一种III-V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片实现晶圆级别集成的方法技术

本发明专利技术公开了一种III

【技术实现步骤摘要】
一种III
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V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片实现晶圆级别集成的方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电子
，特别涉及一种III
‑
V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片实现晶圆级别集成的方法。

技术介绍

[0002]硅光技术将原本分离的众多的光、电元件缩小集成到至一个独立微芯片中，实现高集成度、低成本、高速光传输。相比较传统的分立器件光模块，硅光子器件集成度更高(不再需要ROSA和TOSA封装)更加适应未来高速流量传输处理需要。与此同时，更紧密的集成方式降低了光模块的封装和制造成本。
[0003]由于Si材料不能制作光源，因此硅光技术的核心难点是如何将光源集成到Si芯片上。异质外延生长方法是现有硅光单片集成的常见方法，其首先在 Si衬底上直接外延生长III
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V族材料的激光器有源区，然后进行芯片工艺，达到Si衬底上集成激光器的效果，该方法的集成度最高，可实现光电一体融合，将电驱动芯片直接与激光器集成，但是直接在Si衬底上进行III
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V族外延生长的难度巨大，近期很难有突破。以GaAs外延结构为例，异质外延是实现Si衬底上的GaAs外延生长的一种方式，为了防止位错传播到有源区，需要使用一系列非常厚的晶格分级缓冲层，这使得芯片制作的成本很高，而且工艺很难控制。此外，这种III
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V族的异质外延生长技术大多无法用于300mm的大型晶圆。
[0004]另外，目前的硅基集成电路和电芯片已经发展到了12寸晶圆水平，而 III
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V族化合物基的光电芯片在晶圆尺寸方面远远落后于硅基，InP和GaAs衬底商业化可用的最大尺寸分别只有4寸和6寸，这使得在晶圆级别实现光芯片和电芯片的集成几乎不可能，只能采用分立器件的组装，这也是目前在光通信和消费类光电子领域的光模块(光芯片+电芯片)成本居高不下、能耗高的主要原因之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种III
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V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片实现晶圆级别集成的方法，其主要目的在于解决现有硅光单片集成方法所存在的制作成本高，工艺可控性差和适用范围小的问题。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种III
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V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片实现晶圆级别集成的方法，包括如下步骤：
[0008](1)在III
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V族衬底上生长牺牲层和外延层；
[0009](2)将外延层刻蚀成单颗独立的III
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V族化合物半导体光芯片；
[0010](3)在各III
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V族化合物半导体光芯片上方粘贴一片式的可延展胶带；
[0011](4)使用HF溶液选择性刻蚀各III
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V族化合物半导体光芯片的牺牲层，从而将III
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V族衬底从单颗III
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V族化合物半导体光芯片的底部剥离；
[0012](5)通过可延展胶带将各III
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V族化合物半导体光芯片转移至一片式的临时衬底上，并去除可延展胶带；
[0013](6)通过临时衬底将各III
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V族化合物半导体光芯片转移至一片式的硅基衬底上，并去除临时衬底。
[0014]进一步，在步骤(5)中，首先采用扩膜装置对可延展胶带进行扩膜，从而使各III
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V族化合物半导体光芯片的位置符合预设的芯片位置，然后再将各III
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V族化合物半导体光芯片转移至一片式的临时衬底上。
[0015]更进一步，采用扩膜装置对可延展胶带进行整膜延展，从而调整各III
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V族化合物半导体光芯片之间的间距。
[0016]更进一步，采用扩膜装置对可对延展胶带进行局部延展，从而调整对应位置的相邻两III
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V族化合物半导体光芯片之间的间距。
[0017]进一步，在步骤(6)中，采用直接键合或粘合剂粘结的方式将各III
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V 族化合物半导体光芯片固定于一片式的硅基衬底上。
[0018]进一步，所述硅基衬底为Si衬底。
[0019]进一步，所述III
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V族衬底为InP衬底，所述III
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V族化合物半导体光芯片为VCSEL，所述牺牲层为AlAs/InAlAs/AlAs/InAlAs/AlAs超晶格结构，并且AlAs的厚度为1.52.1nm，InAlAs的厚度为1nm。
[0020]更进一步，在步骤(1)中，首先在InP衬底上成长InP第一缓冲层，然后再生长牺牲层和外延层；在步骤(5)中，使用HF溶液刻蚀牺牲层，从而将InP第一缓冲层和InP衬底同时剥离。
[0021]进一步，所述III
