具有石墨芯的復(fù)合晶片及其制造方法
【專利說(shuō)明】具有石墨芯的復(fù)合晶片及其制造方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年9月30日、申請(qǐng)?zhí)枮?01110295462.7以及發(fā)明名稱為“具有石墨芯的復(fù)合晶片及其制造方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)是在2010年9月30日提交的先前提交的美國(guó)序列號(hào)12/894，344的部分繼續(xù)，并且其整體內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]這里描述的實(shí)施例涉及具有石墨芯或?qū)拥膹?fù)合晶片、以及用于制造具有石墨載體的復(fù)合晶片的方法的實(shí)施例。一些實(shí)施例涉及具有石墨芯或?qū)右约皢尉О雽?dǎo)體層的復(fù)合晶片。另外的實(shí)施例涉及用于制造多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]處置起來(lái)是充分機(jī)械穩(wěn)定的、具有不同厚度的諸如硅晶片的半導(dǎo)體晶片用于制造半導(dǎo)體器件和集成電路。在大多數(shù)情況下，出于制造期間的機(jī)械原因而非對(duì)于最終的器件，主要需要比較厚的晶片。
[0005]對(duì)于許多應(yīng)用，例如諸如快速開(kāi)關(guān)CMOS電路的電子元件，電路的各個(gè)器件與晶片的大半導(dǎo)體體積的寄生電氣耦合可能導(dǎo)致各個(gè)器件之間的不需要的耦合并且可能限制開(kāi)關(guān)速度。因此，常常采用絕緣體上硅(SOI)晶片。這些晶片包括掩埋氧化物層，其使用于形成器件的硅層與剩余的半導(dǎo)體基板電氣絕緣。然而，SOI晶片比較昂貴。
[0006]另一方面，對(duì)于許多應(yīng)用，諸如用于芯片卡的器件或者其中電流路徑從頂表面去往底表面的器件，期望薄的單晶半導(dǎo)體晶片。對(duì)于這些薄的晶片，出于加工期間的機(jī)械原因而需要另外的載體。盡管另外的載體改進(jìn)了機(jī)械穩(wěn)定性，但是招致了另外的成本。此外，載體常常僅容忍半導(dǎo)體晶片所經(jīng)歷的適度加工條件并且因此限制了它們的應(yīng)用。
[0007]例如諸如被粘接到半導(dǎo)體晶片的玻璃載體的載體常常因粘合劑的有限熱穩(wěn)定性而被限于350°C以下的溫度。玻璃載體還易碎，從而在低壓和真空工藝期間必須小心。另一方面，昂貴的SOI載體系統(tǒng)能夠承受高溫，但是它們的制造，特別是部分地或完整地加工的晶片的接合工藝在技術(shù)上是困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，一種用于制造復(fù)合晶片的方法包括:提供具有石墨層的載體晶片；提供具有第一面和第二面的單晶半導(dǎo)體晶片；在半導(dǎo)體晶片的第一面和載體晶片的石墨層中的至少一個(gè)上形成接合層，該接合層具有選自由金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、碳粉、瀝青、石墨、氧化鋁玻璃、氧化硅玻璃、以及氧化鋁和氧化硅玻璃的混合物構(gòu)成的組的材料；通過(guò)接合層使單晶半導(dǎo)體晶片與載體晶片的石墨層連結(jié)；以及使載體晶片、單晶半導(dǎo)體晶片和接合層經(jīng)歷熱處理以形成載體晶片和單晶半導(dǎo)體晶片之間的導(dǎo)電接合。
[0009]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，一種用于制造復(fù)合晶片的方法包括:提供第一基板；提供具有石墨層的第二基板；在第一基板和第二基板的石墨層中的至少一個(gè)上形成具有中間相碳、瀝青以及它們的混合物中的至少一個(gè)的碳層；通過(guò)碳層使第一基板與第二基板連結(jié)；以及使碳層、第一基板和第二基板經(jīng)歷熱處理以形成第一基板和第二基板之間的穩(wěn)定接入口 Ο
[0010]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，一種用于制造復(fù)合晶片的方法包括:提供具有石墨層的載體晶片；提供具有第一面和與第一面相對(duì)的第二面的單晶半導(dǎo)體晶片；在單晶半導(dǎo)體晶片的第一面上或第一面處形成至少一個(gè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)選自由金屬化層和摻雜區(qū)構(gòu)成的組；以及使單晶半導(dǎo)體晶片在其第一面處與載體晶片的石墨層接合。
[0011]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，具有石墨層的載體晶片或者具有石墨層的第二基板包括具有石墨層的載體基板、具有石墨芯的載體基板和基本上由石墨構(gòu)成的石墨載體中的一個(gè)。
[0012]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，石墨可以是亂層(turbostratic)石墨、熱解石墨、等靜壓石墨以及它們的混合物中的一個(gè)。
[0013]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于制造復(fù)合晶片的方法。該方法包括:提供具有第一面和被布置為與第一面相對(duì)的第二面的單晶半導(dǎo)體晶片；將包括碳粉和瀝青中的至少一個(gè)的成型組合物沉積在半導(dǎo)體晶片的第二面上；并且使沉積的成型組合物退火以形成附著到半導(dǎo)體晶片的石墨載體。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，此外或可替選地，成型組合物包括形成膏狀或可流動(dòng)聚合物組合物的諸如芳香烴的烴。
[0014]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于制造復(fù)合晶片的方法。該方法包括:提供具有石墨芯和封裝石墨芯的保護(hù)結(jié)構(gòu)的載體晶片；以及使單晶半導(dǎo)體基板接合到載體晶片。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，保護(hù)結(jié)構(gòu)包括阻擋層材料，其具有足以防止在含氧氣氛中的加工期間的氧和/或氫擴(kuò)散的氧擴(kuò)散和/或氫擴(kuò)散阻擋層性質(zhì)。保護(hù)結(jié)構(gòu)可以例如是硅層。保護(hù)結(jié)構(gòu)可以在接合位置處相對(duì)于載體晶片的剩余部分不同。例如，可以使保護(hù)結(jié)構(gòu)變薄，部分地移除保護(hù)結(jié)構(gòu)或者由另一材料部分地替換保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0015]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于制造復(fù)合晶片的方法。該方法包括:提供具有第一面和被布置為與第一面相對(duì)的第二面的單晶半導(dǎo)體晶片；將氣體離子(例如質(zhì)子)注入到單晶半導(dǎo)體晶片的第二面以在單晶半導(dǎo)體晶片的預(yù)先限定的深度處形成層離層；在相對(duì)低的溫度(例如T〈400°C或者更好地<100°C)下將包括碳粉和瀝青中的至少一個(gè)的成型組合物沉積在單晶半導(dǎo)體基板的第二面上；以及使單晶半導(dǎo)體晶片和成型組合物經(jīng)歷至少一個(gè)熱處理以形成附著到半導(dǎo)體晶片的第二面的石墨載體并且沿層離層分裂單晶半導(dǎo)體晶片。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，層離層可以由微泡層或微孔層形成?？蛇x地，具有明確限定的厚度的半導(dǎo)體材料的外延層可以沉積在單晶半導(dǎo)體材料的表面上。
[0016]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于制造多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括:提供具有石墨載體和附著到石墨載體的單晶半導(dǎo)體層的復(fù)合晶片；按壓?jiǎn)尉О雽?dǎo)體層以形成多個(gè)半導(dǎo)體器件；以及切割經(jīng)加工的單晶半導(dǎo)體層以形成多個(gè)分離的半導(dǎo)體器件。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括在切割之前從經(jīng)加工的單晶半導(dǎo)體層移除石墨載體。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括在切割之后從經(jīng)加工的單晶半導(dǎo)體層移除石墨載體。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種復(fù)合晶片包括:提供具有第一面和被布置為與第一面相對(duì)的第二面的半導(dǎo)體基板；將具有碳粉和瀝青中的至少一個(gè)的成型組合物沉積在半導(dǎo)體基板的第二面上；并且使沉積的成型組合物退火以形成附著到半導(dǎo)體基板的石墨載體。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體基板可以是多晶半導(dǎo)體基板或者單晶半導(dǎo)體基板。
[0020]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供了一種復(fù)合晶片。該復(fù)合晶片包括具有石墨芯的載體基板、以及附著到載體基板的選自碳化硅和硅的單晶半導(dǎo)體基板或?qū)印?br>[0021]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供了一種復(fù)合晶片。該復(fù)合晶片包括具有石墨芯和封裝石墨芯的保護(hù)結(jié)構(gòu)的載體基板、以及附著到載體基板的單晶半導(dǎo)體層或基板。
[0022]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，載體基板包括亂層石墨、無(wú)定形石墨和等靜壓石墨中的至少一個(gè)。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，載體基板進(jìn)一步包括橫向圍繞石墨芯的半導(dǎo)體邊(rim)或緣(edge)結(jié)構(gòu)。邊結(jié)構(gòu)(緣結(jié)構(gòu))可以是保護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，載體基板進(jìn)一步包括具有凹陷的半導(dǎo)體晶片，其中石墨芯設(shè)置在該凹陷中。
[0023]本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀下面的【具體實(shí)施方式】之后并且在查看附圖之后將認(rèn)識(shí)至IJ另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖中的元件不必依照比例，相反重點(diǎn)在于圖示本發(fā)明的原理。而且，在附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的部件。在附圖中:
圖1A至1J圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0025]圖2A至2B圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0026]圖3圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0027]圖4圖示了在根據(jù)實(shí)施例的復(fù)合晶片制造期間使用的質(zhì)子的注入分布。
[0028]圖5圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0029]圖6圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0030]圖7圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0031]圖8圖示了圖7中圖示的工藝的變化。
[0032]圖9圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0033]圖10圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0034]圖11圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0035]圖12圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
[0036]圖13圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于制造復(fù)合晶片的方法的工藝。
【具體實(shí)施方式】
[0037]在下面的【具體實(shí)施方式】中，參照形成【具體實(shí)施方式】的一部分的附圖，并且在附圖中作為說(shuō)明示出了可以實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例。在這一點(diǎn)上，諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“頭”、“尾”等的方向術(shù)語(yǔ)是參照所描述的(一幅或多幅)附圖的取向使用的。由于實(shí)施例的元件可以被定位在許多不同的取向上，因此方向術(shù)語(yǔ)用于說(shuō)明的目的而決非進(jìn)行限制。將理解，在不偏離本發(fā)明的范圍情況下，可以利用其他實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。因此，下面的【具體實(shí)施方式】不要被視為限制性意義，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。所描述的實(shí)施例使用特定的語(yǔ)言，其不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍。
[0038]將理解，除非另外具體指出，否則這里描述的各種示例性實(shí)施例的特征可以彼此組合。例如，被圖示或描述為一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可以結(jié)合其他實(shí)施例的特征使用以產(chǎn)生另外的實(shí)施例。本描述旨在包括這些修改和變化。
[0039]如本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“橫向”旨在描述與半導(dǎo)體基板的主表面平行的取向。
[0040]如本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“豎直”旨在描述被布置為與半導(dǎo)體基板的主表面垂直的取向。
[0041 ] 在本說(shuō)明書(shū)中，半導(dǎo)體基板的第二表面被視為由下或背面表面形成而第一表面被視為由半導(dǎo)體基板的上、前或主表面形成。因此如本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“上方”和“下方”描述了在考慮該取向的情況下的結(jié)構(gòu)特征相對(duì)于另一結(jié)構(gòu)特征的相對(duì)位置。
[0042]在提到半導(dǎo)體器件時(shí)，意味著至少兩端子器件，示例是二極管。半導(dǎo)體器件還可以是三端子器件，諸如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)以及閘流管(僅舉幾個(gè)例子)。半導(dǎo)體器件還可以包括不止三個(gè)端子。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件是功率器件。集成電路包括多個(gè)集成器件。
[0043]這里描述的特定實(shí)施例涉及但不限于具有石墨芯的復(fù)合晶片，并且特別地涉及具有包括亂層或無(wú)定形或等靜壓石墨的石墨芯的復(fù)合晶片。
[0044]參照?qǐng)D1A至1J，描述了用于制造復(fù)合晶片13的方法的第一實(shí)施例。簡(jiǎn)言之，提供了具有第一面或第一表面11以及被布置為與第一面11相對(duì)的第二面或第二表面12的單晶半導(dǎo)體晶片10。半導(dǎo)體晶片10也可以是多晶硅晶片。復(fù)合晶片13還包括第一面13a和第二面13b。第一面13a在圖中被取向?yàn)轫敳浚诙?3b被取向?yàn)榈撞?。除非另外說(shuō)明，否則術(shù)語(yǔ)復(fù)合晶片13的第一面13a和第二面13b不必意味著給定層的特定表面，而是通常描述復(fù)合晶片13的各個(gè)面，與設(shè)置在一個(gè)面上的實(shí)際材料或?qū)訜o(wú)關(guān)。
[0045]半導(dǎo)體晶片10可以由適用于制造半導(dǎo)體器件的任何半導(dǎo)體材料制成。這些材料的示例包括但不限于:元素半導(dǎo)體材料，諸如娃(Si