专利名称：使用基于锌、硅和氧的接合层的接合方法及相应的结构体的制作方法
技术领域：
本发明的各种实施方式总体上涉及用于制造半导体结构体的方法和结构体，更具体而言涉及在半导体结构体的制造中用于形成使两个以上的元件彼此连接的接合(bonding)层的方法和结构体。
背景技术：
通过使两个以上的元件彼此连接以制造所需要的结构体来制造多种半导体结构体。这些连接方法可以在通过诸如直接生长或沉积等传统方式不容易制得包含所需结构体的元件时进行使用。两个以上元件的连接通常采用接合技术进行。这类接合技术包括通常被称作如分子接合、熔融接合、金属接合、粘接剂接合、焊料接合和直接接合等多种方法。例如，参见以下期刊出版物:Tong 等,Materials, Chemistry and Physics 37 :101 (1994),题为“Semiconductor wafer bonding recent developments”和Christiansen等，Proceedingsof the IEEE 94 12 2060 (2006),题为“Wafer Direct Bonding From Advanced SubstrateEngineering to Future Applications in Micro/Nanoelectronics，，。在至少一个元件的表面上形成接合层通常有助于元件彼此的接合。接合层的表面化学能够改善两个元件彼此的粘附，以使该两个元件能够以足够的接合能连接，使得能够对接合的半导体结构体进行进一步的处理而不产生不必要的过早的分离。接合层可包含多种材料，例如包括导体(例如金属)、半导体和绝缘体。一种更为常见的接合层包含硅酸盐，例如二氧化硅，其中，二氧化硅表面的表面化学可包含能够产生较高接合能的硅烷醇(Si-OH)基团。不过，使用绝缘的接合层可能会阻碍电子在接合的元件之间流动，这可能会妨碍或阻碍两个以上元件之间的电导性。通过使用金属接合层可以实现两个接合元件之间的电子的流动，并由此实现两个接合元件之间的电流。使用多种不同的金属材料(例如，铜和金)已经制得了金属接合层。然而，金属接合层的使用可能会严重限制光透过接合的结构体的传输，这是因为当金属层大于特定厚度时金属接合层可能会大大地阻碍光传输。因此，当接合元件是诸如用于光学结构体、光电结构体或光伏结构体中的那些在使用时光会透过其进行传输的接合元件时，金属接合层可能不是适宜的或理想的接合材料。
发明内容
本发明的多种实施方式总体上提供了用于制造半导体结构体的方法和结构体，其包括在第一元件和第二元件中的至少一个的表面上提供至少基本上由锌、硅和氧构成的接合层。在本发明的某些实施方式中，所述方法还包括在所述第一元件和所述第二元件之间设置所述接合层，并使用设置在所述第一元件和所述第二元件之间的所述接合层使所述第一元件和所述第二元件在接合界面处彼此连接本发明的多种实施方式还包括通过以上概述的方法形成的半导体结构体。因此，本发明的实施方式还包括一种半导体结构体，所述半导体结构体包括第一元件和第二元件以及设置在所述第一元件和所述第二元件之间并使所述第一元件和所述第二元件接合在一起的至少一个接合层，所述至少一个接合层至少基本上由锌、硅和氧构成。本发明的其它方面和细节以及要素的替代性组合将通过以下详细描述而变得显而易见，并且也处于本发明人的发明的范围之内。
通过参考在附图中描述的本发明的示例性实施方式的以下详细说明，可以更为充分地理解本发明，附图中图IA ID示意性地描述了本发明通过使用一个接合层而用于使多个元件彼此接合的实施方式；图2A和2B示意性地描述了本发明通过使用两个以上接合层而用于使多个元件彼此接合的另一些实施方式；图3A和3B示意性地描述了本发明通过使用一个接合层而用于使多个元件彼此接合的实施方式，其中使一个或多个元件薄化，并在该一个或多个薄化的元件上形成另外的层结构体；图4A 4C示意性地描述了本发明通过使用多个接合层而用于使多个元件彼此接合的又一些实施方式。
