專利名稱：直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)和方法
一般來說，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造，而更具體地說，涉及一種直接圓片(wafer)結(jié)合(bonded)結(jié)構(gòu)的制造。
在過去曾經(jīng)報告了將一個半導(dǎo)體襯底直接圓片結(jié)合到絕緣襯底上，或結(jié)合到在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣層上。這樣的結(jié)構(gòu)通常稱為在絕緣體上的半導(dǎo)體(SOI)，或者介電絕緣直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)。典型地，這些直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)使用包括擴(kuò)散雜質(zhì)或摻雜多晶硅的隱埋層。然而，這些隱埋層具有薄層電阻值為20Ω/□量級的缺點。高的薄層電阻值引起大的RC時間常數(shù)，從而產(chǎn)生不希望有的長時間延遲。因此，包括高溫金屬氮化物，例如氮化鈦、氮化釩和氮化鎢的隱埋層是所希望的，因為它們的表面電阻值為10Ω/□量級，而且在超過1100℃時還是穩(wěn)定的。
然而，當(dāng)將一個圖案高溫金屬氮化物層用于隱埋層時，在高溫金屬氮化物層和該高溫金屬氮化物層上形成的介電層之間，發(fā)生顯著的粘接問題。當(dāng)該層隨后處于高溫下時，這些問題更加明顯。不良的粘結(jié)消極地影響結(jié)合圓片的產(chǎn)量和器件的可靠性。在介電層形成在高溫金屬氮化層上之后，該直接圓片結(jié)合處理需要在高溫下進(jìn)行處理。所以，需要一種在高溫金屬氮化物層上形成介電層的處理，使得該兩層在經(jīng)受高溫時在其間具有良好的粘結(jié)。
此外，直接圓片結(jié)構(gòu)常常將有低熱傳導(dǎo)率的厚介電層引入結(jié)合的襯底之間。具有低的熱傳導(dǎo)率的厚介電層造成不良的散熱，從而使邏輯器件和功率器件的大規(guī)模集成復(fù)雜化。所以，也需要具有良好熱傳導(dǎo)率的直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)。
簡而言之，本發(fā)明提供了一種形成直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)的方法。一個圖案高溫金屬氮化物層形成在有源襯底(active substrate)的一個第一表面上。使用非氧化的光致抗蝕剝離劑，把用來形成高溫金屬氮化層圖案的光致抗蝕劑層去除。一個中間層形成在高溫金屬氮化物層上和該第一表面的一部分上，其中在隨后的高溫環(huán)境下該中間層粘接到高溫金屬氮化物層上。將中間層退火以減小在中間層中的應(yīng)力，將它平整化，并結(jié)合到處理(handle)襯底上。中間層將高溫金屬氮化物層與處理襯底電絕緣。
還提供了一種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)有一個第一傳導(dǎo)率型的有源襯底。一個高溫金屬氮化物隱埋層位于該有源襯底的一個第一表面的一部分上。一個中間層覆蓋該高溫金屬氮化物層和該第一表面的一部分。將該中間層平整化、并且在高溫條件下粘接到高溫金屬氮化物層上。一個處理襯底連接到中間層上，其中該中間層將高溫金屬氮化物層與處理襯底電絕緣。


圖1圖示本發(fā)明第一實施例的一個放大的截面視圖；圖2—10圖示各個制造步驟的圖1實施例的放大截面視圖；圖11—14圖示各個制造步驟的本發(fā)明第二實施例的放大截面視圖；圖15圖示本發(fā)明第二實施例的一個放大的截面視圖；和圖16圖示本發(fā)明第三實施的一個放大的截面視圖。
