TW202347481A - 用於製作在一底材上包含至少兩個晶片之結構的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種用於製作在一受體底材(3)上包含至少兩個晶片(p11, p12, p13, p14)之一結構的方法,該方法包括: 經由在一支撐底材(1)上放置至少一供體底材(2)的至少一個鋪片(P1, P2, P3)而形成一仿供體底材(10); 透過該些鋪片將該仿供體底材(10)鍵合至一受體底材(3),以使每個鋪片至少局部覆蓋住該受體底材(3)上至少兩個不同的關注區(Z1, Z2, Zn); 將該些鋪片(P1, P2, P3)的一部分(P'1, P'2, P'3)移轉到該受體底材(3); 對該仿供體底材的鋪片(P1, P2, P3)及/或移轉到該受體底材的鋪片部分,進行至少一化學機械研磨步驟; 在該至少一化學機械研磨步驟之後,從該些鋪片部分(P'1, P'2, P'3)移除材料,以將每個鋪片部分分成至少兩個晶片(p11, p12, p13, p14),每個晶片設置在各自的關注區(Z1, Z2, Zn)上。

Description

用於製作在一底材上包含至少兩個晶片之結構的方法
本發明關於一種用於製作在一底材上包含至少兩個晶片之一結構之方法。
在微電子、光學或光電領域,多層結構的設計有時需要令鋪片(tiles)以供體底材層的一部分之形式,移轉到受體底材。
這種類型的方法通常被稱為鋪片拼接方法(tiling process),其涉及將取自供體底材的層進行部分移轉,以在受體底材上形成依圖案排列或排列在受體底材上預定位置之一或多個鋪片。
由於供體底材與受體底材之間的尺寸差異,這種鋪片的拼接可能是必需的。具體而言,因為這種尺寸差異,不可能將供體底材的一層整個移轉到受體底材。
一種眾所周知的層移轉方法是Smart Cut™法,其經由植入原子物種於供體底材中而形成一弱化區,以界定出待移轉層,接着將供體底材鍵合至受體底材且使供體底材沿著弱化區分離,以從供體底材移轉一層到受體底材。然而,該方法是假設供體底材與受體底材尺寸相同。
雖然可使用尺寸相對較大的矽底材,通常直徑為300 mm,但目前其他相關材料僅以較小尺寸的塊狀底材(bulk substrate)形式存在,例如直徑為10或15 cm。此外,這些相關材料有時特別昂貴,因此會期望移轉期間所形成的潛在廢料減到最少。對於III-V族半導體材料尤其如此,包括氮化物(例如二元化合物、氮化銦(InN)、氮化鎵(GaN)及氮化鋁(AlN))、砷化物(例如二元化合物、砷化銦(InAs)、砷化鎵(GaAs)及砷化鋁(AlAs))、以及磷化物(例如二元化合物、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)及磷化鋁(AlP))。
一種基於Smart Cut™的解決方案,其並非移轉整層供體底材,而是從至少一供體底材取出一或多個鋪片,並將該些鋪片移轉到支撐底材,支撐底材與受體底材具有相同的直徑,以形成稱為仿供體底材(pseudo-donor substrate)的一中間底材。然後該方法包含植入原子物種而在每個鋪片中形成一弱化區,藉由該些鋪片將仿供體底材鍵合至受體底材,並且沿著弱化區分離各鋪片以將每個鋪片的一部分移轉到受體底材。
在這種方法中,通常需要在仿供體底材形成之後,及/或在將鋪片部分(portions of tiles)移轉到受體底材之後,研磨該些鋪片。這種研磨,通常為化學機械研磨(CMP),旨在將該些鋪片或舖片部分的自由表面平坦化。
當鋪片拼接不是很密集時,亦即當鋪片在受體底材上的覆蓋程度(其對應於鋪片的總表面積與受體底材總表面積之比)通常低於50%,甚至低於30%時,會出現一個特別的難題。在該情況下,仿供體底材上的鋪片與受體底材上的鋪片之間存在大距離,通常為幾毫米的等級。