具体实施例方式本文呈现的图示不表示任何特定的材料、设备、系统或方法的实际视图，而仅是用于描述本发明的理想化表示。本文使用的标题仅为清楚起见，并无任何限制用意。本文中引用了多个参考文件。此外，不管以上如何表征，所引用的参考文件均不被认为是本文要求保护主题的发明的现有技术。下面参考图IA ID描述本发明的一个不例性实施方式。图IA描述了包含第一元件102的半导体结构体100。该第一元件可包含多种结构体和材料。例如，所述第一元件可包括层结构体、器件结构体和接合结构体中的至少一个(含有两个以上的层、器件或彼此接合的层和器件的结构体)。更详细地说，层结构体可包含至少基本上均质的单一材料层。一些这样的层结构体包括在本领域中称为自支撑衬底(FS衬底)的结构体。均质材料例如可包含单质材料或化合物材料，并且可以是导电性的(例如，金属的)、半导电性的或绝缘性的。在一些实施方式中，所述均质材料可包含硅、锗、碳化硅、III族砷化物、III族磷化物、III族氮化物、III族锑化物、II族-VI族化合物、金属、金属合金、蓝宝石、石英和氧化锌中的一种或多种。在另外的实施方式中，第一元件102可包含一种层结构体，该层结构体包括含有两种以上材料的异质结构体。这样的异质结构体可以在基体衬底上含有模板结构体(例如，半导体层)。在这样的实施方式中，模板结构体和基体衬底可包含如前所述的材料。此夕卜，层结构体可含有生长、沉积或放置在彼此顶部的两种以上材料，以形成层堆叠体。同样，这样的结构体也可以含有如前所述的材料。在本发明的另一些实施方式中，第一元件102可以包含器件结构体。器件结构体可包含有源组件、无源组件及其混合物。器件结构体可包含例如开关结构体(如晶体管等)、发光结构体(如激光二极管、发光二极管等)、光接收结构体(如波导管、分光器、混合器、光电二极管、太阳能电池、太阳能子电池等)、微机电系统结构体(如加速度计、压力传感器等)。应当注意，器件结构体(即，接合用第一元件)可包含非功能性组件部分，该非功能性组件部分在与一个以上另外的元件接合时生成功能性器件结构体。还应注意，构成器件结构体的材料可包括如前所述的以上材料。在本发明的又一些实施方式中，第一元件102可包含接合结构体，其中利用已知方法和/或本文所述的本发明的方法使两个以上元件连接并接合在一起。下文中将更为详细地描述此类接合的结构体。图IB描述了包含第一元件102和接合层106的半导体结构体104。接合层106可以邻近第一兀件102的表面108形成。该接合层可包含锌、娃和氧。在一些实施方式中，该接合层可主要由锌、硅和氧构成。在一些实施方式中，接合层106可含有化合物ZnSiO，其中ZnSiO化合物的化学计量数不受任何限制。在本发明的一些实施方式中，接合层106具有的厚度Cl1 (如图IB中所示)为大于约IOnm,或者在另一些实施方式中为大于150nm,或者在又一些实施方式中为大于lOOOnm。ZnSiO接合层106的组成在总厚度Cl1的大部分中至少基本上是恒定的，或者其组成也可以根据接合层106的所需性质而在厚度Cl1中变化。例如，接合层106可在邻近表面108的厚度d2内具有某一组成，而接合层106在厚度d2外部的组成可以与接合层106在厚度d2内的组成相同或不同。另外，接合层106的接合表面110可以以使得接合表面110的表面化学能够有助于接合层106连接至另外的元件的方式进行处理或形成。接合层106可通过多种方法形成在第一元件102的表面108上，这些方法包括化学气相沉积(CVD)(例如，金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE))、物理气相沉积(PVD)(例如，脉冲激光沉积(PLD)、电子束蒸发或溅射)。例如，Veeco CompoundSemiconductor, Inc.和 Structured Materials Industries, Inc.均制造了用于沉积ZnSiO的CVD反应器。