专利名称：一种器件转移技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型器件转移技术，更确切地说，本发明提出采用多孔硅分离技术将硅衬底上制作的电子器件转移到特定衬底上的方法，即DTSPS(Device Transferred by Splitting of Porous Silicon)，属于微电子领域。
在制作功率器件以及射频电路时，散热以及衬底的损耗是必须考虑的问题。由于器件制作仅仅集中在靠近表面的有源层，而且对器件的工作产生影响的也仅仅是这一有源层，若能够将这部分器件从硅衬底上分离出来，贴装或键合在特定衬底上，不仅将有效地改善器件的散热以及损耗特性，例如将硅射频电路转移到石英衬底上，发现其功耗大幅度降低(R．Dekker，IEDN 97-921)，这对移动通信使用的射频电路是非常重要的，而且，可以有效地缩小电子系统的重量和体积，特别是对多芯片组装技术(MCM)将有重要意义。
然而，以往的器件转移研究主要有两类，一类是将器件制作在绝缘层上硅(Silicon-on-insulator SOI)，主要是键合与背面减薄型绝缘层上硅BESOI，也就是说，该技术首先必须将器件制作在价格相对昂贵的SOI上(R．Dekker，IEDN 97-921)，然后采用键合技术将器件键合在特定衬底上，再采用腐蚀的办法，通过将SiO2埋层作为牺牲层，将硅衬底去掉，从而实现器件的转移。这种转移技术除了要采用SOI衬底外，还必须在器件倒装键合后采用湿化学方法去掉硅衬底，这给这种技术在SMT(表面贴装技术)技术中应用带来很大麻烦，并可能导致工艺不兼容。另一类是采用类似Smart-cut SOI的方法，将制作器件的区域用氢离子注入，再将器件层与另一衬底键合，通过适当的温度(400～600℃)退火，从而使得注氢部分分离，从而达到器件转移的目的。这种方法的缺点是对器件表面以及键合衬底的表面要求比较高，注氢还可能导致表面器件的损坏，而且能够转移的有源层厚度主要由注入的能量决定，对于常规的注入机，其厚度只有1微米左右。表面的易破裂将导致成品率较低，此外，400～600℃的处理温度将可能导致电路中的浅结以及连线遭到破坏，因而实用价值有限。
本发明提出一种新型的器件转移技术，其特征是利用阳极氧化的方法在单晶硅片上制作具有分层结构的多孔硅，然后在多孔硅上外延单晶硅，在外延层上制作电路，再通过贴装的办法(即表面贴装工艺SMT)将电路键合到特定衬底如氧化铝、氮化铝、石英或另外一块电路或电路板，或者是能够支撑这种薄膜电路的介质，绝不只限于所述的衬底材料，通过将衬底沿多孔硅层分离来达到器件转移的目的。
本发明的意义在于提供了一种低成本高可靠的进行高性能器件制作的工艺，例如，多孔硅的制作工艺在一般的实验室里很少的投入就可以实现，多孔硅上硅外延工艺在普通的硅外延设备上就可以实现，并且该工艺已近乎成熟，器件的制作过程为标准的集成电路工艺，贴片工艺也是标准的工艺。至于分离问题，我们采取的干法工艺，一种可行的方法是采用脉冲电击法，通过将硅片周围与衬底间加脉冲电流使衬底发生骤热实现分离。而具有相近性能的器件通常都是要借助BESOI工艺。
本发明的具体工艺流程如下1、利用阳极氧化的方法在p-或n-Si(100)衬底上制作具有分层结构的多孔硅，其工艺是在HF／酒精或HF／水溶液(V／V为1∶1)中，先采用较小的电流密度(如5mA／cm2)再采用较大的电流密度如(25mA／cm2)，在单晶硅片上制作具有多层结构的多孔硅；2、在多孔硅上实施上层硅外延生长至适当厚度如2～15μm可根据要制作的器件及需要而定；外延层硅时，温度为900-1000℃，反应气体为SiCl4和H2；3、利用标准的硅工艺制作电路(如射频电路或功率电路或其它)并进行电路封装前的分割解理(即划片)；4、将分割的器件贴装在特定衬底上；
5、采用脉冲电击法，将衬底沿多孔硅分离，达到器件转移的目的。但不只限于脉冲电击法。
需要指出的是，利用多孔硅外延层制作器件已经有多年的研究历史，例如利用多孔硅制作SOI的FIPOS(多孔硅氧化隔离)技术。本发明的不同点在于不再进行氧化隔离工艺而直接在外延层上进行器件或电路的制作。而多孔层的作用也不再作为氧化隔离区而是作为器件转移的分离区。
需要说明的是，最近，一种叫做外延层转移绝缘层上硅(Eltran SOI)技术也是利用多孔硅上硅外延以及与另一硅片的键合并且利用特定方法实现外延层的分离的。与该方法不同的是，本发明强调直接将器件制作在多孔硅上外延层，而器件的转移是通过贴装工艺与特定衬底的粘结实现的。因此无论从设计思想以及实施方面都是一种发展。
本发明强调利用多孔硅层实现上层硅外延层制作的器件的分离，因而其适用的范围却不只限于硅外延层，因为通过多孔硅可以实现Si、Ge、SiGe、GaAs等多种薄膜材料的外延生长，从而可以利用这些材料制作各种相应的电子器件，利用多孔硅分离技术同样可以实现这一类器件的转移。这将赋予芯片组装技术以及多芯片模块技术以新的内涵，即从载有电路的半导体衬底的组装过渡到载有电路的半导体薄膜的组装，并可以实现电路和的堆叠与三维集成。
下面通过实施例对本发明的可行性进行说明。
实施例1选择p-Si(100)，电阻率0．01～0．03Ω·cm，在HF／酒精溶液中(v／v为1／1)，采用两步阳极氧化，电流密度分别为5mA／cm2和25mA／cm2，在硅外延炉中外延，反应气体为SiCl4和H2，温度950℃，制作n-型硅外延层4μm，电阻率1～3 Ω·cm，在外延层上通过集成电路工艺，制作了二极管阵列，将这些二极管通过SMT技术将该阵列倒装粘贴到印制有读出电路引线的衬底上，采用脉冲电击方法，实现了硅衬底与外延层的分离，这种二极管阵列可用于光探测器等方面。
实施例2多孔硅及外延工艺同上，但外延厚度为12μm，制作的电路为一种双极型的射极输出器电路(汽车用)，通过SMT技术将电路倒装粘贴在厚膜电路的陶瓷衬底上，再进行分离工艺去除衬底，该电路有非常好的散热性能。
权利要求
1.一种器件转移技术，其特征在于(1)利用阳极氧化方法在单晶硅上制作具有分层结构的多孔硅；(2)在多孔硅上实现上层硅外延生长，在外延层上制作电路，并进行电路封装前的分割解理；(3)采用贴片技术将电路倒装键合在特定基体上；(4)将衬底硅与已制作器件的上层硅沿多孔硅层分离。
2.按照权利要求1所述的器件转移技术，其特征是所述的分层结构的多孔硅，是在p-或n-Si(100)衬底上制作的，其工艺是在HF／酒精或HF／水溶液中先采用较小的电流密度，再采用较大的电流密度。
3.按照权利要求1和2所述的器件转移技术，其特征是将在多孔硅上外延单晶硅厚度为2～15μm，具体按照器件制作的要求而定。
4.按照权利要求1所述的器件转移技术，其特征是在多孔硅的外延单晶硅上所进行的器件工艺为标准的硅工艺，包括CMOS工艺、双极工艺。
5.按照权利要求1所述的器件转移技术，其特征是在多孔硅上外延单晶硅制作的器件的利用SMT或类似技术，将电路与特定衬底粘贴。
6.按照权利要求1所述的器件转移技术，其特征在于所述衬底沿多孔硅分离是采用脉冲电击法，但不只限于这一方法。
7.按照权利要求l所述的器件转移技术，其特征在于被转移的器件或电路可以是在多孔硅上外延的Si、SiGe、Ge、GaAs薄膜制作的器件或电路。
8.按照权利要求1所述的器件转移技术，其特征在于所述的衬底可以是Al2O3、AlN、石英衬底，也可以是另外一块电路或电路板，或者是能够支撑这种薄膜电路的介质，但绝不只限于这里所述及的衬底材料。
9.按照权利要求1所述的器件转移技术，其特征在于可以采用此方法实现电路的堆叠与三维的集成。
全文摘要
本发明涉及采用多孔硅分离技术将硅衬底上制作的器件转移到特定衬底上实现器件的转移。属于微电子领域。本发明特征是利用阳极氧化的方法在单晶硅片上制作具有分层结构的多孔硅,在多孔硅的外延层上制作器件,采用倒装贴片技术将电路与特定基体孙键合,利用特殊方法在多孔层区域将衬底硅与已制作器件的上层硅分离。这种技术制作的电路具有散热好、功耗低,在大功率器件以及移动通信系统所使用的射频电路方面将会有重要应用,并利于与MCM(多芯片模块)技术相结合。
文档编号H01L21/00GK1278654SQ00115500
公开日2001年1月3日 申请日期2000年4月27日 优先权日2000年4月27日
发明者王连卫, 刘卫丽, 沈勤我, 林成鲁 申请人:中国科学院上海冶金研究所