用懶賺體例如魏化四甲銨嫩幌合晶片時(shí)，均由硅構(gòu)成的活化層2和支持襯底5以較快的鵬瞇率除去，而島狀氧化物4以較慢的嫩腿率嫩ij，以致如圖2(c)所^^氧化物鉢上沒(méi)有被嫩i滁去而保留下來(lái)。因此，在后面的島^化物檢測(cè)步驟中檢測(cè)分散的島狀氧化物變得容易。財(cái)卜，需要進(jìn)行活化層的嫩似滿足T《X《T+500nm的關(guān)系，其中T是活化層厚度(nm)，X^^l腐度(nm)。因?yàn)橐阎氖?，無(wú)需絕緣膜而通過(guò)直,合活化層和支持襯底所形成的鍵合晶片中的鍵合界面處存在的島狀氧化物對(duì)器件有不利影響，所以發(fā)明人已經(jīng)注意到，確認(rèn)島狀氧化物存在或不存在是必要的，且進(jìn)一步地重要的是，就掌握器件受影響的區(qū)域而言不但要確定島狀氧化物的數(shù)量而且要確定其尺寸，以及對(duì)能檢測(cè)島狀氧化物尺寸的方法進(jìn)行各種研究。因而，已經(jīng)明白，產(chǎn)生在鍵合界面的島狀氧化物的精確數(shù)量和尺寸肯^151調(diào)皿亥l條度以滿足T《X《T+500nm關(guān)系5^確定，其中T是活化層厚度(nm)，X娜條度(nm)o制到范圍T《X《T+500nm的理由是如下事實(shí)如果嫩麟度小于活化層厚度(X<T)，懶i僦不會(huì),ij^合界面，要確定的島狀氧化物就不育緣露出來(lái)，而如果蝕亥條度艦活化層厚度加上500nm的總厚度(X>T+500)，那么島狀氧化物則M:嫩価,化，從而不能確定精確的尺寸。圖3圖示了當(dāng)厚度150nm的鍵合晶片用含8%羥化四甲銨的嫩喊體蝕刻時(shí)，嫩條度和存在于鍵合界面的一種島m化物的尺寸之間的關(guān)系，從中可以理解，當(dāng)蝕刻深度低于150nrn時(shí)，活化層仍然被蝕刻，而島機(jī)化物還沒(méi)有暴露出來(lái)，因此不能確定該氧化物的尺寸，而當(dāng)懶i條^3l650nm時(shí)，島機(jī)化物的尺寸變小，但是島狀氧化物的尺寸在蝕刻深度為150nm至650nm之間時(shí)不變。[■]進(jìn)一步地，嫩陟驟的進(jìn)行i^iil予跣掌握用于鵬的懶賺體的種類、濃度和溫度，然后根據(jù)對(duì)構(gòu)成晶片的材料和其氧化物的Mi據(jù)率來(lái)計(jì)算魏的懶附間，以使得蝕亥條度X在T《X《T+500nm的范圍內(nèi)。因?yàn)槲g刻時(shí)間由M喊體的種類、濃度和溫度決定，所以預(yù)先存儲(chǔ)各種液M各種濃度和驗(yàn)下的嫩瞇率繊，在實(shí)P示嫩忡所需的蝕刻時(shí)間通過(guò)反復(fù)核對(duì)實(shí)際蝕刻^#與儲(chǔ)存的來(lái)計(jì)算。當(dāng)用這種方法進(jìn)fi^l刻時(shí)，所需的蝕刻量可以用時(shí)間來(lái)控制，因此懶麟度可以很容易地調(diào)整到T《X《T+500腿的范圍。此外，當(dāng)與構(gòu)成晶片的材料相同的材料被同時(shí)蝕亥似作為指示器來(lái)確定該指示器的懶條度在統(tǒng)范圍內(nèi)時(shí)，嫩懂肯腿一步穩(wěn)妥地掌握。財(cái)卜，作為用于懶l(wèi)涉驟供除去活化層的嫩賊體1M^氧化四甲銨、KOH或NaOH的堿溶液。在<頓不同于±^液體的懶賂液時(shí)，島狀氧化物的檢測(cè)是困難的，因?yàn)楣韬脱趸锏哪踀速率沒(méi)有差別，或者因?yàn)閷?duì)硅的t^iJit率i:快而使^^部分被aS，U，以致不肯總行^S的ifi古。