具有石墨芯的复合晶片及其制造方法技术

本发明专利技术涉及具有石墨芯的复合晶片及其制造方法。根据一个实施例，一种复合晶片包括具有石墨层的载体基板以及附着到载体基板的单晶半导体层。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】本申请是申请日为2011年9月30日、申请号为201110295462.7以及专利技术名称为“”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请本申请是在2010年9月30日提交的先前提交的美国序列号12/894，344的部分继续，并且其整体内容通过引用合并于此。
这里描述的实施例涉及具有石墨芯或层的复合晶片、以及用于制造具有石墨载体的复合晶片的方法的实施例。一些实施例涉及具有石墨芯或层以及单晶半导体层的复合晶片。另外的实施例涉及用于制造多个半导体器件的方法。
技术介绍
处置起来是充分机械稳定的、具有不同厚度的诸如硅晶片的半导体晶片用于制造半导体器件和集成电路。在大多数情况下，出于制造期间的机械原因而非对于最终的器件，主要需要比较厚的晶片。对于许多应用，例如诸如快速开关CMOS电路的电子元件，电路的各个器件与晶片的大半导体体积的寄生电气耦合可能导致各个器件之间的不需要的耦合并且可能限制开关速度。因此，常常采用绝缘体上硅(SOI)晶片。这些晶片包括掩埋氧化物层，其使用于形成器件的硅层与剩余的半导体基板电气绝缘。然而，SOI晶片比较昂贵。另一方面，对于许多应用，诸如用于芯片卡的器件或者其中电流路径从顶表面去往底表面的器件，期望薄的单晶半导体晶片。对于这些薄的晶片，出于加工期间的机械原因而需要另外的载体。尽管另外的载体改进了机械稳定性，但是招致了另外的成本。此外，载体常常仅容忍半导体晶片所经历的适度加工条件并且因此限制了它们的应用。例如诸如被粘接到半导体晶片的玻璃载体的载体常常因粘合剂的有限热稳定性而被限于350°C以下的温度。玻璃载体还易碎，从而在低压和真空工艺期间必须小心。另一方面，昂贵的SOI载体系统能够承受高温，但是它们的制造，特别是部分地或完整地加工的晶片的接合工艺在技术上是困难的。
技术实现思路
根据一个或多个实施例，一种用于制造复合晶片的方法包括:提供具有石墨层的载体晶片；提供具有第一面和第二面的单晶半导体晶片；在半导体晶片的第一面和载体晶片的石墨层中的至少一个上形成接合层，该接合层具有选自由金属、金属碳化物、金属硅化物、碳粉、沥青、石墨、氧化铝玻璃、氧化硅玻璃、以及氧化铝和氧化硅玻璃的混合物构成的组的材料；通过接合层使单晶半导体晶片与载体晶片的石墨层连结；以及使载体晶片、单晶半导体晶片和接合层经历热处理以形成载体晶片和单晶半导体晶片之间的导电接合。根据一个或多个实施例，一种用于制造复合晶片的方法包括:提供第一基板；提供具有石墨层的第二基板；在第一基板和第二基板的石墨层中的至少一个上形成具有中间相碳、沥青以及它们的混合物中的至少一个的碳层；通过碳层使第一基板与第二基板连结；以及使碳层、第一基板和第二基板经历热处理以形成第一基板和第二基板之间的稳定接入口 Ο根据一个或多个实施例，一种用于制造复合晶片的方法包括:提供具有石墨层的载体晶片；提供具有第一面和与第一面相对的第二面的单晶半导体晶片；在单晶半导体晶片的第一面上或第一面处形成至少一个结构，该结构选自由金属化层和掺杂区构成的组；以及使单晶半导体晶片在其第一面处与载体晶片的石墨层接合。根据一个或多个实施例，具有石墨层的载体晶片或者具有石墨层的第二基板包括具有石墨层的载体基板、具有石墨芯的载体基板和基本上由石墨构成的石墨载体中的一个。根据一个或多个实施例，石墨可以是乱层(turbostratic)石墨、热解石墨、等静压石墨以及它们的混合物中的一个。根据一个或多个实施例，提供了一种用于制造复合晶片的方法。该方法包括:提供具有第一面和被布置为与第一面相对的第二面的单晶半导体晶片；将包括碳粉和沥青中的至少一个的成型组合物沉积在半导体晶片的第二面上；并且使沉积的成型组合物退火以形成附着到半导体晶片的石墨载体。