[發(fā)明專利]半導體芯片及其形成方法

有效

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• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN109427562B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 劉銘棋;李汝諒;蔡嘉雄;陳逸群;亞歷山大·卡尼斯基;余振華
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 馮志云;張福根

1.一種半導體芯片的形成方法，包括：

提供一硅承載晶片，該硅承載晶片具有一第一面及一第二面，其中一外延III-V族半導體區(qū)及一氧化區(qū)設置在該第一面上，且該外延III-V族半導體區(qū)及該氧化區(qū)具有從該硅承載晶片的該第一面量起相同的高度，以及其中該外延III-V族半導體區(qū)的一側壁接觸該氧化區(qū)的一側壁；

其中提供該硅承載晶片包括：

在該硅承載晶片的該第一面上成長一氧化層；

選擇性地圖案化及蝕刻該氧化層，以建立延伸至該硅承載晶片的一上表面的該氧化區(qū)及多個溝槽，其中該些溝槽在該硅承載晶片的該上表面創(chuàng)造多個露出區(qū)，且該些溝槽形成該氧化區(qū)的多個側壁；以及

在該些露出區(qū)上選擇性地成長一外延III-V族半導體層；

在該氧化區(qū)上及該外延III-V族半導體區(qū)上沉積或成長一第二氧化層，其中該第二氧化層藉由化學或機械研磨機械加工平坦化，以露出該外延III-V族半導體層及該氧化區(qū)的一頂表面；

在該外延III-V族半導體區(qū)及該氧化區(qū)的一該頂表面形成一共晶接合層；接合一互補式金氧半晶片至該共晶接合層；

在接合該互補式金氧半晶片至該共晶接合層后，去除該硅承載晶片；以及

單粒化該互補式金氧半晶片以形成多個三維集成電路，其中該些三維集成電路中的每一個皆包含一互補式金氧半基板及一III-V族光學裝置，該互補式金氧半基板對應該互補式金氧半晶片的一部分，且該III-V族光學裝置對應該III-V族半導體區(qū)的一部分。

2.如權利要求1所述的半導體芯片的形成方法，其中：

該氧化層包括從該硅承載晶片的該第一面量起的一第一氧化層高度，該外延III-V族半導體層對應該III-V族半導體區(qū)且跨越該些溝槽的一寬度且至少部分地接觸該氧化區(qū)的該些側壁，且在該外延III-V族半導體層的一中跨高度等同該第一氧化層高度。

3.如權利要求2所述的半導體芯片的形成方法，其中成長該外延III-V族半導體層形成一下外延側壁，該下外延側壁具有從該硅承載晶片的該第一面量起的一第一高度，且其中該下外延側壁接觸該氧化區(qū)的該側壁，以及一上外延側壁，該上外延側壁具有一第二高度，該第二高度從該第一高度延伸至該外延III-V族半導體層的一中跨高度，且其中該上外延側壁與該氧化區(qū)的該側壁間隔開。

4.如權利要求3所述的半導體芯片的形成方法，其中該上外延側壁具有比鄰該氧化區(qū)的該些側壁的多個頂角，且其中該些頂角具有圓角的、角狀的或多面的一剖面輪廓。

5.如權利要求1所述的半導體芯片的形成方法，其中該互補式金氧半晶片包括：

一單晶硅基板，包括多個半導體裝置；

多個內連線層，設置在該單晶硅基板上且電性耦合至該些半導體裝置；

多個接點，設置在該些內連線層上且電性耦合至該些內連線層；

一導電層；設置在該些接點上且電性耦合至該些接點；以及

一黏著接合層，設置在該導電層上且直接接觸該導電層。

6.如權利要求5所述的半導體芯片的形成方法，其中在去除該硅承載晶片后，

選擇性地圖案化且蝕刻該外延III-V族半導體區(qū)以形成多個溝槽，該些溝槽延伸至該共晶接合層的一上表面，其中該些溝槽定義與多個平臺(mesa)頂表面及多個平臺側壁間隔開的多個III-V族半導體柱(pillar)，且其中該些溝槽在該共晶接合層的一頂表面上及靠近該些III-V族半導體柱處露出多個開口區(qū)；

在該多個平臺頂表面、該些平臺側壁及該些開口區(qū)上形成一共形涂層；以及

對該共形涂層進行一垂直回蝕刻制程，以從該多個平臺頂表面以及該些開口區(qū)優(yōu)先地去除該共形涂層，以留下覆蓋該些III-V族半導體柱的側壁的多個間隔物。