形成半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】形成半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)
[0001] 背景
[0002] 本說明書總地涉及從一個或多個半導(dǎo)體晶片的多個部分器件形成多種半導(dǎo)體疊 層結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可從半導(dǎo)體錠制造而成，該半導(dǎo)體錠可被切割成盤并隨 后機加工成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。以這種方式制成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可能受半導(dǎo)體錠的尺寸限制并可能 對于制造是昂貴的。
[0003] 因此，需要無需依賴半導(dǎo)體錠機加工而制造半導(dǎo)體部件的替代方法和系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 在一個實施例中，在半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的部分器件之間形成直接熔合粘合的方法可 包括在多個半導(dǎo)體晶片中的每一個上產(chǎn)生一個或多個直接粘合表面。第一部分器件和第二 部分器件可從多個半導(dǎo)體晶片中的至少一個切割下來。第一部分器件可包括一個或多個直 接粘合表面中的第一直接粘合表面。第二部分器件可包括一個或多個直接粘合表面中的第 二直接粘合表面。第一部分器件的第一直接粘合表面和第二部分器件的第二直接粘合表面 可被干燥。第一部分器件可通過組裝塊約束。第二部分器件的第二直接粘合表面可被設(shè)置 成與第一部分器件的第一直接粘合表面接觸以限定起始接觸范圍。在第二部分器件的第二 直接粘合表面和第一部分器件的第一直接粘合表面之間可形成接近角。第二部分器件的第 二直接粘合表面和第一部分器件的第一直接粘合表面之間的接近角可閉合以形成半導(dǎo)體 疊層結(jié)構(gòu)的直接熔合粘合。直接熔合粘合可比起始接觸范圍更大。
[0005] 在另一實施例中，制造半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可包括清潔室、切割站、組裝站、第 一機械臂和第二機械臂。切割站和組裝站可各自被容納在清潔室內(nèi)。切割站可包括安裝在 夾具上方的水波導(dǎo)激光器。組裝站可包括組裝臺以及布置在組裝臺上的一個或多個組裝 塊。第一機械臂可介于切割站和組裝站之間。水波導(dǎo)激光器的夾具可被配置成當(dāng)半導(dǎo)體晶 片通過水波導(dǎo)激光器的激光束切割成第一部分器件和第二部分器件時保持半導(dǎo)體晶片。第 一機械臂可被配置成夾住第一部分器件并使第一部分器件與組裝站的組裝臺配合。第一機 械臂可被配置成在每個部分器件的起始接觸端使第一部分器件的第一直接粘合表面與第 二部分器件的第二直接粘合表面接觸并在第一部分器件的第一直接粘合表面和第二部分 器件的第二直接粘合表面之間形成起始接觸范圍和接近角。第二機械臂可被配置成閉合第 一部分器件的第一直接粘合表面和第二部分器件的第二直接粘合表面之間的接近角以形 成半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的直接熔合粘合。
[0006] 本文描述的實施例提供的這些和附加的特征將結(jié)合附圖參照下面的詳細(xì)描述得 以更充分的理解。
[0007] 附圖簡述
[0008] 附圖中示出的實施例本身是解說性和示例性的并且不旨在限制由權(quán)利要求書定 義的主題事項。解說性實施例的如下詳細(xì)說明當(dāng)結(jié)合下面的附圖閱讀時能被理解，其中相 同的結(jié)構(gòu)用相同的附圖標(biāo)記表示，在附圖中：
[0009] 圖1示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的半導(dǎo)體晶片；
[0010] 圖2示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的半導(dǎo)體晶片、多個部 分器件以及半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)；
[0011] 圖3示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)制 造系統(tǒng)；
[0012] 圖4示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的切割站；
[0013] 圖5A示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的水波導(dǎo)激光器；
[0014] 圖5B示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的水波導(dǎo)激光器的疊 層水射流的局部圖；
[0015] 圖6示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的切割半導(dǎo)體晶片的 水波導(dǎo)激光器；
[0016] 圖7A示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的組裝臺；
[0017] 圖7B示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的兩個部分器件的組 裝；
[0018] 圖7C示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的傾斜組裝臺；
[0019] 圖8示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的退火爐；
[0020] 圖9A示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的與部分器件咬合的 末端作用卡鉗；
[0021] 圖9B示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的與部分器件咬合的 末端作用卡鉗的側(cè)視圖；
