);族IV化合物半导体材料，诸如碳化娃(SiC)或锗化娃(SiGe) ;二元、三元或四元II1-V半导体材料，诸如砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、磷化铟镓(InGaPa)或者磷砷化铟镓(InGaAsP);以及二元或三元I1-VI半导体材料，诸如碲化镉(CdTe)和碲化汞镉(HgCdTe)(仅举几个例子)。以上提及的半导体材料还被称为同质结半导体材料。当组合两种不同的半导体材料时，形成了异质结半导体材料。异质结半导体材料的示例包括但不限于硅(S1.Q x)和SiGe异质结半导体材料。对于功率半导体应用，当前主要使用S1、SiC和GaN材料。
[0046]在一个后继工艺中，包括碳粉和沥青中的至少一个的成型组合物35被沉积在复合晶片13的第二面13b上，其可以通过任何适当的工艺由半导体晶片10的第二面12形成，该工艺诸如例如使用模具在给定压力下将一定量的成型组合物35带到半导体基板10的第二面12上的注射成型、压缩成型、粉末成型或者按压、或者能够用膏状或粘性层覆盖第二面的任何其他工艺。复合晶片13的第二面13b可以由半导体晶片10的暴露的半导体材料形成或者可以包括覆盖半导体材料的一个或多个层。在一个后继工艺中，使成型组合物35退火以形成附着到半导体晶片10的石墨载体或芯36。可替选地，由乱层或无定形或等静压石墨制成的预先形成的石墨芯可以用接合层而固定在第二面12上。
[0047]根据一个实施例，退火可以包括在第一温度范围中退火并且随后在不同于第一温度范围的第二温度范围中退火。第二温度范围可以涵盖高于第一温度范围的温度。例如，第一温度范围可以是从约室温到约600°C。第二温度范围可以是例如从约500°C到约1000°C或甚至更高。第一退火工艺可以用于从成型组合物移除诸如粘结剂的添加剂和辅助成分。该辅助成分或添加剂被热驱离成型组合物或者被热分解以形成挥发性化合物。第二退火工艺可以用于将成型组合物转化为石墨材料。
[0048]根据一个实施例，可以使用在不同温度下执行的三个退火工艺。根据一个实施例，退火工艺可以组合为具有给定温度分布的单个工艺。
[0049]—个或多个退火工艺被适当地选择和配置以形成石墨芯，该石墨芯主要包括乱层或无定形或等静压石墨。这种石墨改进了半导体晶片的机械稳定性。此外，石墨具有与SiC的热膨胀系数相似的热膨胀系数，这使得石墨是SiC的最看好的载体材料。然而，石墨也适用于其他半导体材料，诸如硅。
[0050]最终的复合晶片13包括载体基板或晶片以及与其附着的器件层。载体基板至少由石墨芯36形成，并且根据一个实施例由单晶边或缘结构15形成(在下面的边结构中)，而器件层由单晶半导体层20形成。载体基板还可以进一步包括另外的层诸如掩埋绝缘层和用于保护石墨芯的至少一个保护层。
[0051]根据一个实施例，半导体层10可以是通过Czochralski工艺制造的CZ晶片或者通过浮区工艺制造的FZ晶片。仅出于说明的目的，在该实施例中半导体晶片10是Si晶片。如图1A中所示，半导体晶片10可以包括在其第一面或表面11处形成的高p掺杂层14。p掺杂层14在一个后继工艺中形成刻蚀停止层。高p掺杂层14可以例如通过注入或者通过从沉积在半导体晶片10的第一面11上的BSG (硅酸硼玻璃)层的外扩散而形成。通过适当地选择外扩散步骤的时长和温度，可以调整P掺杂层14的层厚度。
[0052]根据一个实施例，如图1B中所示，在半导体晶片10的第一面11上外延形成半导体层20。如果预先已形成高掺杂层14，则半导体层20沉积在高掺杂层14上。半导体层20以后将形成器件层，即其中集成半导体器件或电路的基板。因此半导体层20还可以被称为器件层。
