[发明专利]利用电路层转移制造多层结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过将由初始衬底形成的至少一层转移到最终衬底上而制造的多层半导体结构(也称为多层半导体晶片)的领域，所述层例如对应于初始衬底的形成多个微元件的部分。

背景技术

三维元件集成技术(3D-集成)需要将一层或多层微元件转移到最终衬底上，所述最终衬底本身可能合并有微元件。该转移的一层或多层包括至少部分在初始衬底上制造的微元件(电子、光电子等元件)，然后所述层堆叠在最终衬底上。主要因为存在于单层上的微元件尺寸很小且数量很大，每个转移的层必须以极高的精确度放置在最终衬底上，从而与下面的层非常严密地对齐。进一步地，可能需要在层转移之后对层进行处理，例如形成其他微元件，从而暴露表面上的微元件、产生相互连接等等；考虑到层中存在的元件，所述处理也必须以极高的精确度进行。

然而，申请人认识到转移之后存在的环境即便可能，也是非常难以形成与转移之前形成的所有微元件对齐的额外的微元件。

结合图1A到1F描述了这种未对齐现象，其描述了通过将形成在初始衬底上的微元件层转移到最终衬底，之后在键合后的初始衬底的暴露表面上形成额外的微元件层，从而制造三维结构的示例。图1A描述了初始衬底10，其具有自己特有的形状或“固有几何特征”。事实上，如图1A中故意夸大的，并且用网格(虚线)使变形区可视化的表示所示，初始衬底10是由半导体材料的晶片构成，该晶片具有测微尺度(on the micrometric scale)的变形，该变形主要对应于弯曲(bow)以及翘曲(warp)或屈曲(buckle)。根据从晶片的中值表面到中心的位置的测量，晶片弯曲的特征为晶片的凹陷或凸出变形，而翘曲的特征是对应于在晶片的整个中值表面上中值表面相对于参考平面的最大距离和最小距离之间的差的变形。这两类变形意味着可以刻画晶片的固有几何特征；简单来说，这可以归类为芯片类型几何特征。

如图1B和1C所示，第一组微元件11形成在初始衬底10的表面上。微元件11是利用掩模通过光刻界定的，所述掩模界定了用于形成对应于要制造的微元件11的图形的区域。当通过光刻界定微元件11时，初始衬底10固定在衬底承载装置12上。衬底承载装置包括支撑压盘12a，初始衬底10例如通过静电系统或与支撑压盘12a相关联的吸入系统贴合地(flush)固定在支撑压盘12a上。衬底承载装置12可以在“硬化”位置固定初始衬底10，即在该位置中，相比于没有被该装置12固定的相同衬底表现的变形，初始衬底10的弯曲/翘曲类型的变形减小了。换言之，微元件11是形成在最初稍微应变(在张力或压力下)的衬底上，一旦衬底从装置12上释放，应力就会松弛。该应力的水平也与在界定微元件的步骤中衬底承受的温度有关，该温度可能是环境的周围环境温度，或衬底承载装置施加的受控温度。

如图1D所示，然后使包括微元件11的初始衬底10的表面与最终衬底20的一个表面紧密接触。进行初始衬底10和最终衬底20之间的键合，例如优选地通过晶片键合。因此，获得了衬底10和20之间的键合界面处的微元件11的掩埋层。如图1E所示，在键合之后，初始衬底10被薄化从而移除该层微元件11之上存在的材料的一部分。因此获得了由最终衬底20和对应于初始衬底10的剩余部分的层10a形成的复合结构30。

一旦被键合到最终衬底20上，初始衬底10的几何特征就与图1A中其最初具有的几何特征不同了。键合后初始衬底10的该新的几何特征特别是由以下事实造成的：最终衬底20也具有包括弯曲/翘曲变形的固有的几何特征，这些变形与初始衬底10中最初显出的变形不同。因此，当初始衬底10与最终衬底20紧密接触时，初始衬底10和最终衬底20必须至少部分地适应彼此的几何特征，这就在初始衬底10和最终衬底20的每一个中产生了张应力和压应力区。当它们松弛时，这些应力导致了初始衬底的几何特征的改变，即初始衬底的最初的弯曲/翘曲类型变形的改变。

初始衬底10的几何特征的这种改变在其薄化之后(图1E)甚至更为显著。一旦薄化，初始衬底10的剩余部分(对应于层10a)的厚度比最终衬底20的厚度小得多，这样最终衬底20“强加”其几何特征给作为整体的结构上的更大的区域。这样层10a就必须符合最终衬底20的几何特征，因此进一步偏离初始衬底10的开始的几何特征。