一般來說，本發(fā)明提供一種制造具有一個高溫金屬氮化物隱埋層的直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)的方法。參照圖1—14，可以更充分地描述本發(fā)明。圖1是按照本發(fā)明直接圓片結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的一個實施例的放大截面視圖。該直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)，包括有源襯底11，在有源襯底11的一個第1表面上形成的高溫金屬氮化物隱埋層16，中間層26，以及處理襯底24，在第一實施例中，中間層包括介電層17和多晶半導(dǎo)體層18和19。最好，在圓片結(jié)合之前，在處理襯底24上形成介電層29。在一個最佳實施例中，有源襯底11包括高摻雜區(qū)12和14，其形成絕緣區(qū)；和高摻雜區(qū)13，其形成接觸區(qū)。
為了制造圖1中所示的直接圓片結(jié)合襯底，實驗工作表明，要在高溫金屬氮化物層16和介電層17之間提供良好的粘結(jié)，就需要在沉積介電層17之前，在非氧化環(huán)境中處理高溫金屬氮化物層16。曾發(fā)現(xiàn)，在諸多情況中的、在沉積介電層17之前高溫金屬氮化層16的表面氧化，大大地降低了兩層之間的粘結(jié)；特別是在該兩層后來暴露在高溫下的時侯，例如在高溫直接圓片結(jié)合處理的情況下，更是如此。
在一個沉積介電層17之前在非氧化環(huán)境中處理高溫金屬氮化物層16的最佳實施例中，圖2表示前期制造步驟中的有源襯底11的放大截面視圖。襯底11包括一個第一傳導(dǎo)率型半導(dǎo)體材料和一個第一與第二表面。最好，襯底11有局部的由第一表面延伸的高摻雜區(qū)12、13和14。最好，襯底11由硅組成，并且摻雜以n—型雜質(zhì)，例如磷，其雜質(zhì)濃度為1.0×1015到3.0×1016原子/厘米3量級。最好，襯底11是(100)晶體取向的。
使用標(biāo)準(zhǔn)摻雜技術(shù)，制成高摻雜區(qū)12、13和14。最好，摻雜區(qū)13和襯底11有同樣的傳導(dǎo)率類型，并且摻雜區(qū)12和14有與摻雜區(qū)13和襯底11傳導(dǎo)率類型不同的第二傳導(dǎo)率類型。在該最佳實施例中，摻雜區(qū)13摻雜以磷并且在第一表面具有的表面濃度至少為6.5×1019原子/厘米3，并且具有一個5到10微米量級的結(jié)深度。摻雜區(qū)12和14摻雜以P型雜質(zhì)例如硼，并具有至少3.0×1019原子/厘米3的表面濃度，和具有5到10微米量級的結(jié)深度。最好，在有源襯底11的第一表面上，構(gòu)成一個增強(qiáng)層，以便在有源襯底11和高溫金屬氮化物層16之間，提供一個低歐姆電阻接觸。該增強(qiáng)層最好以相應(yīng)于高溫金屬氮化物層16的圖案來構(gòu)成。該增強(qiáng)層最好具有大于1.0×1019原子/厘米3的表面濃度。盡管也可以使用其它摻雜技術(shù)，還是使用離子注入工藝來構(gòu)成增強(qiáng)層。
如圖1所示，在最后處理之后，摻雜區(qū)13將構(gòu)成一個隱埋的高溫金屬氮化物層16的接觸區(qū)，并且摻雜區(qū)12和14構(gòu)成有源襯底11的絕緣區(qū)。為了提供襯底11的絕緣區(qū)，摻雜絕緣(例如摻雜區(qū)12和14)是絕緣的優(yōu)選方法，然而，也可以使用其它形式的絕緣。
圖3表示制造過程中后一步驟的襯底11。在襯底11的第一表面上，構(gòu)成高溫金屬氮化物層16。最好，高溫金屬氮化物層16包括氮化鈦、氮化釩、或氮化鎢。在最佳實施例中，高溫金屬氮化層16包括氮化鈦。構(gòu)成高溫金屬氮化物層16的方法是眾所周知的，在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中，使用的技術(shù)有，在存在氮氣的條件下濺射一種高溫金屬，反應(yīng)蒸發(fā)(evaporation)，熱氮化純高溫金屬，以及化學(xué)汽相沉積等。最好，在高溫金屬氮化層16由氮化鈦構(gòu)成時，它具有1000到3000埃量級的厚度，和4到7Ω/□(Ohms/Square)量級的薄層電阻。在經(jīng)受到提高的溫度后，例如圓片結(jié)合溫度以后，具有1000到3000埃量級厚度的氮化鈦，有1到2Ω/□量級的薄層電阻。
