极粗糙的衬底上的半导体结构及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体结构，包括：衬底（１０）或基层，具有大于０．５ｎｍ　　ｒｍｓ粗糙度的表面或具有不适合于分子键合的化学性质；选自半导体材料的材料层（１４）；称为键合层的层（１２），位于衬底或基层与选自半导体材料的材料层之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
和现有技术本专利技术涉及用于制造电子元件的衬底或结构的领域，并涉及制造所述衬底或结构的方法。还涉及用于在粗糙的层或粗糙的衬底上装配层或衬底的技术。可将其应用到半导体结构，尤其是绝缘体上的硅(SOI)型结构。如附图说明图1所示，所述的结构包括硅层4，在硅层4中适当地确定元件的位置，并在其下面形成掩埋氧化层2。该氧化层构成与杂散电流和通过离子化的颗粒所得到的电荷绝缘。还在同一硅层中形成的相邻元件之间提供了良好的绝缘，尤其是基本减小了所述相邻元件之间的杂散电容。硅层存在于用作机械支撑的硅衬底6上。通常，表面硅层4的厚度大约为10纳米(nm)至1000nm，而氧化层2的厚度为几百纳米的数量级，例如400nm。可以通过“SIMOX”型工艺或通过依靠分子键合的“晶片键合”技术来获得上述类型的结构。在制造如图1所示的组件之后，可以在表面硅层4中制造电子元件。由此构成有源层；氧化层2是绝缘层；衬底6起到机械支撑作用并允许处理组件。在层4中制造的元件的正确操作与各种参数有关系，其中之一是加热，它会基本上限制元件的性能。这样，发现在绝缘体型结构上的半导体和制造这种结构的方法存在问题，其中在半导体层中按顺序制造的元件的性能不受加热的限制，或与公知的结构相比受加热的限制要小。在本专利技术的另一方面中，用于装配材料的公知技术不允许键合这样的衬底或层其粗糙度大于数量级为0.5nm均方根(rms)的某一限制值，或其难以抛光，或其具有针对通过分子键合的键合不传导的化学性质。这样，偶尔需要键合每一个的粗糙度都超过所述限制值的材料，或至少其中一个难以抛光或具有针对通过分子键合的键合不传导的化学性质，或偶尔需要键合具有本身可适合于直接键合或分子键合的材料的层或衬底的这种材料。专利技术说明在第一方案中，本专利技术提供了一种半导体结构，包括衬底或在衬底上的基层，所述衬底或所述基层具有粗糙度大于0.5nm rms的表面，或具有不适合于分子键合(incompatiblewith)的化学性质；选自半导体材料的材料层；称作键合层的层，位于衬底或基层与半导体材料层之间。即使形成于其上的衬底或基层的粗糙度超过对于分子键合来说可接受的限制粗糙度(其大约为0.5nm rms)，或即使形成于其上的所述衬底或基层难以抛光或具有不适合于通过分子键合进行键合的化学性质，也可以通过分子键合来键合所述半导体材料层和键合层。这样，例如，可以使用由诸如金刚石或氮化铝(AlN)的材料形成的衬底或基层，其在化学性质上是惰性的，很难抛光，并且即使在机械和化学处理之后，其也具有比对于通过分子键合的键合来说可接受的限制高很多的粗糙度。此外，所述的材料具有大于1瓦特每厘米每开尔文(W/cm/K)或10W/cm/K的高热导率系数。由于释放的热量可以通过用作热沉的衬底排出，因此可以在半导体材料层中制造元件，尤其是功率元件、高功率元件或射频(RF)型元件。优选地，面向半导体材料的键合层的表面位于离衬底或基层表面上的最大突出部分或凸起至多10nm的距离处，其最大限度地利用硅的上层朝向衬底的导热性。还可以在衬底和键合层之间提供中间层。这种中间层具有从键合层的热导率系数到衬底或基层的热导率系数的范围内的热导率系数，或其热导率系数比衬底或基层的热导率系数高。例如，所述的中间层由氮化硅形成。如上所限定的根据本专利技术的结构，适合于将半导体材料层分子键合到键合层。本专利技术还提供了一种在衬底上或衬底的基层上制造半导体结构的方法，所述衬底或所述基层难以抛光或具有大于0.5nm rms的粗糙度，或具有不适合于分子键合的化学性质，所述的方法包括以下步骤直接在衬底或基层上或在中间层上形成称作键合层的层，所述中间层具有从键合层的热导率系数到衬底或基层的热导率系数的范围内的热导率系数或其热导率系数比衬底或基层的热导率系数高；使所述的键合层平滑；通过分子键合将由半导体材料形成的层或衬底键合到键合层上。例如，本专利技术的结构是SOI结构，半导体材料是硅，并且键合层是二氧化硅层。本专利技术还提供了一种结合或装配两个衬底或层的方法，每个所述衬底或层都具有大于0.5nm rms的粗糙度，或难以抛光或具有不适合于分子键合的化学性质，所述的方法包括在将要装配的每层上直接在第一衬底上形成称作键合层的层； 通过分子键合将所述的键合层键合在一起。本专利技术还涉及一种结合或装配两个衬底或层的方法，其中的一个具有大于0.5nm rms的粗糙度或难以抛光，或其具有不适合于分子键合的化学性质，并且另一个具有小于0.5nm rms的粗糙度或容易抛光或具有适合于分子键合的化学性质，所述的方法包括直接在具有大于0.5nm rms的粗糙度或其难以抛光或具有不适合于分子键合的化学性质的衬底或层上形成称作键合层的层；通过分子键合，将所述的键合层键合到具有小于0.5nm rms的粗糙度或容易抛光或具有与适合于分子键合的化学性质的衬底或层上。附图的简要说明图1示出公知的SOI结构；图2至4示出根据本专利技术的各种结构；图5A至5D示出在制造本专利技术结构的方法中的各个步骤；图6和7示出根据本专利技术的其它结构。