然而,施加在鋪片上的研磨布(polishing cloth)能夠在鋪片之間的空間所形成的凹陷處變形。這種變形導致鋪片之間的研磨發生高度差異,以及鋪片邊緣處的材料相較於鋪片中心處而過度消耗。
這些由研磨所產生的不均勻性,不利於鋪片後續用於形成電子、光學或光電元件的用途。
本發明之一個目的是設計一種用於製作在一支撐底材上包含至少兩個晶片之一結構之方法,其使克服上述研磨缺陷成為可能。
為此,本發明提出一種用於製作在一受體底材上包含至少兩個晶片之一結構之方法,該方法包括: 經由在一支撐底材上放置至少一供體底材的至少一個鋪片而形成一仿供體底材; 透過該些鋪片將該仿供體底材鍵合至一受體底材,以使每個鋪片至少局部覆蓋住該受體底材上至少兩個不同的關注區; 將該些鋪片的一部分移轉到該受體底材; 對該仿供體底材的鋪片及/或移轉到該受體底材的鋪片部分,進行至少一化學機械研磨步驟; 在該至少一步驟的化學機械研磨之後,從該些鋪片部分移除材料,以將每個鋪片部分分成至少兩個晶片,每個晶片設置在各自的關注區上。
在鋪片部分移轉到受體底材之後調整其大小(resizing)以形成晶片之事實,可增加仿供體底材上的鋪片密度,並減少鋪片之間的距離及移轉後的鋪片部分之間的距離。這樣,鋪片之間或移轉後的鋪片部分之間,因距離過大而引起的研磨缺陷從而降到最低。
在蝕刻步驟後,該些晶片在受體底材上的覆蓋程度,亦即該些晶片的總表面積與受體底材的總表面積之比,有利地小於50%,較佳者小於30%。
特別有利地,該些鋪片在仿供體底材上的覆蓋程度,亦即該些鋪片的總表面積與支撐底材的總表面積之比,大於50%,較佳者大於75%。
每個鋪片可有一邊的長度大於或等於5 mm,較佳者大於或等於8 mm,更佳者大於或等於10 mm。
此外,每個晶片可有一邊的長度小於或等於5 mm,較佳者小於或等於3 mm,更佳者小於或等於1 mm。
特別有利地,相鄰兩個鋪片之間的距離小於或等於3 mm,較佳者小於或等於1 mm。
另一方面,相鄰兩個晶片之間的距離可大於或等於3 mm,較佳者大於或等於5 mm。
在某些實施例中,每個鋪片至少局部覆蓋住受體底材上兩個不同關注區,且在各相應關注區上一晶片從該鋪片形成。
在其他實施例中,每個鋪片至少覆蓋住受體底材上排列成正方形或長方形的四個不同關注區的各自角落,且在相應關注區的各角落上一晶片從該鋪片形成。
在其他實施例中,每個鋪片為長條狀,至少局部覆蓋住受體底材上至少三個對齊的關注區,且在各相應關注區上一晶片從該鋪片形成。
特別有利地,支撐底材及受體底材具有實質上完全相同的直徑,其大於供體底材的直徑。
仿供體底材可透過分子黏附鍵合至受體底材。
在一個較佳實施例中,每個鋪片部分的移轉依序包括,在仿供體底材的每個鋪片中植入原子物種而形成一弱化區以界定出待移轉之一鋪片部分,經由該些鋪片將仿供體底材鍵合至受體底材,以及沿著弱化區分離每個鋪片。
在其他實施例中,每個鋪片部分的移轉包括對仿供體底材的每個鋪片進行研磨及/或蝕刻的薄化。
每個鋪片的厚度可在20 µm到1000 µm之間,較佳者在100 µm到700 µm之間,每個鋪片被移轉部分的厚度可在30 nm到1.5 µm之間。
每個鋪片可包括: 一半導體材料,例如一種III-V族材料,特別是氮化銦(InN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、砷化銦(InAs)、砷化鎵(GaAs)、砷化鋁(AlAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)或磷化鋁(AlP),或一種IV族或IV-IV族材料,特別是鍺或碳化矽(SiC), 一壓電材料,例如鉭酸鋰(LiTaO 3)、鈮酸鋰(LiNbO 3)、鈮酸鉀鈉(K xNa 1-xNbO 3或KNN)、鈦酸鋇(BaTiO 3)、石英、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈮酸鉛鎂和鈦酸鉛的化合物(PMN-PT)、氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)或氮化鋁銦(AlScN),及/或 一電絕緣材料,例如鑽石、鈦酸鍶、釔安定氧化鋯或藍寶石。
