晶圆键合的欧姆接触电极退火方法技术

本发明专利技术提供了一种晶圆键合的欧姆接触电极退火方法，包括：将III

【技术实现步骤摘要】
晶圆键合的欧姆接触电极退火方法


[0001]本专利技术涉及半导体工艺领域，特别涉及一种晶圆键合的欧姆接触电极退火方法。

技术介绍

[0002]随着单结Si太阳能电池的效率接近理论极限。Si基III
‑
V族多结太阳能电池被认为是进一步提高Si太阳能电池效率的有效解决方法。由于III
‑
V族化合物与Si之间晶格常数不同的原因，导致了使用外延工艺在Si衬底生长III
‑
V族化合物在生长界面处形成位错等缺陷。晶圆键合技术不需要考虑材料之间的晶格失配，是实现III
‑
V族化合物与Si结合的有效方法。但是由于III
‑
V族化合物与Si之间热膨胀系数的不同，实现低温(键合温度低于500℃)晶片键合是III
‑
V族化合物与Si结合的关键。
[0003]研究发现，当键合温度升高时(>300℃)，由于GaAs与Si之间存在的热膨胀系数差异，GaAs/Si键合晶片的电阻率会随温度的升高而增加。近年来，一种表面活性键合的方法成为了制备III
‑
V/Si多结太阳能电池的主要方法。GaAs/Si之间的界面电阻率最小能够达到3.6mΩ
·
cm
‑2，用此方法制备的III
‑
V/Si多结太阳能电池的最高效率能够达到34.1％。但该种方法由于使用特殊的设备对晶片表面活化，同时键合过程需要在超高真空下进行，无疑增加了制备方法的成本和难度。等离子体活化方法为发展GaAs与Si低温晶圆键合技术提供了一种新的解决方法。等离子体活化，是指在晶圆键合之前对晶圆表面使用氩、氧、氮等离子体处理，从而增加表面基团(
‑
OH)密度的方法。晶圆表面经过等离子体活化之后，晶圆面对面贴合形成预键合晶片，仍需对预键合晶片施加200～300℃的温度来提高键合的强度。在键合晶片制作器件的过程中，欧姆接触电极的热退火是影响器件性能的核心。但是通常情况下，GaAs与金属电极形成的合金的温度一般大于300℃。高温退火会导致GaAs与Si键合界面的缺陷数量升高，从而影响III
‑
V/Si多结电池器件的电学性能。
[0004]因此，欧姆接触电极的退火温度与键合退火，是制备电学特性优良III
‑
V/Si多结太阳能电池必须关注考虑的重点问题。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种晶圆键合的欧姆接触电极退火方法，以解决或部分解决上述问题。
[0007](二)技术方案
[0008]本专利技术提供了一种晶圆键合的欧姆接触电极退火方法，包括：将III
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V族外延片的待键合面与Si晶圆的待键合面对齐贴合形成预键合晶片；在第一预设温度下，对所述预键合晶片施加第一预设压力并保持第一预设时间段形成键合晶片；在所述III
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V族外延片的外表面上形成第一金属电极并在所述Si晶圆的外表面上形成第二金属电极，以形成预退火键合晶片；在第二预设温度下，对所述预退火键合晶片施加第二预设压力并保持第二预设时间段以进行退火，形成具有欧姆接触电极的键合晶片。
[0009]在本专利技术一实施例中，在所述将III
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V族外延片的待键合面与Si晶圆的待键合面完全对齐形成预键合晶片之前，所述退火方法还包括：对所述III
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V族外延片进行清洗；对所述Si晶圆进行清洗；将清洗后的III
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V族外延片及Si晶圆的抛光面作为待键合面，对所述清洗后的III
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V族外延片及Si晶圆的待键合面进行表面活化处理。
[0010]在本专利技术一实施例中，所述在第一预设温度下，对所述预键合晶片施加第一预设压力并保持第一预设时间段形成键合晶片包括：所述在第一预设温度下，使用键合机对所述预键合晶片施加所述第一预设压力，其中，所述第一预设压力为500～3000mbar，所述第一预设温度为200～300℃；保持第一预设时间段以形成所述键合晶片，其中，所述第一预设时间段为1～3小时。
[0011]在本专利技术一实施例中，所述在所述III
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V族外延片的外表面上形成第一金属电极包括：在所述III
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V族外延片的外表面上形成第一Ni层，所述第一Ni层的厚度为20～30nm；在所述第一Ni层上形成第一Au层，所述第一Au层厚度为80～100nm；在所述第一Au层上形成Ge层，所述Ge层厚度为10～20nm；在所述Ge层上形成第二Ni层，所述第二Ni层厚度为100～120nm；在所述第二Ni层上形成第二Au层，所述第二Au层厚度为40～60nm，得到多层的所述第一金属电极。
[0012]在本专利技术一实施例中，所述在所述Si晶圆的外表面上形成第二金属电极包括：在所述Si晶圆的外表面上形成Ti层，所述Ti层厚度为30～80nm；在所述Ti层上形成Pt层，所述Pt层厚度为30～80nm；在所述Pt层上形成Au层，所述Au层厚度为250～320nm，得到多层的所述第二金属电极。