圖4表示制造過程中更后一步驟的襯底11。使用標(biāo)準(zhǔn)的光致抗蝕劑配料技術(shù)在高溫金屬氮化物層16上沉積光致抗蝕劑層21。最好，光致抗蝕劑層21是一種正性光致抗蝕劑，例如，可從日本人造橡膠公司(Synthetic Rubber Company)買到的JSR500。在沉積上光致抗蝕劑層21后，以低溫適度烘烤光致抗蝕劑層21，以便烘干并除去過多的溶劑。接著，使用光掩膜把光致抗蝕劑層21局部地暴光。
如圖5所示，在暴光后，將光致抗蝕劑層21顯影，以選擇性地除去光致抗蝕劑層21而形成所需要的圖案。使用包含顯影劑例如四甲基氫氧化銨的PH堿性非金屬離子來顯影正性光致抗蝕劑?？梢詮腟hipley公司買到這種顯影劑。顯影后，光致抗蝕劑層21最好不進(jìn)行硬化處理(例如深度UV輻射處理或低能量惰性氣體等離子體處理)，以便阻止光致抗蝕劑的過度硬化。實驗工作表明，在除去剩下的光致抗蝕劑層21后，光致抗蝕劑的硬化處理會導(dǎo)致在高溫金屬氧化物層16上，特別是在襯底11的周邊上，留有剩余的光致抗蝕劑。當(dāng)使用與干光致抗蝕劑剝離劑相反的濕光致抗蝕劑剝離劑時，上述狀況更加明顯。曾發(fā)現(xiàn)，剩余的光致抗蝕劑會導(dǎo)致高溫金屬氧化物層16和介電層17之間出現(xiàn)粘接問題，特別是當(dāng)這兩層隨后經(jīng)受高溫時則更是如此。如果高溫金屬氮化物層16的光致抗蝕劑的再加工(reworking)是必需的，就使用非氧化光致抗蝕劑剝離劑來防止隨后出現(xiàn)的粘接問題。
接下來，如圖6所示，將高溫金屬氮化物層16刻蝕成與剩余的光致抗蝕劑層21所提供的相一致的圖案。例如，用含有氯基化學(xué)組成物的活性離子(reactive ion)刻蝕系統(tǒng)刻蝕高溫金屬氮化層物16。然而，為了防止不需要的摻雜，最好不用BCl3刻蝕高溫金屬氧化物層16。曾發(fā)現(xiàn)，用BCl3刻蝕高溫金屬氮化物層16時，在未用光致抗蝕劑層21保護(hù)的刻蝕表面上留有剩余的BCl3。在隨后的高溫處理中，該剩余的BCl3是硼擴(kuò)散襯底11的潛在雜質(zhì)源，因而生成不需要的P—型區(qū)。
如圖7所示，在刻蝕高溫金屬氮化物層16后，用非氧化光致抗蝕劑剝離劑除去剩下的光致抗蝕劑層21，以避免高溫金屬氮化物層16的表面氧化。例如，當(dāng)光致抗蝕劑層21含有正性光致抗蝕劑時，使用有堿性PH值的含有n—甲基吡咯烷酮(pyrrolidone)(NMP)的非氧化光致抗蝕剝離劑。這種剝離劑的例子是PosistripTM，可從加里佛尼亞州海沃德的EKC技術(shù)公司買到。
為了防止高溫金屬氮化物層16的表面氧化和隨后出現(xiàn)的粘接問題，使用那種基于干氧化的光致抗蝕劑去除方法，例如氧等離子體方法，不去除剩余的光致抗蝕劑層21。實驗表明如用任何基于干氧化的光致抗蝕劑去除方法，來除去在高溫金屬氮化物層16上所形成的光致抗蝕劑層21，會導(dǎo)致在高溫金屬氮化物層16和隨后在高溫金屬氮化層16上形成的介電層之間出現(xiàn)粘接問題。曾發(fā)現(xiàn)，基于干氧化的光致抗蝕劑去除方法導(dǎo)致的高溫金屬氮化物層16的過度表面氧化，是出現(xiàn)粘接問題的主要原因。
最好以串聯(lián)的方式使兩個含有NMP的浴槽來去除光致抗蝕劑層21。最好再循環(huán)和過濾第一個浴槽并把它保持在75到85℃。含光致抗蝕劑層21的襯底11在第一個浴槽的NMP中大約放置15分鐘。第二個浴槽最好保持在大約45到55℃，它起除去任何剩余的光致抗蝕劑層21的作用。襯底11在第二個浴槽NMP中大約放置5分鐘。在第二個NMP浴槽之后，采用常規(guī)的清洗器/烘干器技術(shù)用去離子水洗滌并烘干襯底11。
在處理過程中的這一步驟，要根據(jù)圖1所示的有中間層26的第一實施例，圖15所示的有中間層36的第二個實施例，或圖16所示的有中間層46的第三個實施例來進(jìn)一步處理襯底11。在第一個實施例中，中間層26包括介電層17和多晶半導(dǎo)體層18和19。在第二個實施例中，中間層36包括第一和第二介電層27和28。在第三個實施例中，中間層46包括一個單層介電材料。