在一些實施例中,該方法包括以磊晶方式在每個鋪片部分上形成至少一磊晶層之一步驟,用於將每個鋪片部分製成晶片之所述材料移除,係在該磊晶步驟之後進行。
在一些實施例中,材料移除包括: 形成一光罩,其包含一保護膜局部地覆蓋該些鋪片部分,該光罩具有一圖案,其在每個鋪片部分中界定出該些晶片,以及至少一開口,其界定出要在兩個晶片之間形成的空間; 穿過該光罩的每個開口蝕刻每個鋪片部分,以形成將該些晶片彼此分開的空間。
蝕刻可使用蝕刻液進行,光罩由一光阻劑製成。
或者,蝕刻可使用離子束進行,光罩由一金屬製成。
在其他實施例中,材料移除係以聚焦之離子束選擇性進行,該離子束被控制成只掃過需要移除的鋪片部分的區域。
本發明提出,在一受體底材上形成包含至少兩個晶片之一結構的方法,其中即使晶片在受體底材上間隔相對較大的距離及/或不是非常密集分佈之情況下,也避免了研磨不均勻性,其使用被稱為仿供體底材的一底材,該仿供體底材包含多個鋪片,每個鋪片旨在形成至少兩個晶片,該些晶片分佈在受體底材上至少兩個不同的關注區。仿供體底材透過該些鋪片鍵合至受體底材,以將該些鋪片的一部分移轉至受體底材。接下來,移除每個鋪片上的材料,尤其是晶片之間的材料,從而形成各晶片。
「不是很密集」一詞在本文中應理解為表示晶片在受體底材上的覆蓋程度,其對應於晶片的總表面積與受體底材的總表面積之比,通常小於50%,甚至小於30%,及/或相鄰兩晶片之間的距離大於或等於3 mm,或甚至大於或等於5 mm。
「關注區」一詞在本文中應理解為表示受體底材的一區,其在後續用於形成一電子電路,其不同於在相鄰區中形成的電子電路。詳言之,在製作該電子電路的後續步驟中,受體底材可被切割以形成單獨的晶片。
關注區在受體底材上不一定可見;它們可被界定在一平面上,該平面表明每個元件在製程的各步驟中於受體底材上的位置。受體底材上的關注區位置透過受體底材的參考框架(reference frame),亦即受體底材的座標系統,而連結至該平面,這樣可界定出受體底材表面上的各點位置。例如,該參考框架可包含位於受體底材邊緣上的基準點(datum point),例如半導體產業中常規使用的切口(notch),以及在受體底材平面上延伸的兩個正交軸,其中一個軸從切口沿著直徑延伸,另一個軸在底材中心與第一軸相交。
圖1繪示受體底材上關注區的分佈示例。受體底材3具有由虛線界定的多個關注區Z1、Z2、Zn (n是1與關注區總數之間的整數)。這些關注區不一定標記在受體底材的表面上,但是各關注區在受體底材參考框架中的位置是已知的。
在圖1繪示的示例中,關注區都具有相同的矩形形狀,並按列及行排列在受體底材上而形成網格。然而,在未繪示的其他實施例中,關注區可具有不同的尺寸及/或形狀。
移轉方法涉及對鋪片進行至少一次化學機械研磨。這種研磨可在下列情況下進行:將鋪片放置在支撐底材上以形成仿供體底材之後、在鍵合到受體底材之前、在移轉至受體底材的鋪片部分上、或者甚至同時在仿供體底材的鋪片上及移轉至受體底材的鋪片部分上。
相對於受體底材上晶片的覆蓋程度及晶片之間的距離,鋪片的尺寸被調整以形成至少兩個晶片的事實,可增加鋪片的覆蓋程度及/或減少仿供體底材上鋪片之間的距離。
因此,仿供體底材上的鋪片覆蓋程度,亦即鋪片的總表面積與支撐底材總表面積之比,有利地大於50%,較佳者大於75%。受體底材的直徑可與支撐底材的直徑實質上完全相同。在此情況下,這種覆蓋程度也將是移轉至受體底材的鋪片部分的覆蓋程度。