[0022] 圖10示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的用激光切割的半導(dǎo) 體晶片的部分器件；
[0023] 圖IlA示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu) 的俯視圖；
[0024] 圖IlB示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的圖IlA繪出的半導(dǎo) 體疊層結(jié)構(gòu)的局部圖；
[0025] 圖IlC示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的圖IlA繪出的半導(dǎo) 體疊層結(jié)構(gòu)的局部圖；
[0026] 圖12示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的部分器件布置成具 有帶角度邊的階梯結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)；
[0027] 圖13A示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的半導(dǎo)體蓮蓬頭電 極；
[0028] 圖13B示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的具有氣體流動通 道的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)；以及
[0029] 圖14示意地繪出根據(jù)本文示出和描述的一個或多個實施例的具有氣體通道的半 導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0030] 如前面提到的那樣，本公開涉及半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)和制造半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的方法， 所述半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)例如但不限于直接粘合的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)。
[0031] 現(xiàn)在參見圖1，其示出半導(dǎo)體晶片10。半導(dǎo)體晶片10可以是薄的、圓柱形半導(dǎo)體 材料切片。合適的半導(dǎo)體材料包括但不限于硅、鍺、砷化鎵、藍(lán)寶石、碳化硅或任何其它化合 物III-V或II-VI族材料。另外，申請人已發(fā)現(xiàn)本文描述的實施例能尤為有益地用于單晶 硅。半導(dǎo)體晶片10可用于制造微器件，例如集成電路。此外，半導(dǎo)體晶片10可用來制造根 據(jù)本文披露的制造系統(tǒng)200的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)100。
[0032] 半導(dǎo)體晶片10可以多種直徑D獲得。半導(dǎo)體晶片10可形成為從大約25mm至大 約450mm范圍的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。在當(dāng)前制造系統(tǒng)200中，可提供多種厚度T的半導(dǎo)體晶片10,該 厚度T范圍從大約0. 275mm至大約0. 925mm。注意，減小的厚度T可減少制造時間，因為較 薄的半導(dǎo)體晶片10可比較厚的半導(dǎo)體晶片10更快地切割。此外，具有相對小直徑D的半 導(dǎo)體晶片10可相對較薄而不會增加在本公開的各種工藝期間使半導(dǎo)體晶片10開裂或斷裂 的風(fēng)險。本文描述的機器和站可被裝備以加工多種尺寸的半導(dǎo)體晶片10。
[0033] -同參照圖1和圖2, 一個或多個半導(dǎo)體晶片10可被切割成例如圖2中繪出的部 分器件11并被組裝到比半導(dǎo)體晶片10更大的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)100。例如，半導(dǎo)體疊層結(jié) 構(gòu)100可形成自半導(dǎo)體晶片10,其尺寸超出半導(dǎo)體晶片10的直徑D。例如，在一個實施例 中，具有大約450mm或更大直徑的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)100可使用具有300mm直徑的半導(dǎo)體晶 片10作為僅有的材料輸入來產(chǎn)生。半導(dǎo)體晶片10可被切割成部分器件11。半導(dǎo)體晶片 10的部分器件11可經(jīng)由直接粘合來組裝。在一些實施例中，半導(dǎo)體晶片10包括直接粘合 表面18,該直接粘合表面18足夠平坦和光滑以利于直接熔合粘合。在其它實施例中，半導(dǎo) 體晶片10可被清潔或以其它方式表面修飾以產(chǎn)生直接粘合表面18。直接粘合表面18可以 是親水性或疏水性的。親水性直接粘合表面18可具有水滴和直接粘合表面18之間的小接 觸角（例如5°或更?。┑奶卣鳌Ｊ杷灾苯诱澈媳砻?8可具有水滴和直接粘合表面18 之間的大接觸角（例如90°或更大）的特征。當(dāng)接觸時，足夠光滑并且原子清潔的兩個直 接粘合表面18能在其間形成直接熔合粘合。直接粘合表面18可具有50?；蚋〉谋砻?粗糙度Ra，例如25埃的表面粗糙度Ra或更小，例如大約1-5埃的表面粗糙度Ra?？赏ㄟ^ 分子間作用形成直接熔合粘合，所述分子間作用包括范德瓦爾斯力、氫鍵和共價鍵。
[0034] 因此，部分器件11可用作構(gòu)筑塊以形成半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)100,該半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu) 100具有形成自部分器件11的多層。本文描述的半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)100可被形成為任