实施例的详细说明图2示出根据本专利技术的结构的第一实例。在该图中，附图标记10表示衬底(优选由电绝缘材料形成)，附图标记14表示由选自半导体的材料例如硅或锗(Ge)或砷化镓(GaAs)或锗化硅(SiGe)或III-V族半导体组分或II-VI族半导体组分形成的层或衬底，并且附图标记12表示位于衬底10与层或衬底14之间的键合层。衬底10是具有粗糙表面15的衬底，或具有大于0.4nm rms或0.5nm rms的粗糙度的衬底。它还可以是具有不接受分子键合的化学性质或具有与不适合于分子键合的化学性质的表面。例如，所述衬底可以在100微米(μm)至2毫米(mm)厚的范围内。原则上，在具有这种粗糙度的衬底或表面上，不能通过分子键合进行键合，或通过分子键合是很难进行键合的(特别参见Q.Y.Tong和U.Gsele的，半导体分子键合Science andTechnology，Wiley-Interscience，第86页，1999)。衬底10还可以由难以抛光的材料形成，即，在抛光很长一段时间之后仅可以获得小于0.4nm rms或0.5nm rms的粗糙度实际上，决不会使用这种具有粗糙度小于0.4nm rms或0.5nm rms的材料。例如，通过分子键合装配的包括这种衬底和层或由半导体材料形成的衬底的组件的机械强度，可以借助焊接波(bonding wave)，例如通过经由硅的红外传输，或在透明材料的情况下通过透明性，或当存在金属层时通过声显微镜技术来测量。还可以通过使用刀片技术(例如，由W.P.Maszara等人在J Appl Phys的1988年第64卷第4943页所描述的)测量键能来确定所述机械强度如果键合是有效的，则在环境温度和亲水情况下，所述的能量大于60毫焦耳每平方米(mJ/m2)，例如大于70mJ/m2或100mJ/m2。这样，可以通过测量机械强度来确定通过分子键合实现了键合或没有实现键合。金刚石或氮化铝(AlN)是可以用于衬底10的材料的例子它们的粗糙度大大超过0.5nm rms的值；金刚石的粗糙度在30nm rms至100nm rms的范围内；氮化铝的粗糙度为1nm rms的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：衬底（１０、３０）或基层，具有粗糙度大于０．５ｎｍｒｍｓ的表面或具有不适合于分子键合的化学性质，并且具有大于１Ｗ／ｃｍ／Ｋ的热导率；选自半导体材料的材料层（１４、２４）；称为键合层的层（１２ 、２２），位于所述衬底或基层与所述选自半导体材料的材料层之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2003-2-12 03016571.一种半导体结构，包括衬底(10、30)或基层，具有粗糙度大于0.5nm rms的表面或具有不适合于分子键合的化学性质，并且具有大于1W/cm/K的热导率；选自半导体材料的材料层(14、24)；称为键合层的层(12、22)，位于所述衬底或基层与所述选自半导体材料的材料层之间。2.根据权利要求1所述的结构，其中所述衬底或基层由金刚石或氮化铝形成。3.根据权利要求1或权利要求2所述的结构，进一步包括所述衬底或基层与所述键合层之间的中间层(16、26)，具有在所述键合层的热导率与所述衬底或基层的热导率之间范围内的热导率，或具有比所述衬底或基层的热导率高的热导率。4.根据权利要求3所述的结构，其中所述中间层是氮化硅。5.根据权利要求1至4中任何一项所述的结构，其中通过分子键合来键合所述键合层(12、22)和所述半导体材料层(14、24)。6.根据权利要求1至5中任何一项所述的结构，其中所述键合层的厚度在5nm至20nm的范围内。7.根据权利要求1至6中任何一项所述的结构，其中所述键合层由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铪、氧化锆、氧化铝或氧化钇形成。8.根据权利要求1至7中任何一项所述的结构，其中所述半导体材料是硅、锗、砷化镓、硅锗或半导体III-V族或II-VI族化合物。9.根据权利要求8所述的结构，其中该结构是SOI型。10.根据权利要求1至9中任何一项所述的结构，其中面向所述半导体材料的所述键合层的表面位于离所述衬底或基层的表面或最大突出部分或凸起至多10nm的距离处。11.根据权利要求1至10中任何一项所述的结构，其中至少一个功率元件和/或至少一个RF元件形成在所述选自半导体材料的材料层中。12.根据权利要求1至11中任何一项所述的结构，在所述选自半导体材料的材料层中包括至少一个IGBT或MOSFET型元件。13.一种包括两个衬底或层(40、50、60)的结构，其中第一衬底(40)或第一层具有大于0.5nm rms的粗糙度或具有不适合于分子键合的化学性质，并且具有大于1W/cm/K的热导率，所述结构包括称为键合层的层(42、52)，该层位于所述第一衬底(40)或第一层和第二衬底(50、60)或第二层之间。14.根据权利要求13所述的结构，所述第一衬底或第一层由金刚石或氮化铝形成。15.根据权利要求13或权利要求14所述的结构，其中所述键合层由二氧化硅、氮化硅、氧化铪...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利维耶雷萨克，米里埃尔马蒂内，塞普奥罗比松，利昂内尔波尔蒂吉利亚蒂，
申请(专利权)人：硅绝缘技术公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]