在第一個實施例中，并如圖8所示，介電層17形成在高溫金屬氮化物層16和有源襯基底11的第一表面的一部分上。介電層17對高溫金屬氮化物層16起電絕緣裝置作用。介電層17包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷硅酸鹽(Phosphosilicate)玻璃(PSG)，或硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。在需要良好散熱的應(yīng)用中，介電層17可包含碳化硅，類似金剛石的碳，氮化硼、氧化鈹，或類似物。在最佳實施例中，介電層17包含用增強(qiáng)等離子體(PE)化學(xué)汽相沉積方法從四乙基原硅酸鹽(TEOS)，通常稱為增強(qiáng)等離子體四乙基原硅酸鹽(PETEOS)，沉積的氧化硅。最好，在大約400℃下，以近似125到145埃/秒的生長率來沉積介電層17。在隨后的高溫處理中，發(fā)現(xiàn)PETEOS氧化硅對高溫金屬氮化物層16提供最好的粘接。最好，介電層17厚度為4000到6000埃量級。
在沉積之后，最好將介電層17退火以去除在介電層17中的應(yīng)力，特別是去除位于高溫金屬氮化物層16的邊緣22和23處的應(yīng)力。此外，當(dāng)介電層17含有PETEOS時，退火的步驟起致密和穩(wěn)定的作用以便進(jìn)一步的高溫處理。在介電層17含有PETEOS時，最好在大約1000℃下在諸如N2的惰性氣體中，退火大約60分鐘。在退火處理中，氧的濃度最好約小于3000ppm，以防止由高溫金屬氮化層16的擴(kuò)散引起的氧化。
接著，如圖9所示，將第一多晶半導(dǎo)體層18沉積在介電層17上。第一多晶體半導(dǎo)體層18作為一個平整化介質(zhì)，用來補(bǔ)償?shù)讓拥慕殡妼?7和高溫金屬氮化物層16的外形。第一多晶半導(dǎo)體層18最好是使用外延的一多晶硅生長方法來沉積的無摻雜的多晶硅，并且厚度在15到25微米量級。最好，使用三氯硅烷在1150℃左右以近似1.0微米/分的生長率來沉積第一多晶半導(dǎo)體18。
在一個最佳實施例中，如圖10所示，在第一多晶半導(dǎo)體層18沉積之前，將一個第二多晶半導(dǎo)體層19沉積的介電層17上。第二多晶半導(dǎo)體層19提供一個種層，其促進(jìn)了第一多晶半導(dǎo)體層18的更均勻沉積。第二多晶半導(dǎo)體層19最好是用低壓化學(xué)汽相沉積方法(LPCVP)沉積的無摻雜的多晶硅，并且厚度是在500到1,000埃量級。最好用硅烷在630℃左右以100埃/分左右的生長率來沉積多晶半導(dǎo)體層19。
接著，如圖11所示，將第一多晶半導(dǎo)體層18平整化。使用包括研磨步驟和拋光步驟的兩步方法，將第一多晶半導(dǎo)體層18平整化。首先，使用傳統(tǒng)的研磨處理以60微米/分左右的去除速率，將近似5到10微米的多晶半導(dǎo)體材料從第一多晶半導(dǎo)體層18上除去。其次，使用傳統(tǒng)的拋光處理以1.0微米/分左右的去除速率，再將近似5微米的第一多晶半導(dǎo)體層18除去。經(jīng)過平整化之后，5到10微米量級厚度的多晶半導(dǎo)體材料留在介電層17上。
此外，在第一研磨步驟之前通過邊緣研磨方法將第一多晶體半導(dǎo)體層18進(jìn)行了處理，以便將圍繞著第一多晶半導(dǎo)體層18的外邊緣的過剩的多晶半導(dǎo)體材料去除。在進(jìn)行拋光之后，使用例如比拉魚(Piranha)蝕刻，隨后使用氫氟酸蝕刻，熱硝酸蝕刻，和擦洗等方法來清洗襯底1l，以便從第一多晶半導(dǎo)體層18的表面上去除沾污。介電層17和多晶半導(dǎo)體層18與19構(gòu)成在第一實施例中的中間層26。第一實施例現(xiàn)在已準(zhǔn)備好用于直接圓片結(jié)合，以形成在圖1中所示的結(jié)構(gòu)。下面將討論直接圓片結(jié)合處理。
在如圖12所示的第二實施例中，將介電層27沉積到具有近似10,000到20,000埃的厚度，以便提供電絕緣和能平面化的介質(zhì)，從而對高溫金屬氮化物層16的外形予以補(bǔ)償。介電層27包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、PSG，或BPSG。在需要良好散熱的應(yīng)用中，介電層27可以包括碳化硅，類似金剛石的碳，氮化硼、氧化鈹、或類似物。最好，介電層27包含PETEOS氧化硅，并且在近似400℃以近似125到145埃/秒的生長率進(jìn)行沉積。在隨后的高溫處理過程中，特別是當(dāng)高溫金屬氮化物層16包括氮化鈦時，發(fā)現(xiàn)PETEOS氧化硅對高溫金屬氮化物層16提供最好的粘接。
