[发明专利]直接圆片结合结构和方法

说明书

一般来说，本发明涉及一种半导体结构的制造，而更具体地说，涉及一种直接圆片(wafer)结合(bonded)结构的制造。

在过去曾经报告了将一个半导体衬底直接圆片结合到绝缘衬底上，或结合到在半导体衬底上形成的绝缘层上。这样的结构通常称为在绝缘体上的半导体(SOI)，或者介电绝缘直接圆片结合结构。典型地，这些直接圆片结合结构使用包括扩散杂质或掺杂多晶硅的隐埋层。然而，这些隐埋层具有薄层电阻值为20Ω/□量级的缺点。高的薄层电阻值引起大的RC时间常数，从而产生不希望有的长时间延迟。因此，包括高温金属氮化物，例如氮化钛、氮化钒和氮化钨的隐埋层是所希望的，因为它们的表面电阻值为10Ω/□量级，而且在超过1100℃时还是稳定的。

然而，当将一个图案高温金属氮化物层用于隐埋层时，在高温金属氮化物层和该高温金属氮化物层上形成的介电层之间，发生显著的粘接问题。当该层随后处于高温下时，这些问题更加明显。不良的粘结消极地影响结合圆片的产量和器件的可靠性。在介电层形成在高温金属氮化层上之后，该直接圆片结合处理需要在高温下进行处理。所以，需要一种在高温金属氮化物层上形成介电层的处理，使得该两层在经受高温时在其间具有良好的粘结。

此外，直接圆片结构常常将有低热传导率的厚介电层引入结合的衬底之间。具有低的热传导率的厚介电层造成不良的散热，从而使逻辑器件和功率器件的大规模集成复杂化。所以，也需要具有良好热传导率的直接圆片结合结构。

简而言之，本发明提供了一种形成直接圆片结合结构的方法。一个图案高温金属氮化物层形成在有源衬底(active substrate)的一个第一表面上。使用非氧化的光致抗蚀剥离剂，把用来形成高温金属氮化层图案的光致抗蚀剂层去除。一个中间层形成在高温金属氮化物层上和该第一表面的一部分上，其中在随后的高温环境下该中间层粘接到高温金属氮化物层上。将中间层退火以减小在中间层中的应力，将它平整化，并结合到处理(handle)衬底上。中间层将高温金属氮化物层与处理衬底电绝缘。

还提供了一种结构。该结构有一个第一传导率型的有源衬底。一个高温金属氮化物隐埋层位于该有源衬底的一个第一表面的一部分上。一个中间层覆盖该高温金属氮化物层和该第一表面的一部分。将该中间层平整化、并且在高温条件下粘接到高温金属氮化物层上。一个处理衬底连接到中间层上，其中该中间层将高温金属氮化物层与处理衬底电绝缘。

图1图示本发明第一实施例的一个放大的截面视图；

图2—10图示各个制造步骤的图1实施例的放大截面视图；

图11—14图示各个制造步骤的本发明第二实施例的放大截面视图；

图15图示本发明第二实施例的一个放大的截面视图；和

图16图示本发明第三实施的一个放大的截面视图。

一般来说，本发明提供一种制造具有一个高温金属氮化物隐埋层的直接圆片结合结构的方法。参照图1—14，可以更充分地描述本发明。图1是按照本发明直接圆片结构结构的一个实施例的放大截面视图。该直接圆片结合结构，包括有源衬底11，在有源衬底11的一个第1表面上形成的高温金属氮化物隐埋层16，中间层26，以及处理衬底24，在第一实施例中，中间层包括介电层17和多晶半导体层18和19。最好，在圆片结合之前，在处理衬底24上形成介电层29。在一个最佳实施例中，有源衬底11包括：高掺杂区12和14，其形成绝缘区；和高掺杂区13，其形成接触区。

为了制造图1中所示的直接圆片结合衬底，实验工作表明，要在高温金属氮化物层16和介电层17之间提供良好的粘结，就需要在沉积介电层17之前，在非氧化环境中处理高温金属氮化物层16。曾发现，在诸多情况中的、在沉积介电层17之前高温金属氮化层16的表面氧化，大大地降低了两层之间的粘结；特别是在该两层后来暴露在高温下的时侯，例如在高温直接圆片结合处理的情况下，更是如此。

在一个沉积介电层17之前在非氧化环境中处理高温金属氮化物层16的最佳实施例中，图2表示前期制造步骤中的有源衬底11的放大截面视图。衬底11包括一个第一传导率型半导体材料和一个第一与第二表面。最好，衬底11有局部的由第一表面延伸的高掺杂区12、13和14。最好，衬底11由硅组成，并且掺杂以n—型杂质，例如磷，其杂质浓度为1.0×10¹⁵到3.0×10¹⁶原子/厘米³量级。最好，衬底11是(100)晶体取向的。