包括多晶金刚石膜的接合衬底制造技术

一种晶片具有含硅层、沉积在所述含硅层上的多晶金刚石层以及在所述含硅层的另一侧上的用于减小晶片弯曲的弯曲补偿层。一种制造接合结构的方法包括用于在一个衬底的表面上产生悬空键的活化过程，随后在低温下使所述表面与第二衬底进行接触接合。接合结构可包括彼此接触接合的两个衬底，一个衬底包括含硅层、多晶金刚石层、用于减小所述第一衬底的晶片弯曲的弯曲补偿层，并且另一个衬底包括氮化镓、碳化硅、铌酸锂、钽酸锂、砷化镓、磷化铟或除金刚石以外的另一合适材料。石以外的另一合适材料。石以外的另一合适材料。

【技术实现步骤摘要】
包括多晶金刚石膜的接合衬底
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]申请人要求2020年4月23日提交的美国临时专利申请第63/014,163号的优先权。本申请是分别于2020年5月14日和2018年7月17日提交的美国专利申请第16/874,164号和第16/037,499号的部分继续申请。美国临时专利申请第63/014,163号和美国专利申请第16/874,164号和第16/037,499号的全部公开内容通过引用并入本文。

技术实现思路

[0003]本公开涉及一种晶片，其包括含硅层、沉积在含硅层上的多晶金刚石层和位于含硅层的另一侧的用于减小晶片弯曲的弯曲补偿层。减小或消除的晶片弯曲可由含硅层和多晶金刚石层的相应材料的热膨胀系数之间的不匹配引起。
[0004]根据一个优选实施方案，晶片弯曲(定义如下)可以小于50微米。根据其他优选实施方案，可以在多晶金刚石层上或上方形成一个或多个层，诸如除多晶金刚石之外的沉积材料的抛光层，和/或具有交替的低声阻抗和高声阻抗的沉积的声反射镜层。
[0005]本公开还涉及一种制造接合结构的方法，其包括在第一衬底的表面上进行活化过程，以至少在该表面上产生悬空键，然后使第一衬底的表面与第二衬底的表面进行接触接合。活化过程可以是例如等离子体活化过程。接合可以在室温下进行，或者接合结构可以在低温下进行热退火。
[0006]根据一个优选实施方案，除金刚石之外的材料沉积在多晶金刚石层上，然后降低除金刚石之外的材料的表面粗糙度。在难以将多晶金刚石层抛光到适用于接触接合的表面粗糙度的情况下，这种方法尤其有用。如果需要，通过化学机械抛光、离子铣削和/或磁流变精整来降低除金刚石以外的材料的表面粗糙度。
[0007]根据另一个优选实施方案，为了在两个衬底之间产生化学键所需的悬空键，可以至少在第一衬底的表面上进行水处理过程。悬空键促进化学活性的方式类似于自由基促进化学活性的方式。衬底的接触接合最初可以通过范德华力(Van der Waals forces)来建立。水可以由合适的来源提供，例如兆频超声波清洗过程或环境湿气。
[0008]本公开还涉及包括第一衬底和第二衬底的接合结构，其中第一衬底包括含硅层、多晶金刚石层、用于减小第一衬底的晶片弯曲的弯曲补偿层以及接合表面，并且第二衬底包括氮化镓、碳化硅、铌酸锂、钽酸锂、砷化镓、磷化铟或另一种合适的材料和接合表面，并且其中两个衬底的接合表面彼此接触接合。
[0009]根据一个优选实施方案，第二衬底包括可移除的载体层，所述载体层可用于在两个衬底彼此接合之前处理第二衬底。
附图说明
[0010]图1是根据本公开构造的晶片结构的截面图；
[0011]图2是根据本公开构造的另一晶片结构的截面图；
[0012]图3是将第一晶片结构和第二晶片结构彼此接合的方法的示意图；
[0013]图4是根据本公开构造的接合结构的截面图；
[0014]图5是根据本公开构造的不含金刚石的分层结构的截面图；
[0015]图6是根据本公开构造的又一晶片结构的截面图；
[0016]图7是包括图5和图6的分层结构和晶片结构的接合结构的截面图；并且
[0017]图8是图7的接合结构在后续生产阶段的截面图。
具体实施方式
[0018]现在参考附图，其中相同的元件用相同的附图标记表示，图1中示出根据本公开构造的晶片结构10的实例。晶片结构10包括含有硅(Si)的晶片12、沉积在晶片12的正面16上的由多晶金刚石形成的金刚石层14、以及沉积在晶片12的背面20上的弯曲补偿层18。如果需要，晶片12可以由元素硅形成。弯曲补偿层18可以是高抗压强度材料的膜或层。
[0019]含硅晶片12和金刚石层14的材料的热膨胀系数(CTE)之间的不匹配倾向于在晶片结构10内引起不希望的晶片弯曲。弯曲补偿层18通过提供晶片背面补偿来防止或至少减小此种晶片弯曲的程度。弯曲补偿层18可以是高抗压强度材料的膜，诸如氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)或一些其他合适的介电材料。可选地，弯曲补偿层18可以包括高抗压强度金属或一些其他高抗压强度材料。