[0013]在本专利技术一实施例中，所述在第二预设温度下，对所述预退火晶片施加第二预设压力并保持第二预设时间段以进行退火包括：在第二预设温度下，使用键合机对所述预退火键合晶片施加所述第二预设压力，其中，所述第二预设压力为500～3000mbar，所述第二预设温度为200～300℃，且所述第二预设温度的升温速率为每分钟5～10℃；保持第二预设时间段，其中，所述第二预设时间段为1～3小时；将所述预退火晶片以降温速率为每分钟5～10℃持续降温至室温，完成退火操作。
[0014]在本专利技术一实施例中，所述对所述III
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V族外延片进行清洗包括：将所述III
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V族外延片依次用丙酮、无水乙醇煮沸；使用去离子水对煮沸后的所述III
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V族外延片反复冲洗至少3次；将冲洗后的所述III
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V族外延片在体积分数为10％的氢氟酸溶液中浸泡30～60秒，完成对所述III
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V族外延片的清洗。
[0015]在本专利技术一实施例中，所述对所述Si晶圆进行清洗包括：将所述Si晶圆用体积比为3：1的浓硫酸和双氧水的混合溶液煮沸；将煮沸后的Si晶圆在75～85℃下用体积比为1：1：6的盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液水浴加热10～15分钟；将水浴加热后的所述Si晶圆在体积分数为10％的氢氟酸溶液中浸泡10～60秒，完成对所述Si晶圆的清洗。
[0016]在本专利技术一实施例中，所述对所述清洗后的III
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V族外延片及Si晶圆的待键合面进行表面活化处理包括：将所述清洗后的III
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V族外延片及Si晶圆的待键合面朝上放置于反应离子刻蚀机中并通入氩气，以进行表面活化处理。
[0017]在本专利技术一实施例中，所述将所述清洗后的III
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆键合的欧姆接触电极退火方法，包括：将III
‑
V族外延片的待键合面与Si晶圆的待键合面对齐贴合形成预键合晶片；在第一预设温度下，对所述预键合晶片施加第一预设压力并保持第一预设时间段形成键合晶片；在所述III
‑
V族外延片的外表面上形成第一金属电极，在所述Si晶圆的外表面上形成第二金属电极，以形成预退火键合晶片；在第二预设温度下，对所述预退火键合晶片施加第二预设压力并保持第二预设时间段以进行退火，形成具有欧姆接触电极的键合晶片。2.根据权利要求1所述的退火方法，在所述将III
‑
V族外延片的待键合面与Si晶圆的待键合面完全对齐形成预键合晶片之前，所述退火方法还包括：对所述III
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V族外延片进行清洗；对所述Si晶圆进行清洗；将清洗后的III
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V族外延片及Si晶圆的抛光面作为待键合面，对所述清洗后的III
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V族外延片及Si晶圆的待键合面进行表面活化处理。3.根据权利要求1所述的退火方法，所述在第一预设温度下，对所述预键合晶片施加第一预设压力并保持第一预设时间段形成键合晶片包括：所述在第一预设温度下，使用键合机对所述预键合晶片施加所述第一预设压力，其中，所述第一预设压力为500～3000mbar，所述第一预设温度为200～300℃；保持第一预设时间段以形成所述键合晶片，其中，所述第一预设时间段为1～3小时。4.根据权利要求1所述的退火方法，所述在所述III
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V族外延片的外表面上形成第一金属电极包括：在所述III
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V族外延片的外表面上形成第一Ni层，所述第一Ni层的厚度为20～30nm；在所述第一Ni层上形成第一Au层，所述第一Au层厚度为80～100nm；在所述第一Au层上形成Ge层，所述Ge层厚度为10～20nm；在所述Ge层上形成第二Ni层，所述第二Ni层厚度为100～120nm；在所述第二Ni层上形成第二Au层，所述第二Au层厚度为40～60nm，得到多层的所述第一金属电极。5.根据权利要求1所述的退火方法，所述在所述Si晶圆的外表面上形成第二金属电极包括：在所述Si晶圆的外表面上形成Ti层，所述Ti层厚度为30～80nm；在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，赵永强，刘雯，包怡迪，陈啸岭，杨富华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：