半導體材料製造技術

2023-05-29 18:49:01

專利名稱：半導體材料製造技術
半導體材料製造相關申請案交叉參考本專利申請案請求對在2009年2月4日提出申請的第12/365，734號美國申請案的優先權權益，所述美國申請案以引用方式併入本文中。
背景技術：
使用絕緣體上矽(SOI)技術可減少在矽微晶片的操作期間的功率消耗。使用SOI 技術不僅可產生較低的功率消耗，而且還由於雜散電容的減小而產生集成電路的增加的操作速度。對於SOI結構，可使用例如以下數種眾所周知的技術製作絕緣體上矽的薄層通過植入氧的分離(SIMOX)、通過等離子植入氧的分離(SPIMOX)、藍寶石上矽(SOS)、矽上經接合晶片工藝及矽接合於藍寶石上。矽上的經接合晶片工藝涉及用以將單晶矽材料接合到半導體晶片上的技術及用以在絕緣體上形成半導體的氧化工藝。在這些技術中，通常通過拋光方法移除所述經接合晶片中的一者或兩者的一部分。用以移除經接合晶片的大的部分的另一工藝使用「智能切割」技術。「智能切割」技術通常指其中將材料植入到矽襯底中到特定深度且最終用以裂化所述襯底的工藝。


圖1展示根據本發明的各種實施例用於使用電磁輻射在晶片上形成膜的方法的特徵。圖2展示根據本發明的各種實施例用於使用微波在矽晶片上形成矽層的方法的特徵。圖3到4圖解說明根據本發明的各種實施例如(舉例來說)關於圖1到2所論述在將產品晶片與施主晶片接合在一起之前的產品晶片及施主晶片。圖5到6圖解說明根據本發明的各種實施例如(舉例來說)關於圖1到2所論述通過施加到產品晶片與施主晶片的組合的電磁輻射接合在一起的產品晶片及施主晶片。圖7到8圖解說明根據本發明的各種實施例如(舉例來說)關於圖1到2所論述使接合在一起的產品晶片與施主晶片分裂之後的產品晶片及施主晶片。圖9展示根據本發明的各種實施例用於加強半導體層到晶片的接合的方法的特徵。圖10展示根據本發明的各種實施例用於加強矽層到矽晶片的接合的方法的特徵。圖11到12圖解說明根據本發明的各種實施例的其上接合有半導體層的產品晶片，所述產品晶片經受電磁輻射以加強所述半導體層到所述產品晶片的接合。圖13圖解說明根據本發明的各種實施例的已完成晶片700。圖14展示根據本發明的各種實施例的電子系統的各種特徵的框圖。
具體實施例方式以下詳細說明參照以圖解說明方式展示本發明的各種實施例的隨附圖式。這些實施例經足夠詳細地描述以使所屬領域的技術人員能夠實踐這些及其它實施例。也可利用其它實施例且可在結構上、邏輯上及電氣上對這些實施例作出改變。各種實施例未必相互排斥，因為一些實施例可與一個或一個以上其它實施例組合以形成新實施例。因此，不應將以下詳細說明視為具有限制意義。在各種實施例中，製作工藝包括將兩個晶片接合在一起且然後使所述兩個晶片分裂，從而使一個晶片的一部分接合到另一晶片，其中暴露於電磁輻射用於促進所述分離。通過使接合在一起的兩個實體A與B分裂，意指實體A與B在分裂區域處不再接合在一起，也就是說，接合在一起的晶格A與B中共價鍵斷裂。分裂也可稱為去接合。在分裂之後，所述兩個經去接合的實體之間的弱吸引力可能仍起作用或可能不再起作用。所述一個晶片的保持與所述另一晶片接合的部分可為半導體層或半導體層在電介質層上的組合。暴露於電磁輻射可包括基於所述晶片中的改性劑將所述電磁輻射調諧到一頻率。也可基於所述晶片中的改性劑將所述電磁輻射調諧到一功率電平。材料結構(例如晶片)中的改性劑為所述材料結構中其組成不同於形成所述材料結構體的材料的材料。舉例來說，鍺晶片中的改性劑可為不同於鍺且也非所述鍺晶片的晶格的部分的元素。材料結構(例如晶片)中的改性劑可為所述材料結構的雜質，使得所述改性劑為不同於所述材料結構的體材料的原子物質。在各種實施例中，改性劑可為被引入到所述材料結構中用作摻雜劑的材料。在本文中，摻雜劑為不同於材料結構中的體材料的材料，其中所述摻雜劑一旦被激活，即提供所述體材料的特性的增強。舉例來說，摻雜劑可提供半導體材料基質中的載子濃度的增加。在各種實施例中，改性劑可為經激活摻雜劑。在各種實施例中，製作工藝包括將晶片暴露於電磁輻射以激活作為所述晶片中的摻雜劑的改性劑，其中所述晶片包括由另一晶片施予的一部分材料。摻雜劑的激活包含將所述摻雜劑從材料結構中的間隙位置轉移到所述材料結構的晶格位點中。由另一晶片施予的所述部分材料可為半導體層或半導體層在電介質層上的組合。暴露於電磁輻射可包括基於所述晶片中的摻雜劑將所述電磁輻射調諧到一頻率。也可基於所述晶片中的摻雜劑將所述電磁輻射調諧到一功率電平。