本發明有利的是,相鄰兩個鋪片之間的距離小於或等於3 mm,較佳者小於或等於1 mm。
此外,仿供體底材與受體底材可爲相對較薄的圓盤(disc)形狀,其通常具有幾百µm的厚度(在微電子領域通常稱為「晶圓」),或爲矩形形狀或任何幾何形狀。
因此,鋪片(及被移轉的鋪片部分)的分佈足夠密集以供化學機械研磨進行,而不會在鋪片或被移轉的鋪片部分之間產生厚度不均勻性。具體而言,相鄰鋪片之間的研磨布的變形被最小化,使得研磨在鋪片或鋪片部分的整個表面上實質上完全均勻。
只有在該研磨步驟之後,才透過移除移轉至受體底材的鋪片部分的材料,從而形成晶片(chips)。此材料移除導致晶片密度相對於鋪片密度而降低,但只要不必對晶片進行進一步的化學機械研磨步驟,就不會造成喪失晶片厚度及形狀均勻性的風險。
該材料移除可透過習知的各種技術來進行。
某些技術使用光罩來保護晶片表面,並露出要用蝕刻劑移除的鋪片部分之表面。
特別有利地,光罩以微影法形成,而保護膜由抗蝕刻劑的光阻劑製成,該蝕刻劑是化學蝕刻組合物。由於微影法非常精確,因此可保證晶片具有所期望的形狀及位置。
作爲替代方案,蝕刻劑可爲離子束(稱為「濺鍍」的技術)。光罩可包括一金屬保護膜或一光阻劑,其保護鋪片材料在保護膜所覆蓋的區域免受離子束的影響。
在鋪片部分的全部或部分厚度被蝕刻後,移除光罩。
可注意到的是,如果使用選擇性蝕刻法,則不需使用光罩,選擇性蝕刻方法採用受控制的聚焦離子束進行蝕刻,其只會掃過鋪片部分中需要移除的區域。
仿供體底材可透過將鋪片以逐個或小組群的方式置放在支撐底材上而產生,例如透過「取放(pick and place)」法;另一方面,則可同時進行鋪片從仿供體底材到受體底材的移轉。
因此,該方法可將一鋪片細分成幾個更小的晶片,在多個不同的關注區上延伸,這些關注區較佳者是相鄰的。因此,該方法具有形成尺寸非常小的晶片而無需將其逐一放置在受體底材上的優點,同時避免因晶片不是非常密集地分佈導致化學機械研磨引起的不均勻性問題。
例如,每個鋪片最初有一邊的長度大於或等於5 mm,較佳者大於或等於8 mm,且較佳者大於或等於10 mm。
該些鋪片可有利地由商業上無法以大尺寸供體底材形式取得的材料製成。因此,供體底材可具有小於30 cm的直徑,例如大約10或15 cm。
對於III-V族半導體材料而言尤其如此,其包括氮化物(例如二元化合物、氮化銦(InN)、氮化鎵(GaN)及氮化鋁(AlN))、砷化物(例如二元化合物、砷化銦(InAs)、砷化鎵(GaAs)及砷化鋁(AlAs))、以及磷化物(例如二元化合物、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)及磷化鋁(AlP))。
IV族或IV-IV族半導體化合物的情況也是如此,例如鍺及碳化矽。
鋪片也可由壓電材料製作,例如鉭酸鋰(LiTaO 3)或鈮酸鋰(LiNbO 3)、鈮酸鉀鈉(K xNa 1-xNbO 3或KNN)、鈦酸鋇(BaTiO 3)、石英、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈮酸鉛鎂和鈦酸鉛的化合物(PMN-PT)、氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)或氮化鋁銦(AlScN) (此清單並非限制性的)。
鋪片也可由電絕緣材料製作,例如鑽石、鈦酸鍶(SrTiO 3)、釔安定氧化鋯(YSZ)或藍寶石。
圖2至圖9概要繪示一仿供體底材之形成,其包括放置在一第一支撐底材上的鋪片,以及將鋪片部分移轉至一受體底材,然後將每個鋪片部分分成至少兩個晶片。