例如，参见Mitrovic等在2006年10月6日递交的美国专利申请第11/544，075号(美国专利申请公开第2007/0134419A1号，于2007年6月14日公开)和Tompa等在2007年10月10日递交的美国专利申请第11/973，766号(美国专利申请公开第2008/0142810A1号，于2008年6月19日公开)。通过在CVD反应器(例如，MOCVD反应器)中放置第一元件102可以形成接合层106。二乙基锌(C2H5)2Zn可用作接合层106的锌成分的前体，硅烷可用作接合层106的硅成分的前体，而且如氧气等氧化性气体可用作接合层106的氧成分的前体。反应器温度可 维持在约400°C 约700°C的温度，腔室压力可维持在约5Torr 约25Torr之间。也可以利用脉冲激光沉积(PLD)来形成ZnSiO。例如，可以将第一元件102装载入真空室中，并可以使用激光来使材料从硅酸锌陶瓷靶上剥落。剥落的材料可以在元件102的表面108上沉积为ZnSiO。例如，参见以下期刊出版物Yan等，Thin Solid Films515 :1877 (2006),题为“Fabrication and characterization of photoluminescentMn-doped_Zn2Si04 films deposited on silicon by pulsed laser deposition，，。除了控制接合层106的组成之外，通过有意原子掺杂(例如，用原子掺杂)也可以控制接合层106的导电性。本领域中已知有多种掺杂物可以在ZnO基和ZnSiO类材料中产生有意掺杂。例如，通过使用诸如三甲基铝、三甲基镓、三甲基铟等前体来引入诸如Al、Ga、In、N、P和Sb等掺杂物，而已经观察到η型掺杂。在另一些实施方式中，ZnSiO基接合层106可在不引入原子掺杂物时具有导电性。例如，ZnSiO内的导电性可能源于ZnSiO材料晶格中的固有缺陷，例如，晶格中的原子空位，或者在晶格内间隙空间中存在原子。 图IC描述了包含第一元件102、接合层106和第二元件114的半导体结构体112。第二元件114可包含如前关于第一元件102所述的全部结构体、器件和材料。在本发明的该实施方式中，第二元件114的表面116可以与接合层106的接合表面110接合。为促使第二元件114的表面116与接合层106的接合表面110充分接合，第二元件114的表面116可以是洁净的并可具有小于约Inm的表面均方根(rms)粗糙度。另外，第二元件114的表面116可以以使得表面116的表面化学能够促进与接合层106的接触接合表面的分子粘附的方式进行处理或形成。图ID描述了包含第一元件102和第二元件114的半导体结构体118。在半导体结构体118中，第二元件114通过设置在第一元件102与第二元件114之间的接合层106与第一元件102接合。第一元件102通过接合层106与第二元件114的接合产生接合界面120，其中，接合界面120是接合层106的接合表面110与第二元件114的表面116之间的界面。第一元件102通过接合层106与第二元件114的接合可通过分子粘附(即，不使用胶、蜡、焊料等进行的接合)产生。例如，接合操作可能需要接合表面110和表面116足够光滑而且没有颗粒和污染物，并且需要表面110和116彼此充分接近以使得二者之间能够接触而进行启动(通常距离小于5nm)。当达到这一距离(proximity)时，接合表面110和表面116之间的吸引力可足够高以引发分子粘附(由源于待接合的两个表面110和116的原子或分子间电子相互作用的全部吸引力(如范德华力)所诱发的接合)。分子粘附的启动通常通过以下方式实现例如使用TEFLON 触针在与另一元件紧密接触的元件上施加局部压力，从而触发自启动点的接合波传播。术语“接合波”是指接合前端或自启动点传播(spread)的分子粘附，并对应于吸引力自启动点在接合界面120处的接合层106与第二元件114间的紧密接触的整个表面上散播。在本发明的一些实施方式中，邻近接合界面120的接合层106的组成至少基本上由硅和氧构成。更具体而言，邻近接合界面120的接合层106的组成主要由硅和氧构成。例如，接合层106的组成在邻近表面110并邻近接合界面120的距离d2内可主要氧化硅构成。在指出接合层106的一部分主要由氧化硅构成时，这并不意味着限制邻近接合表面110的氧化硅材料的化学计量数，例如，氧化硅材料可包括SiO、SiO2或更一般地是Si0x。邻近接合表面110的距离d2(其中接合层106可基本上由氧化硅构成)可具有约0. 5nm以下的厚度，或者在另一些实施方式中为约Inm以下，或者在又一些实施方式中为约5nm以下。可以使基本上由氧化硅构成的层的厚度d2最小化以基本上保持接合层106的电导性。
可以使用多种方法来控制邻近接合界面120的接合层106的组成。例如，通过改变反应器的沉积参数可以改变由CVD形成的ZnSiO的组成，此类参数包括温度、压力和前体流速。例如，通过增大硅前体的流速可以增加接合层106中硅的百分比含量，反之亦然，而通过降低锌前体的流速可以减少接合层106中锌的百分比含量，反之亦然。在ZnSiO层由PLD形成的本发明的其他实施方式中，ZnSiO组成的变化可通过使用具有不同组成的多种靶材料，例如使用ZnSiO、ZnOx和SiOx靶来实现。除了控制邻近接合界面120的接合层106的组成外，还可以控制接合层106的接合表面110的表面化学以产生有效连接。可以以下述方式形成接合层106的接合表面110，或者在形成接合层106后以下述方式处理接合表面110 :接合表面110包含适于促进与第二元件114的表面116分子粘附的表面。例如，接合层106的接合表面110可以包含多个 可促进分子粘附的羟基(-0H)(例如，硅烷醇基团(Si-OH))。另外，接合表面110应当不存在表面污染物，并且具有小于约5nm的表面粗糙度，从而确保与第二元件114的足够的接合强度。在第一元件102通过接合层106与第二元件114接合后，可以进行进一步的接合后处理。例如，半导体结构体118可以在100°C 1500°C的温度退火，以增大第一元件102、接合层106和第二元件114间的接合强度。可以增大半导体结构体118的接合强度，以降低半导体结构体118发生不必要的分离(例如在可能的进一步处理中可能发生的分离)的可能性。第一元件102通过接合层106与第二元件114的接合可以在第一元件与第二元件之间产生光耦合和电耦合。在本发明的实施方式中，接合层106可以是电导性的并且是透光的，从而在第一元件和第二元件之间提供用于电流和光量子的通路。因此，半导体结构体118可包含至少一个具有足够的电导性以允许电流流动的接合层。另外，半导体结构体118可包含至少一个电阻率足够低以允许电流流动的接合层。半导体结构体118还可以包含至少一个具有足够的透光性的结合层，以使得具有所需能量的光能够传输通过该接合层，例如在某些实施方式中，接合层106可以对于能量为O. 4eV 4. OeV的光透明，然而在本发明的其他实施方式中，接合层可以对于更大范围的电磁能透明。以下参考图2A和2B描述本发明的其他实施方式。图2A和2B中描述的实施方式与先前在图IA ID中概述的那些实施方式类似。不过，在这些另外的实施方式中，在各元件的表面上，即，在第一元件和第二元件的表面上均形成接合层，使得接合界面形成在两个接合层之间。更详细地说，图2A描述了包含第一元件202、接合层206、第二元件214和接合层215的半导体结构体200。第一元件202和第二元件214可包含如前关于图IA ID的元件102和114所述的任一结构体、器件和材料。另外，接合层206和215以及接合表面210和217可包括如前关于图IA ID的接合层106和接合表面110所述的任一性质。接合层206可形成在第一元件202上以形成结构体219，接合层215可形成在第二元件214上以形成结构体221。图2B描述了包含第一元件202、接合层206、第二元件214和接合层215的半导体结构体204，其中，结构体219和221通过接合层206和215接合在一起，从而产生接合界面220，该接合界面220设置在第一元件202和第二元件214之间，更具体而言设置在接合层206和接合层215之间。使结构体219和221接合的方法可包括如前所述用于接合图IA ID的元件102和114的任一方法。使用元件201和214各自之上的接合层连接元件202和214有助于产生具有后续处理所需接合强度的接合界面220。参考图3A和3B描述本发明另外的实施方式。图3A和3B中描述的实施方式与参考图IA ID所描述的那些实施方式类似。在本发明这些另外的实施方式中，至少一个元件可以薄化并用于后续形成另外的层结构。参考图3A和3B描述的本发明的实施方式开始于图ID的半导体结构体118 (或者，作为另一选择，可以以相同的方式使用图2B的半导体结构体204)。第一元件302和第二元件314可包含如前关于图IA ID的元件102和114描述的全部结构体、器件和材料。在本发明的某些实施方式中，第二元件314可包含晶体材料，例如，半导体材料，如本文在前所述的任一半导体材料。图3A描述了包含第一元件302、接合层306和薄化的第二元件314’的半导体结构 体300。虚化区域314表示第二元件314在薄化过程(用于使第二元件314薄化以形成薄化的第二元件314’ )之前的原始厚度。剩余的薄化元件314’在薄化过程后通过接合界面320可仍与接合层306连接。可使用本领域中已知的多种薄化方法中的任一种来进行第二元件314的薄化，以留下薄化元件314’。例如，在使用接合层306使第二元件314与第一元件302接合之前，可以进行透过第二元件314的表面316的离子注入过程以在第二元件314内形成弱化区，该弱化区的取向为基本上平行于表面316。一经接合可将能量引入半导体结构体300中。例如，接合过程中可将化学能、机械能和热能中的任一种(包括其组合)引入半导体结构体300中。该能量可导致第二元件314内在弱化区处分离，以留下通过接合层306与第一元件302接合的部分第二元件314( S卩，薄化元件314’ )。在本发明另外的实施方式中，可通过刻蚀方法、抛光方法、激光剥离方法、研磨方法或这些方法的组合来进行第二元件314的薄化，以产生薄化元件314’。例如，可以使用化学机械抛光(CMP)方法来提供薄化元件314’。在本发明的某些实施方式中，可以使用激光剥离来使第二元件314薄化。例如，第二元件可包含含有两种以上材料的异质结构体，其中，可将激光发射吸收在异质结构体的一个层中，从而使薄化元件314’与第二元件314的剩余部分分开(release),例如参见2003年5月6日授予Kelly等的美国专利第6，559，075号。薄化元件314’可具有厚度d3。在一些实施方式中，厚度d3可以小于约100 μ m。更具体地，薄化元件的厚度d3可以小于约50 μ m,甚至小于约20 μ m。图3B描述了包含第一元件302、接合层306、薄化元件314’和另外的层结构体322的半导体结构体304。在本发明的一些实施方式中，另外的层结构322可包含另外的器件结构体、接合结构体和/或层结构体。例如，另外的层结构体322可包含另外的晶体材料，例如晶格结构与薄化元件314’基本上匹配的另外的半导体层结构体。另外的层结构体322可以包含适于器件形成的一个或多个半导体层。例如，另外的层结构体322可包含适于制造发光二极管、激光二极管、晶体管、太阳能电池、光子器件、微机电系统等半导体层结构体。例如，薄化元件314’可包含如氮化镓(GaN)等III族-氮化物材料，而且另外的层结构体322可包含适于制造器件结构体的另外的III族-氮化物材料，如GaN或铟镓氮化物(InGaN)。以下参考图4A 4C描述本发明额外的实施方式。图4A 4C描述的实施方式与如前参考图IA ID所述的那些实施方式类似。然而，在图4A 4C的实施方式中，使额外的元件与使用图IA IC的方法形成的半导体结构体接合。换言之，要根据本发明实施方式进行接合的一个或多个元件可以包含接合结构体。
