專利名稱：用于制造半導(dǎo)體器件的復(fù)合晶圓的制作方法
用于制造半導(dǎo)體器件的復(fù)合晶圓技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體涉及半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)和用于在襯底上制造半導(dǎo)體器件的工藝；更具體地，本發(fā)明涉及利用一種復(fù)合晶圓來制作化合物半導(dǎo)體(compound semiconductor)器件的裝置和方法。
背景技術(shù)：
前段制程(FEOL)加工指的是直接在半導(dǎo)體材料(例如，基于硅或氮的化合物半導(dǎo)體材料)中形成電子器件(例如，晶體管)。半導(dǎo)體材料通常在稱為晶圓的薄圓片上形成。后段制程(BEOL)加工指的是制作工藝的第二部分，其中單個(gè)器件與晶圓表面上的金屬(例如，圖案線或跡線)互連。在BEOL加工之后，執(zhí)行在制造之后的加工(通常還稱為后段加工)。后段工藝步驟典型地包括晶圓測(cè)試、晶圓背面磨削(backgrinding)(還稱為背面減薄(backlapping)或晶圓打薄)、裸片(die)分離、裸片測(cè)試、封裝和最后的器件測(cè)試。
更通常的，半導(dǎo)體晶圓的厚度被制作為確保在FEOL和BEOL加工期間的機(jī)械穩(wěn)定性。取決于材料類型，例如厚度大致在650-750 μ m之間的直徑4英寸的晶圓通常提供足以避免在高溫加工步驟期間產(chǎn)生裂紋和翹曲的穩(wěn)定性。晶圓背面磨削是后段工藝步驟，在晶圓背面磨削期間，晶圓厚度減小至使得裸片分離更加容易，并且還允許集成電路(IC)的高密度封裝。裸片分離是單個(gè)裸片或微芯片被單獨(dú)挑揀出。該分離工藝典型地涉及對(duì)晶圓進(jìn)行機(jī)械切割或劃割(例如，使用激光)，然后沿著該劃線來斷裂該晶圓，分離出單個(gè)的裸片。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
1.一種復(fù)合晶圓，包括:
第一襯底，具有第一豎直厚度和一個(gè)頂部表面，所述頂部表面被制備處于用于隨后的半導(dǎo)體材料外延沉積的狀態(tài)；
—個(gè)載體襯底，布置在該第一襯底下方，該載體襯底具有大于所述第一豎直厚度的第二豎直厚度；以及
一個(gè)間層，將所述第一襯底鍵合至所述載體襯底。
2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的復(fù)合晶圓，其中所述第一厚度在100-200 μ m厚的近似范圍內(nèi)。
3.根據(jù)技術(shù)方案I所述的復(fù)合晶圓，其中所述第二厚度為近似400 μ m厚或者更厚。
4.根據(jù)技術(shù)方案I所述的復(fù)合晶圓，其中所述第一襯底包括藍(lán)寶石。
5.根據(jù)技術(shù)方案I所述的復(fù)合晶圓，其中所述載體襯底選自藍(lán)寶石、硅、碳化硅、金剛石、氮化鎵、氮化鋁、氮化硼和氧化鋅。
6.根據(jù)技術(shù)方案I所述的復(fù)合晶圓，其中所述頂部表面是被拋光的狀態(tài)。
7.—種方法，包括:
將第一襯底鍵合至一個(gè)載體襯底，所述第一襯底具有一個(gè)頂部表面，并且具有第一材料類型和第一厚度，所述載體襯底具有第二材料類型和大于所述第一厚度的第二厚度；
在所述第一襯底上形成一個(gè)或多個(gè)氮化物層；
在所述一個(gè)或多個(gè)氮化物層中制造基于氮化物的半導(dǎo)體器件。
8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，包括解鍵合所述載體襯底。
9.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其中鍵合步驟包括在所述第一襯底和所述載體襯底之間形成一個(gè)間層，所述間層將所述載體襯底鍵合至所述第一襯底。
10.根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其中所述間層包括二氧化硅。
11.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其中所述第一襯底包括藍(lán)寶石，所述第一厚度在100-200 μ m厚的近似范圍內(nèi)。
12.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其中所述第二厚度為近似400 μ m厚或更厚。