[0020]如本文所用，术语“晶片弯曲”意指晶片12的背面20的中心部分22从延伸穿过晶片12的背面边缘26、28的平面24的相应中心部分向上偏转(如图1所示)的程度。换句话说，如本文所用，术语“晶片弯曲”意指(A)晶片12的背面中心部分22和(B)平面24之间在垂直于平面24的方向上的距离。如果需要，晶片结构10可以具有<50μm，更优选<35μm，甚至更优选<25μm，并且甚至更优选<15μm的晶片弯曲。
[0021]在图1所示的实例中，通过在晶片12的正面16上沉积或将多晶金刚石接合到所述晶片的正面，然后抛光金刚石层14的正面30来形成金刚石层14。如果尽管进行此种抛光，金刚石层正面30的表面粗糙度对于表面接合太粗糙，则一种或多种外来材料可能沉积在金刚石层正面30上，并被抛光到足够低并适用于晶片接合的表面粗糙度。
[0022]沉积在金刚石层正面30上的一种或多种外来材料可以包括例如介电材料如二氧化硅(SiO2)、金属层或半导体层如硅(Si)。可以在一种或多种外来材料上进行化学机械抛光(CMP)，以提供足够低并适用于晶片接合的表面粗糙度。如果化学机械抛光导致不希望的晶片内不均匀性(WWNU)，则可以通过磁流变精整(MRF)或离子铣削来补充或替代抛光。
[0023]根据本公开的一个方面，化学机械抛光过程是可选的。如果需要，根据不需要化学机械抛光的过程，一种或多种外来材料可以沉积或以其他方式施加到具有足够光滑表面的金刚石层正面30上。例如，SiO2层可以沉积或以其他方式施加到具有足够光滑表面的金刚石层正面30上，使得不需要SiO2层的化学机械抛光。根据本公开的另一个实施方案，例如，可以在金刚石层上应用旋涂玻璃过程，以提供用于所需接合过程的足够光滑的表面，使得不需要化学机械抛光。
[0024]用于形成晶片结构10的合适过程如下：在含硅晶片12(衬底的一个实例)的正面16上生长多晶金刚石，以产生金刚石层14(但是具有粗糙表面)。然后，金刚石层14的粗糙表面被抛光成镜面光洁度，连同其他处理步骤以获得期望的晶片规格。然后，通过在晶片12的背面20上沉积氮化铝层18来进行补偿过程，从而防止或至少减小由晶片12和多晶金刚石层14
的热膨胀系数之间的不匹配引起的弯曲。
[0025]图2示出在正面102上具有适当低的表面粗糙度的晶片结构100。晶片结构100在图1的晶片结构10的金刚石层正面30上依次包括声反射镜层104、106、108的堆叠。第一层104可以包括SiO2。第二层106可以包括W、AlN或SiC。第三层108可以包括SiO2或Si。晶片结构100可以通过沉积声反射镜层104、106、108或低声/高声材料的其他组合，或者通过以相同顺序或不同顺序交替沉积低声阻抗层和高声阻抗层以构造用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶片，其包括：含硅层；多晶金刚石层，其沉积在所述含硅层上；以及弯曲补偿层，其用于减小所述含硅层和所述多晶金刚石层的晶片弯曲；并且其中所述含硅层位于所述多晶金刚石层和所述弯曲补偿层之间。2.如权利要求1所述的晶片，其中所述晶片弯曲小于50微米。3.如权利要求1所述的晶片，其还包括除多晶金刚石之外的材料的抛光层，其中所述多晶金刚石层位于所述抛光层和所述含硅层之间。4.如权利要求1所述的晶片，其还包括沉积在所述多晶金刚石层上的声反射镜层。5.如权利要求4所述的晶片，其中所述声反射镜层具有交替的低声阻抗和高声阻抗。6.一种制造接合结构的方法，其包括：在第一衬底的表面上进行活化过程；以及使所述第一衬底的表面与第二衬底的表面进行接触接合；其中所述接合在室温下进行，或者所述接合结构在低温下进行热退火。7.如权利要求6所述的方法，其中所述活化过程包括等离子体活化过程。8.如权利要求6所述的方法，其中所述活化过程包括化学活化过程。9.如权利要求7所述的方法，其还包括通过以下步骤来形成所述第一衬底：在多晶金刚石层上沉积除金刚石以外的材料，然后降低所述除金刚石以外的材料的表面粗糙度。10.如权利要求9所述的方法，其中通过化学机械抛光来降低所述除金刚石以外的材料的表面粗糙度。11.如权利要求9所述的方法，其中通过离子铣削或磁流变精整来降低所述除金刚石以外的材料的表面粗糙度。12.如权利要求7所述的方法，其中用于所述等离子体活化过程的等离子体包括氮气、氧气、化学活性气体或惰性气体，并且用于在所述第一衬底的表面上产生悬空键。13.如权利要求12所述的方法，其还包括在所述第二衬底的表面上进行等离子体活化过程，以在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文清，蓝迪，克里斯托弗，
申请(专利权)人：IIVI特拉华有限公司，
类型：发明
国别省市：