直接鍵合的晶格失配的半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的系統(tǒng)和方法涉及一種半導(dǎo)體器件，并且更具體而言，涉及一種直接鍵合的晶格失配的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]晶片連接(wafer joining)技術(shù)可用于將來自不同材料的各種特性集成到一個(gè)緊湊的工藝兼容(process-compatible)的材料系統(tǒng)中。晶片連接技術(shù)具有極大潛力。例如，連接GaAs或InP基材料到其它半導(dǎo)體材料可導(dǎo)致光學(xué)器件、光伏器件和電子器件的集成，并提高計(jì)算機(jī)、太陽能電池、發(fā)光二極管和其它電子器件的性能。
[0003]II1-V族半導(dǎo)體材料由周期表III族的一種或多種元素和周期表V族的一種或多種兀素組成。II1-V族半導(dǎo)體器件例如多結(jié)太陽能電池的限制之一是需要向半導(dǎo)體器件中并入各種晶格匹配的器件元件。特別地，在半導(dǎo)體器件中，晶格匹配可限制器件元件間可能的帶隙組合。因此，為了擴(kuò)大或加寬半導(dǎo)體器件中各種器件元件間的帶隙組合，倒置變形(inverted metamorphic) (IMM)技術(shù)可被用來生長與其生長襯底晶格失配的器件元件。特別地，IMM技術(shù)可顛倒器件元件的正常生長次序，其中晶格失配的器件元件可最后生長。而且，多個(gè)透明緩沖層可用于吸收各器件元件間晶格失配的應(yīng)變。然而，并入多個(gè)透明緩沖層會(huì)增加半導(dǎo)體器件的成本。而且，使用IMM技術(shù)生長得到的半導(dǎo)體器件會(huì)需要額外的器件把持部(device handle)，其同樣增大了半導(dǎo)體器件的成本。
[0004]在另一種制造半導(dǎo)體器件的方法中，特定帶隙組合的晶格匹配的材料可直接相互鍵合。為了降低成本，犧牲性橫向蝕刻層和外延剝離工藝可被用來循環(huán)利用生長襯底。生長襯底的一些實(shí)例包括GaAs基、InP基和GaSb基材料。然而，仍存在對(duì)成本有效的半導(dǎo)體器件的需求，其在器件元件間具有相對(duì)寬范圍的帶隙組合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，其包含第一組件和第二組件。第一組件可包含第一鍵合層(bonding layer)和第一襯底。第二組件可包含第二襯底和可與第一鍵合層直接鍵合的第二鍵合層。第一鍵合層和第二鍵合層可相互晶格失配。下列至少之一可被選擇:第一鍵合層與第一襯底晶格失配，和第二鍵合層與第二襯底晶格失配。
[0006]在另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，可包括提供包含第一鍵合層和第一襯底的第一組件。該方法還可包括提供包含第二襯底和第二鍵合層的第二組件。該方法還可包括將第一鍵合層和第二鍵合層直接鍵合在一起。第一鍵合層和第二鍵合層可相互晶格失配。下列至少之一被選擇:第一鍵合層可與第一襯底晶格失配，和第二鍵合層與第二襯底晶格失配。
[0007]在一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，其包括:包含第一鍵合層和第一襯底的第一組件；和包含第二襯底和第二鍵合層的第二組件，第二鍵合層與第一鍵合層直接鍵合，其中第一鍵合層和第二鍵合層相互晶格失配，并且其中下列至少之一可被選擇:第一鍵合層與第一襯底晶格失配，和第二鍵合層與第二襯底晶格失配。
[0008]有利地，第二鍵合層與第二襯底晶格失配。
[0009]有利地，緩沖層在第二襯底上外延生長。
[0010]任選地，第二襯底由鍺(Ge)構(gòu)成。
[0011]任選地，第二襯底包含活性Ge亞晶胞(subcell)。
[0012]有利地，第二組件包含與第二襯底晶格失配的半導(dǎo)體層。
[0013]有利地，第一鍵合層與第一襯底晶格失配。
[0014]有利地，第一組件包含與第一襯底晶格匹配的第一半導(dǎo)體層。
[0015]有利地，第一組件包含在第一半導(dǎo)體層上外延生長的緩沖層。
[0016]有利地，第一組件包含與第一襯底晶格失配的第二半導(dǎo)體層。
[0017]有利地，第二半導(dǎo)體層在緩沖層上外延生長。
[0018]有利地，第一組件和第二組件至少之一包括光伏器件和太陽能電池中的一種。
