接合两个半导体衬底的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过分子粘附来接合两个半导体衬底的方法，所述方法包括：使第一衬底和第二衬底(2)紧密接触以便形成具有结合界面(4)的组合件的步骤a)；以比第一预定温度高的第一温度对结合界面(4)进行反应退火的步骤b)，所述步骤b)在结合界面处产生气泡；在结合界面(4)处至少部分地剥离这两个衬底以便消除所述气泡的步骤c)；以及在结合界面(4)处使第一衬底和第二衬底(2)再次紧密接触以便重新形成该组合件的步骤d)。成该组合件的步骤d)。成该组合件的步骤d)。

Method of joining two semiconductor substrates

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接合两个半导体衬底的方法


[0001]本专利技术涉及微电子元件的半导体材料领域。特别地，本专利技术涉及通过分子粘附来接合两个半导体衬底的方法。

技术介绍

[0002]通过分子粘附(“直接晶片结合”)接合衬底是公知的技术，其应用于微电子学、光电子学、以及微机电系统领域，例如，用于制造绝缘体上硅衬底、多结光伏电池，以及生产3D结构。
[0003]根据该技术，使两个衬底紧密接触，以使它们的表面彼此足够接近，以在它们之间形成原子键和/或分子键。这样，在不采用中间粘合层(诸如聚合物或粘合剂层)的情况下，在这两个接触表面之间产生附着力。
[0004]然后，根据衬底的性质以及所设想的应用，使所获得的组合件通常在可能介于50℃至1200℃之间不等的温度下经受热处理，以加强附着力。
[0005]在一些情况下，通过分子粘附的接合导致在结合界面处出现被称为结合缺陷的缺陷。这些可能是“气泡”型缺陷(“结合空隙”)。结合缺陷可以由所接合的衬底的表面之间的气态物质的俘获和积聚而产生。这些物质可以对应于在衬底接合前的制备期间被吸附在衬底表面上的物质。它们可以特别地对应于来自化学反应(特别是来自水的化学反应)的残余物，该化学反应是在使衬底紧密接触时或者在用于加强结合的退火期间发生的。
[0006]在接合界面处存在结合缺陷对所生产的结构的质量是非常有害的。例如，当接合步骤之后是通过铣削或使用Smart Cut
TM
技术来使这两个衬底中的一个减薄以形成层的步骤时，在这两个表面之间的结合缺陷的位置处不存在附着力可以导致该位置处的薄层发生局部撕裂。
[0007]另外，当例如包括单晶碳化硅(SiC)薄层(被接合至由SiC制成的载体衬底)的复合结构旨在用于生产垂直功率器件时，在该薄层与载体衬底之间需要良好的热传导和电传导。
[0008]为了接合将产生复合结构的衬底，存在两种主要的方法来用于执行直接结合：亲水方法和疏水方法。
[0009]在亲水方法中，对这两个衬底的表面进行处理，以便通过特别生成天然氧化物层来使它们亲水。在这两个衬底之间存在水层，以便促进原子键和/或分子键的形成，该原子键和/或分子键负责这两个衬底之间的附着力。然而，在结合界面处存在的天然氧化物层影响并恶化了这两个衬底之间的电传导。
[0010]在疏水方法中，对这两个衬底的表面进行处理以使其疏水：去除天然氧化物层并且限制衬底之间水的存在。为了更进一步限制水的存在，这两个衬底之间的接合可以在受控气氛(诸如无水气氛或真空)下执行。使用这种方法接合在一起的两个衬底将表现出良好的垂直电传导和热传导(Yushin等人的Applied Physics Letters,84(20),3993
‑
3995,2004)。然而，在工业环境中获得这些条件可能是复杂的。而且，本申请人已经观察到，当使
用该方法接合的两个SiC衬底经受高于700℃的温度时，加压气泡可能形成于这两个衬底之间的界面处并且不利地影响结合质量。当通过接合这两个衬底形成的组合件必须在超过出现这种气泡的温度的温度下经受热处理，例如为了使用Smart Cut
TM
方法执行层转移时，这种情况尤其棘手。
[0011]还有例如由F.Mu等人(4th IEEE International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration(LTB
‑
3D),15
–
16July 2014)描述的基于活性表面的结合(“表面活性结合(surface active bonding)”，或SAB)的另一种方法。待接合的两个衬底的表面经受原子轰击，以便在以低温将它们接合到一起之前活化它们的表面。该方法使得可以在这两个衬底之间获得非常好的附着力，但是在这两个衬底之间的界面处形成了非晶层。这种非晶层的存在通常使这两个衬底之间的传导性变差。
[0012]本专利技术的主题
[0013]本专利技术旨在克服前述缺点中的全部或一些缺点。本专利技术涉及一种通过分子粘附来接合两个半导体衬底的方法，其允许接合界面的良好的电传导和热传导，并且其减少了结合缺陷的数量甚或完全防止这种结合缺陷的出现。