(島^t^l化搬測(cè)步驟)如圖1(d)所示，島狀氧化物的檢測(cè)步驟是檢測(cè)ilil懶ij產(chǎn)生的島機(jī)化物4的步驟。檢測(cè)手段沒(méi)有特別地限定，只要它能確定島機(jī)化物的數(shù)量和尺寸即可。一般說(shuō)來(lái)，島狀氧化物的數(shù)量aa在聚光燈下目視觀察、用光學(xué)顯微^見(jiàn)察、OT表面雜質(zhì)檢^S(surfeceforeigninspectingdevice)等觀^l合晶片的夕卜觀而測(cè)得，而島狀氧化物的尺寸艦用光學(xué)顯微鏡或電子顯微MH察而測(cè)得。觀察結(jié)果示于圖4中。其他可用的檢測(cè)手段是電子探針'#^見(jiàn)分析器(EPMA)、和掃描分析電子顯微銜SEM-EDX)等。雖然J^艦本發(fā)明的實(shí)駄^ift行了說(shuō)明，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)可添加各種改變。[畫(huà)〗實(shí)施例1在本實(shí)施例中，兩個(gè)300mm尺寸、晶微向(100)的硅晶片分別用作活化層晶片和支持襯底晶片。離子注入層ffl31注入氫離子在活化層晶片的內(nèi)側(cè)形成。之后，活化層晶片在離子注A^面處直接鍵合到支持襯底晶片上而無(wú)需采用氧化物膜，使其經(jīng)受剝落熱處理以在充當(dāng)剝落面的離子注入層處部分剝落活化層晶片。剝落之后，活化層表面上的損壞部分的除去和平面4Mii熱處理進(jìn)行，以制備用于i啊古具有150腿活化層厚度的無(wú)絕緣膜鍵合晶片的樣品。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，具有300mm尺寸和晶體取向(110)的硅晶片作為活化層晶片直接鍵合到作為支持襯底晶片的具有300mm尺寸和晶體取向(100)的硅晶片上而無(wú)需^ffl氧化物膜，然后j吏其經(jīng)受1200°C熱M以提高鍵合力。之后，活化層晶片M:研磨、拋光和蝕亥l滅薄，進(jìn)一步地，活化層表面上損壞部分的除去和平面化^ilil熱Mia行以制餘評(píng)估具有1000nm活化層厚度的無(wú)絕緣膜鍵合晶片的樣品。網(wǎng)a糊方法)因此得到的iff古樣品用5%的HF水溶液清洗10併中以自其表面上除去自生氧化物膜，然后在活化層的表面用8%的皿化四甲銨(TMAH)7k溶^t行懶ij,。在實(shí)施例l的樣品中，從活化層表面往下嫩晦50腿深度，以用光學(xué)顯微鏡(20-1000倍率)測(cè)量島條化物的數(shù)量和尺寸。在實(shí)施例2的樣品中，從800nm的位置(對(duì)應(yīng)于先前從活條表面嫩鵬的深度)懶悔100nm深度，以用光學(xué)顯^C鏡(20-1000倍率)測(cè)量島狀氧化物的M:和尺寸。針對(duì)實(shí)施例1和2的樣品，懶條度和島條化物的表l實(shí)施例l的駛懂結(jié)果(島機(jī)化物的縫和尺寸)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2實(shí)施例2的測(cè)量結(jié)果(島^化物的IS和尺寸)嫩條度(nm)島狀氧化物的M(氧化物/cm2)島狀氧化物的平均尺寸10--2800--3900--410007.71005腦7.7100612007.7100713007.7100814007.7100915007.710010畫(huà)7.710011腦7.79512蘭7.7951319007.7901420007.7851521007.5801622007.275如表1和2的結(jié)果所見(jiàn)，當(dāng)蝕亥條度變得與活媳厚度相同時(shí)，能夠確認(rèn)存在于鍵合晶片的鍵合界面中的島狀氧化物是否存在和其尺寸。