圖1展示根據各種實施例用於使用電磁輻射在晶片上形成膜的方法的特徵。在 110處，將離子引入到施主晶片中靠近所述施主晶片的一區域。所述區域包括或將包括為不同於所述施主晶片的體材料的材料的改性劑。所述區域位於距所述施主晶片的表面的一距離處。術語「施主晶片」表示所述晶片的至少一部分將被另一實體(例如其中形成有裝置的另一晶片或襯底)使用。在各種實施例中，半導體晶片可用作施主晶片。所述半導體晶片可實現為實質上單晶晶片。依據應用，所述施主晶片可呈實質多晶或非晶半導體晶片的形式，其中所述半導體晶片包括為單晶體且布置為跨越所述半導體晶片的頂部層的半導體材料。或者，所述施主晶片可構造為包括半導體層的實質非半導體晶片，所述半導體層可配置為布置為跨越所述非半導體晶片的頂部層的單晶。在120處，在施主晶片及產品晶片的表面處將所述產品晶片與所述施主晶片接合在一起。術語「產品晶片」表示所述晶片或所述晶片的至少一部分將用作最終產品或在最終產品中。完成的產品晶片可提供為布置有多個段的晶片，其中每一段包括用以執行電子任務的電路。每一段可呈個別裸片的形式。另外，個別段可來自完成的晶片且可封裝為集成電路(IC)供用於電子設備中。可使用多個個別工藝或工藝的組合將產品晶片與施主晶片接合在一起。可通過將產品晶片接合到施主晶片來進行所述工藝。也可通過將施主晶片接合到產品晶片來進行所述工藝。可將產品晶片與施主晶片接合在一起，其中產品晶片安置於施主晶片上或其中施主晶片安置於產品晶片上。產品晶片在接合到施主晶片之前可已經歷某處理。所述處理可包括各種類型的處理。產品晶片可含有在接合到施主晶片之前形成於產品晶片內的裝置及 /或互連件。或者，可在產品晶片接合到施主晶片之前產品晶片內未形成裝置及/或互連件的情況下將產品晶片接合到施主晶片。另外，施主晶片在與產品晶片接合之前可已經歷某處理。所述處理可包括各種類型的處理。施主晶片可含有在與產品晶片接合之前形成於施主晶片內的裝置及/或互連件，其中所述裝置及/或互連件在施主晶片的將作為材料施予產品晶片的區域中。或者，可在施主晶片與產品晶片接合之前施主晶片內未形成裝置及 /或互連件的情況下將施主晶片與產品晶片接合。在各種實施例中，產品晶片可包括跨越產品晶片的表面安置的電介質層，使得產品晶片與施主晶片在所述電介質層處接合在一起。產品晶片的所述電介質層(在接合期間施主晶片接觸產品層之處)可以各種形式實現。舉例來說，所述電介質層可形成為氧化物層、下伏產品晶片的原生氧化物層、絕緣氮化物層、絕緣氧氮化物層、高-κ電介質層、 低-κ電介質層或其組合。參照分別高於或低於二氧化矽的介電常數的介電常數來界定高-K電介質及低-K電介質，二氧化矽的介電常數大約為3. 9。對施主晶片所接合到的電介質材料的選擇可依據產品晶片可用於的應用。在各種實施例中，產品晶片的所述電介質層為產品晶片的頂部層，其中產品晶片包括在產品晶片與施主晶片接合在一起之前在此電介質頂部層下方嵌入於產品晶片中的裝置。在各種實施例中，施主晶片可包括跨越施主晶片的表面安置的電介質層，使得施主晶片與產品晶片在所述電介質層處接合在一起。施主晶片的所述電介質層(在接合期間產品晶片接觸施主層之處)可以各種形式實現。舉例來說，所述電介質層可形成為氧化物層、下伏產品晶片的原生氧化物層、絕緣氮化物層、絕緣氧氮化物層、高-κ電介質層、 低-κ電介質層或其組合。對產品晶片所接合到的電介質材料的選擇可依據產品晶片可用於的應用。在電介質材料形成為跨越施主晶片的頂部表面的層的情況下，引入到施主晶片中的離子靠近施主晶片的距所述電介質層的底部表面某距離的區域。所述電介質層的底部表面為與施主晶片的頂部相對的表面，其中所述電介質層的頂部表面與底部表面由所述電介質層的厚度間隔開。在此些實施例中，施主晶片用於施予包括半導體層及電介質層的材料， 其中所述電介質層跨越所述半導體層的表面安置。任選地，在接合之前，此材料組合的半導體層可已經歷某類型的處理。在各種實施例中，此處理可包括形成裝置及/或互連件。在130處，用電磁輻射照射改性劑以使施主晶片的體區域與產品晶片分裂而產品晶片仍接合到來自施主晶片的膜。來自施主晶片的所述膜可為接合到產品晶片的半導體層。來自施主晶片的所述膜可為接合到產品晶片的電介質層的半導體層。來自施主晶片的所述膜可為半導體層在電介質層上的組合，其中所述組合的所述電介質層接合到產品晶片。