參照圖2,鋪片P1-P3是從供體底材2切割出來的。可使用本領域技術人員已知的任何技術來切割鋪片。詳言之,可經由鋸切法及/或解理(cleavage)法,或經由雷射切割法來進行。舉例而言,其亦可與部分電漿蝕刻切線的步驟結合,該技術也稱為「電漿切割」(plasma dicing)。
圖3繪示從圖2的供體底材取出的鋪片,被放置在支撐底材1上以形成仿供體底材10。
也可使用「取放」技術進行放置,其中機器臂抓取事先從供體底材切割下來的鋪片或鋪片組,並將其放置在支撐底材上的預定位置。
在某些實施例中,各鋪片透過分子黏附接合到支撐底材。為此,可預先對鋪片及/或支撐底材進行表面處理以促進良好的分子黏附。這些處理可特別包括清洗、沉積鍵合層(例如氧化矽(SiO 2))、鍵合之前的電漿活化、及退火。
在其他實施例(未繪出)中,將鋪片鍵合至支撐底材可能涉及一中間鍵合層,例如聚合物鍵合層、共晶鍵合層(eutectic bonding layer)或陶瓷鍵合層。
支撐底材1有利地具有大於供體底材2的直徑或尺寸。例如,支撐底材1可具有300 mm數量級直徑的圓盤形狀。
圖4繪示在該些鋪片P1-P3中形成一弱化區11,以便在該些鋪片中界定出要被移轉到受體底材的表面部分。如箭頭所示,弱化區11有利地經由將原子物種(例如氫及/或氦)植入該些鋪片而形成,其深度對應於待移轉層的厚度。
視需要地,仿供體底材可爲鋪片表面化學機械研磨的對象。
圖5繪示圖3的仿供體底材經由該些鋪片鍵合至受體底材。
在該鍵合期間,兩個底材相對於彼此定位,使得仿供體底材10的每個鋪片至少局部覆蓋住受體底材3的至少兩個不同的關注區。
在繪示的示例中,每個鋪片局部覆蓋住排列成正方形或長方形的四個關注區,亦即屬於相鄰兩行及相鄰兩列的四個關注區,四個關注區的中心形成正方形或長方形的四個頂點。因此,每個鋪片不僅覆蓋該些關注區的一部分表面,而且覆蓋位於關注區之間的受體底材表面,其在該示例中具有十字形狀。一般而言,為了最佳化受體底材表面並使材料損失最小化,關注區之間的距離被最小化。鋪片覆蓋的每個關注區表面,係根據要在晶片或關注區當中或上面形成的元件尺寸來調整。
本發明特別有利的是,每個鋪片透過分子黏附接合到受體底材3。為此,可預先對鋪片及/或受體底材進行表面處理,以促進良好的分子黏附。這些處理可特別包括清洗、沉積鍵合層例如氧化矽(SiO 2)、鍵合之前的電漿活化、研磨及退火,其較佳者在低溫下(意味著通常低於300℃)進行。
支撐底材1及受體底材3有利地具有實質上完全相同的直徑,例如大約300 mm。
接下來,參照圖6,沿著弱化區11分離鋪片,以便將該弱化區界定出的鋪片部分P’1、P’2、P’3移轉到受體底材。
放置在支撐底材上的鋪片的厚度通常在20 µm及1000 µm之間,較佳者在100 µm及700 µm之間。各鋪片的移轉部分的厚度通常在30 nm及1.5 µm之間。
依照剛剛描述的Smart Cut™法的替代方案,將仿供體底材鍵合至受體底材之後,可透過對仿供體底材的每個鋪片進行研磨及/或蝕刻的薄化以獲得鋪片部分。然而,Smart Cut TM法的一個優點是使材料損失最小化,仿供體底材可視需要地被回收並用於再次將鋪片部分移轉到相同的受體底材或另一個受體底材。
視需要地,在將該些鋪片部分(tile portions)移轉到受體底材之後,可對鋪片部分的表面進行化學機械研磨。
圖7繪示例如以光學微影法形成光罩,光罩包括局部覆蓋住每個鋪片部分的保護膜M11、M12、M13、M14,以及在保護膜部分之間延伸的開口。
保護膜被組構成界定出一圖案,該圖案對應於每個晶片在各相應關注區上的幾何形狀及位置。
開口通常對應於位在關注區之間的受體底材表面。因此,在繪示的示例中,開口是十字形狀,且在每個鋪片部分上界定出保護膜的四個矩形部分M11-M14。
依照一實施例,保護膜並未延伸到位於關注區的鋪片部分的邊緣。這使得可在後續的蝕刻步驟中也移除鋪片部分的外圍區域,例如調整鋪片部分的大小。然而,為了使材料損失最小化,鋪片的尺寸最好能使所要移除的外圍區域最小化。
