共极半导体装置的制备方法和共极半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种共极半导体装置的制备方法和共极半导体装置，主要包括：在第一衬底表面制备第一键合导电材料层；在第二衬底表面制备器件材料层，包含远离第二衬底的第一电极层；在第一电极层表面制备第二键合导电材料层；将第二键合导电材料层和第一键合导电材料层进行键合形成键合导电层；图形化刻蚀器件材料层以获得含有至少两个半导体器件的器件层，其中，半导体器件包括由第一电极层经过图形化刻蚀而成的第一电极，各个半导体器件的第一电极之间通过键合导电层共极电连接。本发明专利技术可避免半导体器件尺寸过小而带来的键合导电层图形化后的黏附牢固性问题，以及键合导电层厚度所带来的电气连接性能问题，提高了半导体装置的集成度和可靠性。的集成度和可靠性。的集成度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
共极半导体装置的制备方法和共极半导体装置


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种共极半导体装置的制备方法和共极半导体装置。

技术介绍

[0002]在传统半导体体系中，驱动电路以及由其驱动的功能器件(或装置)是分别设置于不同的晶圆或基板，或者分布在同一晶圆或基板的不同区域位置，依靠相关接线实现驱动电路和功能器件(或装置)之间的电气功能相关连接。此类接线可能因为长度及距离问题而产生较多的阻抗及电磁干扰，影响能耗和信号传输。同时，因为接线距离较长以及传统分立器件式集成方案中器件分布区域较大，进而还面临着继续微缩化和高密度集成的困难和挑战。
[0003]专利文献TW201724442A中提供了一种金属键合式集成方案。该方案在驱动晶圆端和目标器件端进行金属镀膜，然后将两者通过高温金属键合互联到一起的方案将驱动晶圆和目标器件(功能性器件或装置)进行集成，解决了驱动晶圆和目标器件之间接线距离过长的问题，并且目标器件堆叠在驱动晶圆上，进而缩小了芯片面积，使得半导体集成电路能够继续萎缩化合高密度集成。其中一种示例如图1所示，包括驱动晶圆120、驱动电路140、功能性器件或装置150、金属键合层170。其中，驱动电路140设置于驱动晶圆120中，驱动电路140可包括不同类型驱动装置，如场效晶体管、薄膜晶体管、高电子迁移率晶体管等一种或几种的组合。功能性器件或装置150位于驱动晶圆120上，并且金属键合层170设置于功能性器件或装置150和驱动晶圆120之间。其中，功能性器件或装置150包括多个器件160，器件160可以是光电子晶粒，如发光二极管晶粒、激光器晶粒、微机电系统晶粒等，金属键合层170包括多个键合金属垫180，多个键合金属垫180呈整列排列并且多个键合金属垫180之间在空间和电气上彼此相互隔离，键合金属垫180可包括一种或多种电气材料，例如金、镍、锡、铜及其合金如金锡等。器件160和键合金属垫180具备一一对应性，每个器件160和驱动晶圆120之间均设有一个金属垫180。
[0004]为完成图1所示的结构，在制备过程中，通过金属键合后，驱动端的键合金属垫180与器件160之间具备一一对应性，键合金属垫180之间彼此相互隔离，该方案在制备过程中，在整面金属键合时需要预留较大的金属刻蚀空间来完成键合金属与器件的一一对应隔离刻蚀，在图形化金属键合时需要极高的对准精度，而对准精度进一步限制了器件尺寸和集成密度。在键合金属刻蚀为键合金属垫180后，与其一一对应的器件160需要完成其中的一个电极的电气和物理连接，这需要一定的键合金属厚度(一方面，需要确保键合金属的横截面的电阻率的要求；另一方面，金属键合时往往涉及到共晶键合，为了形成稳定晶相以及抵消因为晶圆翘曲、表面粗糙和共晶体渗透而影响器件的可靠性，也需要键合金属的一定厚度)，而键合金属垫180的厚度又会限制集成器件尺寸，当器件尺寸减小到一定程度时，键合金属垫180会出现过大高宽比的金属柱形态，这对器件160的可靠性(包括粘附性和键合金属垫180本身的牢固性)产生了很大的挑战。另外，图1所示结构中，驱动电路140、键合金属
垫180、器件160之间一一对应，若在其中某个位置的器件160坏损时将无备用的器件160进行替代，因此，该结构还存在对死点的接受度低，需要超高的良品率控制，导致整体的可靠性偏低的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种共极半导体装置的制备方法和共极半导体装置，以解决上述一一对应的键合金属垫和器件在超高集成度或超小器件尺寸下的可靠性问题。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种共极半导体装置的制备方法，包括：
[0008]提供第一衬底，在所述第一衬底的表面制备第一键合导电材料层；
[0009]提供第二衬底，并在所述第二衬底表面制备器件材料层，所述器件材料层至少包含远离所述第二衬底的第一电极层；
[0010]在所述第一电极层的表面制备第二键合导电材料层；
[0011]将所述第二键合导电材料层和所述第一键合导电材料层进行键合形成键合导电层；
[0012]对所述器件材料层从所述第二衬底一侧进行图形化刻蚀以获得含有至少两个半导体器件的器件层，其中，所述半导体器件包括由所述第一电极层经过图形化刻蚀而成的第一电极，所述至少两个半导体器件的第一电极之间通过所述键合导电层共极电连接。