照射改性劑可提供對施主晶片的局部化加熱，使得泡在作為離子植入的材料處生長，從而致使施主晶片的體區域與產品晶片分裂而產品晶片仍接合到來自施主晶片的膜。 可將電磁輻射調諧到與所述改性劑的吸收相關的頻率。調諧到一頻率包括產生具有由所述改性劑吸收的峰值頻率的電磁輻射。可使對所述改性劑的吸收的頻率的選擇與在其中安置改性劑的材料相關，以便可將由所述改性劑吸收的能量耦合到作為離子植入於施主晶片中的材料。可基於應用調整電磁輻射的功率電平。頻率及功率電平可經選擇以使得照射致使泡生長，以便跨越經接合結構聚合，以提供所要的分裂。可將這些泡視為孔隙或小板。—旦使施主晶片的體區域與產品晶片分裂，即可依據在處理期間所述晶片的相對位置將所述兩個晶片中的一者與另一者分離，即使來自施主晶片的膜仍保持接合到產品晶片。可通過提升工藝來執行所述分離。可使用真空或其它可控制裝置實質上在不在所述經去接合晶片相互接觸的位置處施加任何實質能量或力的情況下實現從一個晶片提升另一
曰曰/Τ。在以與改性劑的吸收相關的頻率提供電磁輻射的情況下，可通過電磁輻射照射施主晶片與產品晶片的組合，以便可控制能量的吸收。可施加電磁輻射使得材料的激發局部化於其中植入有離子的區域處或附近。以適當頻率，可將吸收實質引導到位於施主晶片中的離子植入區域處或充分接近所述離子植入區域的改性劑，使得由所述改性劑吸收的能量耦合到所述離子植入區域中。將所述能量耦合到所述離子植入區域中允許施主晶片的局部化加熱。通常在介於從500°C到800°C或更高的範圍內的等溫溫度下執行使用作為離子植入的材料對來自施主晶片的膜的常規處理。在各種實施例中，依據工藝中所使用的材料，可將產品晶片與施主晶片的組合加熱到低於或約等於350°C的等溫溫度。局部化加熱允許比傳統上在類似工藝中所使用的處理溫度低的處理溫度。此外，調諧所照射的電磁輻射允許控制所賦予的能量的量，以將局部化加熱維持在所要的加熱區域處。在調諧到選定頻率及功率電平時，可在針對施主晶片的特定材料組成綜合選擇用於分裂工藝的頻率及功率時計及將用於分裂的改性劑的濃度。調諧電磁輻射可包括產生處於激活作為施主晶片中的摻雜劑的被照射改性劑的功率電平下的電磁輻射。摻雜劑的激活包含將所述摻雜劑從材料結構中的間隙位置轉移到所述材料結構的晶格位點中。使用暴露於電磁輻射(其提供用於分裂的能量的耦合)來激活接近作為離子植入的材料的區域中的摻雜劑允許在不以傳統上與激活摻雜劑相關聯的高溫來處理晶片結構的情況下激活這些摻雜劑。所述輻射還可癒合因植入而造成的晶格損壞。用電磁輻射照射摻雜劑可包括限制電磁輻射對施主晶片的暴露。可通過將電磁輻射引導到施主晶片的表面來提供電磁輻射暴露，所述表面與施主晶片在其處接合到產品晶片的施主晶片表面相對。也可通過將電磁輻射引導到施主晶片的一側來提供電磁輻射暴露，所述側與施主晶片的接合到產品晶片的表面成角度。調諧電磁輻射可與以下因素相關施主晶片的基本組成、所要的局部化加熱區域中的改性劑的選擇、這些改性劑的濃度的選擇、作為離子植入的材料與所述區域中的改性劑的混合物及影響所要區域處的局部化吸收及耦合的其它因素。此些因素給施主晶片提供特性特徵，使得將來自暴露於電磁輻射的能量優先耦合到所要區域。所選擇的頻率可基於不被施主晶片的基本組成實質吸收但被改性劑及/或改性劑與作為離子植入的材料的混合物顯著吸收以用於分裂工藝的頻率。在各種實施例中，施主晶片的基本組成的吸收量及改性劑及/或改性劑與作為離子植入的材料的混合物的吸收量可基於各種因素，包括但不限於所要的局部化加熱的空間量及對於特定應用可接受的對產品晶片與施主晶片的組合的加熱量。將通過將改性劑暴露於電磁能量所提供的能量耦合到被植入離子的區域允許泡在所述被植入離子處生長。在泡生長而使得所述泡跨越施主晶片聚合的情況下，施主晶片的體區域與產品晶片分裂，其中施主晶片的膜保持接合到產品晶片。在產品晶片(其具有來自施主晶片的經接合膜)已與施主晶片分裂的情況下，可將產品晶片與施主晶片分離。 舉例來說，可提升在施主晶片上的產品晶片。或者，在產品晶片(其具有來自施主晶片的經接合膜)已與施主晶片分裂的情況下，可將施主晶片與產品晶片分離。舉例來說，可提升在產品晶片上的施主晶片。在將施主晶片與產品晶片分離之後，可任選地處理產品晶片及施主晶片的表面以補償由於所述分離工藝而造成的殘留損壞。在施主晶片與產品晶片分離之後，可將產品晶片提供為最終產品，所述最終產品用作用於進一步處理的輸入材料，或可將產品晶片處理為含有多個經處理裸片的最終產品或處理為多個經處理裸片。在將施主晶片與產品晶片分離之後，施主晶片可用於施予膜以產生其它產品晶片。圖2展示根據各種實施例用於使用微波在矽晶片上形成矽層的方法的特徵。