該保護膜可由任何合適的抗蝕劑製成。特別是在微電子領域,例如由Shipley或AZ Electronic Materials公司出售的光阻劑,其呈黏性狀態並借助旋塗器(稱為「旋轉塗佈」操作)散佈在底材上,然後退火。UV暴露步驟可在顯影後保留或反過來消除暴露區。依照已知的「乾膜光阻(dry film photoresist)」的變化例,這些抗蝕劑也可以厚膜層壓方式施加,其厚度通常在15及50 µm之間,其以輥卷形式提供。
參照圖8,蝕刻液被施加到圖7的結構。蝕刻液的組合係基於鋪片材料而選定。例如,當鋪片由InP製成時,可在鹽酸(HCl)及磷酸(H 3PO 4)浴中進行濕式蝕刻。還可使用基於鹵化氣體(例如基於氯或基於甲烷/二氫(CH 4/H 2)混合物)的電漿蝕刻。
有利地,蝕刻液不侵蝕或幾乎不侵蝕受體底材3的材料。
作爲替代,也可使用經由離子束濺鍍,例如氬氣離子束濺鍍,的蝕刻。在這種情況下,保護膜有利地為金屬質。
在蝕刻結束時,就鋪片的全部或部分厚度而言,未被保護膜覆蓋的鋪片部分已被移除,以分離出晶片。
參照圖9,移除保護膜以便釋出晶片表面。該結構準備好用於後續製作步驟,例如在晶片上沉積或磊晶一或多個額外層、在晶片當中或上面形成電子元件等。
應當注意的是,在晶片形成之後,不進行化學機械研磨以免在晶片內產生不均勻性。換言之,任何化學機械研磨步驟都是在仿供體底材上進行,或者在鋪片部分移轉後於受體底材上進行,但其是在製成晶片的材料移除之前進行。因此,在所有情況下,化學機械研磨都在具有相對大尺寸的鋪片或鋪片部分上進行,其尺寸大於製成目標晶片所需的尺寸。更特定而言,每個鋪片的尺寸大於製作方法中目標晶片尺寸的倍數。例如,每片鋪片的尺寸可能大於目標尺寸的兩倍或四倍。
基於最終結構的預計用途及關注區的排列,可獲得多種幾何形狀。
在某些實施例中,每個鋪片至少局部覆蓋住受體底材上兩個不同的關注區,且在各相應關注區上一晶片從該鋪片形成。
例如,如圖10A繪示,每個鋪片及被移轉的鋪片部分P'1可排列成覆蓋住相鄰兩個關注區的一部分,以及該些關注區之間的受體底材表面。可進行材料移除,以移除來自面向分離關注區的表面的每個鋪片部分的材料,以及在必要時,移除面向每個關注區的每個鋪片部分的材料,以符合每個晶片p11、p12期望的幾何形狀(參見圖10B)。
依照另一示例,如圖11A繪示,每個鋪片及移轉的鋪片部分P'1、P'2、P'n可以是伸長的長條狀,其局部覆蓋住複數個對齊的關注區。然後可在屬於同列或同行的每個關注區形成一或多個對齊的晶片p11、p12、p1n (參見圖11B)。
在其他實施例中,如圖12A繪示,其為圖5的放大圖,每個鋪片及移轉的鋪片部分P'1可排列成覆蓋住受體底材上排列成正方形的四個不同關注區的各自角落,且在相應關注區的各角落上,一晶片p11、p12、p13、p14從該鋪片形成(參見圖12B)。
當然,可組合這些不同的配置。例如,可取決於要覆蓋住的關注區,移轉不同定向(例如成對垂直)的鋪片部分。
因此,該方法可隨着要由晶片製成的元件而為形成晶片提供很大的自由度。
應用示例本發明提出特別有利的應用情況,特別是在微電子領域中。
本發明的方法可在300 mm直徑的受體底材上,以不太密集的方式排列晶片。該受體底材可以是矽底材或絕緣體上矽(SOI)類型的底材。
在光子應用中,受體底材的主動層可包括光子電路,其具有被動或主動元件,例如一或多個波導、一或多個多工器、一或多個微型諧振器等。移轉到該主動層上的晶片可由InP製成,這種材料比矽更適合磊晶生長III-IV族材料堆疊以供製作雷射。
在射頻(RF)應用中,受體底材的主動層可包含以相對低頻率操作的元件,而晶片(有利地由InP或GaN製成)則可包含以較高頻率操作的元件。
