制造热膨胀系数局部适应的异质结构的方法技术

一种制造异质结构（２００）的方法，包括将具有第一热膨胀系数的至少一个第一衬底（１１０）键合到具有第二热膨胀系数的第二衬底（１２０）上，所述第一热膨胀系数不同于所述第二热膨胀系数。在键合之前，在两个衬底的其中之一上从所述衬底（１１０）的键合面（１１０ａ）开始形成沟道（１１１）。用具有介于所述第一热膨胀系数和所述第二热膨胀系数之间的第三热膨胀系数的材料（１３０）填充所述沟道（１１１）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过将至少一个具有第一热膨胀系数的第一衬底键合到具有不同于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二衬底上形成的异质结构的制造。所述异质结构特别用于微电子学或光电子学。
技术介绍
当组装两个具有例如在环境温度下(20°C )相差至少10%或20%的不同热膨胀系数的衬底时，或者在两个组装衬底的后续处理过程中，可能会出现温度上升阶段，以便例如增强键合界面。在温度上升过程中，两个衬底中的一个衬底相对于另一衬底的性能变化在异质结构中产生应力和/或变形，这会增加异质结构的缺陷或者降低两个衬底之间的键合质量。 此外，一旦温度达到几百度(例如200°C至600°C范围内的温度)，这种应力可能导致两个衬底中的至少其中之一由于应力松弛现象而破裂。一般而言，由于热膨胀系数的差异，例如从200°C及200°C以上开始的温度变化可能导致应变，但是也可能导致衬底或所存在的层的分层或分离，和/或一个或多个衬底或所存在的层的塑性变形和/或断裂和/或破裂。因此，出现了这样的问题需要寻找一种能够在温度上升过程中避免异质结构中的这种影响的方法。美国文献US-A-6 858 517描述了一种通过组装具有各自不同的热膨胀系数的第一衬底和第二衬底来制造异质结构的方法。为了减小由于第一衬底和第二衬底之间的热膨胀系数的差异而产生的变形和应变，该文献教导在两个衬底其中之一上键合第三衬底，构成该第三衬底的材料与两个衬底其中之一相同，或者具有与其相近的热膨胀系数。此外，文献US-A-7 067 393描述了通过组装两个具有不同热膨胀系数的衬底形成的异质结构的制造，其中在两个衬底其中之一上制造在衬底的组装平面内具有弹性的图形，以便在温度上升过程中吸收组件中的热弹性应变。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于通过提出一种方案来克服上述缺点，这意味着能够制造被设计成减小热处理过程中异质结构内的应变和/或变形的异质结构。为此目的，本专利技术提出一种制造异质结构的方法，包括将具有第一热膨胀系数的至少一个第一衬底键合到具有第二热膨胀系数的第二衬底上，所述第一热膨胀系数不同于所述第二热膨胀系数，在该方法中，在键合之前，在两个衬底的至少其中之一上从所述衬底的键合面开始形成沟道，并用具有介于所述第一热膨胀系数和所述第二热膨胀系数之间的第三热膨胀系数的材料填充所述沟道。因此，由于存在具有介于第一键合衬底和第二键合衬底的热膨胀系数之间的热膨胀系数的材料的沟道，结构中的热膨胀系数在两个衬底之间的键合界面处至少局部匹配。在该区域中，在其键合面处包括这种材料的每个衬底具有较接近另一衬底的热膨胀系数的平均热膨胀系数，因此较好地匹配。这从而显著降低了热处理过程中在两个键合衬底之间通常观察到的变形和/或应变。于是根据本专利技术的方法制造的异质结构可以经受高温热处理，所述高温热处理可以特别增加两个衬底之间的键合能并使其均勻。沟道还通过作为缺陷来源的俘获元件来降低异质结构中的缺陷。特别地，沟道能够俘获两个衬底之间的键合界面处的气泡。所述第一衬底可以特别由选自于至少硅、锗(热膨胀系数为大约5. SXlO^r1)、 砷化镓(AsGa，热膨胀系数为大约5. 8 X lOilT1)或氮化镓(GaN)的材料形成，而所述第二衬底可以特别由选自于至少蓝宝石、硼硅酸盐玻璃(热膨胀系数为大约3. 3 X IO-6. Γ1)和硅的材料形成。根据本专利技术的方法的一种特殊实施方式，所述沟道在所述第一衬底和第二衬底中从其键合面开始制造，所述沟道填充有具有所述第三热膨胀系数的材料。在该配置中，当两个衬底键合时，在垂直于衬底的平面的方向上，所述第一衬底中形成的沟道优选地与所述第二衬底中形成的沟道对准。