在沉積之后，最好將介電層27退火以去除在介電層27中的應(yīng)力。此外，在介電層27含有PETEOS時，退火步驟起到致密和穩(wěn)定作用以便進(jìn)一步驟進(jìn)行高溫處理。最好，在介電層27含有PETEOS時，在近似1000℃、在惰性氣體中例如N2中，退火60分鐘左右。在退火處理時氧的濃度最好是小于近似3000ppm，以防止由高溫金屬氮化物層16擴(kuò)散引起的氧化。
接著，如圖13所示，使用例如化學(xué)—機(jī)械拋光(CMP)處理方法使介電層27平整化，依據(jù)底層外形的厚度將介電層去除指標(biāo)取為近似2,000到12,000埃，從而留下近似8,000埃厚度的介電層。舉例來說，采用3,000埃/分的介電層去除率。在CMP平整化以后，最好用沒有拋光漿液(Slurry)的第二拋光墊將介電層27的曝露表面進(jìn)行機(jī)械清洗，以便除去在介電層27表面上的任何剩下的氧化鈰漿液。
曾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧化鈰磨料與氫氧化鈉或氫氧化銨水溶液以漿液形式用于介電層27的平整化時，在用去離子水進(jìn)行清洗之后的介電層27曝露的表面上殘留有聚集的氧化鈰剩余物。在曝露的介電層27表面上，氧化鈰剩余物構(gòu)成不想要的微小掩膜，在接著的例如使用氫氟酸的濕法清洗步驟中，其引起曝露表面的不均勻蝕刻或變粗糙。介電層27曝露表面不均勻的蝕刻造成對處理襯底24的不良結(jié)合。還發(fā)現(xiàn)剩余的氧化鈰殘留物在圓片結(jié)合時放氣，導(dǎo)致大的孔隙形成。在附加清洗之前，通過使用不含氧化鈰漿液的第二拋光墊來完全清除介電層27曝露表面上的任何剩余的氧化鈰，解決了上述的這些問題。
接著，如圖14所示，在介電層27上，以近似5,000到15000埃的厚度沉積第二介電層28，使整個介電層的厚度恢復(fù)到近似10,000到20,000埃，以便提供良好的電絕緣以及為圓片結(jié)合處理提供清潔的表面。介電層28可以包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅，PSG，或者BPSG。在需要良好散熱的應(yīng)用中，介電層28可以包含碳化硅，類似金鋼石的碳，氮化硼、氧化鈹，或類似物。
介電層28最好是在類似于介電層27條件下沉積的PETEOS氧化硅。在沉積之后，將介電層28退火以致密PETEOS。此外，曾發(fā)現(xiàn)，在直接圓片結(jié)合處理期間，上述退火步驟提供了介電層28和處理襯底24之間更堅固的結(jié)合。最好，在惰性氣體中例如N2中，在近似1000℃以近似60分鐘將介電層28退火。在退火處理中氧的濃度小于近似3000ppm，以防止由高溫金屬氮化物層16擴(kuò)散引起的氧化。介電層27和28構(gòu)成在第二實施例中的中間層36。第二實施例到現(xiàn)在已準(zhǔn)備好用于直接圓片結(jié)合以構(gòu)成如圖15所示結(jié)構(gòu)。下面將討論直接圓片結(jié)合處理。
在圖16所示的第三實施例中，中間層46沉積在高溫金屬氮化物層16和有源襯底11的第一表面的一部分上。中間層46具有例如15,000到35,000埃量級的厚度，并且提供電絕緣和能平整的介質(zhì)，以補(bǔ)償高溫金屬氮化物層16的外形。中間層46包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、PSG，或者BPSG。在需要良好散熱的應(yīng)用中，中間層可以包含碳化硅、類似金鋼石的碳、氮化硼、氧化鈹，或者類似物。
中間層46最好是在近似400℃以近似125到145埃/秒的生長率沉積的PETEOS氧化硅。當(dāng)接著進(jìn)行高溫處理時，尤其是當(dāng)高溫金屬氮化物層16由氮化鈦組成時，發(fā)現(xiàn)PETEOS對高溫金屬氮化物層16提供最好的粘接。
在中間層46沉積之后，將中間層46進(jìn)行平整化。使用例如化學(xué)—機(jī)械拋光(CMP)處理來把中間層46平整化，依據(jù)底層外形的厚度將去除指標(biāo)定為近似5,000到15,000埃。例如，使用的去除率為3,000埃/分。在CMP平整化之后，最好用沒有拋光漿液的第二拋光墊將中間層46的曝露表面進(jìn)行機(jī)械清洗，以便除去在中間層表面上任何剩下的氧化鈰漿液。
接著，將中間層46退火，以致密介電材料并減小在中間層46中的應(yīng)力。此外，曾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)行直接圓片結(jié)合處理時，上述退火步驟提供了中間層46和處理襯底24之間更堅固的結(jié)合。最好，當(dāng)中間層46包含PETEOS氧化硅時，在惰性氣體中例如N2中、在近似1000℃下進(jìn)行約60分鐘退火。在退火處理時氧的濃度近似地小于3000ppm，以防止由高溫金屬氮化物層16擴(kuò)散引起的氧化。此外，在平整化之前和之后，將中間層46退火。第三實施例到現(xiàn)在已準(zhǔn)備好用于進(jìn)行直接圓片結(jié)合，以構(gòu)成如圖16所示結(jié)構(gòu)。
為了進(jìn)行三個實施例的直接晶片結(jié)合，在第一實施例中，將處理襯底24實際上連接到第一多晶半導(dǎo)體層18上，在第二實施例中，實際上連接到介電層28上，或者在第三實施例中，實際上連接到中間層46上，并且進(jìn)行加熱，使得它們之間形成牢固的結(jié)合。處理襯底24可以包含單晶或者多晶半導(dǎo)體材料。最好如圖1、15和16所示，在進(jìn)行圓片結(jié)合步驟之前，在處理襯底24的表面上形成介電層29。例如，介電層29包括氧化硅或某種高熱傳導(dǎo)率介電材料。
最好，以1050到1250℃在蒸汽環(huán)境中用近似50到70分鐘進(jìn)行圓片結(jié)合處理。當(dāng)進(jìn)行上述結(jié)合處理時，摻雜區(qū)12，13和14進(jìn)一步擴(kuò)散進(jìn)襯底11中。在進(jìn)行圓片結(jié)合后，最好把襯底11的一部分，從襯底11的第二表面上除去，以提供如圖1、15和16所示的直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)。一種供選擇的方法是，不將有源襯底11變薄，并且利用有源襯底11的原始厚度，在有源襯底11上制造器件。當(dāng)有源襯底不變薄時，需要附加處理步驟，以便為有源襯底11提供絕緣，并提供與高溫金屬氮化物層16的接觸。
最好，將襯底11弄薄直到留有近似5到15微米厚。通過將襯底11的第二表面首先進(jìn)行研磨，然后進(jìn)行拋光把它減薄到所希望的厚度，實現(xiàn)上述的減薄。在進(jìn)行拋光之后，使用例如比拉魚(Piranha)蝕刻，再加上氫氟酸蝕刻、熱硝酸蝕刻，和擦洗方法來清洗襯底11的第二表面，以便去除任何沾污。圖1、15和16中所示的直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在已準(zhǔn)備好用于隨后的外理。例如，在直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)上，可以單獨或者一起制造功率器件、邏輯器件、和/或高頻器件。
在功率器件應(yīng)用中，考慮散熱問題變成非常重要。功率器件產(chǎn)生大量的熱，并且這樣的熱量必須有效地從功率器件的有源區(qū)排除，才能使功率器件可靠地工作。傳導(dǎo)是一種用來從功率器件移走熱量的方法。在功率器件應(yīng)用中或者在需要良好的散熱時，最好在第一實施例中的介電層17，在第二實施例中介電層27和28，以及在第三實施例中中間層46，包含碳化硅、類似金鋼石的碳、氮化硼、氧化鈹或類似物。這些材料比其它介電材料例如氧化硅具有更高的熱傳導(dǎo)性。
在介電層17、介電層27與28，以及中間層46包含PETEOS氧化硅時，對于提供良好的散熱來說，圖1所示的第一實施例是最佳的，因為介電層17薄于在第二實施例中的介電層27和28和在第三實施例中的中間層46。這個較薄的介電層與多晶半導(dǎo)體材料層18和19(在層18和19包括多晶硅時)一起，沒有損害介電絕緣而提供良好的散熱特性。良好的散熱才可用于對熱靈敏的大規(guī)模集成邏輯器件以及產(chǎn)熱的大規(guī)模集成功率器件。