在微型LED應用中,GaN晶片的尺寸有利地小於50 µm。
1:支撐底材 2:供體底材 3:受體底材 10:仿供體底材 11:弱化區 M11,M12,M13,M14:保護膜 P1,P2,P3:鋪片 P'1,P'2,P'3,P'n:鋪片部分 p11,p12,p13,p14,p1n:晶片 Z1,Z2,Zn:關注區
參照附圖,透過以下詳細描述,本發明的其他特徵及優點將可顯見,其中:圖1是受體底材的俯視圖,其上繪示關注區,圖2繪示從一供體底材取出鋪片之步驟,圖3繪示將鋪片放置在一支撐底材上以形成一仿供體底材之步驟,圖4繪示在鋪片中形成一弱化區之步驟,圖5繪示藉由鋪片將仿供體底材鍵合至一受體底材之步驟,圖6繪示沿著弱化區分離鋪片之後,將鋪片部分移轉到第二支撐底材之步驟,圖7繪示在鋪片部分上形成一光罩以界定出待形成的晶片之步驟,圖8繪示蝕刻未被光罩保護的鋪片區以形成晶片之步驟,圖9繪示蝕刻後移除保護膜之步驟,圖10A繪示一實施例,其中每個鋪片局部覆蓋住相鄰兩個關注區,圖10B繪示由該些鋪片形成的晶片分佈示例,圖11A繪示一實施例,其中每個鋪片局部覆蓋住幾個對齊的關注區,圖11B繪示由該些鋪片形成的晶片分佈示例,圖12A繪示一實施例,其中每個鋪片局部覆蓋住排列成正方形的四個關注區,圖12B繪示由該些鋪片形成的晶片分佈示例。
為便於閱讀起見,圖式不一定按實際比例繪製。此外,圖式中繪示的關注區、鋪片及晶片之數目及形狀,僅是爲了說明目的而概要繪示。
3:受體底材
P'1,P'2,P'3:鋪片部分

Claims (21)

  1. 一種用於製作在一受體底材(3)上包含至少兩個晶片(p11, p12, p13, p14)之一結構的方法,該方法包括: 經由在一支撐底材(1)上放置至少一供體底材(2)的至少一個鋪片(P1, P2, P3)而形成一仿供體底材(10); 透過該些鋪片將該仿供體底材(10)鍵合至一受體底材(3),以使每個鋪片至少局部覆蓋住該受體底材(3)上至少兩個不同的關注區(Z1, Z2, Zn); 將該些鋪片(P1, P2, P3)的一部分(P'1, P'2, P'3)移轉到該受體底材(3); 對該仿供體底材的鋪片(P1, P2, P3)及/或移轉到該受體底材的鋪片部分,進行至少一化學機械研磨步驟, 在該至少一化學機械研磨步驟之後,從該些鋪片部分(P'1, P'2, P'3)移除材料,以將每個鋪片部分分成至少兩個晶片(p11, p12, p13, p14),每個晶片設置在各自的關注區(Z1, Z2, Zn)上。
  2. 如請求項1之方法,其中,在該蝕刻步驟後,該些晶片(p11, p12, p13, p14)在該受體底材(3)上的覆蓋程度,亦即該些晶片的總表面積與該受體底材的總表面積之比,小於50%,較佳者小於30%。
  3. 如請求項1或2之方法,其中該些鋪片(P1, P2, P3)在該仿供體底材(10)上的覆蓋程度,亦即該些鋪片的總表面積與該支撐底材的總表面積之比,大於50%,較佳者大於75%。
  4. 如請求項1至3任一項之方法,其中每個鋪片(P1, P2, P3)都有一邊的長度大於或等於5 mm,較佳者大於或等於8 mm,更佳者大於或等於10 mm。
  5. 如請求項1至4任一項之方法,其中每個晶片(p11, p12, p13, p14)都有一邊的長度小於或等於5 mm,較佳者小於或等於3 mm,更佳者小於或等於1 mm。
  6. 如請求項1至5任一項之方法,其中相鄰兩個鋪片(P1, P2, P3)之間的距離小於或等於3 mm,較佳者小於或等於1 mm。
  7. 如請求項1至6任一項之方法,其中相鄰兩個晶片(p11, p12, p13, p14)之間的距離大於或等於3 mm,較佳者大於或等於5 mm。
  8. 如請求項1至7任一項之方法,其中每個鋪片至少局部覆蓋住該受體底材上兩個不同關注區,且在各相應關注區上一晶片從該鋪片形成。