13.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其中所述載體襯底選自藍(lán)寶石、硅、碳化硅、金剛石、氮化鎵、氮化鋁、氮化硼和氧化鋅。
14.根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中解鍵合步驟包括在化學(xué)溶液中進(jìn)行濕蝕刻。
15.根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中所述基于氮化物的半導(dǎo)體器件在晶圓的一個(gè)個(gè)裸片上形成，并且該方法還包括在解鍵合步驟之前分離所述一個(gè)個(gè)裸片。
16.根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中所述基于氮化物的半導(dǎo)體器件在晶圓的一個(gè)個(gè)裸片上形成，并且該方法還包括在解鍵合步驟之后分離所述一個(gè)個(gè)裸片。
17.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，還包括在形成所述一個(gè)或多個(gè)氮化物層之前拋光所述第一襯底的頂部表面。
18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的方法，其中所述頂部表面的拋光形成原子級(jí)平坦的頂部表面。
19.一種方法，包括:
提供第一襯底和一個(gè)載體襯底，所述第一襯底具有第一材料類型和范圍在100-200 μ m厚的第一厚度，所述載體襯底具有第二材料類型和至少350 μ m厚的第二厚度；以及
將所述第一襯底鍵合至所述載體襯底。
20.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其中所述鍵合包括在所述第一襯底和所述載體襯底之間形成一個(gè)間層材料，所述間層材料粘結(jié)至所述第一襯底和所述載體襯底。
21.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其中所述鍵合包括將所述第一襯底粘結(jié)地貼附至所述載體襯底。
22.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其中所述第一材料類型和所述第二材料類型分別具有大體上彼此匹配的第一熱膨脹系數(shù)和第二熱膨脹系數(shù)。
23.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其中所述第一材料類型選自藍(lán)寶石、金剛石、氮化鎵、氮化鋁、氮化硼、碳化硅和氧化鋅。
24.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其中所述第二材料類型選自硅、藍(lán)寶石和銅。
25.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，還包括在所述第一襯底上制造基于氮化物的半導(dǎo)體材料。
26.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，還包括將所述第一襯底從所述載體襯底解鍵口 ο
27.根據(jù)技術(shù)方案25所述的方法，其中所述基于氮化物的半導(dǎo)體器件被制造為多個(gè)裸片，并且該方法還包括:
將所述第一襯底從所述載體襯底解鍵合；以及
劃分出每一個(gè)所述裸片。
28.根據(jù)技術(shù)方案25所述的方法，其中所述基于氮化物的半導(dǎo)體器件被制造為多個(gè)裸片，并且該方法還包括:
劃分出每一個(gè)所述裸片；以及
對(duì)于每一個(gè)所述單個(gè)裸片，將所述第一襯底從所述載體襯底解鍵合。


參考隨后的圖來描述本發(fā)明的非限制性和非窮舉性實(shí)施方案，其中在各個(gè)視圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相同的部件，除非另有說明。