[0013]进一步，所述第一衬底的表面包含有电连接于驱动电路的驱动触点；
[0014]所述第一键合导电材料层形成于包含有所述驱动触点的表面；
[0015]在垂直于所述第一衬底的表面方向上，所述半导体器件与所述驱动触点之间相互避让；
[0016]所述方法还包括：
[0017]通过图形化刻蚀，将所述键合导电层从所述驱动触点的表面去除或在所述驱动触点的表面形成隔离围栏，以断开所述键合导电层和所述驱动触点之间的电接触。
[0018]进一步，所述器件材料层还包含靠近所述第二衬底的第二电极层；
[0019]所述半导体器件还包括由所述第二电极层经过图形化刻蚀而成的第二电极；
[0020]所述方法还包括：
[0021]将所述器件层中的至少一个半导体器件的第二电极与所述驱动触点进行桥接。
[0022]进一步，所述的通过图形化刻蚀，将所述键合导电层从所述驱动触点的表面去除或在所述驱动触点的表面形成隔离围栏，以断开所述键合导电层和所述驱动触点之间的电接触，包括：
[0023]在所述第一衬底的表面形成第一键合导电材料层之后，通过图形化刻蚀，将所述第一键合导电材料层从所述驱动触点的表面去除或在所述驱动触点的表面形成隔离围栏，以断开所述第一键合导电材料层和所述驱动触点之间的电接触；
[0024]在形成第二键合导电材料层之后，通过图形化刻蚀，以去除对应于所述驱动触点位置处的第二键合导电材料层；
[0025]采用对准键合将所述第二键合导电材料层和所述第一键合导电材料层进行键合形成与所述驱动触点之间断开电接触的所述键合导电层；
[0026]或者，
[0027]在对所述器件材料层进行图形化刻蚀以获得所述器件层之后，对处于所述驱动触点上的所述键合导电层通过图形化刻蚀进行去除或在所述驱动触点的表面形成隔离围栏，以断开所述键合导电层和所述驱动触点之间的电接触。
[0028]进一步，所述的将所述器件层中的至少一个半导体器件的第二电极与所述驱动触点进行桥接，包括：
[0029]在断开所述键合导电层和所述驱动触点之间的电接触之后，在所述键合导电层的靠近所述驱动触点的侧壁以及所述至少一个半导体器件的第一电极的侧壁制备绝缘保护层；
[0030]在所述绝缘保护层上制备电连接于所述第二电极和所述驱动触点的桥接层。
[0031]进一步，在将所述第二键合导电材料层和所述第一键合导电材料层进行键合之后，并在对所述器件材料层从所述第二衬底一侧进行图形化刻蚀之前，所述方法还包括：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共极半导体装置的制备方法，包括：提供第一衬底，在所述第一衬底的表面制备第一键合导电材料层；提供第二衬底，并在所述第二衬底表面制备器件材料层，所述器件材料层至少包含远离所述第二衬底的第一电极层；在所述第一电极层的表面制备第二键合导电材料层；将所述第二键合导电材料层和所述第一键合导电材料层进行键合形成键合导电层；对所述器件材料层从所述第二衬底一侧进行图形化刻蚀以获得含有至少两个半导体器件的器件层，其中，所述半导体器件包括由所述第一电极层经过图形化刻蚀而成的第一电极，所述至少两个半导体器件的第一电极之间通过所述键合导电层共极电连接。2.根据权利要求1所述的共极半导体装置的制备方法，其特征在于：所述第一衬底的表面包含有电连接于驱动电路的驱动触点；所述第一键合导电材料层形成于包含有所述驱动触点的表面；在垂直于所述第一衬底的表面方向上，所述半导体器件与所述驱动触点之间相互避让；所述方法还包括：通过图形化刻蚀，将所述键合导电层从所述驱动触点的表面去除或在所述驱动触点的表面形成隔离围栏，以断开所述键合导电层和所述驱动触点之间的电接触。3.根据权利要求2所述的共极半导体装置的制备方法，其特征在于：所述器件材料层还包含靠近所述第二衬底的第二电极层；所述半导体器件还包括由所述第二电极层经过图形化刻蚀而成的第二电极；所述方法还包括：将所述器件层中的至少一个半导体器件的第二电极与所述驱动触点进行桥接。4.根据权利要求2所述的共极半导体装置的制备方法，其特征在于，所述的通过图形化刻蚀，将所述键合导电层从所述驱动触点的表面去除或在所述驱动触点的表面形成隔离围栏，以断开所述键合导电层和所述驱动触点之间的电接触，包括：在所述第一衬底的表面形成第一键合导电材料层之后，通过图形化刻蚀，将所述第一键合导电材料层从所述驱动触点的表面去除或在所述驱动触点的表面形成隔离围栏，以断开所述第一键合导电材料层和所述驱动触点之间的电接触；在形成第二键合导电材料层之后，通过图形化刻蚀，以去除对应于所述驱动触点位置处的第二键合导电材料层；采用对准键合将所述第二键合导电材料层和所述第一键合导电材料层进行键合形成与所述驱动触点之间断开电接触的所述键合导电层；或者，在对所述器件材料层进行图形化刻蚀以获得所述器件层之后，对处于所述驱动触点上的所述键合导电层通过图形化刻蚀进行去除或在所述驱动触点的表面形成隔离围栏，以断开所述键合导电层和所述驱动触点之间的电接触。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，
申请(专利权)人：格芯致显杭州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：