  9. 如請求項1至7任一項之方法,其中每個鋪片至少覆蓋住該受體底材上排列成正方形或長方形的四個不同關注區的各自角落,且在相應關注區的各角落上一晶片從該鋪片形成。
  10. 如請求項1至7任一項之方法,其中每個鋪片爲長條狀,至少局部覆蓋住該受體底材上至少三個對齊的關注區,且在各相應關注區上一晶片從該鋪片形成。
  11. 如請求項1至10任一項之方法,其中該支撐底材(1)及該受體底材(3)具有實質上完全相同的直徑,其大於該供體底材(2)的直徑。
  12. 如請求項1至11任一項之方法,其中該仿供體底材(10)透過分子黏附鍵合至該受體底材(3)。
  13. 如請求項1至12任一項之方法,其中每個鋪片部分(P'1, P'2, P'3)的移轉依序包括,在該仿供體底材(10)的每個鋪片(P1, P2, P3)中植入原子物種而形成一弱化區(11)以界定出待移轉之一鋪片部分(P'1, P'2, P'3),經由該些鋪片(P1, P2, P3)將該仿供體底材(10)鍵合至該受體底材(3),以及沿着該弱化區(11)分離每個鋪片。
  14. 如請求項1至12任一項之方法,其中每個鋪片部分(P'1, P'2, P'3)的移轉包括對該仿供體底材的每個鋪片(P1, P2, P3)進行研磨及/或蝕刻的薄化。
  15. 如請求項1至14任一項之方法,其中每個鋪片(P1, P2, P3)的厚度在20 µm到1000 µm之間,較佳者在100 µm到700 µm之間,每個鋪片被移轉部分的厚度在30 nm到1.5 µm之間。
  16. 如請求項1至15任一項之方法,其中每個鋪片(P1, P2, P3)包括: 一半導體材料,例如一種III-V族材料,特別是氮化銦(InN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、砷化銦(InAs)、砷化鎵(GaAs)、砷化鋁(AlAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)或磷化鋁(AlP),或一種IV族或IV-IV族材料,特別是鍺或碳化矽(SiC), 一壓電材料,例如鉭酸鋰(LiTaO 3)、鈮酸鋰(LiNbO 3)、鈮酸鉀鈉(K xNa 1-xNbO 3或KNN)、鈦酸鋇(BaTiO 3)、石英、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈮酸鉛鎂和鈦酸鉛的化合物(PMN-PT)、氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)或氮化鋁銦(AlScN),及/或 一電絕緣材料,例如鑽石、鈦酸鍶、釔安定氧化鋯或藍寶石。
  17. 如請求項1至16任一項之方法,其包括以磊晶方式在每個鋪片部分上形成至少一磊晶層之一步驟,用於將每個鋪片部分製成晶片之所述材料移除,係在該磊晶步驟之後進行。
  18. 如請求項1至17任一項之方法,其中所述材料移除包括: 形成一光罩,其包含一保護膜局部地覆蓋該些鋪片部分,該光罩具有一圖案,其在每個鋪片部分中界定出該些晶片,以及至少一開口,其界定出要在兩個晶片之間形成的空間; 穿過該光罩的每個開口蝕刻每個鋪片部分,以形成將該些晶片彼此分開的空間。
  19. 如請求項18之方法,其中所述蝕刻使用蝕刻液進行,該光罩由一光阻劑製成。
  20. 如請求項18之方法,其中所述蝕刻使用離子束進行,該光罩由一金屬製成。
  21. 如請求項1至17任一項之方法,其中所述材料移除係以聚焦之離子束選擇性進行,該離子束被控制成只掃過需要移除的鋪片部分的區域。
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