至此，應(yīng)該了解，已提供一種形成具有高溫金屬氮化物隱埋層的直接圓片結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的方法。通過不用光致抗蝕劑硬化步驟去處理用于形成高溫金屬氮化物層圖案的光致抗蝕劑層，并且通過使用非氧化光致抗蝕劑剝離劑來除去用于形成高溫金屬氮化物層圖案的光致抗蝕劑層，可顯著地改善在高溫金屬氮化物層和隨后形成在高溫金屬氮化物層上的中間層之間的粘接。即使曝露于隨后的高溫環(huán)境中，中間層還是粘接到高溫金屬氮化物層上。
也提供了一種直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)。該直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)提供一個低薄層電阻隱埋層，并且適合于功率、邏輯和高頻器件。此外，當(dāng)中間層包含一個薄的介電層和一個多晶硅層或一個高熱傳導(dǎo)率的介電層時，可增大熱傳導(dǎo)率，便于大規(guī)模集成邏輯和功率器件應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于制作直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于以下步驟提供具有一個第一和第二表面的、第一傳導(dǎo)率型的有源襯底(11)，在有源襯底(11)的第一表面上，形成一個高溫金屬氮化物層(16)，在高溫金屬氮化物層上(16)，沉積一層光致抗蝕劑層(21)，選擇地將光致抗蝕劑層(21)曝光，將光致抗蝕劑層(21)顯影，以便選擇地去除光致抗蝕劑形成一種圖案，把高溫金屬氮化物層(16)蝕刻，使高溫金屬氮化物層(16)和光致抗蝕劑層(21)的圖案一致，使用非氧化光致抗蝕劑剝離劑除去剩下的光致抗蝕劑層，在所述高溫金屬氮化物層(16)和所述第一表面的一部分上形成一個中間層(26，36，46)，其中中間層(26，36，46)在隨后的高溫環(huán)境中粘接到高溫金屬氮化物層(16)上，將中間層(26，36，46)退火，將中間層(26，36，46)平整化；以及將一個處理襯底(24)結(jié)合到中間層(26，36，46)上，其中該中間層(26，36，46)將有源襯底(11)和高溫金屬氮化物層(16)同處理襯底(24)電絕緣。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一表面上形成高溫金屬氮化物層(16)的步驟，包括在第一表面上形成金屬氮化層(16)，其中金屬氮化物層(16)在由氮化鈦、氮化釩，和氮化鎢組成的組中挑選；并且其中在高溫金屬氮化物層(16)和第一表面的一部分上形成中間層(26，36，46)的步驟，包括在高溫金屬氮化層(16)和第一表面一部分上形成一個介電層(17)，和在介電層(17)上形成一個第一多晶半導(dǎo)體層(18)，并且其中將中間層(26,36，46)退火的步驟，包括在形成第一多晶半導(dǎo)體層(18)的步驟之前，將介電層(17)退火以減小在介電層(17)中的應(yīng)力，以及其中將中間層(26，36，46)平整化的步驟，包括將第一多晶半導(dǎo)體層(18)平整化。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中在高溫金屬氮化物層(16)和第一表面的一部分上形成中間層(26，36，46)的步驟，進(jìn)一步包括在形成第一多晶半導(dǎo)體層(18)的步驟之前，在介電層上形成一個第二多晶體半導(dǎo)體層(19)，其中第二多晶半導(dǎo)體(19)的厚度實質(zhì)上比第一多晶半導(dǎo)體層(18)的厚度更薄。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一表面上形成高溫金屬氮化物層(16)的步驟，包括在第一表面上形成金屬氮化層(16)，其中金屬氮化物層(16)在由氮化鈦、氮化釩和氮化鎢組成的組中挑選，并且其中在高溫金屬氮化物層(16)和第一表面的一部分上形成中間層(26，36，46)的步驟，包括在高溫金屬氮化物層(16)和有源襯底(11)的第一表面的一部分上形成一個第一介電層(27)。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中在高溫金屬氮化物層(16)和第一表面的一部分上形成中間層(26，36，46)的步驟，進(jìn)一步包括在第一介電層(27)上形成一個第二介電層(28)。