[发明专利]直接晶片结合

说明书

技术领域

本公开一般地涉及用于将不同的材料连接在一起的器件和方法，并具体地涉及利用(Al)(Ga)InP(As)(Sb)结合中间层将两个半导体晶片连接在一起的方法。

背景技术

晶片连接技术可用于将具有各种性质的不同材料并成一个紧凑的工艺相容的材料系统。该技术具有很大的改革目前的高技术工业的潜力。例如，将GaAs或InP基材料连接至其他半导体材料可产生光学、光电和电子器件的集成，并且提高计算机、太阳能电池、发光二极管和其他电子器件的性能。

ΙΠ-V族半导体器件诸如多结太阳能电池中的限制之一为将具有期望的带隙组合的III-V族层并入与生长衬底晶格匹配的器件。这严重限制了可并入器件的带隙的选择，并且因此阻止了制造具有最优性能的器件。因此期望开发一种方法，其允许使生长在不同衬底上的器件集成，以便可以减少与生长衬底晶格匹配的限制。

已经使用了现有方案，诸如生长晶格不匹配的(变形的)层、机械堆积和间接晶片结合。在变形方法中，具有晶格常数的受控梯度的缓冲层在衬底和期望的变形层之间生长。在间接晶片结合方法中，器件在具有不同晶格常数的不同衬底上生长，并且介电或金属层沉积在器件的顶面上。随后经晶片结合机械地或电地使所述器件集成。最终可去除衬底之一或两者。

在变形方法中，引入具有晶格常数的受控调整的缓冲层可引入高密度缺陷，并且可导致降低器件性能的非最佳质量器件层的生长。在间接晶片结合方法中，在结合(被称为间接结合)前，经过在单独晶片上沉积粘结层，例如SiO₂、Si₃N₄、其他电介质、金属氧化物、金属等完成结合。尽管不需要高温退火，但SiO₂、Si₃N₄和金属氧化物等“结合层”是绝缘的，其不允许结合的器件的单片电集成。另一方面，利用金属层作为结合中间层的间接结合使结合的界面在光学上不透明，防止结合的界面的相对侧上的器件的光集成。在直接结合的现有技术中，直接结合的界面需要在高温(通常超过500℃)下退火相当一段时间(通常几小时)，以获得具有低电阻的机械上坚固的界面。这样持续延长的时段的高温退火将经常导致很多器件的降低的性能。

在GaAs和InP材料之间的现有半导体-半导体直接结合方案受低结合强度的影响，除非在高温(＞500℃)退火持续延长的时段。现有间接结合方案不允许跨过(across)间接结合的界面的电学传导和光学透明集成两者。

需要直接结合半导体晶片的改进的方法，其改进了结合界面处的机械完整性、光透明度和电阻，以实现功率输出、效率、性能和成本效率的增加。

发明内容

本公开提供了在GaAs和InP器件或衬底上外延生长的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)结合层，以改进用于太阳能电池和其他应用的具有InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料的GaAs基材料的直接半导体结合。在350℃的相对低的结合温度下实现了具有高的机械强度(大于4J/m²)的高度均匀的晶片水平直接半导体结合。另外，跨过半导体结合的界面实现了非常低的电阻(大约0.3Ohm-cm²)和高光透射率(大于97%)。

根据本公开，公开了组件，其包括第一晶片、在第一晶片上的第一结合层、第二晶片和在第二晶片上的第二结合层。第一和第二结合层被直接结合以形成结合的界面。第一和第二结合层分别与第一和第二晶片晶格匹配。

根据本公开，公开了制造结合的组件的方法，其包括提供第一晶片、在第一晶片上形成第一结合层以形成第一子组件、提供第二晶片、在第二晶片上形成第二结合层以形成第二子组件和结合第一结合层至第二结合层。第一和第二结合层分别与第一和第二晶片晶格匹配。

由以下优选实施方式的更详细的描述本公开的其他特征和优势将是显而易见的，该详细描述结合以实例方式说明本公开原理的附图。然而，本公开的范围不限于该优选实施方式。

附图说明

图1图解了根据本公开的预组装的结构的实施方式。

图1A图解了根据本公开的预组装的结构的另一个实施方式。

图2图解了组装了的图1的预组装的结构。

图2A图解了组装了的图1A的预组装的结构。

图3为根据本公开的连接晶片的方法步骤的流程图。

图4A图解了根据本公开的预组装的结构的另一个实施方式。

图4B图解了根据本公开的图4A的组装的结构。