[0053]在半导体晶片10上形成外延半导体层20允许调控(tailor)掺杂浓度以满足特定的需要。这还可以促进半导体层20内的掺杂浓度的变化。
[0054]根据一个实施例，如果如图1B中所示，形成第一保护层22，则第一保护层22可以提供在半导体晶片10的第一面11上或者在半导体层20上。第一保护层22可以是在一个后继工艺中防刻蚀的钝化层。出于该目的，可以使用允许半导体晶片10的材料相对于第一保护层22的选择性刻蚀的任何适当的材料。示例是多晶硅、氮化硅或氧化硅。另一示例是CVD石墨层，该CVD石墨层可以使用诸如烯烃(甲烷、乙烷等)的挥发性烃通过热解来形成。另一示例是一层无定形碳(所谓的类金刚石碳(DLC))，其可以使用ΡΕ-CVD(物理增强化学汽相沉积)由烃形成。
[0055]第一保护层22还可以是覆盖复合晶片13的第一面13a (即半导体层20上)的箔。当第一保护层22应防止碎肩或其他污染物在石墨载体或芯36的后继形成期间到达半导体层20时，箔是非常成本有效的解决方案并且是足够的。箔也可以被移除。图1B中图示了形成复合晶片13的初始阶段的得到的结构13。
[0056]在如图1C中所示的另一工艺中，半导体晶片10的材料在其第二面12处被移除以局部减少半导体晶片10的厚度。例如，可以使用研磨来移除材料直到给定厚度。在一个实施例中，研磨在高掺杂层14暴露之前停止。在另一工艺中，通过将半导体晶片10的半导体材料选择性地刻蚀到高P掺杂层14，可以进一步移除半导体材料。例如，可以使用利用碱性溶液的湿法化学刻蚀。当到达高P掺杂层14时刻蚀停止，从而该层在复合晶片13的第二面13b处暴露。
[0057]根据一个实施例，可以执行研磨，使得半导体晶片10的边结构15保留。边结构15形成了与复合晶片13的剩余材料一体的单晶半导体材料的环并且机械支撑变薄的晶片结构。为了形成边结构15，仅在半导体晶片10的中心部分中执行研磨以形成凹陷29，使小的外围区域未被研磨。然而，形成边结构15仅是可选的而不是必需的。
[0058]图1C图示了研磨之后的复合晶片13的得到的结构并且图1D图示了另外的刻蚀之后的复合晶片13的得到的结构。边结构15或环15具有竖直方向上的，即与半导体晶片10的第一和第二表面11、12垂直的方向上的厚度，该厚度基本上等于半导体晶片10的初始厚度。典型地，半导体晶片10的初始厚度约为几百微米。研磨和刻蚀之后的半导体晶片10的目标厚度明显小于初始厚度并且根据为了确保器件的期望的阻挡能力而必须选择的最终加工器件的厚度可以在几十微米的范围内。由于在大多数情况下p掺杂层14将在以后被移除，因此P掺杂层14的实际厚度不是重要的，只要其具有足以可靠地用作刻蚀停止层的厚度。器件的最终厚度由半导体层20的厚度确定，其可以是例如140 μπι或更小。对于包括具有正面金属化和背面金属化的竖直功率半导体器件的很多应用，该厚度是足够的。
[0059]在图1Α至1J中图示的实施例中半导体晶片10被用作“中间”载体，用于提供外延半导体层20可以沉积在其上的基板并且用于构建复合晶片13。
[0060]可替选地，如果未形成外延半导体层20，则可以使半导体晶片10变薄到给定的目标厚度，从而半导体晶片10的薄“膜”保留。
[0061]图1Ε示出了刻蚀之后的复合晶片13的放大部分以图示湿法化学刻蚀的各向同性刻蚀特性。在湿法化学刻蚀期间，环结构15也被部分地刻蚀，导致如图1Ε中图示的部分欠刻蚀。然而这不是关键的，原因在于将通过湿法化学刻蚀而移除的半导体材料的总厚度相当小，从而仅需要短的刻蚀。典型地，在研磨之后保留的半导体材料的厚度在例如10 μπι的约几个μπι的范围内，从而各向同性刻蚀还将横向移除相似范围内的材料。如果期望，环结构15可以被形成为较厚以补偿刻蚀移除。