在 210處，將氫離子及/或氦離子植入到矽施主晶片中靠近具有改性劑或稍後將在處理中引入改性劑的一區域。也可使用其它輕質元素的離子作為被植入離子。含有改性劑的區域位於距施主晶片的表面的一距離處。所述改性劑可包括但不限於例如磷、砷、硼等元素、可用作摻雜劑的其它元素及此些摻雜劑的組合。在220處，將矽產品晶片與矽施主晶片接合在一起，使得矽產品晶片的氧化物層接合到矽施主晶片的表面。可通過將產品晶片接合到施主晶片來執行所述工藝。也可通過將施主晶片接合到產品晶片來執行所述工藝。可將產品晶片與施主晶片接合在一起，其中產品晶片安置於施主晶片上或其中施主晶片安置於產品晶片上。所述氧化物層可形成為矽的氧化物，所述矽的氧化物可形成為原生氧化矽。或者，可使用除氧化物層以外的電介質層。此電介質層可形成為絕緣氮化物層、絕緣氧氮化物層、高-κ電介質層、低-κ電介質層或其組合。對矽施主晶片所接合到的電介質層的選擇可依據矽產品晶片可用於的應用。 在各種實施例中，矽產品晶片的氧化物層或其它電介質層包含矽產品晶片的頂部層，矽產品晶片包括在矽產品晶片與矽施主晶片接合在一起之前嵌入於矽產品晶片的體矽中的裝置。或者，可將不具有表面氧化物層或表面電介質層的矽產品晶片與施主晶片接合在一起， 以便獲得無間隙材料的矽對矽直接接合。在230處，將改性劑暴露於微波以分裂矽施主晶片的體區域，從而將施主晶片與產品晶片分離且使施主晶片的一部分接合到產品晶片的氧化物表面。可將微波調諧到與所述改性劑的吸收相關的頻率。以此方式，可在植入有氫離子及/或氦離子的區域處通過微波局部地加熱矽施主晶片，使得所述氫及/或氦處的泡生長到導致分裂的程度。可基於應用調整微波的功率電平。可將微波調諧到介於從1. 4千兆赫到高達80或100千兆赫的範圍內的峰值頻率。在各種實施例中，使用從2. 4到8. 5千兆赫的範圍。在各種實施例中，使用從5. 7GHz到6. OGHz的範圍。在各種實施例中，將微波調諧到約5. SGHz0可控制微波所賦予的功率以調節加熱的局部化。可在所述晶片處於低於350°C的一般等溫晶片溫度的情況下進行暴露於微波。可將所述等溫晶片溫度視為晶片的參考溫度，其並非為電磁輻射被吸收且能量被轉移的所關心區域中的局部溫度。調諧微波可包括提供處於激活作為矽施主晶片中的摻雜劑的改性劑的功率電平
下的微波。可控制微波的功率電平以調節矽產品晶片與矽施主晶片的組合的溫度，使得可
在不以傳統上與激活摻雜劑相關聯的高溫處理矽產品晶片/矽施主結構的情況下執行這
些摻雜劑的激活。微波的調諧可與通過選擇用於分裂的摻雜劑及這些摻雜劑的濃度來調整
矽施主晶片的材料組成相關。舉例來說，矽摻雜劑晶片中的摻雜劑的濃度可在從約IO13CnT3
到約IO16CnT3的範圍內。將基於這些摻雜劑的改變引入到矽施主晶片的區域允許來自微波
的頻率調諧的優先吸收且允許將能量從所述微波吸收耦合到被植入離子的區域以用於分 m農。圖3到4圖解說明在各種實施例中在如(舉例來說)關於圖1到2所論述將產品晶片與施主晶片接合在一起之前的產品晶片及施主晶片。圖3展示產品晶片320及施主晶片310。產品晶片320可任選地具有電介質層3M作為體區域322上的頂部層，其中可將電介質層324與施主晶片310接合。另外，產品晶片320可任選地在接合到施主晶片310之前使裝置及/或互連件323-1. . . 323-N形成於產品晶片320中。施主晶片310包括其中植入有離子的區域316。區域316將施主晶片310的體區域312與層318分離。在於產品晶片320上且實質上跨越產品晶片320形成薄層的工藝結束時，來自施主晶片310的層318 將給產品晶片320提供相對薄的膜層。圖4展示在接合之前產品晶片340及施主晶片330的配置。產品晶片340可任選地在接合到施主晶片330之前使裝置及/或互連件343-1. . . 343-N形成於產品晶片340中。 在此配置中，施主晶片330包括電介質層334，而不是如圖3中所示的實施例在產品晶片上配置電介質層。電介質層334通過層338與區域336(其中植入有離子)分離。區域336 將層338與電介質層334的組合與體區域332分離。通過電介質層334到產品晶片340的接合，施主晶片330將接合到產品晶片340。或者，產品晶片340及施主晶片330兩者可各自包括產品晶片340與施主晶片330在其處接合在一起的電介質層。此些電介質層可由相同元素成分組成或所述電介質層可由具有不同元素的電介質組成形成。