参考图4A 4C描述的本发明的实施方式开始于图ID的半导体结构体118(或者，作为另一选择，可以以相同的方式使用图2B的半导体结构体204)。图4A描述了包含接合结构体、如(图ID的)接合的半导体结构体118的第一元件402。第二元件414包含设置在另一元件426的表面上的接合层424。所述另一元件可以包含如前所述的器件结构体、接合结构体或层结构体。图4B描述了包含经接合层424在第一元件402与第二元件414之间的接合界面428处与第二元件414连接并接合的第一元件402的半导体结构体404。接合结构体402 (第一元件)本身通过接合层424与第二元件414接合。该过程可以重复多次直至产生所需的结构体。例如，图4C描述了包含经接合层434在接合界面438处与第二元件432 (包含接合层434和另一元件436)连接的第一元件430 (图4B的半导体结构体404)的半导体结构体 412。实施例现在描述非限制性实施例以进一步说明本发明的实施方式。应当理解，在以下的实施例中，参数(如材料、结构等)仅是用于描述的目的，并未限制本发明的实施方式。参考图1A，第一元件102包含碳化硅(SiC)衬底。将SiC衬底放置在MOCVD反应室中，使用二乙基锌作为锌源，硅烷作用硅源，氧气作为氧源，在SiC衬底102的表面108上形成ZnSiO接合层106 (图1B)。接合层106的厚度为约50nm 500nm。在ZnSiO接合层106的生长中，减少锌前体并增大硅前体，以使接合层的厚度d2至少基本上由SiO2构成(且可以至少基本上不含锌)。第二元件114(图1C)包含下述层结构体，其含有适于制造激光二极管器件结构体的III族-氮化物材料层结构体。此类器件结构体可含有P型掺杂区、η型掺杂区、波导层、包覆层和量子阱区。此类结构体的实例在本领域中是已知的。例如，参见S. Nakamura等，2000 “The Blue Laser Diode The Complete Story, Springer-Verlag0 包含激光二极管器件结构体的第二元件114与ZnSiO接合层106接合后，可以进行进一步的处理以制造功能性器件。此类进一步处理可包括后段工艺(back-end-of-line)处理,包括金属化、封
寸 ο使用参考图2A和2B描述的实施方式可以类似地进行前一实施例。在这些实施方式中，不仅ZnSiO接合层206可以如前一实施例所述沉积在SiC衬底202的表面上，而且还可以使用与如前概述相同的方法在III族-氮化物材料的层结构体214的表面上沉积另一ZnSiO接合层215。然后使元件219和221相合在一起并利用分子接合使其连接，以产生如图2B所示的接合界面220。参考图3A和3B描述另一实施例。图3A中，第一元件302可包含蓝宝石(Al2O3)衬底。将所述蓝宝石衬底放置在MOCVD反应室中，并如上所述在该衬底上形成ZnSiO接合层306。在接合层306的生长中，减少流入反应室内的锌前体，增大流入的硅前体，以使接合层的厚度d2至少基本上由SiO2构成。第二元件314包含氮化镓衬底。所述氮化镓衬底可包含自支撑氮化镓衬底。在接合前，进行进入自支撑氮化镓衬底的表面316内的离子注入，以在氮化镓自支撑衬底的主体内约500nm的深度处形成取向基本上平行于表面316的弱化区。包含自支撑氮化镓的第二元件随后使用接合层306与包含蓝宝石晶片的第一元件302接合。在元件302与314接合后，对半导体结构体304施加100°C 1500°C的加热过程，从而使自支撑氮化镓衬底沿着其中的弱化区断裂，留下薄化元件314’，该薄化元件314’包含氮化镓的晶种层并与接合层306接合。在形成包含较薄的氮化镓晶种层的薄化元件314’后，在薄化元件314’(较薄的氮化镓晶种层)上形成另一层结构体322。