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V族衬底、临时衬底和硅基衬底的厚度均为300
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700 μm。
[0022]进一步，所述III
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V族衬底为GaAs衬底，所述III
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V族化合物半导体光芯片为VCSEL，所述牺牲层为AlAs超晶格结构。
[0023]和现有技术相比，本专利技术产生的有益效果在于：
[0024]1、本专利技术首先基于同质外延生长方法在III
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V族衬底上完成III
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V族化合物半导体光芯片的外延生长以及部分或全部的工艺制程制作，然后通过衬底剥离工艺将III
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V族衬底从III
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V族化合物半导体光芯片底部剥离，最后利用扩膜工艺将III
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V族化合物半导体光芯片转移至硅基衬底上，由此实现了III
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V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片在晶圆级别的集成，有效地克服了现有技术中基于异质外延生长的硅光单片集成所存在的缺陷，具有制作方法简单、可控性强、生产成本低和通用性高等优点，能广泛应用于各种类型的III
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V族化合物半导体光芯片生产和光芯片、电芯片集成方案。
[0025]2、本专利技术的衬底剥离工艺首先将芯片的外延层刻蚀成单颗独立的 III
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V族化合物半导体光芯片，然后采用晶格匹配的牺牲层来对单颗独立的 III
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V族化合物半导体光芯片进行衬底剥离，由此大大减小了剥离难度和制程时间，实现了III
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V族衬底的回收利用，极大地降低了企业的生产成本。
附图说明
[0026]图1为本专利技术中III
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V族化合物半导体光芯片的制备流程示意图一。
[0027]图2为本专利技术中III
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V族化合物半导体光芯片的制备流程示意图二。
[0028]图3为本专利技术实施例中两端带有组合反射镜的VCSEL的结构示意图。
[0029]图4为本专利技术实施例中有源区的层状结构示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种III
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V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片实现晶圆级别集成的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在III
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V族衬底上生长牺牲层和外延层；(2)将外延层刻蚀成单颗独立的III
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V族化合物半导体光芯片；(3)在各III
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V族化合物半导体光芯片上方粘贴一片式的可延展胶带；(4)使用HF溶液选择性刻蚀各III
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V族化合物半导体光芯片的牺牲层，从而将III
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V族衬底从单颗III
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V族化合物半导体光芯片的底部剥离；(5)通过可延展胶带将各III
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V族化合物半导体光芯片转移至一片式的临时衬底上，并去除可延展胶带；(6)通过临时衬底将各III
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V族化合物半导体光芯片转移至一片式的硅基衬底上，并去除临时衬底。2.如权利要求1所述的一种III
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V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片实现晶圆级别集成的方法，其特征在于：在步骤(5)中，首先采用扩膜装置对可延展胶带进行扩膜，从而使各III
‑
V族化合物半导体光芯片的位置符合预设的芯片位置，然后再将各III
‑
V族化合物半导体光芯片转移至一片式的临时衬底上。3.如权利要求2所述的一种III
‑
V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片实现晶圆级别集成的方法，其特征在于：采用扩膜装置对可延展胶带进行整膜延展，从而调整各III
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V族化合物半导体光芯片之间的间距。4.如权利要求2或3所述的一种III
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V族化合物半导体光芯片与硅基电芯片实现晶圆级别集成的方法，其特征在于：采用扩膜装置对可对延展胶带进行局部延展，从而调整对应位置的相邻两III
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V族化合物半导体光芯片之...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢静舟，季晓明，薛婷，王坤，杨奕，吴建忠，
申请(专利权)人：福建慧芯激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：