用于键合并转移一种材料以形成半导体器件的方法技术

本发明专利技术公开了一种制造半导体器件的方法。一被进行构图、从而带有一施主台面（１８）的施主衬底（１２）被键合到一接纳衬底（２０）上。在一实施方式中，施主衬底的基块部分被去除掉，但留下一转移层（２６），其被键合到接纳衬底上。转移层是从施主台面上转移下来的一层材料。可对接纳衬底的一部分进行加工而形成用于接纳施主台面的凹腔（２７、２８、或３２）。作为备选方案，转移层可被制在接纳衬底上制出的假体构件（４６）上，此情况下，施主衬底上可带有台面或不带有台面。在一优选实施方式中，转移层被用于在半导体器件中形成光电探测器等的光学器件。采用本发明专利技术，不论接纳衬底的表面是否为平面，都能实现键合。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及半导体器件的制造，更具体而言，本专利技术涉及一种采用晶片键合法来制造半导体器件的工艺。
技术介绍
晶片接合法是一种公知的工艺，其用于在最终制得的同一器件中形成两种截然不同的单晶半导体材料。这两种材料可具有相同的成分，或者也可以是相异的材料。举例来讲，可将两个硅晶片键合到一起，或者可以将锗晶片或镓晶片键合到一硅晶片上。在多数情况下，键合着的两晶片由一介电层隔开，该介电层不仅作为电绝缘层，还作为构成键合物的接合层。对于要在两个半导体晶片上都制出器件的场合，希望其中一晶片应足够地薄，以便于器件的制造、以及形成该器件的连线。但是，如从一足够薄的晶片开始执行工艺，则将其键合到受体晶片的操作将难于实现，原因在于薄晶片的结构强度不足。使键合层厚度足够薄的一种方法是在键合之后对其中一晶片的背面进行深刻蚀。但对于希望所制得层体的厚度非常薄的情况，这种方法可能是不理想的，原因在于必须要刻蚀掉大量的晶片材料，且不易控制晶片剩余层厚度的均匀性。现有技术中已发展出一种备选的工艺，其能将半导体薄层材料从施主晶片有效地转移到受体晶片上。利用通过执行氢离子注入而在半导体晶片上形成一弱化区，从而在施主晶片上界定出薄层。施主晶片和受体晶片被键合到一起，随后再采用退火加工或裂解工艺来将位于弱化区上的薄层与施主晶片的其余部分分离开。
技术实现思路
上述的晶片键合工艺尤其适用于这样的场合两待键合晶片的平面度非常高—例如对于在一硅晶片上形成硅绝缘体(SOI)的情况。但是，如果将现有技术中这种晶片键合技术应用到受体晶片为非平面的场合中则就会出现问题，例如在受体晶片上已制出或部分制出有源器件和连线的情况。因而，人们希望能有一种改进后的晶片键合工艺，以便于适用于非平面晶片的情况。此外，还希望这种改进的工艺能只将位于选定区域内的其中一种半导体材料键合并转移到另一种半导体材料上。尽管现有技术中已经尝试着实现选择性的键合(例如通过在硅晶片上与希望进行键合的位置相对应的区域处选择性地执行氢离子注入)，但这些努力同样也面临着与非平面受体晶片相键合的问题。附图说明附图例示性地表示了本专利技术，但这些附图并非限定性的，在附图中，相同的数字标号指代类似的元件，在附图中图1到图4是一些局部剖视图，表示了根据本专利技术一实施方式的、形成半导体器件的加工步骤，在该实施方式中，一种半导体材料被选择性地转移、键合到一介电层上，该介电层被制在一半导体衬底上；图5中的局部剖视图表示了本专利技术的一种备选实施方式，在该实施方式中，一种半导体材料被选择性地转移到一半导体材料上，并直接键合到其上；图6中的局部剖视图表示了本专利技术的一种备选实施方式，在该实施方式中，一种半导体材料被选择性地转移、键合到一介电层上，该介电层沿着制在半导体衬底上的一沟槽布置；图7中的局部剖视图表示了本专利技术的一种备选实施方式，在该实施方式中，一种半导体材料被选择性地转移、键合到一介电层上，该介电层形成在一已被制有凹陷的半导体衬底上；以及图8到图11中的局部剖视图表示了根据本专利技术另一实施方式制出的半导体器件，在半导体器件中，在与另一半导体层进行键合的区域处，半导体接纳衬底上增设了一个假体构件(dummy feature)。为了简化描述、并使描述清晰，附图表示了本专利技术结构的一般形式，同时，为了避免对本专利技术的理解造成不必要的干扰，略去了对公知特征和技术的描述和详细讨论。此外，附图中的元件没有必要按照比例进行绘制。举例来讲，图中某些元件的尺寸相对于其它元件被放大了，有利于对本专利技术实施方式的理解。另外，不同附图中相同的附图标号指代相同的元件。另外，如果必要的话，说明书和权利要求书中使用了“第一、第二”等词语，这些词语用于区别类似的元件，但并非是为了描述顺序或时间次序。还可以理解在合适的环境下，这些词语的使用是可互换的，从而，文中所描述的本专利技术实施方式例如能按照不同于文中所表示或描述次序的顺序进行。此外，如果需要的话，说明书和权利要求书中为了进行描述而使用了诸如“前、后、顶部、底部、上、下”等的词语，但这些词语并非限定的是永久不变的相对位置关系。可以理解在合适的环境下，这些词语的使用是可互换的，从而，文中所描述的本专利技术实施方式例如能按照不同于文中所表示或描述的定向的方位进行。具体实施例方式总体上讲，本专利技术既针对于键合到非平面接纳衬底的问题、也针对于只在接纳衬底的选定部位形成键合区域的问题。在一实施方式中，一施主衬底被制成包括一突起部分(下文称之为施主台面)，以使得只有该突起部分被转移到接纳衬底上。因而，接纳衬底缺乏全局性的平面度并不会对键合过程造成不利影响。另外，通过在接纳衬底上设置对应的凹陷，可使键合后的最终结构具有更高的平面度。在另一实施方式中，接纳衬底上设置有一个假体构件，其能有效地抬高接纳衬底上要键合另一半导体材料的区域。通过使接纳衬底上要键合另一半导体材料的区域高于接纳衬底上的其余结构、或至少与其余结构等高，可确保在这一区域获得足够强的键合作用。图1到图4以局部剖面图的形式表示了根据本专利技术一实施方式的、形成一半导体器件10的制造过程。在图1中，提供了一施主衬底12。施主衬底12的基块优选地是由半导体单晶材料组成的，这些材料例如是硅、锗、砷化镓、磷化铟等。在一优选实施方式、以及整个申请中所描述的本专利技术应用场合中，施主衬底都是由锗组成的。从图1还可看出，施主衬底12具有一注入区14，该注入区例如是通过将氢离子注入到施主衬底12的表面中而形成的。