圖1A-圖1D是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的、在制造工藝的各個(gè)階段的一個(gè)示例性晶圓結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖2A-圖2D是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的、在制造工藝的各個(gè)階段的另一示例性晶圓結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖3A和圖3B是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的、在一個(gè)裸片分離工藝的各個(gè)階段的一個(gè)示例性晶圓結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖4A和圖4B是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的、在另一裸片分離工藝的各個(gè)階段的一個(gè)示例性晶圓結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D。
在附圖的多個(gè)視圖中，相應(yīng)的參考字符指示相應(yīng)的部件。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)明了，這些圖中的元件是出于簡(jiǎn)單和清楚的目的而示出的，未必按比例繪制。例如，這些圖中的一些元件的尺寸可能相對(duì)于其他元件被放大，以有助于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案的理解。此外，通常未描繪在商業(yè)可行的實(shí)施方案中有用或必要的、常規(guī)但易于理解的元件，從而便于較少地妨礙本發(fā)明的這些各個(gè)實(shí)施方案的視圖。
具體實(shí)施方式
在隨后的描述中陳述了多個(gè)特定細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)明了，未必需要采用所述特定細(xì)節(jié)來實(shí)踐本發(fā)明。在其他情形中，為避免模糊本發(fā)明，未詳細(xì)描述公知材料或方法。
貫穿本說明書對(duì)“一個(gè)實(shí)施方案”、“一實(shí)施方案”、“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的引用意指關(guān)于該實(shí)施方案或?qū)嵤├枋龅木唧w特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。因此，在貫穿本說明的各個(gè)地方出現(xiàn)的措詞“在一個(gè)實(shí)施方案中”、“在一實(shí)施方案中”、“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”未必全部指的是相同的實(shí)施方案或?qū)嵤├?。另外，所述具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適的組合和/或子組合被結(jié)合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案或?qū)嵤├?。特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可被包括在集成電路、電子電路、組合邏輯電路或者提供所描述的功能的其他合適的部件中。此外，應(yīng)理解，在此所提供的圖出于為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員解釋的目的，并且這些附圖未必按比例繪制。
如在此所使用的，晶圓是在制造分立的半導(dǎo)體部件、集成電路(IC)和其他微電子器件中所使用的塊體(bulk)材料(例如，硅或藍(lán)寶石晶體)的薄片(sIice)。晶圓典型地在某一直徑(例如，6、9、12英寸等)的圓形薄片中形成，所述圓形薄片通常通過平行切割塊體晶錠(boule)來獲得。晶圓可以是晶體的或者非晶體的。晶體晶圓具有特定的晶體取向。晶圓用作襯底或基底；作為多個(gè)制造工藝步驟——諸如外延材料生長(zhǎng)、摻雜、離子注入、蝕刻、沉積各種材料和光刻圖案——的結(jié)果，在所述晶圓上形成微電子器件，諸如晶體管、二極管和1C。微電子器件(例如，IC)通常以遍布該晶圓布置的單個(gè)裸片的形式被復(fù)制。
在本公開內(nèi)容的上下文中，襯底可以是半導(dǎo)體、電絕緣材料或金屬。在制造工藝中使用的襯底類型典型地取決于應(yīng)用需求，諸如機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性或電絕緣屬性、射頻信號(hào)吸收和/或光電應(yīng)用中的透明度，以及導(dǎo)熱率和成本。在一個(gè)實(shí)施方案中，載體襯底指的是被鍵合至另一襯底或晶圓的晶圓。
