一种异质键合结构制造技术

本发明专利技术涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种异质键合结构

【技术实现步骤摘要】
一种异质键合结构、半导体器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种异质键合结构
、
半导体器件及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在具有单一功能的半导体材料上进行其他材料的异质集成，形成具有多功能的异质键合结构，从而得到更高功率
、
更高频率或更高速率的高性能器件，是现阶段异质集成技术的重要发展方向，基于离子束剥离与键合转移的异质集成材料与器件技术已广泛应用于微电子领域
。
在离子注入的过程中，通常采用单一的氢离子或氦离子注入，但氢离子或氦离子往往注入剂量过高；此外单一的离子注入在后续的退火剥离工艺中，存在剥离困难的现象，难以达到最优的剥离效率
。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种异质键合结构
、
半导体器件及其制备方法，用于解决离子束剥离工艺中单一离子注入剂量过高以及后续退火剥离困难的问题
。
[0004]第一方面，本专利技术公开了一种异质键合结构制备方法，包括：
[0005]获取器件晶片，器件晶片具有第一键合面；
[0006]朝向第一键合面进行第一离子注入以在器件晶片的内部形成预设深度的体积型缺陷；第一离子注入的离子是与器件晶片的材料元素相同的离子；
[0007]朝向第一键合面进行第二离子注入，以在体积型缺陷处形成缺陷层；
[0008]获取支撑衬底，支撑衬底具有第二键合面，通过第一键合面与第二键合面将器件晶片与支撑衬底键合，得到第一异质键合结构；
[0009]将第一异质键合结构沿缺陷层剥离部分器件晶片，得到目标异质键合结构
。
[0010]可选地，第一离子注入的离子注入剂量为1×
10
11
cm
‑2‑1×
10
18
cm
‑2，离子注入能量为
10keV
‑
5MeV。
[0011]可选地，第二离子注入的离子包括氢离子；
[0012]第二离子注入的离子注入剂量为1×
10
16
cm
‑2‑1×
10
18
cm
‑2，离子注入能量为
10keV
‑
5MeV。
[0013]可选地，通过第一键合面与第二键合面将器件晶片与支撑衬底键合的键合方法包括：
[0014]亲水性直接键合
、
介质层简介键合
、
表面活化键合
、
金属熔融键合中的任意一种
。
[0015]可选地，在将第一异质键合结构沿缺陷层剥离部分器件晶片之前，还包括：
[0016]对第一异质键合结构进行退火处理；其中，
[0017]退火处理的退火温度为
100℃
‑
1200℃
；
[0018]退火处理的退火时间为1分钟
‑
24
小时；
[0019]退火处理的退火气氛包括氮气
、
氩气
、
真空中的任意一种
。
[0020]可选地，在将第一异质键合结构沿缺陷层剥离部分器件晶片之后，还包括：
[0021]通过化学机械抛光
、
离子束刻蚀
、
机械研磨
、
化学湿法腐蚀
、
高温退火的一种或组合去除器件晶片的损伤层
。
[0022]可选地，在得到目标异质键合结构之后，还包括：
[0023]在目标异质键合结构的器件晶片上外延生长异质薄膜，以形成异质结
。
[0024]另一方面，本专利技术提供一种异质键合结构，由如上所述的异质键合结构制备方法制备得到
。
[0025]另一方面，本专利技术提供一种半导体器件的制备方法，包括：
[0026]采用如上所述的异质键合结构制备方法制备异质键合结构；
[0027]在异质键合结构的器件晶片上制备半导体器件
。
[0028]另一方面，本专利技术提供一种半导体器件，包括如上所述的异质键合结构
。
[0029]采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
[0030]本专利技术先进行第一离子注入，注入与器件晶片的材料元素相同的离子，形成体积型缺陷；后再进行第二离子注入，第二离子注入的离子将会被体积型缺陷所捕获，由此可控制第二离子注入的离子注入剂量不会过高；且第二离子注入的离子能够增大体积型缺陷内部的压强，如此能够提高后续的剥离效率，因此第一离子注入和第二离子注入形成的离子双注入将会极大提高异质键合结构中薄膜剥离转移的效率及质量
。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0032]图1为本专利技术实施例的一种异质键合结构的制备方法流程图；
[0033]图2为本专利技术实施例的一种器件晶片第一离子注入的过程示意图；
[0034]图3为本专利技术实施例的一种器件晶片第二离子注入的过程示意图；
[0035]图4为本专利技术实施例的一种形成第一异质键合结构的过程示意图；
[0036]图5为本专利技术实施例的一种形成目标异质键合结构的过程示意图；
[0037]图6为本专利技术实施例的另一种形成目标异质键合结构的过程示意图；
[0038]图7为本专利技术实施例的一种在目标异质键合结构上形成异质结的过程示意图
。
[0039]以下对附图作补充说明：
[0040]100
‑
器件晶片；
110
‑
缺陷层；
111
‑
损伤层；
200
‑
支撑衬底；
300
‑
第一异质键合结构；
400
‑
目标异质键合结构；
410
‑
势垒层
。
具体实施方式
[0041]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述
。
显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围
。
[0042]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征
、
结构或特性
。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种异质键合结构制备方法，其特征在于，包括：获取器件晶片，所述器件晶片具有第一键合面；朝向所述第一键合面进行第一离子注入以在所述器件晶片的内部形成预设深度的体积型缺陷；所述第一离子注入的离子是与所述器件晶片的材料元素相同的离子；朝向所述第一键合面进行第二离子注入，以在所述体积型缺陷处形成缺陷层；获取支撑衬底，所述支撑衬底具有第二键合面，通过所述第一键合面与所述第二键合面将所述器件晶片与所述支撑衬底键合，得到第一异质键合结构；将所述第一异质键合结构沿所述缺陷层剥离部分所述器件晶片，得到目标异质键合结构
。2.
根据权利要求1所述的异质键合结构制备方法，其特征在于，所述第一离子注入的离子注入剂量为1×
10
11
cm
‑2‑1×
10
18
cm
‑2，离子注入能量为
10keV
‑
5MeV。3.
根据权利要求1所述的异质键合结构制备方法，其特征在于，所述第二离子注入的离子包括氢离子；所述第二离子注入的离子注入剂量为1×
10
16
cm
‑2‑1×
10
18
cm
‑2，离子注入能量为
10keV
‑
5MeV。4.
根据权利要求1所述的异质键合结构制备方法，其特征在于，所述通过所述第一键合面与所述第二键合面将所述器件晶片与所述支撑衬底键合的键合方法包括：亲水性直接键合
、
介质层简介键合
、
表面活化键合
、

【专利技术属性】
技术研发人员：游天桂，刘旭冬，欧欣，石航宁，覃晴程，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：