在该实施例中，另一层结构体322包含III族-氮化物基发光二极管。此类发光二极管结构体可包含P型掺杂区、η型掺杂区、包覆层、波导层和量子阱区。此类结构体的实例是本领域中已知的。例如,参见S. Nakamura等，2000，“TheBlue Laser Diode The Complete Story,，，Springer-Verlag。必要时，如前概述可以对另一层结构体322额外地进行进一步处理以制造功能性器件。来自发光二极管的光输出可以发射透过ZnSiO接合层306，因为可以控制接合层306的组成以使接合层306能够对于发光二极管发出的光来说是光学透明的。参考图4A 4C描述另一实施例。图4A中，第一元件402包含接合结构体。在该实施例中，所述接合结构体包含另一第一元件102，该元件102包括基体衬底102’和其上形成的第一光伏子电池102”。第一光伏子电池102”可以例如通过化学气相沉积(CVD)法形成在基体衬底102’上。使用如前概述的方法在第一光伏子电池102”上沉积ZnSiO接合层106。第一光伏子电池102”可包含一个或多个层，该层包含如前概述的那些材料等(例如，III族-砷化物、III族-锑化物、III族-氮化物、III族-磷化物及其混合物(例如，混合的砷化物与磷化物和混合的砷化物与氮化物))。在本发明的一些实施方式中，第一光伏子电池102”可包含η型掺杂层和P型掺杂层，并且可包含Ge、GaInAs或GaInP。接合结构体402的元件114可包含与ZnSiO层106接合的第二光伏子电池。第二光伏子电池可包含如前概述的材料、结构体和掺杂类型，并且在一些实施方式中可包含GaAs 或 GaInP0待接合至接合结构体402的第二元件414还可以含有另一元件426，该元件426包含第三光伏子电池。如前所述，第三光伏子电池可包含多种材料、多种结构体和掺杂类型。在本发明的一些实施方式中，第三光伏子电池可包含诸如InGaP、AlInP或InGaN等材料。ZnSiO接合层424随后沉积在另一元件426上以产生第二元件414。图4B描述了包含上述接合结构体的第一元件402与第二元件414接合以产生结构体404。结构体404包含第一光伏子电池102”(作为元件102 —部分)、第二光伏子电池114和第三光伏子电池426。形成的多个子电池形成了包含多结光伏太阳能电池的半导体结构体404。在另外的实施方式中，如图4C所示，另一子电池(即，第四子电池436)可以经ZnSiO接合层434与多结光伏结构体404接合，以制造包含四(4)个子电池的多结光伏太 阳能电池。第四子电池可包含如前所述的材料、结构体和掺杂类型。在一些实施方式中，第四子电池可包含InGaP、AlInP或InGaN。应当注意，多结光伏太阳能电池结构体中可含有另外的辅助层。为清楚起见附图中省略了这些辅助层，不过应当理解光伏子电池结构体和多结光伏太阳能电池可以含有另外的辅助层和结构体，其例如包括隧道结、抗反射涂层、背部反射体和应变消除层。现有技术中光伏子电池、多结光伏太阳能电池和辅助层的实例可见于，例如Wanlass等于2002年5月21日递交的美国专利申请第10/515，243号(2006年7月27日公开的美国专利申请公开第2006/0162768A1号)，和Cornfeld等于2006年6月2日递交的美国专利申请第11/445，793号(2007年12月6日公开的美国专利申请公开第2007/0277873A1 号)。再次参考图4A 4C描述 另一实施例。该实施例中，上述多结光伏太阳能电池结构体的光接收性光伏子电池元件102”、114、426和436可以由如发光二极管(LED)等发光元件代替，以形成发光结构体404 (或412)。可对各个发光元件进行选择，来以不同的波长进行发射，从而提供产生所需光输出色调的能力。通过混合来自单独的发光元件的发光并通过选择用于各个发光元件的材料，可以提供所需的色调。光学透明的ZnSiO接合层106、424和434使得来自单独的发光元件的发光能够组合并透过结构体404 (或412)。