[0062]在如图1F中图示的另一工艺中，在凹陷29中暴露的高掺杂层14被各向同性刻蚀和移除以使半导体层20的背面24暴露。各向同性湿法化学刻蚀可以用于移除高掺杂层14。在该工艺之后，可以执行为集成器件或电路所需的背面注入工艺和/或退火工艺。
[0063]ρ掺杂层14在上文已被用作刻蚀停止层。作为该工艺的替选方案，可以使用其他工艺来限定“器件层”的最终或目标厚度。例如，SiGe层可以用作刻蚀停止层，器件层形成到该刻蚀停止层上。另一种选择是将pn结用作刻蚀停止。例如，如果期望η掺杂器件层，则可以将η掺杂半导体层20外延沉积到弱ρ掺杂半导体晶片10上。在η掺杂半导体层20和Ρ掺杂半导体之间形成的pn结随后针对半导体晶片10或刻蚀溶液被反向偏置，并且因此一旦刻蚀达到pn结的耗尽区，便可以用作刻蚀停止。剩余的ρ掺杂半导体材料最终通过短的各向同性刻蚀工艺移除。
[0064]在另一工艺中，在凹陷29中并且特别地在半导体基板层20的暴露的背面24上形成中间层31。中间层31可以是单层或叠层(layer stack)。在这里图示的实施例中，中间层31由绝缘层30和用于改进与后继沉积的石墨材料的粘合和接触的粘合剂层32形成。绝缘层30可以是例如热氧化物层30或者氮化铝层30。可替选地，可以使用导电层来替代绝缘层或者甚至可以省略绝缘层30。粘合剂层32可以是例如多晶硅层。图1G中图示了得到的结构。
[0065]在另一工艺中，如图1H中所示，凹陷29填充有成型组合物35。成型组合物35包括碳粉和诸如沥青的长链烃中的至少一个。可以添加粘结剂以获得塑性或可流动团块。成型组合物35填充凹陷29并且例如通过注射成型工艺来沉积。注射成型是用于形成零件的成本高效的工艺并且在这里可以用于填充凹陷29。另一适当的工艺是将给定量的成型组合物35带到凹陷中并且随后按压该组合物以可靠地填充该凹陷。该工艺有时被称为压缩成型。
[0066]适当地选择成型组合物35的稠度(consistence)以促进凹陷29的填充。例如，成型组合物可以是包括中间相碳的软组合物。中间相碳可以被描述为但不限于固体相和液体相之间的中间状态下的沥青状态。沥青也可以处于中间相状态并且可以包括诸如芳香烃的烃的复杂掺合物或混合物。
[0067]在填充凹陷29之后，使成型组合物35退火以形成包括乱层或无定形石墨的石墨载体或芯36。退火可以包括用于移除粘结剂或其他添加剂的第一退火步骤以及用于烧结诸如成型组合物中包括的粉末或高分子量烃的碳材料的典型地在高于第一退火步骤的温度下的第二退火步骤。上文已描述了用于退火步骤的适当的温度范围。在实施例中，还可以采用具有诸如缓慢增加的温度斜升的给定温度分布的单个退火步骤。
[0068]如果需要，随后可以通过机械研磨或者任何其他适当的工艺来移除多余的石墨材料。也已在半导体晶片10的第二面上形成并且仍存在于边结构15上的第一保护层22可以在研磨期间用作停止层。
[0069]因此形成的复合晶片13具有比半导体晶片10的初始厚度超过了半导体层20和第一保护层22的厚度的厚度。还可以被称为“加强结构”或“加强环”的边结构15横向保护石墨芯36并且防止石墨芯36的横向缘在处置复合晶片13时被损坏。由于边结构15包括通常使用的晶片的单晶半导体材料，因此无需修改该处置和加工工具。此外，可以向复合晶片13提供由公知晶片使用的典型圆形缘。这也促进了复合晶片13的处置。
[0070]如这里描述的石墨载体或芯36的形成是成本高效的和快速的过程。而且，实际上任何形状的凹陷29可以被填充有成型组合物，这也促进了石墨载体的形成。
[0071]为了保护石墨芯36以防半导体器件或电路的制造期间执行的工艺期间的氧和氢的攻击，可以在复合晶片13的整个表面上或者仅在石墨芯36的暴露表面部分上形成第二保护层38。第二保护层38应用作氧和氢扩散阻挡层以防止碳例如在高温下与含氧气氛中的C02反应或者与挥发