根据一个实施例，此外或可替选地，成型组合物包括形成膏状或可流动聚合物组合物的诸如芳香烃的烃。根据一个或多个实施例，提供了一种用于制造复合晶片的方法。该方法包括:提供具有石墨芯和封装石墨芯的保护结构的载体晶片；以及使单晶半导体基板接合到载体晶片。根据一个或多个实施例，保护结构包括阻挡层材料，其具有足以防止在含氧气氛中的加工期间的氧和/或氢扩散的氧扩散和/或氢扩散阻挡层性质。保护结构可以例如是硅层。保护结构可以在接合位置处相对于载体晶片的剩余部分不同。例如，可以使保护结构变薄，部分地移除保护结构或者由另一材料部分地替换保护结构。根据一个或多个实施例，提供了一种用于制造复合晶片的方法。该方法包括:提供具有第一面和被布置为与第一面相对的第二面的单晶半导体晶片；将气体离子(例如质子)注入到单晶半导体晶片的第二面以在单晶半导体晶片的预先限定的深度处形成层离层；在相对低的温度(例如T〈400°C或者更好地<100°C)下将包括碳粉和沥青中的至少一个的成型组合物沉积在单晶半导体基板的第二面上；以及使单晶半导体晶片和成型组合物经历至少一个热处理以形成附着到半导体晶片的第二面的石墨载体并且沿层离层分裂单晶半导体晶片。根据一个或多个实施例，层离层可以由微泡层或微孔层形成。可选地，具有明确限定的厚度的半导体材料的外延层可以沉积在单晶半导体材料的表面上。根据一个或多个实施例，提供了一种用于制造多个半导体器件的方法。该方法包括:提供具有石墨载体和附着到石墨载体的单晶半导体层的复合晶片；按压单晶半导体层以形成多个半导体器件；以及切割经加工的单晶半导体层以形成多个分离的半导体器件。根据一个实施例，进一步包括在切割之前从经加工的单晶半导体层移除石墨载体。根据一个实施例，进一步包括在切割之后从经加工的单晶半导体层移除石墨载体。根据一个实施例，提供一种复合晶片包括:提供具有第一面和被布置为与第一面相对的第二面的半导体基板；将具有碳粉和沥青中的至少一个的成型组合物沉积在半导体基板的第二面上；并且使沉积的成型组合物退火以形成附着到半导体基板的石墨载体。根据一个实施例，半导体基板可以是多晶半导体基板或者单晶半导体基板。根据一个或多个实施例，提供了一种复合晶片。该复合晶片包括具有石墨芯的载体基板、以及附着到载体基板的选自碳化硅和硅的单晶半导体基板或层。根据一个或多个实施例，提供了一种复合晶片。该复合晶片包括具有石墨芯和封装石墨芯的保护结构的载体基板、以及附着到载体基板的单晶半导体层或基板。根据一个或多个实施例，载体基板包括乱层石墨、无定形石墨和等静压石墨中的至少一个。根据一个或多个实施例，载体基板进一步包括横向围绕石墨芯的半导体边(rim)或缘(edge)结构。边结构(缘结构)可以是保护结构的一部分。根据一个或多个实施例，载体基板进一步包括具有凹陷的半导体晶片，其中石墨芯设置在该凹陷中。本领域的技术人员在阅读下面的【具体实施方式】之后并且在查看附图之后将认识至IJ另外的特征和优点。【附图说明】图中的元件不必依照比例，相反重点在于图示本专利技术的原理。而且，在附图中，相似的附图标记表示对应的部件。在附图中: 图1A至1J图示了根据实施例的用于制造复合晶片的方法的工艺。图2A至2B图示了根据实施例的用于制造复合晶片的方法的工艺。图3图示了根据实施例的用于制造复合晶片的方法的工艺。图4图示了在根据实施例的复合晶片制造期间使用的质子的注入分布。图5图示了根据实施例的用于制造复合晶片的方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造复合晶片的方法，包括：提供包括石墨芯和封装所述石墨芯的保护结构的载体晶片；以及使单晶半导体晶片接合到所述载体晶片。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R贝尔格，H格鲁贝尔，W莱纳特，G鲁尔，R弗尔格，A莫德，HJ舒尔策，K凯勒曼，M佐默，C罗特迈尔，R鲁普，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE