制造半导体器件的方法、复合晶圆和半导体器件技术

本发明专利技术涉及一种制造半导体器件的方法、复合晶圆和半导体器件。具有第一晶格系统的第一晶体材料的半导体盘(410)被接合在基础衬底(490)的工艺表面(491)上，其中接合层(415)被形成在半导体盘(410)与基础衬底(490)之间。具有不同的第二晶格系统的第二晶体材料的第二半导体层(420)通过外延被形成在由半导体盘(410)形成的第一半导体层(410a)上。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及半导体
，更具体地涉及通过在基础衬底上接合半导体盘来制造半导体器件的方法、复合晶圆和半导体器件。
技术介绍
与基于硅的电源器件相比，化合物半导体材料(诸如碳化硅和AIIIBV半导体材料)允许制造具有较低的开关损耗以及改善的击穿电压、电流密度、操作频率和温度稳定性的半导体器件。化合物半导体材料的晶圆通常具有相对较小的直径并且相对昂贵。因此，化合物半导体材料也通过在划算的晶体基础衬底上的外延来形成，其中缓冲层使外延的化合物半导体材料的晶格与基础衬底的晶格相匹配。期望以划算的方式在低晶体缺陷密度下制造基于化合物半导体材料的半导体器件。
技术实现思路
利用独立权利要求的主题来实现该目的。从属权利要求涉及进一步的实施例。根据一个实施例，一种制造半导体器件的方法包括：通过粘合接合在基础衬底的工艺表面上附接具有第一晶格系统的第一晶体材料的半导体盘，其中接合层形成在半导体盘和基础衬底之间。通过外延在由半导体盘形成的第一半导体层上形成具有不同的第二晶格系统的第二晶体材料的第二半导体层。根据另一实施例，一种复合晶圆包括基础衬底和由第一半导体材料形成的第一半导体层，第一半导体层的水平延伸小于基础衬底
的水平延伸。接合层夹置在基础衬底和第一半导体层之间。由不同的第二半导体材料形成的第二半导体层位于第一半导体层的与基础衬底相反的一侧上。根据又一实施例，一种半导体器件包括由第一半导体材料形成的第一半导体部分，其中第一半导体部分包括至少一个第一电子元件。由第二半导体材料形成的第二半导体部分包括第二电子元件。第一半导体部分和第二半导体部分将中间部分夹置。中间部分包括第三半导体材料的主要部分和接合结构。接合结构基于陶瓷并且夹置在主要部分和第一半导体部分之间。本领域技术人员将在阅读以下详细描述并查看附图之后意识到附加的特征和优势。附图说明包括附图以提供对本专利技术进一步的理解，并且将附图结合在本说明书中并组成本说明书的一部分。附图示出了本专利技术的实施例并且与说明书一起用于解释本专利技术的原理。本专利技术的其他实施例和预期优势将通过参考以下详细描述而更加容易理解。图1A是根据实施例的用于示出制造半导体器件的方法的半导体盘和基础衬底的示意性垂直截面图。图1B是在将半导体盘附接到基础衬底上之后的图1A的基础衬底和半导体盘的示意性垂直截面图。图1C是在半导体盘中形成剥离区域期间的图1B的半导体盘和基础衬底的示意性垂直截面图。图1D是图1C的基础衬底以及通过对图1C的半导体盘的一部分进行剥离而得到的第一半导体层的示意性垂直截面图。图1E是在第一半导体层上形成缓冲层之后的图1D的第一半导体层和基础衬底的示意性垂直截面图。图1F是通过外延在缓冲层上生长第二半导体层而由图1E的第一半导体层和基础衬底得到的复合晶圆的示意性垂直截面图。图1G是通过去除基础衬底而由图1F的复合晶圆得到的中间衬底的示意性垂直截面图。图1H示意性示出了由图1G的中间衬底得到的多个半导体器件。图2A是根据实施例的在第二半导体层中形成第二电子元件之后关于具有第一电子元件的基础衬底的复合晶圆的示意性垂直截面图。图2B示意性示出了由图2A的复合晶圆得到的多个混合半导体器件。图3A是根据实施例的包括基础衬底和形成在基础衬底的工艺表面之上的一个近似圆形的第二半导体层的复合晶圆的示意性平面图。图3B是根据实施例的包括基础衬底以及含多个隔离岛的第二半导体层的复合晶圆的示意性平面图。图3C是根据实施例的包括基础衬底以及多个分别具有第一半导体层和第二半导体层的隔离的大致圆形柱的复合晶圆的示意性平面图。图3D是根据实施例的包括基础衬底以及多个分别具有第一半导体层和第二半导体层的隔离的矩形柱的复合晶圆的示意性平面图。图4是根据实施例的关于位于不同半导体材料的不同半导体部分中的第一电子元件和第二电子元件的混合半导体器件的一部分的示意性垂直截面图。图5A是根据实施例的关于第一半导体材料中的绝缘栅型场效应晶体管的混合半导体器件的一部分的示意性垂直截面图，其中绝缘栅型场效应晶体管电耦合至第二半导体材料中的高电子迁移率晶体管。图5B是根据实施例的关于第一半导体材料中的绝缘栅型场效应晶体管和第二半导体材料中的光电元件的混合半导体器件的一部分的示意性垂直截面图。具体实施方式在以下详细描述中，参照形成说明书的一部分并且示出可以实践本专利技术的具体实施例的附图。在不背离本专利技术的精神的情况下可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。例如，针对一个实施例示出或描述的特征可以用于其他实施例或与其他实施例结合以产生又一实施例。本专利技术可以包括这些修改和变化。使用具体语言描述的实例不应该用于限制所附权利要求的范围。附图没有按比例绘制而仅是用于图示的目的。为了清楚，如果没有相反说明，相同或相似的元件通过不同附图中的对应参考标号来表示。术语“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是开放性的术语，其表示所提结构、元件或特征的存在，但是不排除附加的元件或特征。冠词“一个”、“一”和“该”可以包括多个以及单个，除非另有明确指定。术语“电连接”描述了电连接元件之间的永久低欧姆连接，例如所关注元件之间的直接接触或者经由金属和/或重掺杂半导体的低欧姆连接。术语“电耦合”包括可将适于信号传输的一个或多个中间元件设置在电耦合元件之间，例如可控制为在第一状态下提供低欧姆连接且在第二状态下提供高欧姆电去耦的元件。附图通过在掺杂类型“n”或“p”附近指示“-”或“+”示出相对的掺杂浓度。例如，“n-”是指比“n”掺杂区域的掺杂浓度更低的掺杂浓度，而“n+”掺杂区域具有比“n”掺杂区域的掺杂浓度更高的掺杂浓度。相同的相对掺杂浓度的掺杂区域不是必须具有相同的绝对掺杂浓度。例如，两个不同的“n”掺杂区域可以具有相同或不同的绝对掺杂浓度。图1A至图1H示出由化合物半导体材料制造半导体器件，其由形成单晶的至少两个元件组成。图1A示出了基础衬底490以及附接在基础衬底490的工艺表面491上的半导体盘410。基础衬底490的形状、尺寸和材料与用于基