藍(lán)寶石是最通常使用的用于氮化物材料的外延生長(zhǎng)的襯底材料之一，所述氮化物材料例如為氮化硼、氮化鋁、氮化鎵、氮化銦、以及它們的三元合金、四元合金等。對(duì)于基于氮化物的器件，F(xiàn)EOL和BEOL加工步驟典型地要求藍(lán)寶石襯底厚度在300-650 μ m厚的范圍內(nèi)。另一方面，為了可靠的裸片分離，藍(lán)寶石襯底的厚度需要顯著減小為例如約150μπι。該工藝通常稱為襯底薄化。然而，藍(lán)寶石是一種非常堅(jiān)硬的材料(莫氏硬度為9.0)。藍(lán)寶石的硬度使得機(jī)械處理諸如切割、劃割、拋光、背面減薄和/或磨削變得很困難。如果該晶圓在襯底薄化期間斷裂，則這可能相當(dāng)于損失了整個(gè)晶圓，可導(dǎo)致更大的產(chǎn)量損失，以及后段成本的總體增加。因而，襯底薄化和裸片分離是基于氮化物材料的器件和IC的后段加工中的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，復(fù)合襯底被用于制造半導(dǎo)體器件。在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)合襯底包括一個(gè)載體襯底，該載體襯底是鍵合至相對(duì)薄的襯底的晶圓。在器件制造期間，載體襯底和薄襯底的組合厚度足以進(jìn)行安全處理，使得復(fù)合晶圓可承受FEOL和BEOL加工步驟而不會(huì)斷裂。換句話說，在制造工藝期間，載體襯底為薄襯底提供機(jī)械支撐。在一個(gè)實(shí)施方案中，在FEOL和BEOL加工步驟之后，但是在裸片分離之前，載體襯底從薄襯底移除。在另一實(shí)施方案中，載體襯底可在裸片分離之后從薄襯底移除。這樣，本發(fā)明的實(shí)施方案可減小產(chǎn)量損失和降低后段的總體成本，這是因?yàn)槿コ顺Ｒ?guī)的襯底薄化工藝。
圖1A-圖1D示出了制造工藝的各個(gè)階段的示例性半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，所述半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)包括載體襯底102、薄襯底104、間層(interlayer) 106和集成器件108。集成器件108可包括微電子器件，諸如晶體管、二極管、集成電路(IC)等，所述微電子器件是由多個(gè)制造工藝步驟——諸如摻雜、離子注入、蝕刻、各種材料的沉積以及光刻圖案-而形成的。
例如，圖1A示出了薄襯底104 (晶體或者多晶體)附接(即，晶圓鍵合)在載體襯底102上。薄襯底104示出為具有底部表面105和頂部表面101。對(duì)于一個(gè)實(shí)施方案，薄襯底104包括厚度在約50至250 μ m厚的近似范圍內(nèi)的藍(lán)寶石材料的晶圓。在其他實(shí)施方案中，薄襯底104包括基于氮化物的半導(dǎo)體材料，諸如氮化硼、氮化鋁、氮化鎵、氮化銦、以及它們的三元合金、四元合金和其他合金。在其他實(shí)施方案中，薄襯底104可包括諸如金剛石、碳化硅或者氧化鋅的材料。薄襯底104的底部表面105示出為鍵合至載體襯底102的上部表面103上。在FEOL和BEOL加工步驟期間，載體襯底102為薄襯底104提供強(qiáng)健和穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)支撐。
在各個(gè)實(shí)施方案中，載體襯底102包括晶體或多晶體材料的晶圓。在示出的實(shí)施方案中，載體襯底102具有的厚度大體上大于薄襯底104的厚度?？捎糜谳d體襯底102的示例性材料包括藍(lán)寶石、硅、銅、基于氮化物的材料、金剛石、碳化硅、氧化鋅、石墨或在制造工藝期間提供機(jī)械穩(wěn)定性的其他合適材料?？苫谌舾刹煌目紤]因素一諸如成本、處理的容易度、可得性、硬度(機(jī)械強(qiáng)度)、與薄襯底104的熱-機(jī)械兼容性(也即，熱膨脹系數(shù)匹配)以及承受裸片分離技術(shù)的能力一來選擇用于載體襯底102的材料。
在一個(gè)實(shí)施方案中，用于載體襯底102的材料的熱膨脹系數(shù)大體上匹配用于薄襯底104的材料的熱膨脹系數(shù)。在另一實(shí)施方案中，用于載體襯底102的材料可以與薄襯底104的材料相同。在另一實(shí)施方案中，載體襯底102和襯底104的熱膨脹系數(shù)可不相等或不匹配。此外，載體襯底102的晶圓直徑可大體上等于或者大于薄襯底104的晶圓直徑。半導(dǎo)體加工領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，在半導(dǎo)體器件制造循環(huán)結(jié)束時(shí)，載體襯底102可以被廢物利用從而再利用。
在各個(gè)實(shí)施方案中，載體襯底102的厚度為復(fù)合晶圓結(jié)構(gòu)提供了足夠的機(jī)械強(qiáng)度。換句話說，載體襯底102和薄襯底104的組合厚度的和應(yīng)當(dāng)足以在FEOL和BEOL加工步驟期間提供一個(gè)機(jī)械穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，載體襯底102包括厚度在約300μπι至1200 μ m厚的范圍內(nèi)的硅或藍(lán)寶石，薄襯底104包括厚度在約50至250 μ m厚的近似范圍內(nèi)的藍(lán)寶石。
可使用各種已知的晶圓鍵合技術(shù)來將載體襯底102鍵合至薄襯底104 (如由箭頭所示出的)，所述已知的晶圓鍵合技術(shù)包括直接鍵合、粘結(jié)劑鍵合、等離子體激活鍵合、陽(yáng)極鍵合、共晶鍵合(eutectic bonding)、玻璃熔塊鍵合(glass frit bonding)、熱壓接鍵合和反應(yīng)鍵合(reactive bonding)方法。舉例而言,可通過將載體襯底102機(jī)械地壓至薄襯底104來實(shí)現(xiàn)鍵合?；蛘?，薄襯底104可被堆疊在載體襯底102的頂部上，使得底部表面105和頂部表面103直接接觸。然后，該堆疊物被暴露至高溫退火一段時(shí)間，這段時(shí)間足以在載體襯底102和薄襯底104之間形成堅(jiān)固鍵合。
可借助于范德華力(或者稱為氫鍵(hydrogen bond)),或者通過晶圓的待被鍵合(共晶鍵合)的表面層的材料的相互穿透來實(shí)現(xiàn)所述鍵合。在后一鍵合方法中，待被鍵合在一起的表面應(yīng)當(dāng)是極度平坦的，這可例如通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)健的鍵合所需要的壓力和溫度可隨著晶圓的材料而改變，通常在200至600攝氏度之間。將載體襯底102和薄襯底104鍵合的結(jié)果可稱為復(fù)合晶圓(襯底)。
在圖1B中進(jìn)一步示出，間層106可用于將載體襯底102和薄襯底104晶圓鍵合。間層106將薄襯底104的底部表面105貼附至載體襯底102的頂部表面103。在一個(gè)載體襯底102包括硅或藍(lán)寶石以及薄襯底104包括藍(lán)寶石的實(shí)施例中，作為第一步驟，可在載體襯底102上、或者薄襯底104上、或者在載體襯底102以及薄襯底104上沉積或熱生長(zhǎng)一薄層(0.01至I微米)的二氧化硅。接下來，使得載體襯底102的頂部表面103與薄襯底104的底部表面105接觸。接著在900至1200°C執(zhí)行退火數(shù)個(gè)小時(shí)，以鍵合這兩個(gè)襯底，從而導(dǎo)致形成單個(gè)復(fù)合晶圓107。在該實(shí)施例中，包括二氧化硅的間層106將底部表面105鍵合至頂部表面103。
應(yīng)理解，在其他實(shí)施方案中，取決于所使用的將載體襯底102附接至薄襯底104的具體的晶圓鍵合技術(shù)(例如，陽(yáng)極鍵合)，可不形成或者不需要間層106。
可用作間層106的其他材料的實(shí)施例包括環(huán)氧樹脂(粘結(jié)劑鍵合)、氧化鋁、玻璃熔塊、焊料、聚合物或適于形成載體襯底102和薄襯底104之間牢固鍵合的任何其他材料。
如圖1B中所示，復(fù)合晶圓107包括載體襯底102、間層材料106和薄襯底104。為了制備用于隨后的半導(dǎo)體材料外延沉積的復(fù)合晶圓107,應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)刂苽漤敳勘砻?01。換句話說，頂部表面101應(yīng)當(dāng)處于如下制備狀態(tài)，使得它為隨后的外延加工步驟做好準(zhǔn)備，所述外延加工步驟用于形成制造的半導(dǎo)體器件的作用區(qū)域。例如，頂部表面101可經(jīng)受機(jī)械和/或化學(xué)拋光，從而產(chǎn)生適合于外延沉積的極度平坦(例如，原子級(jí)平坦)的表面。或者，在其他實(shí)施方案中，取決于材料類型以及在形成外延層時(shí)利用的加工步驟，頂部表面可以是粗糖的。
圖1C示出了在完成FEOL和BEOL加工步驟之后的復(fù)合襯底107，結(jié)果是制造了直接布置在薄襯底106頂部上的半導(dǎo)體器件108。半導(dǎo)體器件108典型地包括經(jīng)歷了多個(gè)制造工藝的各種外延層(例如，異質(zhì)結(jié)構(gòu))，所述制造工藝可包括平面和/或臺(tái)面結(jié)構(gòu)的形成、雜質(zhì)的沉積/擴(kuò)散、蝕刻、絕緣、表面制備、金屬化(metallization)、圖案化(patterning)等。在一個(gè)實(shí)施方案中，半導(dǎo)體器件108包括基于氮化物的電子半導(dǎo)體器件和/或光電半導(dǎo)體器件。在一個(gè)特定實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件108包括氮化鎵(GaN)器件結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，在形成半導(dǎo)體器件108之后，但是在裸片分離之前，載體襯底102從薄襯底104脫離或解鍵合(de-bond)，如圖1D中所示。如所討論的，解鍵合是將載體襯底102從薄襯底104脫離的工藝，而不管所使用的具體方法和/或是否使用間層。在圖1D中示出的實(shí)施例中，解鍵合導(dǎo)致間層106的移除。解鍵合可包括諸如在化學(xué)溶液中的濕蝕刻的技術(shù),所述技術(shù)選擇性地移除間層材料106而使得載體襯底102、薄襯底104和半導(dǎo)體器件108完整。激光剝離也可用于移除間層106。
在又一實(shí)施方案中，可通過化學(xué)、機(jī)械、或?qū)е螺d體襯底102從薄襯底104解鍵合但是仍使得薄襯底104和半導(dǎo)體器件108完整的任何其他合適的方法來破壞載體襯底102。在解鍵合期間未破壞載體襯底102的實(shí)施方案中，可在另一復(fù)合晶圓結(jié)構(gòu)中再利用該載體襯底102 (例如，附接至另一薄襯底)。
當(dāng)在沒有間層的情況下將載體襯底102和薄襯底104鍵合在一起時(shí)，可利用其他分離技術(shù)。例如，可利用通過直接的機(jī)械力施加進(jìn)行的機(jī)械分離(“刀片(knife blade)”方法)，或者可應(yīng)用局部熱方法(激光剝離)。
在解鍵合之后，包括半導(dǎo)體器件108的單個(gè)裸片可彼此分離?？赏ㄟ^若干已知技術(shù)中的任一種(諸如激光劃割)來進(jìn)行裸片分離。
圖2A-圖2D示出了在制造工藝的各個(gè)階段的另一示例性半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D。圖2A-圖2D示出了一個(gè)豎直器件，其中接觸層被額外地增加到襯底204的底部表面上。圖2A示出了以與結(jié)合圖1C所描述的方式相同的方式制造的復(fù)合晶圓207 (包括載體襯底202、間層206和薄襯底204)和半導(dǎo)體器件208。圖2B示出了以與結(jié)合圖1D所描述的方式相同的方式從載體襯底202解鍵合的薄襯底204。在圖2A-圖2D中示出的類似命名和編號(hào)的元件的聯(lián)接和功能如上所述。
圖2C是一個(gè)橫截面?zhèn)纫晥D，示出了將接觸層210附接或者形成在薄襯底204的底部表面205上。如所示出的，接觸層210的頂部表面209附接至薄襯底204的底部表面205(如由箭頭所示)。在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸層210包括一個(gè)金屬電極，該金屬電極提供與薄襯底204的半導(dǎo)體材料的電連接?？衫贸Ｒ?guī)的金屬沉積技術(shù)來形成接觸層210。圖2D是示出了在薄襯底204的底部表面205上形成了金屬層210之后所形成的器件結(jié)構(gòu)。
圖3A是圖1C所示出的示例性半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)在形成凹槽312之后的橫截面?zhèn)纫晥D，形成凹槽312是裸片分離工藝的一部分。在圖3A和圖3B中示出的類似命名和編號(hào)的元件的聯(lián)接和功能如上所述。如所示出的，凹槽312延伸貫穿半導(dǎo)體器件308的整個(gè)豎直厚度，并且進(jìn)入薄襯底304的一部分，從而劃分出多個(gè)半導(dǎo)體裸片314。每一個(gè)裸片314可包括單獨(dú)的半導(dǎo)體電子器件或半導(dǎo)體光電器件?？梢远喾N已知方法(包括切塊(dicing)、激光劃割、切割、蝕刻等)中的任一種來形成凹槽312。圖3B示出了在上面討論的分離工藝之后，從薄襯底304分離出載體襯底302。此時(shí)，可以與每一個(gè)凹槽312基本上豎直對(duì)準(zhǔn)的方式來斷裂薄襯底304，從而在封裝之前使半導(dǎo)體裸片314完全彼此分離。在其他實(shí)施方案中，可在裸片分離工藝之前在薄襯底304的底部表面上形成接觸金屬層。