根据本专利技术的一个方面，在所述第一衬底和第二衬底的至少其中之一上形成元件。在这种情形下，所述沟道优选地制造在根据所述元件的位置确定的预定区域中，特别制造在用于分隔所述元件的区域中，例如与切割线相对应的区域。本专利技术还提供一种异质结构，包括键合到具有第二热膨胀系数的第二衬底上的具有第一热膨胀系数的至少一个第一衬底，所述第一热膨胀系数不同于所述第二热膨胀系数，所述异质结构的特征在于，两个衬底至少其中之一在其与另一衬底的键合面中包括沟道，所述沟道包含具有介于所述第一热膨胀系数和所述第二热膨胀系数之间的第三热膨胀系数的材料。所述第一衬底可以特别由选自于至少硅、锗、砷化镓和氮化镓OiaN)的材料形成， 而所述第二衬底可以特别由选自于至少蓝宝石、硼硅酸盐玻璃和硅的材料形成。在一个特殊实施例中，所述第一衬底和第二衬底两者都在其键合面中包括各自的沟道，所述沟道包含具有所述第三热膨胀系数的材料。所述第一衬底的沟道优选地与所述第二衬底的沟道对准。在另一特殊实施例中，所述第一衬底和第二衬底中至少其中之一包括元件。所述元件可以位于所述沟道所限定的区域中。附图说明通过接下来参考附图以非限制性示例方式给出的本专利技术的特殊实施方式的描述， 本专利技术的其他特征和优点将得以显现，其中图IA至图IF是显示使用本专利技术的方法的异质结构制造的简图；图2是图IA至图IF所示的异质结构制造过程中所执行的步骤的流程图；图3显示了本专利技术的实施例中的衬底的键合面中的沟道的另一配置。具体实施例方式本专利技术的方法通常应用于通过组装至少一个第一衬底与第二衬底形成的异质结构的制造，所述衬底具有不同的热膨胀系数。本专利技术的方法提出在将要组装到一起的两个衬底的至少其中之一中制造沟道，沟道制造在衬底的键合面中，并且填充有具有介于两个衬底的热膨胀系数之间的热膨胀系数的材料。每个衬底可由可包括图形和/或元件的单层结构(单一材料)构成，或者可由多层结构(不同材料层的堆叠)构成。在多层结构的情况下，在选择填充沟道的材料的热膨胀系数时所考虑的是最接近键合界面的那一层的材料的热膨胀系数。作为非限制性示例，本专利技术的方法特别用于制造通过将例如分别由蓝宝石和硅构成或者分别由氮化镓和硅构成的两个衬底组装到一起形成的异质结构。—般而言，本专利技术的方法有利地应用于将具有10% (相对于较低的热膨胀系数而言)或更高的热膨胀系数差异的两个衬底组装到一起。参考图IA至图IF和图2，描述了一种用于用硅的初始衬底110(顶部)和蓝宝石 (Al2O3)的支撑衬底120(底部)制造SOS(蓝宝石上硅)型异质结构的方法。衬底是可以特别具有150mm、200mm和300mm的直径的晶片。根据本专利技术，从衬底110在组装过程中将与支撑衬底相接触的表面IlOa开始，在衬底110中形成沟道或沟槽111(步骤Si，图1A)。可以通过化学干法蚀刻、光刻或者任何其他合适的技术来形成沟道111。在此处描述的示例中，初始衬底110为硅单层结构。但是，衬底110也可以由多层结构构成，例如诸如SOI (绝缘体上硅)型结构，该SOI型结构包括同样为硅的支撑物上的硅层以及位于该层和硅支撑物之间的例如由SiO2形成的隐埋氧化物层。一旦制成沟道111，可用具有介于硅的热膨胀系数和蓝宝石的热膨胀系数之间的热膨胀系数的材料130填充沟道111 (步骤S2，图1B)，从而构成热膨胀系数适应材料 (thermal expansion coefficient adaptation material)。更具体地说，选择具有小于 5X IO-V0C (蓝宝石的热膨胀系数)且大于3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制造异质结构（２００）的方法，包括将具有第一热膨胀系数的至少一个第一衬底（１１０）键合到具有第二热膨胀系数的第二衬底（１２０）上，所述第一热膨胀系数不同于所述第二热膨胀系数，该方法的特征在于，在键合之前，在两个衬底的至少其中之一上从所述至少一个衬底（１１０）的键合面（１１０ａ）开始形成沟道（１１１），并用具有介于所述第一热膨胀系数和所述第二热膨胀系数之间的第三热膨胀系数的材料（１３０）填充所述沟道（１１１）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·科尔纳，
申请(专利权)人：SOITEC绝缘体上硅技术公司，
类型：发明
国别省市：FR