此外，可以明白，島狀氧化物的數(shù)量和尺寸是不變的且為常數(shù)，直至贓實(shí)施例1中蝕亥蝶度達(dá)到活化層厚度力卩550nm和在實(shí)施例2中達(dá)到活化層厚度加600nm，但是當(dāng)懶條鵬iii^總值時(shí)，島狀氧化物的M和尺寸變小。根據(jù)本發(fā)明，肯gffil刑古鍵合晶片的方^^檢測(cè)在鍵合界面處島狀氧化物的M和尺寸，所述晶片無(wú)需絕緣膜而MMi:^ll合活化層晶片和支持10襯底晶片并隨后減薄活化層晶片形成，該方B括以下步驟從鍵合晶片中的活化層表面上除去自生氧化物；用對(duì)構(gòu)成晶片的材料的腿率快于對(duì)所述材料氧化物的嫩瞇率的懶喊體使鍵合晶片經(jīng)受嫩似除去至少齡活化層；檢測(cè)M31嫩l攥出的島狀氧化物，其中進(jìn)行懶似滿足T《X《T+500nm的關(guān)系，其中T是活化層厚度(nm)，X繊條度(nm)。權(quán)利要求1、一種評(píng)估無(wú)需絕緣膜而通過(guò)直接鍵合活化層晶片和支持襯底晶片并減薄活化層晶片所形成的鍵合晶片的方法，包括以下步驟從鍵合晶片中的活化層表面上除去自生氧化物；用對(duì)構(gòu)成晶片的材料的蝕刻速率快于對(duì)所述材料氧化物的蝕刻速率的蝕刻液體使鍵合晶片經(jīng)受蝕刻以除去至少整個(gè)活化層；并檢測(cè)通過(guò)蝕刻露出的島狀氧化物以測(cè)得島狀氧化物的數(shù)量和尺寸，其中進(jìn)行所述蝕刻以滿足T≤X≤T+500nm的關(guān)系，其中T是活化層厚度(nm)，X是蝕刻深度(nm)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估鍵合晶片的方法，其中所述蝕刻步驟是通過(guò)預(yù)先掌握用于蝕刻的蝕刻液體的種類、濃度和溫度，然后根據(jù)對(duì)構(gòu)成晶片的材料和其氧化物的蝕刻速率計(jì)算出合適的蝕亥lj時(shí)間艦行，以使得蝕刻深度X在T《X《T+500nm的范圍內(nèi)。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的評(píng)估鍵合晶片的方法，其中所述蝕刻液體是氫氧化四甲銨、KOH或NaOH的堿性液體。全文摘要一種無(wú)需絕緣膜而通過(guò)直接鍵合活化層晶片和支持襯底晶片并減薄活化層晶片所形成的鍵合晶片用包含下列步驟的方法進(jìn)行評(píng)估從鍵合晶片中的活化層表面上除去自生氧化物；用對(duì)構(gòu)成晶片的材料的蝕刻速率快于對(duì)所述材料氧化物的蝕刻速率的蝕刻液體使鍵合晶片經(jīng)受蝕刻以除去至少整個(gè)活化層；并檢測(cè)通過(guò)蝕刻露出的島狀氧化物以測(cè)得島狀氧化物的數(shù)量和尺寸，其中進(jìn)行所述蝕刻以滿足T≤X≤T+500nm的關(guān)系，其中T是活化層厚度(nm)，X是蝕刻深度(nm)。文檔編號(hào)H01L21/306GK101261949SQ20081008560公開(kāi)日2008年9月10日申請(qǐng)日期2008年3月5日優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日發(fā)明者本山民雄,村上賢史,森本信之申請(qǐng)人:勝高股份有限公司