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中將光致抗蝕劑層(21)進(jìn)行顯影的步驟，包括在蝕刻高溫金屬氮化物層(16)的步驟之前，將光致抗蝕劑層(21)顯影而不用光致抗蝕劑硬化的步驟，并且其中蝕刻高溫金屬氮化物層(16)的步驟，包括在基本上由氯組成的活性離子蝕刻劑中，進(jìn)行高溫金屬氮化物層(16)蝕刻。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積光致抗蝕劑層(21)的步驟，包括沉積正性光致抗蝕劑，并且使用非氧化光致抗蝕劑剝離劑去除光致抗蝕劑層(21)的步驟，包括用含有堿性PH值的n—甲基吡咯烷酮的剝離劑去除光致抗蝕劑層(21)。
8.一種具有高溫金屬氮化物隱埋層(16)的直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)，其特征在于一個第一傳導(dǎo)率型有源襯底(11)，其具有一個第一和第二表面，一個在有源襯底(11)中形成的第二傳導(dǎo)率型的第一和第二摻雜絕緣區(qū)(12，14)，一個在有源襯底(11)中在第一和第二摻雜絕緣區(qū)(12，14)之間形成的第一傳導(dǎo)率型的摻雜接觸區(qū)(13)，一個在有源襯底(11)的第一表面的一部分和摻雜接觸區(qū)(13)上形成的圖案高溫金屬氮化物隱埋層(16)，一個在高溫金屬氮化物層(16)和第一表面的一部分上形成的中間層(26，36，46)，其中中間層(26，36，46)是平整化的、并且在高溫條件下粘結(jié)到該圖案高溫金屬氮化物層(16)上，以及一個處理襯底(24)，其結(jié)合到中間層(26，36，46)上，其中該中間層(26，36，46)將有源襯底(11)和高溫金屬氮化物層(16)同處理襯底(24)電絕緣。
9.按照權(quán)利要求8所述的直接圃片結(jié)合結(jié)構(gòu)，其中高溫金屬氮化物層(16)包含在由氮化鈦、氮化釩和氮化鎢組成的組中挑選的一種金屬氮化層(16)，并且其中該中間層(26，36，46)包含一個在高溫金屬氮化物層(16)和有源襯底(11)的一部分上形成的第一介電層(17，27，46)，其中第一介電層(17，27，46)是平整化的。
10.按照權(quán)利要求8所述的直接圃片結(jié)合結(jié)構(gòu)，其中高溫金屬氮化物層(16)包含在由氮化鈦、氮化釩和氮化鎢組成的組中挑選的一種金屬氮化物層(16)；并且其中的中間層(17，27，46)包含一個在高溫金屬氮化物層(16)和第一表面的一部分上形成的介電層(17)，一個在介電層(17)和處理襯底(24)之間形成的第一多晶半導(dǎo)體層(18)，以及一個在介電層(17)和第一多晶半導(dǎo)體層(18)之間形成的第二多晶半導(dǎo)體層(19)，其中第二多晶半導(dǎo)體層(19)的厚度實質(zhì)上小于第一多晶半導(dǎo)體層(18)的厚度，并且在此第一多晶半導(dǎo)體層(18)是平整化的。
全文摘要
一種形成有高溫金屬氮化物隱埋層(16)并且有改善的熱傳導(dǎo)率的直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)的方法。通過用非氧化光致抗蝕劑剝離劑形成高溫金屬氮化層(16)圖案，且不用光致抗蝕劑硬化步驟，可顯著地改善在高溫金屬化物層(16)和隨后在高溫金屬氮化物層上形成的介電層(17，27)之間的粘結(jié)。在高溫環(huán)境中，介電層(17，27)粘接到高溫金屬氮化物層(16)上。此外，還提供了一種有高溫金屬氮化物隱埋層(16)和改善了熱傳導(dǎo)率的直接圓片結(jié)合結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/20GK1116361SQ9510141
公開日1996年2月7日 申請日期1995年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月2日
發(fā)明者艾琳尼·佩奇斯, 弗朗西斯克·塞科·達(dá)拉戈納, 詹姆斯·A·塞勒斯, 雷蒙德·C·韋爾斯 申請人:摩托羅拉公司