[发明专利]使用基于锌、硅和氧的接合层的接合方法及相应的结构体

说明书

优先权要求

本申请要求2009年7月17日递交的美国临时专利申请第61/226,353号的申请日的权益。

技术领域

本发明的各种实施方式总体上涉及用于制造半导体结构体的方法和结构体，更具体而言涉及在半导体结构体的制造中用于形成使两个以上的元件彼此连接的接合(bonding)层的方法和结构体。

背景技术

通过使两个以上的元件彼此连接以制造所需要的结构体来制造多种半导体结构体。这些连接方法可以在通过诸如直接生长或沉积等传统方式不容易制得包含所需结构体的元件时进行使用。

两个以上元件的连接通常采用接合技术进行。这类接合技术包括通常被称作如分子接合、熔融接合、金属接合、粘接剂接合、焊料接合和直接接合等多种方法。例如，参见以下期刊出版物：Tong等，Materials，Chemistry and Physics 37：101(1994)，题为“Semiconductor wafer bonding：recent developments”和Christiansen等，Proceedings of the IEEE 94 12 2060(2006)，题为“Wafer Direct Bonding：From Advanced Substrate Engineering to Future Applications in Micro/Nanoelectronics”。

在至少一个元件的表面上形成接合层通常有助于元件彼此的接合。接合层的表面化学能够改善两个元件彼此的粘附，以使该两个元件能够以足够的接合能连接，使得能够对接合的半导体结构体进行进一步的处理而不产生不必要的过早的分离。

接合层可包含多种材料，例如包括导体(例如金属)、半导体和绝缘体。一种更为常见的接合层包含硅酸盐，例如二氧化硅，其中，二氧化硅表面的表面化学可包含能够产生较高接合能的硅烷醇(Si-OH)基团。不过，使用绝缘的接合层可能会阻碍电子在接合的元件之间流动，这可能会妨碍或阻碍两个以上元件之间的电导性。

通过使用金属接合层可以实现两个接合元件之间的电子的流动，并由此实现两个接合元件之间的电流。使用多种不同的金属材料(例如，铜和金)已经制得了金属接合层。然而，金属接合层的使用可能会严重限制光透过接合的结构体的传输，这是因为当金属层大于特定厚度时金属接合层可能会大大地阻碍光传输。因此，当接合元件是诸如用于光学结构体、光电结构体或光伏结构体中的那些在使用时光会透过其进行传输的接合元件时，金属接合层可能不是适宜的或理想的接合材料。

发明内容

本发明的多种实施方式总体上提供了用于制造半导体结构体的方法和结构体，其包括在第一元件和第二元件中的至少一个的表面上提供至少基本上由锌、硅和氧构成的接合层。在本发明的某些实施方式中，所述方法还包括在所述第一元件和所述第二元件之间设置所述接合层，并使用设置在所述第一元件和所述第二元件之间的所述接合层使所述第一元件和所述第二元件在接合界面处彼此连接。

本发明的多种实施方式还包括通过以上概述的方法形成的半导体结构体。因此，本发明的实施方式还包括一种半导体结构体，所述半导体结构体包括第一元件和第二元件以及设置在所述第一元件和所述第二元件之间并使所述第一元件和所述第二元件接合在一起的至少一个接合层，所述至少一个接合层至少基本上由锌、硅和氧构成。

本发明的其它方面和细节以及要素的替代性组合将通过以下详细描述而变得显而易见，并且也处于本发明人的发明的范围之内。

附图说明

通过参考在附图中描述的本发明的示例性实施方式的以下详细说明，可以更为充分地理解本发明，附图中：

图1A～1D示意性地描述了本发明通过使用一个接合层而用于使多个元件彼此接合的实施方式；

图2A和2B示意性地描述了本发明通过使用两个以上接合层而用于使多个元件彼此接合的另一些实施方式；

图3A和3B示意性地描述了本发明通过使用一个接合层而用于使多个元件彼此接合的实施方式，其中使一个或多个元件薄化，并在该一个或多个薄化的元件上形成另外的层结构体；

图4A～4C示意性地描述了本发明通过使用多个接合层而用于使多个元件彼此接合的又一些实施方式。

具体实施方式

本文呈现的图示不表示任何特定的材料、设备、系统或方法的实际视图，而仅是用于描述本发明的理想化表示。