圖5到6圖解說明在各種實施例中如(舉例來說)關於圖1到2所論述通過施加到產品晶片與施主晶片的組合的電磁輻射接合在一起的產品晶片及施主晶片。圖5展示通過所施加的電磁輻射315接合在一起的圖3的產品晶片320及施主晶片310。圖6展示通過所施加的電磁輻射335接合在一起的圖4的產品晶片340及施主晶片330。圖5及6展示分別在施主晶片310及330的表面處施加的電磁輻射315及335，所述表面與所述施主晶片的分別接合到產品晶片320及340的表面相對。或者，依據產品晶片320及340的體中的結構，可通過將輻射聚焦於經組合結構周圍的層316附近或產品晶片320及340的與產品晶片320及340分別接合到施主晶片310及330的表面相對的表面處來施加輻射。圖7到8圖解說明在各種實施例中在如(舉例來說)關於圖1到2所論述使接合在一起的產品晶片與施主晶片分裂之後的產品晶片及施主晶片。圖7展示在施主晶片311 與產品晶片321從如圖5中所示的接合在一起的狀態分裂之後從產品晶片321提升施主晶
9片311。施主晶片311為由向產品晶片320施予層的工藝修改的施主晶片310。施主晶片 311現在可供用於向另一產品晶片上施予另一膜。類似地，產品晶片321為由從施主晶片 310得到層的工藝修改的產品晶片320。產品晶片321現在可供用作最終產品晶片或用於進一步處理，所述進一步處理可包括產生多個經處理裸片。圖8展示在施主晶片331與產品晶片341從如圖6中所示的接合在一起的狀態分裂之後從產品晶片341提升施主晶片331。施主晶片331為由向產品晶片340施予層的工藝修改的施主晶片330。施主晶片331現在可供用於向另一產品晶片上施予另一膜。類似地，產品晶片341為由從施主晶片330得到層的工藝修改的產品晶片340。產品晶片341 現在可供用作最終產品晶片或用於進一步處理，所述進一步處理可包括產生多個經處理裸片。圖9展示根據各種實施例用於加強半導體層到晶片的接合的方法的特徵。在410 處，將改性劑提供到產品晶片的界面區域，所述產品晶片具有接合到所述產品晶片的體區域上的半導體層，其中所述界面區域安置於所述經接合半導體層與所述體區域(產品晶片)之間。可能已使用各種工藝構造了具有接合於產品晶片的體區域上的半導體層的所述
女口曰JzIr 廣PP[曰曰/fo舉例來說，此產品晶片配置可通過從施主晶片產生所述半導體層來構造。所述半導體層的施予過程可包括在施主晶片的表面處將施主晶片接合到產品晶片，在距所述表面的一距離處將離子植入到施主晶片的區域中，及將能量賦予作為離子植入的材料以使施主晶片與產品晶片分裂，其中所述半導體層保持接合到產品晶片。可通過加熱經接合產品晶片與施主晶片來提供在作為離子植入的材料處賦予的用以使經接合晶片組合分裂的能量。 也可通過以下步驟來提供在所述離子植入區域處賦予的用以使所述經接合產品晶片與施主晶片分裂的能量在所述被植入離子處施加力以沿大致平行於所述晶片的接合表面的方向產生跨越所述組合的破裂。可根據各種實施例通過(舉例來說)如關於圖1到8所論述的用電磁輻射照射靠近作為離子植入的材料的改性劑來提供在所述離子植入區域處賦予的用以使所述經接合產品晶片與施主晶片分裂的能量。能量可從對改性劑的照射耦合到所述離子植入區域。在電磁輻射所提供的照射被調諧到與施主晶片的材料基質中的改性劑的性質相關的頻率及功率的情況下，電磁輻射所賦予的能量提供離子植入區域處的局部化加熱。在其中經接合半導體層從施主晶片產生的各種實施例中，可在施主晶片接合到產品晶片之前在施主晶片中形成改性劑。或者，可在施主晶片與產品晶片接合在一起之後形成所述改性劑，此可在使施主晶片與產品晶片分裂之前或之後。用於促進半導體層到產品晶片的接合的加強的改性劑可與用於使施予半導體層的施主晶片與所施予的半導體層所接合到的產品晶片分裂的元素的組成相同。或者，用於促進半導體層到產品晶片的接合的加強的改性劑可與用於使施主晶片與所施予的半導體層所接合到的產品晶片分裂的元素的組成不同。對改性劑及改性劑濃度的選擇可依據經接合半導體層的材料組成及產品晶片的體區域的材料組成。在各種實施例中，對改性劑及改性劑濃度的選擇也可依據可安置於體區域與經接合半導體層之間的電介質區域的材料組成。在420處，通過用電磁輻射照射界面區域來加強半導體層到產品晶片的體區域的接合。可將所述電磁輻射調諧到與改性劑的吸收相關的頻率。可基於應用調整電磁輻射的功率電平以將能量耦合到界面區域。對頻率及功率電平的選擇可與相對於經接合半導體層的材料組成及產品晶片的體區域的材料組成對改性劑及其濃度的選擇相關。在各種實施例中，對頻率及功率電平的選擇也可與可安置於體區域與經接合半導體層之間的電介質區域的材料組成相關。圖10展示根據各種實施例用於加強矽層到矽晶片的接合的方法的特徵。在510 處，給矽產品晶片中的界面區域提供改性劑，所述矽產品晶片具有接合到所述矽產品晶片上的矽層，其中所述界面區域在體矽區域與所述經接合矽層之間安置於所述產品矽晶片中。可通過以下方式從矽施主晶片形成所述矽層在所述矽施主晶片的表面處將所述矽施主晶片接合到所述矽產品晶片，在距所述表面的一距離處將氫離子及/或氦離子植入到所述矽施主晶片的區域中，及將能量賦予被植入的氫及/或氦以使所述矽施主晶片與所述產品晶片分裂而所述矽層仍接合到所述矽產品晶片。可在所述矽施主晶片與所述矽產品晶片接合在一起之前，將氫離子及/或氦離子植入到所述矽施主晶片中。在各種實施例中，所述經接合矽層所附接到的氧化物層安置於所述矽產品晶片的體矽區域上，其中所述氧化物層接觸所述界面區域。此外，所述矽產品晶片任選地可包括在形成所述經接合矽層之前於其中構造的裝置。在各種實施例中，可通過以微波照射施主晶片內的改性劑來產生所賦予的用以使矽施主晶片與產品矽晶片分裂而所述矽層仍接合到產品晶片的能量。對微波的吸收將能量耦合到離子植入區域用以使晶片分裂。可以等效於將所述體結構加熱到500°C或更高的方式提供所述經摻雜區域中的激活能量來使晶片分裂。所述界面區域中的改性劑可包括例如磷、砷、硼等元素、可用作矽中的摻雜劑的其它元素及此些摻雜劑的組合。所述界面區域中的摻雜劑的濃度可在從約IO13CnT3到約 IO16CnT3的範圍內。可依據完成的產品晶片的所要摻雜曲線來使用其它摻雜劑濃度。在520處，通過以微波照射所述界面區域來加強所述矽層到矽產品晶片的接合。 可將微波調諧到與所述界面區域中的所述改性劑的吸收相關的頻率。可基於應用調整微波的功率電平以將能量耦合到所述界面區域。可與矽產品晶片中的改性劑的元素組成相關地且與此些改性劑的濃度相關地調諧微波能量的頻率及功率。另外，可用處於激活作為所述矽基質中的摻雜劑的改性劑的功率電平下的微波照射所述界面區域。可將通過微波耦合的能量的目標定為等效於800°C或更高的體溫度的激活能量來加強矽到氧化物的接合。可將通過微波耦合的能量的目標定為等效於1000°C或更高的體溫度的激活能量來加強直接的矽到矽接合。通過微波的耦合提供接合加強能量而不使所述產品矽晶片中的裝置經受這些等效溫度。可將所述矽結構中的界面區域暴露於具有在從5. 7GHz到6. OGHz的範圍內的峰值頻率的微波。圖11到12圖解說明根據各種實施例的其上接合有半導體層的產品晶片，所述產品晶片經受電磁輻射以加強所述半導體層到所述產品晶片的接合。圖11展示產品晶片 620，其具有接合於產品晶片620的體區域622上的半導體層618。產品晶片620還包括半導體層618所接合到的電介質區域624。具有改性劑(其可經選擇作為用於半導體層618 的材料的摻雜劑)的界面區域625安置為半導體層618的一部分。或者，改性劑可作為電介質區域624的一部分安置於界面區域625中。另外，產品晶片620可任選地具有形成於產品晶片620的體區域622中的裝置及/或互連件623-1. . . 623-N。如圖11中所圖解說明的此產品晶片可根據各種實施例如(舉例來說)關於圖1到10所論述來製作。可將電磁輻射615引導到產品晶片620，其中可將電磁輻射615調諧到與界面區域625中的改性劑的吸收相關的頻率。可基於應用調整電磁輻射615的功率電平。圖12展示產品晶片640，其具有接合於產品晶片640的體區域642上的半導體層 638。與產品晶片620不同，產品晶片640不包括半導體層638所接合到的電介質區域。具有改性劑(其可經選擇作為用於半導體層638的材料的摻雜劑)的界面區域645安置為半導體層638的部分。或者，改性劑可安置於半導體層638所接合到的體區域642的界面區域645中。另外，產品晶片640可任選地具有形成於產品晶片640的體區域642中的裝置及/或互連件643-1. . . 643-N。如圖6B中所圖解說明的此產品晶片可根據各種實施例如 (舉例來說)關於圖1到10所論述來製作。可將電磁輻射635引導到產品晶片640，其中可將電磁輻射635調諧到與界面區域645中的改性劑的吸收相關的頻率。可基於應用調整電磁輻射635的功率電平。圖13圖解說明根據各種實施例的已完成晶片700。晶片700可提供為可於其中製作多個裸片705的絕緣體上半導體晶片。