于硅的半导体器件的传统生产线兼容。基础衬底490可以由单种材料形成或者可以包括不同材料堆叠的层。例如，基础衬底490可以为单晶硅晶圆、玻璃盘(例如，氧化硅晶圆或蓝宝石晶圆)或者固体碳盘(例如，石墨盘)。根据一个实施例，基础衬底490是经预处理的衬底，其中沿着与工艺表面491相反的第二表面492形成第一电子元件。基础衬底490可具有近似圆柱的形状，其中两个平坦的主表面中的一个主表面形成工艺表面491。基础衬底490的外表面(侧向表面)493可以包括用于表示晶体方向的平面。基础衬底490的直径可以为至少150mm，例如200mm(“8英寸”晶圆)或300mm(“12英寸”晶圆)。例如，基础衬底490的厚度d1可以在700μm和800μm之间。工艺表面491的法线定义垂直方向。与工艺表面491平行的方向是水平方向。半导体盘410可以是均匀厚度的晶圆或片，并且具有的水平延伸小于基础衬底490的水平延伸。半导体盘410由第一晶体材料组成，第一晶体材料适合用作第二晶体材料的外延生长的开始层。例如，半导体盘410的材料可以是碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)。根据一个实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：通过粘合接合，在基础衬底(490)的工艺表面(491)上附接第一晶体材料的半导体盘(410)，其中所述第一晶体材料具有第一晶格系统并且其中接合层(415)形成在所述半导体盘(410)与所述基础衬底(490)之间；以及通过外延，在由所述半导体盘(410)形成的第一半导体层(410a)上形成第二晶体材料的第二半导体层(420)，所述第二晶体材料具有不同的第二晶格系统。

【技术特征摘要】
2015.03.06 DE 102015103323.21.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：通过粘合接合，在基础衬底(490)的工艺表面(491)上附接第一晶体材料的半导体盘(410)，其中所述第一晶体材料具有第一晶格系统并且其中接合层(415)形成在所述半导体盘(410)与所述基础衬底(490)之间；以及通过外延，在由所述半导体盘(410)形成的第一半导体层(410a)上形成第二晶体材料的第二半导体层(420)，所述第二晶体材料具有不同的第二晶格系统。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基础衬底(490)具有至少200mm的直径。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述基础衬底(490)选自包括石墨盘和硅晶圆的组中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一晶体材料选自包括碳化硅、氧化铝和氮化铝的组中。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第二晶体材料选自包括氮化镓和砷化镓的组中。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中形成所述第二半导体层(420)包括：在所述第一半导体层(410a)上直接形成缓冲结构(418)以及通过外延在所述缓冲结构(418)上生长所述第二半导体层(420)。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述粘合接合使用陶瓷形成聚合物，并且所述接合层(415)包括陶瓷作为主要组成。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述陶瓷基于多晶碳化硅。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在所述基础衬底(490)的所述工艺表面(491)上并排附接多个
\t半导体盘(410)。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括：在形成所述第二半导体层(420)之前，去除所述第一半导体层(410a)的部分，其中露出所述接合层(415)或所述基础衬底(490)的部分。11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括：通过剥离来减薄所述半导体盘(410)，以由所述半导体盘(410)形成所述第一半导体层(410a)。12.一种复合晶圆，包括：基础衬底(490)；第一半导体层(410a)，由第一半导体材料形成，具有的水平延伸小于所述基础衬底的水平延伸，其中接合层(415)被夹置在所述基础衬底(490)和所述第一半导体层(410a)之间；以及第二半导体层(420)，由不同的第二半导体材料形成，位于所述第一半导体层(410a)的与所述基础衬底(490)相反的一侧上。13.根据权利要求12所述的复合晶圆，还包括：缓冲结构(418)，被夹置在所述第一半导体层(410a)和所述第二半导体层(420)之间。14.根据权利要求12或13所述的复合晶圆，其中在所述基础衬底(490)上并排布...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·勒默特，R·伯格，A·布里纳，H·布里施，O·黑伯伦，G·鲁尔，R·拉普，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT