用于暂时地将半导体衬底接合到载体的方法与流程

1.本公开涉及半导体器件制造，并且具体地涉及用于将半导体衬底接合到载体用于制造半导体器件的改进的方法。


背景技术：

2.半导体器件由多种制造工艺形成。诸如用于量子计算应用的先进半导体器件可能需要先进的制造工艺，例如诸如分子束外延等原位制造。在先进的制造工艺中，为了在制造过程中提供支撑和稳定性，通常将半导体衬底接合到载体。半导体衬底与载体之间的接合必须牢固，而且还必须允许在制造过程完成之后容易地将半导体衬底从载体去除。


技术实现要素：

3.在一个示例中，一种用于制造半导体器件的方法包括提供半导体衬底并且将半导体衬底接合到载体。半导体衬底包括惰性材料层和位于惰性材料层上的半导体层。半导体衬底被接合到载体使得惰性材料层位于载体与半导体衬底之间。通过在载体与半导体衬底之间包括惰性材料层，形成用于将半导体衬底接合到载体的任何接合剂的扩散阻挡层，从而保持半导体层的完整性并且允许容易地从载体去除半导体衬底。
4.在另一示例中，惰性材料层直接位于半导体层上。
5.在另一示例中，在将半导体衬底接合到载体之后，在半导体衬底上制造一个或多个器件。一个或多个器件可以经由分子束外延工艺来制造。
6.在另一示例中，在半导体衬底上制造一个或多个器件之后，从载体去除半导体衬底。
7.在另一示例中，将半导体衬底接合到载体包括在载体与半导体衬底之间提供接合剂并且熔融接合剂以将半导体衬底接合到载体。从载体去除半导体衬底可以包括加热接合剂并且将半导体衬底抬离载体。
8.在另一示例中，接合剂是金属。惰性材料层可以防止接合剂扩散到半导体层中。接合剂所具有的熔点可以低于惰性材料层和载体的熔点。此外，接合剂所具有的熔点可以低于半导体层的熔点。惰性材料层可以包括钛、钨等。半导体层可以包括砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)等。接合剂可以包括镓或铟等。载体可以包括钽、钼等。
9.在阅读以下结合附图对优选实施例的详细描述之后，本领域技术人员将能够理解本公开的范围并且实现其附加方面。
附图说明
10.并入本说明书并且形成本说明书的一部分的附图示出了本公开的若干方面，并且与本说明书一起用于解释本公开的原理。
11.图1是示出根据本公开的一个实施例的用于制造一个或多个半导体器件的方法的流程图。
12.图2a到图2d示出了根据本公开的一个实施例的图1的用于制造一个或多个半导体器件的方法。
13.图3是示出根据本公开的一个实施例的图1的用于制造一个或多个半导体器件的方法的细节的流程图。
14.图4a和图4b示出了根据本公开的一个实施例的图3的用于制造一个或多个半导体器件的方法的细节。
15.图5是示出根据本公开的一个实施例的图1的用于制造一个或多个半导体器件的方法的细节的流程图。
16.图6a到图6d示出了根据本公开的一个实施例的图5的用于制造一个或多个半导体器件的方法的细节。
17.图7是示出根据本公开的一个实施例的图1的用于制造一个或多个半导体器件的方法的细节的流程图。
18.图8a和图8b示出了根据本公开的一个实施例的图7的用于制造一个或多个半导体器件的方法的细节。
具体实施方式
19.下面阐述的实施例表示用于使得本领域技术人员能够实践实施例并且示出实践实施例的最佳模式的必要信息。在根据附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将能够理解本公开的概念并且将认识到本文中未特别提及的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
20.应当理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元素，但是这些元素不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素与另一元素。例如，第一元素可以称为第二元素，并且类似地，第二元素可以称为第一元素，而不脱离本公开的范围。如本文中使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
21.应当理解，当诸如层、区域或衬底等元件被称为“在另一元件上”或延伸“到另一元件上”时，它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一元件”或“直接延伸到另一元件”时，不存在中间元件。同样，应当理解，当诸如层、区域或衬底等元件被称为“在另一元件之上”或“在另一元件之上延伸”时，它可以直接在另一元件之上或直接在另一元件之上延伸，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一元件之上”或“直接在另一元件之上延伸”时，不存在中间元件。还将理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。
22.诸如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”等相对术语在本文中可以用于描述如图所示的一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。应当理解，这些术语和上面讨论的术语旨在涵盖除了图中描绘的取向之外的设备的其他不同取向。
23.本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括
(includes)”和/或“包括(including)”在本文中使用时指定了所述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或添加。
24.除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解，本文中使用的术语应当被解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确如此定义，否则不会以理想化或过于正式的意义进行解释。
25.如上所述，需要将半导体衬底牢固地接合到载体，使得在某些半导体制造工艺期间可以支撑和稳定半导体衬底。用于将半导体衬底接合到载体的一种方法是使用金属接合剂。通常，希望使用具有低熔融温度的金属作为金属接合剂，诸如镓。然而，当用作接合剂时，这种低熔融温度金属可能与半导体衬底发生反应。例如，当半导体衬底包括铟并且镓被用作半导体衬底与载体之间的金属接合剂时，镓接合剂将扩散到铟半导体衬底中。在载体的界面处形成的所得到的铟镓化合物可能使半导体衬底的去除变得困难(如果不是不可能的话)。此外，镓接合剂扩散到铟半导体衬底中可能会干扰形成在半导体衬底上的一个或多个半导体器件的操作。
26.作为另一示例，当半导体衬底包括铟并且铟还被用作半导体衬底与载体之间的金属接合剂时，半导体衬底难以去除，因为在接合和去除过程中加热铟金属接合剂会损坏与接合剂具有相似熔点的铟半导体衬底。虽然可以使用非金属接合剂，但这些非金属接合剂通常不会提供与金属接合剂相同的支撑和稳定性(例如，温度稳定性、生长过程稳定性和结构稳定性)。此外，虽然可以使用夹子或其他附接机构，但这些机构也不会提供与金属接合剂相同的性能。
27.为了解决上述问题，图1是示出根据本公开的一个实施例的用于制造半导体器件的方法的流程图。图1所示的方法的步骤分别在图2a-图2d中示出，下面接合图1进行讨论。该过程开始于提供包括惰性材料层202和在惰性材料层202上的半导体层204的半导体衬底200(框100和图2a)。半导体衬底200可以是半导体晶片。半导体层204可以包括任何半导体材料系统，但具体地可以包括铟(例如，砷化铟、锑化铟、磷酸铟等)、镓(例如，砷化镓、锑化镓、镓-磷酸盐、氮化镓等)、铝、锑、磷、镉、汞、碲、硅锗、铅铋、锌等。惰性材料层202可以是钛、钨、铂、铼、钽、钼、铌、铬、钒、或与半导体层204不反应的任何其他合适的金属、以及如下所述的接合剂。在其中半导体层204是用于光学目的的氮化镓的一个实施例中，硅化钨的惰性材料层202可能是有利的。在一些实施例中，惰性材料层202可以包括非金属层。例如，惰性材料层20可以包括氧化物或氮化物，诸如二氧化硅、氮化硅、氧化铝等。
28.将半导体衬底200接合到载体206使得惰性材料层202位于半导体衬底200与载体206之间(框102和图2b)。如图2b所示，可以使用接合剂208将半导体衬底200与载体206接合。接合剂208可以是熔点低于惰性材料层202、半导体层204和载体206的熔点的金属层。例如，接合剂208可以包括镓、铟、锡铅或任何其他合适的金属。由于惰性材料层202位于接合剂208与半导体层204之间，接合剂208与半导体层204之间的相互作用显著降低或最小化。换言之，惰性材料层202防止半导体层204与接合剂208之间的相互作用，诸如扩散、化学相互作用等。例如，如上所述，当镓接合剂208与其中半导体层204包括铟的半导体衬底200一起使用时，惰性金属层202将防止镓接合剂208扩散到铟半导体层204中。一般而言，惰性金
属层202并不适合将半导体衬底200接合到载体206(例如，由于熔点非常高)，并且因此仍需要接合剂208来将半导体衬底200接合到载体206。载体206被提供，以支撑和稳定半导体衬底200。载体206通常具有高熔点并且可以包括钽、钼或任何其他合适的材料。
29.利用由载体206支撑和稳定的半导体衬底200，在半导体衬底200上提供一个或多个附加层210(框104和图2c)。一个或多个附加层210可以外延生长，例如，经由诸如分子束外延等外延工艺。在一个实施例中，一个或多个附加层包括在半导体衬底200上的一个或多个半导体器件使得一个或多个附加层210包括器件层。例如，一个或多个半导体器件可以经由诸如分子束外延等外延工艺来外延生长。半导体器件可以是任何类型的半导体器件，诸如晶体管、纳米线等。
30.一旦提供了一个或多个附加层210，就从载体206去除半导体衬底200(框106和图2d)。尽管未示出，但可以在半导体衬底200上执行附加半导体制造工艺，诸如注入、金属化、切割等。然而，通常，图2d所示的器件是本文中讨论的工艺的结果。由于惰性材料层202的存在，接合剂208与半导体层204之间几乎没有相互作用。例如，当镓接合剂208与其中半导体层204包括铟的半导体衬底200一起使用时，惰性金属层202将防止镓接合剂208扩散到铟半导体层204中。这防止形成使半导体衬底200难以从载体206去除的铟镓层。
31.图3是示出根据本公开的一个实施例提供包括惰性材料层202和半导体层204的半导体衬底200的细节的流程图。图3所示的方法的步骤分别在图4a和图4b中示出，下面接合图3进行讨论。首先，提供半导体层204(框300和图4a)。如上所述，半导体衬底200可以是半导体晶片。用于提供半导体晶片的工艺是众所周知的并且因此在本文中不讨论，但是在高水平上，可以包括生长半导体晶体、切割半导体晶体、抛光切割的半导体晶体等等。半导体层204因此可以表示常规半导体晶片。如图4a所示，半导体层204包括正面212a和背面212b。如上所述，半导体层204可以包括铟、镓等。
32.在半导体层204的背面212b提供惰性材料层202(框302和图4b)。在一个实施例中，惰性材料层202经由沉积工艺(例如，化学气相沉积、溅射等)沉积在半导体层204的背面212b。如上所述，惰性材料层202可以包括钛、钨等。
33.图5是示出根据本公开的一个实施例的将半导体衬底200接合到载体206的细节的流程图。图5所示的方法的步骤分别在图6a-图6d中示出，下面接合图5进行讨论。首先，在载体206与半导体衬底200之间提供接合剂208(框500和图6a)。如上所述，接合剂208可以是具有低熔融温度的金属，诸如镓。在一些实施例中，接合剂208直接施加到载体206上，如图6a所示。接合剂208可能需要热量散布到载体206上，因此，虽然未示出，但是热量可以被施加到载体206上以便将接合剂208施加到载体206上。
34.然后将接合剂208加热到接合剂的熔点(框502和图6b)。在一个实施例中，将接合剂208加热到其熔点可以包括在热板上提供载体206使得接合剂208通过载体206被加热。然而，可以使用任何合适的工艺来加热接合剂208。如上所述，在一些实施例中，可以同时加热和提供接合剂208，使得框500和502同时发生。此外，如上所述，接合剂208的熔点低于惰性材料层202和半导体层204的熔点。因此，将接合剂208加热到将半导体衬底200接合到载体206所需要的熔点不会对惰性材料层202或半导体层204产生负面影响。在熔融的接合剂208上提供半导体衬底200(框504和图6c)，并且可选地冷却接合剂208(框506和图6d)。
35.图7是示出根据本公开的一个实施例从载体206去除半导体衬底200的细节的流程
图。图7所示的方法的步骤分别在图8a和图8b中示出，下面接合图7进行讨论。首先，将接合剂208加热到其熔点(框700和图8a)。如上所述，这可以通过在热板上提供载体206并且通过载体206加热接合剂208来实现。然而，可以使用任何合适的方法来加热接合剂208。进一步，如上所述，接合剂208的熔点低于惰性材料层202和半导体层204的熔点，使得将接合剂208加热到其熔点(这是从载体206去除半导体衬底200所必需的)不会对惰性材料层202或半导体层204产生负面影响。
36.然后将半导体衬底200抬离载体206(框702和图8b)。惰性材料层202保留在半导体层204上。此外，接合剂208中的一些可以保留在惰性材料层202上。虽然未示出，但惰性材料层202(和/或接合剂208的任何剩余部分)可以可选地从半导体衬底200去除，例如，经由研磨工艺。
37.上述示例示出了一种工艺，其中惰性材料层202在半导体层204与接合剂208之间提供阻挡层，使得半导体衬底200可以容易地接合到载体206和从载体206去除。接合剂208确保半导体衬底200与载体206之间的牢固连接，并且因此允许载体206在一个或多个半导体制造工艺期间支撑和稳定半导体衬底200。由于先进的半导体制造工艺所需要的精度，上述支撑和稳定对于半导体器件的产生是必不可少的。因此，本公开的原理允许使用先进技术(例如，诸如分子束外延等原位工艺)制造非常精确的半导体器件。
38.本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有这些改进和修改都被认为在本文中公开的概念和所附权利要求的范围内。