形成注入区14的目的是为了形成一转移层，这一薄层施主衬底可被转移到另一衬底上。也可选用其它的方法来形成转移层。例如，可在施主衬底的表面上制出一具有应变的晶格层，可在该应变晶格层上生产出一转移层。可将注入区14的深度或厚度选择为等于要被转移到接纳衬底上的半导体材料的预期厚度。注入能量被选定为使得注入元素的投影范围或峰值浓度(如图1中的虚线15所示)等于所需的深度。通常，该深度范围在到0.1μm到2μm之间，注入剂量在1×1016到1×1017原子/立方厘米之间。在一优选实施方式中，被转移的材料被用作光电检测器件，此情况下，优选地将氢元素注入到锗晶片中，注入深度为1μm到2μm。在形成转移层之后(不论是通过注入或其它工艺形成)，对施主衬底12进行构图，以使得转移层只出现在选定的区域。如图1所示，这一工作是这样完成的通过淀积并构图一光致抗蚀层而形成一刻蚀掩模16，其保护着位于选定区域的转移层。然后，如图2所示，以刻蚀掩模16作为刻蚀掩模对施主衬底执行刻蚀而形成一施主台面18。优选地是，施主衬底12被刻蚀成除施主台面18之外(即不包括)的注入区14都被去除，从而只有施主台面18中的材料能被从施主衬底12转移到接纳衬底上。除施主台面之外的区域被称为衬底的基块部分。常规的化学刻蚀剂和工艺可被用来执行该刻蚀加工，具体的化学药剂和工艺取决于施主衬底12上的特定材料。在一优选实施方式中，施主衬底12包括氢离子注入后的锗，一种适于形成施主台面18的刻蚀剂是含氯或氟等离子化学刻蚀剂。作为备选方案，可采用诸如含过氧化氢(H2O2)的水溶液等的湿式化学刻蚀剂来形成施主台面18。尽管在图中只表示出了一个施主台面18，但本领域工程人员将能认识到可形成任意数目个这样的台面。在一备选实施方式中，在对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成半导体器件的方法，其包括步骤：在一施主衬底中注入一种元素而形成一注入区；对施主衬底进行构图而形成一基块部分和一施主台面，其中，施主台面包括至少一部分注入区；利用施主台面将施主衬底与一接纳衬底键合到一起；以及　 　去除施主衬底的基块部分，但留下施主衬底上一个被键合到接纳衬底上的转移层。

【技术特征摘要】
US 2001-12-17 10/022,7111.一种形成半导体器件的方法，其包括步骤在一施主衬底中注入一种元素而形成一注入区；对施主衬底进行构图而形成一基块部分和一施主台面，其中，施主台面包括至少一部分注入区；利用施主台面将施主衬底与一接纳衬底键合到一起；以及去除施主衬底的基块部分，但留下施主衬底上一个被键合到接纳衬底上的转移层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于接纳衬底包括一种半导体材料、以及位于半导体材料上的一第一介电层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于接纳衬底还包括一凹陷，其位于第一介电层中，所述转移层被键合到凹陷内。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于接纳衬底还包括一开口，其位于第一介电层中，所述转移层被键合到开口内。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述开口暴露出一部分半导体材料，转移层被键合到半导体材料的裸露部分上。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于在接纳衬底上且在开口内形成一第二介电层，转移层被键合到第二介电层上。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于接纳衬底包括一半导体材料，且所述方法还包括步骤在半导体材料中形成一沟槽，其中，转移层被键合到沟槽内。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括步骤在沟槽内形成一第二介电层，且转移层被键合到沟槽内的第二介电层上。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在对施主衬底进行构图之前执行注入操作。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于对施主衬底的构图步骤包括清除掉注入区除施主台面之外的部分。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于施主衬底和接纳衬底各包括一种元素，该元素从由锗、镓、砷、铟、磷、以及硅组成的元素组中选出。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于施主衬底和接纳衬底是不同的材料。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于施主衬底包括单晶态的锗，接纳衬底包括单晶硅。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于还包括在转移层中形成一光电探测器。15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用机械方法去除掉基块部分。16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用热学方法去除掉基块部分。17.一种形成半导体器件的方法，包括将一第一半导体衬底键合到一第二半导体衬底上，其中，第二半导体衬底包括一第一区域；一第二区域；以及一假体构件，其被制在第一区域内，该假体构件使得第一区域的顶面至少与第二区域顶面上的最高部分等高；去除掉第一半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特E琼斯，塞巴斯蒂安丘陶克，
申请(专利权)人：自由度半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]