圖4A和圖4B是圖1D中示出的示例性半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)在形成凹槽412之后的橫截面?zhèn)纫晥D，形成凹槽412是另一裸片分離工藝的一部分。在圖4A和圖4B中示出的類似命名和編號(hào)的元件的功能和聯(lián)接如上所述。在該實(shí)施例中，載體襯底402從薄襯底404分離之后形成凹槽412，而非載體襯底402從薄襯底404分離之前形成凹槽412(如圖3A中所示)。上面所討論的技術(shù)中的任一個(gè)可用于形成凹槽412以及分離單個(gè)的半導(dǎo)體裸片414。
上面對(duì)于本發(fā)明所示出的實(shí)施例的描述，包括在摘要中所描述的內(nèi)容，不意在是窮舉性的或者是對(duì)所公開的精確形式的限制。盡管出于示例目的在此描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案和實(shí)施例，但是在不背離本發(fā)明的更寬精神和范圍的前提下，各種等同改型是可能的。事實(shí)上，應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，出于解釋的目的提供了具體的示例厚度、材料類型、加工步驟等，在其他實(shí)施方案和實(shí)施例中還可采用其他值。在上面的詳細(xì)描述的啟示下，可做出對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的這些改型。在隨后的權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)當(dāng)解釋為用于將本發(fā)明限制在說明書和權(quán)利要求中所公開的具體實(shí)施方案。而是，本發(fā)明的范圍完全由隨后的權(quán)利要求來完全確定，隨后的權(quán)利要求將根據(jù)權(quán)利要求解釋的既定原則被解釋。因此，本說明書和附圖相應(yīng)地被認(rèn)為是示例性而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合晶圓，包括: 第一襯底，具有第一豎直厚度和一個(gè)頂部表面，所述頂部表面被制備處于用于隨后的半導(dǎo)體材料外延沉積的狀態(tài)； 一個(gè)載體襯底，布置在該第一襯底下方，該載體襯底具有大于所述第一豎直厚度的第二豎直厚度；以及 一個(gè)間層，將所述第一襯底鍵合至所述載體襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合晶圓，其中所述第一厚度在100-200μ m厚的近似范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合晶圓，其中所述第二厚度為近似400μ m厚或者更厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合晶圓，其中所述第一襯底包括藍(lán)寶石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合晶圓，其中所述載體襯底選自藍(lán)寶石、硅、碳化硅、金剛石、氮化鎵、氮化鋁、氮化硼和氧化鋅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合晶圓，其中所述頂部表面是被拋光的狀態(tài)。
7.一種方法，包括: 將第一襯底鍵合至一個(gè)載體襯底，所述第一襯底具有一個(gè)頂部表面，并且具有第一材料類型和第一厚度，所述載體襯底具有第二材料類型和大于所述第一厚度的第二厚度； 在所述第一襯底上形成一個(gè)或多個(gè)氮化物層； 在所述一個(gè)或多個(gè)氮化物層中制造基于氮化物的半導(dǎo)體器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括解鍵合所述載體襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中鍵合步驟包括在所述第一襯底和所述載體襯底之間形成一個(gè)間層，所述間層將所述載體襯底鍵合至所述第一襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述間層包括二氧化硅。