本发明的方法和结构体的实施方式可以用来通过使用电导的且光学透明的接合层来使两个以上的元件连接。所述方法和结构体使得电子和光子能够穿过接合层传输，因此可用来使两个以上的接合元件电耦合和光耦合。因为上述本发明的实施方式仅是本发明实施方式的实例，所以这些实施方式并未限制本发明的范围，该范围由所附权利要求及其合法的等同物的范围限定。任何等同的实施方式都应处在本发明的范围内。实际上，除了本文显示和描述的那些实施方式外，本发明的各种变型，例如所述要素的交替的有用组合，将通过说明书而对本领域技术人员变得明显。所述变型还应落入所附权利要求的范围内。本文中仅为清楚和方便起见而使用了标题和图例。
权利要求
1.一种用于制造半导体结构体的方法，所述方法包括 在第一元件和第二元件中的至少一个的表面上提供至少基本上由锌、硅和氧构成的接合层； 在所述第一元件和所述第二元件之间设置所述接合层；和 使用设置在所述第一元件和所述第二元件之间的所述接合层使所述第一元件和所述第二元件在接合界面处彼此连接。
2.如权利要求I所述的方法，所述方法还包括选择所述第一元件和所述第二元件中的每一个，使其包含器件结构体、接合结构体和层结构体中的至少一个。
3.如权利要求I所述的方法，其中，在第一元件和第二元件中的至少一个的表面上提供所述接合层包括 在所述第一元件的表面上形成第一接合层； 在所述第二元件的表面上形成第二接合层；和 使所述第一接合层与所述第二接合层接合。
4.如权利要求I所述的方法，所述方法还包括配制所述接合层中硅的百分比浓度，以增大与所述接合界面的相似度。
5.如权利要求I所述的方法，所述方法还包括将与所述接合界面邻近的所述接合层的区域配制得至少基本上由氧化硅构成。
6.如权利要求I所述的方法，其中，使所述第一元件与所述第二元件彼此连接包括通过分子粘附使所述第一元件与所述第二元件彼此连接。
7.如权利要求I所述的方法，所述方法还包括通过离子注入过程、激光剥离过程、机械薄化过程和化学薄化过程中的至少一个使所述第一元件和所述第二元件中的至少一个薄化，以形成薄化元件。
8.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括在所述薄化元件上形成另一层结构体。
9.一种半导体结构体，所述半导体结构体包含 第一元件和第二元件，和 设置在所述第一元件和所述第二元件之间并使所述第一元件和所述第二元件接合在一起的至少一个接合层，所述至少一个接合层至少基本上由锌、硅和氧构成。
10.如权利要求9所述的结构体，其中，所述第一元件和所述第二元件各自包含器件结构体、接合结构体和层结构体中的至少一个。
11.如权利要求10所述的结构体，其中，所述第一元件和所述第二元件中的至少一个包含接合结构体，所述接合结构体含有至少基本上由锌、硅和氧构成的至少一个额外的接合层。
12.如权利要求9所述的结构体，其中，所述至少一个接合层是电导的且透光的，所述第一元件和所述第二元件通过所述至少一个接合层彼此光耦合和电耦合。
13.如权利要求9所述的结构体，其中，所述第一元件和所述第二元件中的至少一个包含平均层厚度小于约lOOym的半导体层。
14.如权利要求9所述的结构体，其中，所述第一元件和所述第二元件中的至少一个包含光伏子电池或发光元件。
15.如权利要求9所述的结构体，其中，所述半导体结构体包含多结光伏太阳能电池或发光结 构体。
全文摘要
本发明的实施方式涉及用于制造半导体结构体的方法和结构体，所述半导体结构体含有至少一个接合层(106)以使两个以上元件(102、114)彼此连接。所述至少一个接合层可以至少基本上由锌、硅和氧构成。
文档编号H01L33/00GK102640303SQ201080031145
公开日2012年8月15日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年7月17日
发明者尚塔尔·艾尔纳 申请人:索泰克公司