技术实现思路

[0014]为了实现该目的，本专利技术的主题提供了一种通过分子粘附来接合两个半导体衬底的方法，所述方法包括：
[0015]‑
步骤a)，使第一衬底和第二衬底紧密接触，以便形成呈现结合界面的组合件；
[0016]‑
步骤b)，以比预定第一温度高的第一温度对结合界面进行反应退火，该步骤b)在结合界面处产生气泡；
[0017]所述方法的特征在于，包括：
[0018]‑
步骤c)，在结合界面处使这两个衬底至少部分地剥离(d
é
collement)，以便消除气泡；
[0019]‑
步骤d)，使第一衬底(1)和第二衬底在结合界面处重新紧密接触，以便重新形成该组合件。
[0020]根据本专利技术的其它有利和非限制特征，单独或按任何技术上可行的组合来采取：
[0021]‑
剥离步骤c)是在受控气氛下执行的；
[0022]‑
剥离步骤c)的受控气氛是无水气氛或真空；
[0023]‑
剥离步骤c)是全部或部分以高于或等于环境温度的第二温度来执行的；
[0024]‑
第二温度低于700℃，优选为低于200℃，甚至更优选为低于100℃；
[0025]‑
剥离步骤c)包括：通过在这两个衬底之间的结合界面处插入刀片来以机械方式分离这两个衬底；
[0026]‑
所述接合方法包括，在步骤d)之后，步骤e)使第一衬底减薄，以便形成薄层；
[0027]‑
第一衬底包括主面以及埋置弱化平面，该薄层被限定在主面与埋置弱化平面之间；
[0028]‑
步骤e)包括：沿着埋置弱化平面进行分裂，以便将该薄层转移到第二衬底上；
[0029]‑
步骤e)包括在高于或等于预定第二温度的温度下进行热处理，以允许沿着埋置弱化平面(1b)自发分裂；步骤b)的第一温度和步骤c)的第二温度低于预定第二温度。
附图说明
[0030]参照附图，根据下面对本专利技术的详细描述，本专利技术的进一步的特征和优点将变得明显，其中：
[0031]‑
图1示出了根据本专利技术的接合方法生产的复合结构；
[0032]‑
图2a至图2e示出了根据本专利技术的接合方法中的步骤；
[0033]‑
图3以及图4a至图4e示出了根据本专利技术的接合方法中的另选或可选步骤。
具体实施方式
[0034]如上提及，本专利技术涉及通过分子粘附将第一衬底1接合至第二衬底2的方法，各个衬底皆是由半导体材料形成的。
[0035]更特别地，本专利技术寻求形成包括被设置在载体衬底2上的单晶薄层1'的复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过分子粘附来接合两个半导体衬底的方法，所述方法包括：
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步骤a)，使第一衬底(1)和第二衬底(2)紧密接触，以便形成呈现结合界面(4)的组合件(3)；
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步骤b)，以比预定第一温度高的第一温度对所述结合界面进行反应退火，该步骤b)在所述结合界面处产生气泡；所述方法的特征在于包括：
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步骤c)，在所述结合界面(4)处使两个衬底(1、2)至少部分地剥离，以便消除所述气泡；
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步骤d)，使所述第一衬底(1)和所述第二衬底(2)在所述结合界面(4)处重新紧密接触，以便重新形成所述组合件(3)。2.根据前一权利要求所述的接合方法，其中，剥离步骤c)是在受控气氛下执行的。3.根据前一权利要求所述的接合方法，其中，剥离步骤c)的所述受控气氛是无水气氛或真空。4.根据前述权利要求中的一项所述的接合方法，其中，剥离步骤c)是全部或部分以高于或等于环境温度的第二温度来执行的。5.根据前一权利要求所述的接合方法，其中，所述第二温度低于700℃，优选为低于...

【专利技术属性】
技术研发人员：格维塔兹，
申请(专利权)人：索泰克公司，
类型：发明
国别省市：