或者，晶片700可提供為以下絕緣體上半導體晶片其中多個裸片705結構已經處理用以提供電子功能性且正等待從晶片700切割及進行封裝。可根據關於圖1到12的實施例來製作晶片700。每一裸片705可包括晶片700的體中的裝置及/或互連件連同待形成於接合到晶片700的體的半導體層中的其它裝置。使用各種遮掩技術及處理技術，裸片705可經進一步處理以包括功能電路，使得每一裸片705製作為具有與晶片700上的其它裸片相同的功能性及經封裝結構的集成電路。或者，使用各種遮掩技術及處理技術，各種裸片705組可經處理以包括功能電路，使得並非所有裸片705製作為具有與晶片700上的其它裸片相同的功能性及經封裝結構的集成電路。本文中將其上集成有電路且提供電子能力的經封裝裸片稱作集成電路(IC)。可通過根據如本文中所描述的各種實施例增強用於絕緣體上半導體結構的製作工藝來改善此些基於半導體的電子裝置的性能。圖14展示根據各種實施例包括一個或一個以上IC的系統800的框圖，所述IC經結構化使半導體層接合到襯底的體區域。所述半導體層及/或所述襯底的體區域含有形成用於IC的電路的裝置及互連件。可根據本文中所論述的各種實施例從晶片提供所述襯底及半導體層。系統800包括控制器802及存儲器803。在各種實施例中，系統800還包括電子設備807及外圍裝置809。控制器802、存儲器803、電子設備807及外圍裝置809中的一者或一者以上可呈一個或一個以上IC的形式。總線806在系統800的各種組件之間及/或間提供導電性。在一實施例中，總線806包括各自經獨立配置的地址總線、數據總線及控制總線。在替代實施例中，總線806使用共用導線來提供地址、數據或控制中的一者或一者以上，所述導線的使用通過控制器802來調節。控制器802可呈一個或一個以上處理器的形式。電子設備807可包括額外存儲器。系統800中的存儲器可構造為一個或一個以上類型的存儲器，例如但不限於動態隨機存取存儲器(DRAM)、靜態隨機存取存儲器(SRAM)、 同步動態隨機存取存儲器(SDRAM)、同步圖形隨機存取存儲器(SGRAM)、雙倍數據速率動態隨機存取存儲器(DDI )、雙倍數據速率SDRAM及基於磁性的存儲器。外圍裝置809可包括顯示器、成像裝置、列印裝置、無線裝置、額外存儲存儲器及可結合控制器802操作的控制裝置。在各種實施例中，系統800包括但不限於光纖系統或裝置、電光系統或裝置、光學系統或裝置、成像系統或裝置及例如無線系統或裝置、電信系統或裝置及計算機等信息處置系統或裝置。 儘管本文中已圖解說明及描述具體實施例，但所屬領域的技術人員應了解，經計算以實現相同目的的任一布置可替代所示具體實施例。各種實施例使用本文中所描述的實施例的排列及/或組合。應理解，以上說明打算作為說明性的，而非限制性的，且本文中所採用的措詞或術語旨在用於說明的目的。另外，在前述具體實施方式
中，出於簡化本發明的目的，可見各種特徵被一起集合在單個實施例中。不應將此揭示方法解釋為反映以下意圖 所主張的實施例要求比每一權利要求中所明確陳述的特徵多的特徵。因此，特此將以上權利要求書併入到具體實施方式
中，其中每一權利要求獨立地作為單獨實施例。
權利要求
1.一種方法，其包含將離子引入到施主晶片中靠近所述施主晶片的一區域，所述區域具有改性劑，所述改性劑不同於所述施主晶片的體材料，所述區域安置於距所述施主晶片的表面的一距離處；將產品晶片與所述施主晶片接合在一起；及用電磁輻射照射所述改性劑以使所述施主晶片的體區域與所述產品晶片分裂而所述產品晶片仍接合到來自所述施主晶片的膜，所述電磁輻射被調諧到與所述改性劑的吸收相關的頻率。
2.根據權利要求1所述的方法，其中將所述產品晶片與所述施主晶片接合在一起包括在電介質層處接合所述施主晶片與所述產品晶片。
3.根據權利要求1所述的方法，其中接合所述產品晶片包括接合具有裝置的所述產品晶片，所述裝置包含在所述產品晶片中。
4.根據權利要求1所述的方法，其中用電磁輻射照射所述改性劑包括與來自植入離子的材料與所述區域中的所述改性劑的混合物相關地調諧所述電磁輻射。
5.根據權利要求1所述的方法，其中用電磁輻射照射所述改性劑包括限制所述電磁輻射到所述施主晶片的暴露。
6.一種方法，其包含將氫離子及/或氦離子植入到矽施主晶片中靠近具有改性劑的一區域，所述改性劑不同於矽，所述區域安置於距所述施主晶片的表面的一距離處；將矽產品晶片接合到所述矽施主晶片使得所述矽施主晶片的所述表面接合到所述矽產品晶片的氧化物層；及在所述氫及/或氦處將所述改性劑暴露於微波以使所述矽施主晶片的體區域與所述矽產品晶片分裂而所述矽產品晶片的所述氧化物層仍接合到來自所述矽施主晶片的矽膜， 所述微波被調諧到與所述改性劑的吸收相關的頻率。
