包括导电结合界面的半导体结构和关联的生产方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体结构(100)，其包括由单晶半导体材料制成并沿着主平面(x,y)延伸的有用层(10)、由半导体材料制成的支撑基板(30)以及在有用层(10)和支撑基板(30)之间的界面区域(20)，支撑基板平行于主平面(x,y)延伸，该结构(100)的特征在于界面区域(20)包括结节(21)：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括导电结合界面的半导体结构和关联的生产方法


[0001]本专利技术涉及用于微电子部件的半导体材料领域。具体地，本专利技术涉及一种包括在导电结合界面处接合的单晶半导体层和半导体载体基板的结构。本专利技术还涉及一种用于生产这种结构的工艺。

技术介绍

[0002]常见的做法是通过将厚度低且晶体质量高的半导体工作层转移到晶体质量较低的半导体载体基板来形成半导体结构。一个熟知的薄层转移解决方案是Smart Cut
TM
工艺，其基于注入轻离子并通过在结合界面处直接结合来接合。除了与减薄工作层的高质量材料有关的经济优势之外，半导体结构还可提供例如与载体基板的导热性或导电性或机械兼容性有关的有利性质。
[0003]例如在功率电子领域，可另外有利的是在工作层和载体基板之间建立电传导，以形成垂直部件。例如，在包括由单晶碳化硅制成的工作层和由低质量的碳化硅(无论单晶还是多晶)制成的载体基板的结构的情况下，结合界面必须表现出可能最低电阻率，优选低于1mohm.cm2，或者甚至低于0.1mohm.cm2。
[0004]现有技术的一些解决方案提出了在工作层和载体基板之间执行直接半导体到半导体结合，以便建立垂直电传导。然而，经由这种结合获得良好质量的界面会很困难。
[0005]F.Mu等人(ECS Transactions，86(5)3
‑
21，2018)在通过用氩轰击使待组装的表面活化之后实现直接结合(SAB：“表面活化结合”)：结合前的这种处理生成密度非常高的侧键，这促使在接合界面处形成共价键，因此形成高结合能。然而，此方法具有在接合表面处生成非晶层的缺点，这对薄层和载体基板之间的垂直电传导产生负面影响。为了克服这一问题，提出了所述表面的重掺杂，特别是在文献EP3168862中。
[0006]现有技术的其它解决方案提出了基于沉积在待接合的表面上的金属层形成导电键。
[0007]例如，Letertre的出版物(“Silicon carbide and related materials”，材料科学论坛，第389
‑
393卷，2002年4月)或文献US7208392描述了沉积钨层和硅层，以便基于硅化钨(WSi2)形成导电中间层。此方法的一个缺点可能源自由于硅化物相对于初始沉积的材料的收缩而在该中间层中形成空隙：特别是，这可能影响表面半导体层和整个半导体结构的质量，使其无法用于目标应用。另外，难以使结合界面的电阻率降低至需要非常好的垂直电传导的一些应用所需的水平。
[0008]本专利技术的主题
[0009]本专利技术涉及现有技术的替代解决方案，并且旨在完全或部分地克服上述缺点。特别是，其涉及一种包括在导电结合界面处接合的单晶半导体工作层和半导体载体基板的结构。本专利技术还涉及用于生产这种结构的工艺。
[0010]本专利技术的简要描述
[0011]本专利技术涉及一种半导体结构，包括：工作层，其由单晶半导体材料制成，在主平面
中延伸；载体基板，其由半导体材料制成；以及工作层和载体基板之间的界面区，其平行于主平面延伸。该结构的特征在于界面区包括结节：
[0012]‑
其是导电的，包括与工作层和载体基板形成欧姆接触的金属材料，
[0013]‑
其沿着垂直于主平面的轴线具有小于或等于30nm的厚度，
[0014]‑
其为间断的或接合的，间断结节通过工作层和载体基板之间的直接接触区域彼此分离。
[0015]根据本专利技术的其它有利和非限制性特征(单独地或按任何技术上可行的组合)：
[0016]·
工作层和载体基板由相同的半导体材料形成并且具有相同的掺杂类型；
[0017]·
工作层的半导体材料选自碳化硅、硅、氮化镓和锗；
[0018]·
载体基板的半导体材料选自碳化硅、硅、氮化镓和锗，并且具有单晶、多晶或非晶结构；
[0019]·
结节的金属材料选自钨、钛、镍、铝、钼、铌、钽、钴和铜；
[0020]·
结节在界面区的中平面中的覆盖度介于1％到70％之间；
[0021]·
结节具有低于0.1mohm.cm2，优选低于或等于0.01mohm.cm2的电阻率，以获得低于0.1mohm.cm2，优选低于或等于0.01mohm.cm2的界面区的电阻率；
[0022]·
结节具有小于或等于20nm，或者甚至小于或等于10nm的厚度。
[0023]本专利技术还涉及一种在上述半导体结构的工作层上和/或中生产的功率部件，该功率部件在半导体基板的背面的水平处包括在载体基板上和/或中的至少一个电触点。
[0024]最后，本专利技术涉及一种用于生产上述结构的工艺，包括以下步骤：
[0025]a)提供工作层，其由单晶半导体材料制成，具有待接合的自由面，
[0026]b)提供载体基板，其由半导体材料制成，具有待接合的自由面，