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一襯底包括藍(lán)寶石，所述第一厚度在100-200 μ m厚的近似范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二厚度為近似400μ m厚或更厚。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述載體襯底選自藍(lán)寶石、硅、碳化硅、金剛石、氮化鎵、氮化鋁、氮化硼和氧化鋅。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中解鍵合步驟包括在化學(xué)溶液中進(jìn)行濕蝕刻。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述基于氮化物的半導(dǎo)體器件在晶圓的一個(gè)個(gè)裸片上形成，并且該方法還包括在解鍵合步驟之前分離所述一個(gè)個(gè)裸片。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述基于氮化物的半導(dǎo)體器件在晶圓的一個(gè)個(gè)裸片上形成，并且該方法還包括在解鍵合步驟之后分離所述一個(gè)個(gè)裸片。
17.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括在形成所述一個(gè)或多個(gè)氮化物層之前拋光所述第一襯底的頂部表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述頂部表面的拋光形成原子級(jí)平坦的頂部表面。
19.一種方法,包括: 提供第一襯底和一個(gè)載體襯底，所述第一襯底具有第一材料類型和范圍在100-200 μ m厚的第一厚度，所述載體襯底具有第二材料類型和至少350 μ m厚的第二厚度；以及將所述第一襯底鍵合至所述載體襯底。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述鍵合包括在所述第一襯底和所述載體襯底之間形成一個(gè)間層材料，所述間層材料粘結(jié)至所述第一襯底和所述載體襯底。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述鍵合包括將所述第一襯底粘結(jié)地貼附至所述載體襯底。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一材料類型和所述第二材料類型分別具有大體上彼此匹配的第一熱膨脹系數(shù)和第二熱膨脹系數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一材料類型選自藍(lán)寶石、金剛石、氮化鎵、氮化鋁、氮化硼、碳化硅和氧化鋅。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二材料類型選自硅、藍(lán)寶石和銅。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括在所述第一襯底上制造基于氮化物的半導(dǎo)體材料。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括將所述第一襯底從所述載體襯底解鍵合。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述基于氮化物的半導(dǎo)體器件被制造為多個(gè)裸片，并且該方法還包括: 將所述第一襯底從所述載體襯底解鍵合；以及 劃分出每一個(gè)所述裸片。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述基于氮化物的半導(dǎo)體器件被制造為多個(gè)裸片，并且該方法還包括: 劃分出每一個(gè)所述裸片；以及 對(duì)于每一個(gè)所述單個(gè)裸片，將所述第一襯底從所述載體襯底解鍵合。
全文摘要
復(fù)合晶圓包括具有第一豎直厚度和一個(gè)頂部表面的第一襯底，所述頂部表面被制備處于用于隨后的半導(dǎo)體材料外延沉積的狀態(tài)。一個(gè)載體襯底被布置在所述第一襯底下方。所述載體襯底具有大于所述第一豎直厚度的第二豎直厚度。一間層將所述第一襯底鍵合至所述載體襯底。
文檔編號(hào)H01L27/12GK103165625SQ20121054580
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者A·康迪莫夫, J·拉姆德尼, K·斯瓦米納坦 申請(qǐng)人:電力集成公司