7.根據權利要求6所述的方法，其中將所述改性劑暴露於微波包括將所述改性劑暴露於具有約5. 8GHz的峰值頻率的微波。
8.根據權利要求6所述的方法，其中所述方法包括在所述產品晶片處於低於350°C的等溫溫度的情況下在所述產品晶片上形成所述矽膜。
9.根據權利要求6所述的方法，其中所述方法包括給所述矽施主晶片提供選自磷、砷、 硼或其組合的改性劑。
10.根據權利要求6所述的方法，其中將所述改性劑暴露於微波包括激活所述矽施主晶片中的所述改性劑。
11.一種方法，其包含通過用電磁輻射照射界面區域來加強半導體層到產品晶片的體區域的接合，所述界面區域安置於所述經接合半導體層與所述體區域之間，所述界面區域具有改性劑，所述改性劑不同於所述產品晶片的體材料，所述電磁輻射被調諧到與所述改性劑的吸收相關的頻率。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述方法包含將所述改性劑引入到施主晶片， 所述半導體層在將所述半導體層接合到所述產品晶片的過程中與所述施主晶片分開。
13.根據權利要求11所述的方法，其中所述方法包含通過以下步驟從施主晶片形成所述半導體層將所述施主晶片接合到所述產品晶片；在距所述表面的一距離處將材料作為離子植入到所述施主晶片的一區域中；及將能量賦予所述被植入材料以使所述施主晶片與所述產品晶片分裂而所述半導體層仍接合到所述產品晶片。
14.根據權利要求13所述的方法，其中將能量賦予所述被植入材料以使所述施主晶片與所述產品晶片分裂而所述半導體層仍接合到所述產品晶片包括將所述施主晶片中的改性劑暴露於電磁輻射，所述電磁輻射被調諧到與所述施主晶片中的所述改性劑的吸收相關的頻率。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述方法包含將改性劑材料引入於所述施主材料中，所述改性劑材料與所述界面區域相同且用於使所述施主晶片與所述產品晶片分裂。
16.一種方法，其包含通過用微波照射界面區域來加強矽層到矽產品晶片的接合，所述界面區域安置於所述矽產品晶片的體矽區域與所述矽層之間，所述界面區域具有改性劑，所述改性劑為不同於矽的材料，所述微波被調諧到與所述改性劑的吸收相關的頻率。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述改性劑包括磷、砷、硼或其組合。
18.根據權利要求16所述的方法，其中所述方法包含以介於從約IO13CnT3到約IO16CnT3 的範圍內的濃度在所述界面中形成改性劑。
19.根據權利要求16所述的方法，其中加強矽層到矽產品晶片的接合包含加強所述矽層到所述矽層所接合到的氧化物層的接合。
20.根據權利要求16所述的方法，其中用微波照射所述界面區域包括用處於激活作為所述矽產品晶片的摻雜劑的改性劑的功率電平下的微波照射所述界面區域。
21.根據權利要求16所述的方法，其中加強矽層到矽產品晶片的接合包含加強所述矽層到其中構造有裝置的所述矽產品晶片的接合。
22.根據權利要求16所述的方法，其中用微波照射所述界面區域包括用具有在從約 5. 7GHz到約6. OGHz的範圍內的峰值頻率的微波照射所述界面區域。
23.一種設備，其包含襯底；半導體層，其在界面處接合到所述襯底；及摻雜劑區域，其位於所述襯底到所述半導體層的所述界面處，所述摻雜劑區域包括經激活摻雜劑，所述經激活摻雜劑為所述半導體層到所述襯底的所述接合的微波輻射加強的結果。
24.根據權利要求23所述的設備，其中所述襯底包括裝置。
25.根據權利要求23所述的設備，其中所述襯底包括所述半導體層接合到所述襯底所接合到的電介質層。
26.根據權利要求23所述的設備，其中所述設備布置為絕緣體上矽晶片。
全文摘要
本發明揭示包括接合到晶片或襯底的體區域的半導體層的電子設備、系統及方法，其中可使用電磁輻射將所述半導體層接合到所述體區域。本發明還揭示額外設備、系統及方法。
文檔編號H01L21/20GK102341890SQ201080010975
公開日2012年2月1日 申請日期2010年2月4日 優先權日2009年2月4日
發明者古爾特傑·S·桑胡, 尼尚特·辛哈, 約翰·斯邁思 申請人:美光科技公司