[0027]c)在非氧化受控气氛下在工作层的待接合的自由面和/或在载体基板的待接合的自由面上沉积由金属材料制成的能够与工作层和载体基板形成欧姆接触并具有小于或等于20nm的厚度的膜，
[0028]d)形成中间结构，包括在非氧化受控气氛下分别直接接合工作层和载体基板的待接合的自由面的操作，该中间结构包括源自在步骤c)中沉积的一个或更多个膜的封装膜，
[0029]e)在高于或等于临界温度的温度下对中间结构进行退火，以使得封装膜分段成与工作层和载体基板形成欧姆接触的导电结节，并形成界面区。
[0030]根据本专利技术的其它有利和非限制性特征(单独地或按任何技术上可行的组合)：
[0031]·
工作层和载体基板由相同的半导体材料形成并且具有相同的掺杂类型；
[0032]·
步骤a)包括将轻物质注入到供体基板中以形成与供体基板的正面一起限定工作层的掩埋弱化平面的操作；
[0033]·
步骤a)包括通过在初始基板上外延生长供体层来形成供体基板，稍后向供体层中执行注入；
[0034]·
步骤d)包括在直接接合产生包括供体基板和载体基板的结合组件之后，在掩埋弱化平面的水平处分离，以一方面形成包括工作层、封装膜和载体基板的中间结构，另一方面形成供体基板的其余部分；
[0035]·
该生产工艺包括在沉积步骤c)之前，对工作层的待接合的自由面和/或载体基板的待接合的自由面进行脱氧的步骤c
’
)；
[0036]·
步骤c)的沉积和步骤d)的直接接合在同一设备中一体执行；
[0037]·
在步骤c)中沉积的膜的厚度小于或等于10nm，或者甚至小于或等于5nm，或者甚至小于或等于2nm；
[0038]·
步骤c)和d)在真空中执行；
[0039]·
沉积步骤c)使用溅射技术在环境温度下执行；
[0040]·
工作层的半导体材料选自碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体结构(100)，该半导体结构(100)包括在主平面(x,y)上延伸的由单晶半导体材料制成的工作层(10)、由半导体材料制成的载体基板(30)以及在所述工作层(10)和所述载体基板(30)之间的平行于所述主平面(x,y)延伸的界面区(20)，该结构(100)的特征在于，所述界面区(20)包括结节(21)：
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所述结节(21)为导电的，包括与所述工作层(10)和所述载体基板(30)形成欧姆接触的金属材料，
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所述结节(21)沿着垂直于所述主平面(x,y)的轴线(z)具有小于或等于30nm的厚度，
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所述结节(21)为间断的或接合的，所述间断结节(21)通过所述工作层(10)和所述载体基板(30)之间的直接接触区域(22)彼此分离。2.根据权利要求1所述的半导体结构(100)，其中，所述工作层(10)和所述载体基板(30)由相同的半导体材料形成并且具有相同的掺杂类型。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的半导体结构(100)，其中，所述工作层(10)的所述半导体材料选自碳化硅、硅、氮化镓和锗。4.根据权利要求1至3中的一项所述的半导体结构(100)，其中，所述载体基板(30)的所述半导体材料选自碳化硅、硅、氮化镓和锗，并且具有单晶、多晶或非晶结构。5.根据权利要求1至4中的一项所述的半导体结构(100)，其中，所述结节(21)的所述金属材料选自钨、钛、镍、铝、钼、铌、钽、钴和铜。6.根据权利要求1至5中的一项所述的半导体结构(100)，其中，所述结节(21)在所述界面区(20)的中平面(P)中的所述覆盖度介于1％到70％之间。7.根据权利要求1至6中的一项所述的半导体结构(100)，其中，所述结节(21)具有低于0.1mohm.cm2，优选低于或等于0.01mohm.cm2的电阻率，以获得所述界面区(20)的低于0.1mohm.cm2，优选低于或等于0.01mohm.cm2的电阻率。8.根据权利要求1至7中的一项所述的半导体结构(100)，其中，所述结节(21)具有小于或等于20nm，或者甚至小于或等于10nm的厚度。9.一种在根据权利要求1至8中的一项所述的半导体结构(100)的所述工作层(10)上和/或中生产的功率部件，该功率部件在所述半导体基板(100)的背面的水平处包括在所述载体基板(30)上和/或中的至少一个电触点。10.一种用于根据权利要求1至8中的一项所述的半导体结构(100)的生产工艺，该生产工艺包括以下步骤：a)提供由单晶半导体材料制成的具有待接合的自由面(10a)的工作层(10)，b)提供由半导体材料制成的具有待接合的自由面(30a)的载体基板(30)，c)在非氧化受控气氛下在所述工作层(10)的所述待接合的自由面(10a)上和/或所述载体基板(30)的所述待接合的自由面(30a)上沉积由金属材料制成的膜(2)，该膜(...

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