专利名称：多晶晶片的应用的制作方法
多晶晶片的应用背景
背景技术：
现今大多数集成电路形成于单晶硅片上。单晶硅片在半导体处理操作中被用作机 械处理晶片、测试晶片和假晶片。然而，单晶硅结晶块和晶片的供应是有限的，从而使得它
们昂贵。附图
简述图Ia是示出包括多晶材料的晶片的俯视图。图Ib是示出同一晶片的横截面侧视图。图2和3是示出复合晶片的俯视图，且其具有多晶部分和单晶部分。图4是描述制造复合晶片的一种可能方式的流程图。图5是描述复合晶片可投入的一种用途的流程图。图6是示出多晶晶片可投入的另一种用途——作为接合器件的衬底——的流程 图。图7a_7d是示出这种接合的横截面侧视图。图8a是示出具有形成于接合晶片上的器件的管芯的一个实施例的横截面侧视 图。图8b是图8a的管芯的俯视图。详细描述在各实施例中，在使用先前的单晶硅片的情形中，在半导体处理中使用至少部分 包括多晶硅的晶片。在以下的描述中，将描述各种实施例。然而，相关领域的技术人员将认 识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件 一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本 发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以 便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此 外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。在本说明书全文中对“一个实施例”或“一实施例”的引述表示结合该实施例描述 的特定特征、结构、材料或特性包括在本发明的至少一个实施例中，但不表示它们出现在每 个实施例中。因此，在本说明书全文中通篇出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例 中”不一定全指本发明的同一实施例。此外，这些特定的特征、结构、材料或特性可以按任何 适当的方式在一个或更多个实施例中被组合。可包括各种附加层和/或结构和/或在其它 实施例中省略所描述的特征。将以最有助于理解本发明的方式将各种操作描述为多个依次的分立操作。然而， 描述的顺序不应被解释为表示这些操作必需依赖于该顺序。具体地，这些操作不必按所介 绍的顺序执行。所描述的操作可按与所述实施例不同的顺序连续地或并列地执行。可执行 各种附加操作和/或可在附加实施例中省略所描述的操作。图Ia是示出包括多晶材料的晶片102的俯视图。图Ib是示出同一晶片102的横截面侧视图。在实施例中，晶片102基本上完全是多晶材料。在实施例中，晶片102基本上 完全是多晶硅。在其它实施例中，可以有部分晶片102是诸如多晶硅的多晶材料，而晶片 102的其它大部分区域可以是诸如单晶硅的单晶材料。如所示，晶片102具有基本为圆形 的形状。晶片102可具有200mm、300mm、450mm或其它尺寸的直径。在其它实施例中，晶片 102可具有其它非圆形形状和/或其它尺寸。图Ic是比图Ia和Ib更详细地示出晶片102的一部分的横截面图。如图Ic所 示，晶片102包括多个晶粒104，诸如晶粒104a、晶粒104b、晶粒l(Mc等。在晶粒104之间 有晶界。各个晶粒104可具有其自身的晶体取向，其可与邻接晶粒104的取向不同。如上所述，基本上整个晶片102可以是这种多晶结构。这种晶片102可通过烧结 形成。可在由晶片102的期望特性(诸如晶粒大小)所确定的热和温度下将硅粉末放在一 起以形成晶块。然后可将晶块切片，并将薄片抛光以形成多个晶片102。如此烧结操作可比 单晶材料的晶块的生长简单且便宜，晶片102因此可比单晶晶片便宜且更容易得到。图2和3是示出复合晶片202和302的俯视图，且其具有多晶部分106和单晶部 分108。在本文献中，术语“复合晶片”表示具有多晶部分106和单晶部分108的晶片，其中 单晶部分108占据晶片202、302的体积的至少15%。在某些实施例中，单晶部分108可占 据晶片202、302的体积的25%、30(%、40(%、50(%、或甚至更多。在实施例中，单晶部分108 占据晶片202、302的体积的约42%至46%之间。多晶部分106可基本占据晶片的全部剩 余部分。在实施例中，单晶部分108占据晶片202、302的体积的约42%至46%之间，而多 晶部分106占据体积的约58%至之间。单晶部分108和多晶部分106的直径可以是 所期望的任何值，诸如450mm多晶部分106内的200mm单晶部分108、450mm多晶部分106 内的300mm单晶部分108、600mm多晶部分106内的450mm单晶部分108或其它尺寸。在图2所示的实施例中，晶片202包括基本为圆形的单晶部分108，它在基本为圆 形的多晶部分106内近似居中。在图3所示的实施例中，晶片302包括从基本为圆形的多 晶部分106的中心偏离的基本为圆形的单晶部分108，使得单晶部分108从晶片302的中 心几乎延伸到外侧边缘。晶片202和302的每一个中的单晶部分108穿过晶片202、302的 整个厚度延伸。在其它实施例中，单晶部分108可以不延伸穿过整个厚度，可具有不同于多 晶部分106的形状，和/或可以不完全被多晶部分106围绕(可处于或邻接晶片的边缘)。 在又一些其它实施例中，在多晶部分106中可以有一个以上的单晶部分108，诸如在450mm 直径的多晶部分106内有两个200mm直径的圆形单晶部分108。复合晶片的各种其它配置 也是可能的。图4是描述制造诸如图2和3所示的复合晶片202、302的一种可能方式的流程 图。首先，形成单晶晶块402。该晶块可以是如本领域中已知的所形成的单晶硅晶块402。 然后将该晶块被嵌入404多晶材料以形成复合晶块。在实施例中，单晶硅晶块在硅粉末中 位于期望位置，然后烧结该硅粉末以形成复合晶块的多晶部分106。然后，该复合晶块被切 片406成晶片。还可使用其它制造复合晶片202、302的适当方法。图5是描述复合晶片202、302可投入的一种用途——作为测试晶片——的流程 图。测试晶片用于表征诸如蚀刻工艺、薄膜沉积工艺、化学机械平面化(CMP)工艺、光刻工 艺或其它工艺等工艺的有效性。由半导体设备处理该晶片，仿佛它就是其上制造了器件的 晶片，但随后被测试以监视工艺和设备。当这些测试晶片未被转入合格品时，期望将其成本保持较低。如图5所示，处理复合测似晶片502。在处理之后，在复合晶片202、302的单晶部 分测量该处理的结果。例如，利用具有偏移单晶硅部分108的复合晶片302，可测量工艺在 从晶片的中心到晶片302的边缘几乎全部(甚至是全部)的有效性，而不要求晶片整个都 是单晶硅。这样，测试晶片302的大部分可以是较便宜的多晶硅部分106，但仍可获得期望 的测试结果。复合晶片202、302或基本全部的多晶晶片102也可代替昂贵的单晶晶片用作处理 或假晶片。由于多晶硅晶片102的材料本身与单晶晶片的材料相同(诸如，多晶硅和单晶 硅)，所以多晶晶片102可按与单晶晶片基本相同的方式起作用，因此可用作代用品。例如，当设计机械处理晶片的设备时，处理晶片可用于测试该设备。多晶晶片102、 202、302可用于测试将晶片102移入和移出处理设备的设备，以测试在由设备处理期间如 何将晶片保持在适当位置，测试其中晶片从一个位置移动到另一个位置的容器，以及其它 处理活动。类似地，多晶晶片102、202、302可在处理设备中用作假晶片。假晶片是连同从其 制造实际产品的晶片一起被载入处理设备的晶片。假晶片和其它晶片都被设备处理。假晶 片用于帮助确保实现实际晶片的正确处理。例如，在炉子中，顶部的若干晶片和底部的若 干晶片是假晶片，且从其制造实际产品的实际晶片在炉子的中间。假晶片有助于确保实际 的气体流和温度均勻且如所要求的；在假晶片所处的炉子末端处的气体流和温度可能波动 得比处理所能接受的要大。由于在这种情形中不需要单晶晶片，所以可使用多晶晶片102、 202、302。图6是示出多晶晶片102可投入的另一种用途——作为接合器件的衬底——的流 程图。在接合器件中，第一晶片可接合602到多晶晶片。图7a是示出该接合602的横截面 侧视图。在所示的实施例中，第一晶片704接合602到多晶晶片702以形成接合晶片。多 晶晶片702在一实施例中可以基本上全部是多晶硅，可以是诸如图2和3中所示的复合晶 片，或者可以是另一种类型的多晶硅。多晶晶片702可包括多晶硅或另一种材料。第一晶 片704可以是单晶硅片或另一种类型的晶片。例如，在各实施例中第一晶片704可包括族 III-V材料、SiGe材料、或其它材料。在另一个实施例中，第一晶片704可包括绝缘材料的 层或区域以及半导体材料的层或区域。在这一实施例中，绝缘材料的层或区域可以在半导 体材料层或区域与多晶晶片702之间，以形成埋置氧化物层，诸如绝缘体上的半导体(SOI) 晶片。还可接合其它类型的晶片602。在图7b中示出所得到的接合晶片706。注意，尽管 讨论了将晶片接合到另一晶片的接合602，但在其它实施例中晶片可接合到晶片的部分、管 芯或其它材料部分。返回图6，第一晶片704的一部分被去除604。图7c是示出多晶602晶片上的第 一晶片704的剩余部分708的横截面侧视图。第一晶片704的部分可通过任何适当方法去 除604，诸如研磨、在解理面上劈开第一晶片704、或其它方法。再次参照图6，器件可形成606于第一晶片的剩余部分708上以得到器件层712。 这些器件可包括晶体管或其它结构。例如，可在器件层712上形成606整个微处理器。器件 层712可包括多层结构、以及第一晶片704的剩余减薄部分708。在这点上，多晶晶片702 可在器件的形成606期间提供机械支撑。例如，多晶晶片702具有约770微米的厚度，而器
6件层712仅几微米厚。在其它实施例中还可使用其它厚度。再次返回图6，减薄608多晶晶片702。图7d是示出经减薄的多晶晶片710的横 截面侧视图。当较厚的晶片702可在处理期间用于提供机械支撑时，晶片702可被减薄608 和切割成诸如微处理器管芯的个体管芯。在这一实施例中，管芯是多晶层上的器件层。图是示出具有形成606于接合晶片706上的器件的管芯的一个实施例的横截 面侧视图。在所示的实施例中，有两个晶体管820、822被示出。晶体管820、822形成于半 导体区802上，该半导体区802可以是例如单晶硅、SiGeJ^ III-V材料或另一种材料。半 导体区802在减薄的多晶层710上。在半导体区802和多晶层710之间可以有附加区域， 诸如绝缘区。晶体管820和822各自具有栅804、隔片806以及源和漏区808。沟槽隔离区 810将晶体管820、822分开。晶体管820、822、半导体区802以及半导体区802与减薄的多 晶层710之间的绝缘层(如果包括的话)全部可被视为器件层712的一部分。尽管在图8a 中示为平面晶体管820、822，但器件层712可包括其它类型的器件，包括非平面晶体管、量 子阱沟道晶体管或其它有源或无源器件。图8b是图8a的管芯的俯视图。如图8b所看到的，在多晶层710的顶部具有器件 层712的管芯具有宽度830和长度840。多晶层710与器件层712在区域上基本共同延伸， 所以具有相同的宽度830和长度840(或其它非矩形形状的其它尺寸)。因此，管芯可具有 任何最适当材料的器件层712，和降低费用的下面的多晶层710。在实施例中，器件层712 形成于单晶硅上，而多晶层710基本上由便宜的单晶硅构成。出于示出和描述的目的已经给出了本发明的实施例的上述描述。不打算穷举或将 本发明限于所公开的精确形式。本说明书和所附权利要求包括诸如左、右、顶、底、上、下、上 部、下部、第一、第二等术语，这些仅用于描述的目的而不应解释为限制。例如，指示相对的 垂直位置的术语指的是衬底或集成电路的器件侧(或有效表面)是该衬底的“顶”面的情 况；衬底可实际上在处于任何方向，使得在标准陆地参考系中衬底的“顶”侧可低于“底”侧 且仍落在术语“顶”的含义内。如在此所使用的术语“在...上”(包括在权利要求中)不 指示第一层直接在第二层上且与第二层直接接触，除非明确说明如此；在第一层和第一层 上的第二层之间可以有第三层或其它结构。可在多个位置和方向上制造、使用或运输本文 所述的器件或制品的实施例。相关领域的技术人员可根据以上的教示领会到很多修改和变 形是可能的。本领域的技术人员将认识到附图中所示的各组件的各种等价组合和替换。因 此本发明的范围不是由该详细说明书限制而是由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种半导体管芯，包括与所述管芯的区域基本共同延伸的底部多晶层；以及所述多晶层上的器件层，所述器件层包括多个晶体管。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述底部多晶层是多晶硅。
3.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述器件层包括族III-V材料区作为所述多 个晶体管的衬底。
4.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述器件层包括单晶硅区作为所述多个晶 体管的衬底。
5.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件层包括绝缘层和在所述绝缘层上 的半导体区，所述半导体区是所述多个晶体管的衬底。
6.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述管芯是微处理器管芯。
7.一种方法，包括在半导体处理设备中使用包括多晶部分的晶片，所述多晶部分从所述晶片的顶部延伸 到底部，所述晶片被用作包括测试晶片、处理晶片和假晶片的组中的一者。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述晶片基本上由多晶硅构成。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述晶片是包括嵌入在多晶硅部分内的单 晶硅部分的复合晶片。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述晶片具有基本为圆形的形状，所述单 晶硅部分具有基本为圆形的形状，且所述单晶硅部分在所述晶片内基本上居中。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述晶片具有基本为圆形的形状，所述单 晶硅部分具有基本为圆形的形状，且所述单晶硅部分在所述晶片内偏移。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述晶片被用作测试晶片，并且从所述单 晶部分进行测量以监视工艺。
13.一种方法，包括将半导体材料接合到多晶晶片；减薄所述半导体材料；以及在所述半导体材料上形成多个器件。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述多晶晶片基本上由多晶硅构成。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述半导体材料基本上由单晶硅构成。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，形成多个器件包括形成微处理器，且还包 括将所接合的晶片切割成管芯。
17.一种晶片，包括多晶部分，所述多晶部分的厚度与所述晶片的厚度相同；以及单晶部分，所述单晶部分的厚度是所述晶片的厚度，所述单晶部分占据所述晶片的体 积的至少15%。
18.如权利要求17所述的晶片，其特征在于，所述多晶部分基本上由多晶硅构成且所 述单晶部分基本上由单晶硅构成。
19.如权利要求17所述的晶片，其特征在于，所述单晶部分基本上被所述多晶部分围 绕，所述单晶部分具有圆形形状且所述单晶部分从所述多晶部分的中心偏移。
20.如权利要求19所述的晶片，其特征在于，所述单晶部分从所述晶片的中心延伸到 临近所述晶片的边缘。
21.如权利要求17所述的晶片，其特征在于，所述多晶部分占据所述晶片的体积的至 少 25%。
全文摘要
包括多晶硅的晶片被用于各种应用，包括处理晶片、测试晶片、假晶片或作为接合管芯中的衬底。使用多晶材料代替单晶材料可降低费用。
文档编号H01L21/18GK102067311SQ200780043816
公开日2011年5月18日 申请日期2007年10月29日 优先权日2006年11月27日
发明者I·雅伯洛克, M·戈登斯坦 申请人:英特尔公司