[0019]在另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括:提供包含第一鍵合層和第一襯底的第一組件；提供包含第二襯底和第二鍵合層的第二組件；將第一鍵合層和第二鍵合層直接鍵合在一起，其中第一鍵合層與第二鍵合層相互晶格失配；和選擇下列至少之一:使第一鍵合層與第一襯底晶格失配，和使第二鍵合層與第二襯底晶格失配。
[0020]有利地，該方法包括選擇使第二鍵合層與第二襯底晶格失配，和在第二襯底上外延生長緩沖層。
[0021 ] 有利地，在緩沖層上外延生長第二鍵合層。
[0022]有利地，該方法包括構(gòu)建鍺(Ge)的第二襯底。
[0023]任選地，該方法包括通過將摻雜劑擴(kuò)散進(jìn)第二襯底層，在第二襯底中制造活性Ge亞晶胞。
[0024]有利地，該方法包括在第一組件的第一襯底上外延生長第一半導(dǎo)體層，其中第一半導(dǎo)體層與第一襯底晶格匹配。
[0025]有利地，該方法包括在第一半導(dǎo)體層上外延生長緩沖層。
[0026]有利地，該方法包括在緩沖層上外延生長第二半導(dǎo)體層，其中第二半導(dǎo)體層與第一襯底晶格失配，并且其中第一鍵合層與第一襯底晶格失配。
[0027]該公開的方法和系統(tǒng)的其它目的和優(yōu)勢(shì)將從下面的說明書、附圖和附帶的權(quán)利要求中顯現(xiàn)出來。
【附圖說明】
[0028]圖1是包含第一組件和第二組件的預(yù)裝結(jié)構(gòu)(preassembled structure)的一個(gè)實(shí)施方式的圖解；
[0029]圖2是圖1所示的第一組件和第二組件相互直接鍵合以制造半導(dǎo)體器件的圖解；
[0030]圖3是圖解圖2所示的半導(dǎo)體器件的制作方法的代表性工藝流程圖；
[0031]圖4是包含第一組件和第二組件的預(yù)裝結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式的圖解；
[0032]圖5是圖4所示的第一組件和第二組件相互直接鍵合以制造半導(dǎo)體器件的圖解；
[0033]圖6是圖解圖5所示的半導(dǎo)體器件的制作方法的代表性工藝流程圖；
[0034]圖7是包含第一組件和第二組件的預(yù)裝結(jié)構(gòu)的仍另一個(gè)實(shí)施方式的圖解；
[0035]圖8是圖7所示的第一組件和第二組件相互直接鍵合以制造半導(dǎo)體器件的圖解；
[0036]圖9是圖解圖8所示的半導(dǎo)體器件的制作方法的代表性工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]如圖1所示，根據(jù)公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式的預(yù)裝結(jié)構(gòu)100可包含第一組件102和第二組件104。第一組件102可包含第一晶片110和在第一晶片110的第一表面I 1a上并與其直接相鄰的第一鍵合層120。第一晶片110可以是選自II1-V族材料的半導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片110可選自硅(Si)、鍺(Ge)、GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基、Ga (In)N基材料。第一晶片110的第一表面IlOa可以是選自硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)、銻化鎵(GaSb)、砷化鎵銦(GaInAs)、磷化鎵銦(GaInP)、氮化鎵銦Ga (In) N材料的材料層的表面。
[0038]第一鍵合層120可在第一晶片110的第一表面IlOa上外延生長。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一鍵合層120可以是(Al) (Ga)InP(As) (Sb)材料，其具有等于或大于大約5 X 118/cm3的相對(duì)高的摻雜劑濃度。應(yīng)當(dāng)理解，相對(duì)高的摻雜濃度對(duì)足夠的機(jī)械鍵合可能不是必要的，但可需要用于獲得鍵合界面(在圖2示為鍵合界面150)上的低電阻。然而，如果鍵合界面150上的低電阻是不需要的，那么第一鍵合層120中相對(duì)高的摻雜濃度可以是不必要的。如本文所使用和如本領(lǐng)域所慣用，(Al) (Ga)InP(As) (Sb)材料中使用的括號(hào)表示鋁、鎵、砷和銻的并入是任選的。在如圖1所示的實(shí)施方式中，第一鍵合