直接键合的晶格失配的半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的系统和方法涉及一种半导体器件，并且更具体而言，涉及一种直接键合的晶格失配的半导体器件。
【背景技术】
[0002]晶片连接(wafer joining)技术可用于将来自不同材料的各种特性集成到一个紧凑的工艺兼容(process-compatible)的材料系统中。晶片连接技术具有极大潜力。例如，连接GaAs或InP基材料到其它半导体材料可导致光学器件、光伏器件和电子器件的集成，并提高计算机、太阳能电池、发光二极管和其它电子器件的性能。
[0003]II1-V族半导体材料由周期表III族的一种或多种元素和周期表V族的一种或多种兀素组成。II1-V族半导体器件例如多结太阳能电池的限制之一是需要向半导体器件中并入各种晶格匹配的器件元件。特别地，在半导体器件中，晶格匹配可限制器件元件间可能的带隙组合。因此，为了扩大或加宽半导体器件中各种器件元件间的带隙组合，倒置变形(inverted metamorphic) (IMM)技术可被用来生长与其生长衬底晶格失配的器件元件。特别地，IMM技术可颠倒器件元件的正常生长次序，其中晶格失配的器件元件可最后生长。而且，多个透明缓冲层可用于吸收各器件元件间晶格失配的应变。然而，并入多个透明缓冲层会增加半导体器件的成本。而且，使用IMM技术生长得到的半导体器件会需要额外的器件把持部(device handle)，其同样增大了半导体器件的成本。
[0004]在另一种制造半导体器件的方法中，特定带隙组合的晶格匹配的材料可直接相互键合。为了降低成本，牺牲性横向蚀刻层和外延剥离工艺可被用来循环利用生长衬底。生长衬底的一些实例包括GaAs基、InP基和GaSb基材料。然而，仍存在对成本有效的半导体器件的需求，其在器件元件间具有相对宽范围的带隙组合。
【发明内容】
[0005]在一方面，提供了一种半导体器件，其包含第一组件和第二组件。第一组件可包含第一键合层(bonding layer)和第一衬底。第二组件可包含第二衬底和可与第一键合层直接键合的第二键合层。第一键合层和第二键合层可相互晶格失配。下列至少之一可被选择:第一键合层与第一衬底晶格失配，和第二键合层与第二衬底晶格失配。
[0006]在另一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，可包括提供包含第一键合层和第一衬底的第一组件。该方法还可包括提供包含第二衬底和第二键合层的第二组件。该方法还可包括将第一键合层和第二键合层直接键合在一起。第一键合层和第二键合层可相互晶格失配。下列至少之一被选择:第一键合层可与第一衬底晶格失配，和第二键合层与第二衬底晶格失配。
[0007]在一方面，提供了一种半导体器件，其包括:包含第一键合层和第一衬底的第一组件；和包含第二衬底和第二键合层的第二组件，第二键合层与第一键合层直接键合，其中第一键合层和第二键合层相互晶格失配，并且其中下列至少之一可被选择:第一键合层与第一衬底晶格失配，和第二键合层与第二衬底晶格失配。
[0008]有利地，第二键合层与第二衬底晶格失配。
[0009]有利地，缓冲层在第二衬底上外延生长。
[0010]任选地，第二衬底由锗(Ge)构成。
[0011]任选地，第二衬底包含活性Ge亚晶胞(subcell)。
[0012]有利地，第二组件包含与第二衬底晶格失配的半导体层。
[0013]有利地，第一键合层与第一衬底晶格失配。
[0014]有利地，第一组件包含与第一衬底晶格匹配的第一半导体层。
[0015]有利地，第一组件包含在第一半导体层上外延生长的缓冲层。
[0016]有利地，第一组件包含与第一衬底晶格失配的第二半导体层。
[0017]有利地，第二半导体层在缓冲层上外延生长。
[0018]有利地，第一组件和第二组件至少之一包括光伏器件和太阳能电池中的一种。
[0019]在另一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，其包括:提供包含第一键合层和第一衬底的第一组件；提供包含第二衬底和第二键合层的第二组件；将第一键合层和第二键合层直接键合在一起，其中第一键合层与第二键合层相互晶格失配；和选择下列至少之一:使第一键合层与第一衬底晶格失配，和使第二键合层与第二衬底晶格失配。
[0020]有利地，该方法包括选择使第二键合层与第二衬底晶格失配，和在第二衬底上外延生长缓冲层。
[0021 ] 有利地，在缓冲层上外延生长第二键合层。
[0022]有利地，该方法包括构建锗(Ge)的第二衬底。
[0023]任选地，该方法包括通过将掺杂剂扩散进第二衬底层，在第二衬底中制造活性Ge亚晶胞。
[0024]有利地，该方法包括在第一组件的第一衬底上外延生长第一半导体层，其中第一半导体层与第一衬底晶格匹配。
[0025]有利地，该方法包括在第一半导体层上外延生长缓冲层。
[0026]有利地，该方法包括在缓冲层上外延生长第二半导体层，其中第二半导体层与第一衬底晶格失配，并且其中第一键合层与第一衬底晶格失配。
[0027]该公开的方法和系统的其它目的和优势将从下面的说明书、附图和附带的权利要求中显现出来。
【附图说明】
[0028]图1是包含第一组件和第二组件的预装结构(preassembled structure)的一个实施方式的图解；
[0029]图2是图1所示的第一组件和第二组件相互直接键合以制造半导体器件的图解；
[0030]图3是图解图2所示的半导体器件的制作方法的代表性工艺流程图；
[0031]图4是包含第一组件和第二组件的预装结构的另一个实施方式的图解；
[0032]图5是图4所示的第一组件和第二组件相互直接键合以制造半导体器件的图解；
[0033]图6是图解图5所示的半导体器件的制作方法的代表性工艺流程图；
[0034]图7是包含第一组件和第二组件的预装结构的仍另一个实施方式的图解；
[0035]图8是图7所示的第一组件和第二组件相互直接键合以制造半导体器件的图解；
[0036]图9是图解图8所示的半导体器件的制作方法的代表性工艺流程图。
【具体实施方式】
[0037]如图1所示，根据公开内容的一个实施方式的预装结构100可包含第一组件102和第二组件104。第一组件102可包含第一晶片110和在第一晶片110的第一表面I 1a上并与其直接相邻的第一键合层120。第一晶片110可以是选自II1-V族材料的半导体。在一个实施方式中，第一晶片110可选自硅(Si)、锗(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可以是选自硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、锑化镓(GaSb)、砷化镓铟(GaInAs)、磷化镓铟(GaInP)、氮化镓铟Ga (In) N材料的材料层的表面。
[0038]第一键合层120可在第一晶片110的第一表面IlOa上外延生长。在一个实施方式中，第一键合层120可以是(Al) (Ga)InP(As) (Sb)材料，其具有等于或大于大约5 X 118/cm3的相对高的掺杂剂浓度。应当理解，相对高的掺杂浓度对足够的机械键合可能不是必要的，但可需要用于获得键合界面(在图2示为键合界面150)上的低电阻。然而，如果键合界面150上的低电阻是不需要的，那么第一键合层120中相对高的掺杂浓度可以是不必要的。如本文所使用和如本领域所惯用，(Al) (Ga)InP(As) (Sb)材料中使用的括号表示铝、镓、砷和锑的并入是任选的。在如图1所示的实施方式中，第一键合