一种低温晶片键合的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤１：将单面抛光的Ｓｉ外延片和ＩｎＧａＡｓ外延片用有机溶剂清洗，去除表面的有机物，该ＩｎＧａＡｓ外延片的底层为ＩｎＰ衬底；步骤２：再分别对Ｓｉ外延片和ＩｎＧａＡｓ外延片进行表面处理，以去除表面的杂质离子、除碳和亲水性处理；步骤３：将Ｓｉ外延片和ＩｎＧａＡｓ外延片进行贴合，贴合后的晶片对置于真空键合机内键合，进行第一次热处理，以驱除键合界面的水气；步骤４：对键合后的晶片进行减薄；步骤５：再对减薄后的晶片进行第二次热处理；步骤６：最后腐蚀掉键合晶片的ＩｎＰ衬底，完成低温晶片键合的制作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体
，特别是指一种，其是利用真空键合机实现低温ni—v族材料与si材料的键合。
技术介绍
光电子器件越来越向集成化、小型化发展，利用键合技术将ni-v族 半导体材料和Si键合，从而制备各种激光器、探测器等半导体器件的技 术越来越受到广泛关注。这种技术是将两个表面平整洁净的晶片在一定的 条件下通过表面的化学键相互结合起来，而不受两种晶片材料的晶格、晶 向的限制。利用键合技术组合新结构材料有极大的自由度，可以充分利用 ni-v族半导体材料的优越的光特性和si材料优越的电特性，从而获得理 想的半导体器件材料；另外还可以与Si电子电路集成，从而形成大规模、 功能齐全的光电子集成器件。1996年Aaron R. Hawkins等人键合制备的InGaAs/Si APD已经做到 了增益带宽积315GHz， f3dB为13GHz(A. R. Hawkins, W. Wu， P, Abraham, K. Streubel， and J. E. Bowers, High gain-bandwidth-product Silicon heterointerface photodetector， ，，Appl. Phys. Lett., vol. 70， pp. 303-305, 1996.); 2002年YiMing Kang等人实现了一种低噪声指数的 InGaAs/Si APD结构，此器件的电容为1PF， f3dB为1. 5GHz，噪声指数为 2.3， k为O. 02，暗电流很小，在-5V下为6nA，雪崩击穿电压Vb的热系 数为InGaAs/InP APD的一半(Y. Kang， P. Mages， A. R. Clawson， P. K. L. Yu and etc, Fused InGaAs-Si Avalanche Photodiodes With Low-Noise Performances, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 14， NO. 11，ppl593-1595， 2002)。这两者的键合温度都为650度，虽然高温有利于键 合界面原子型结合，但是高温带来的应力也极容易导致解键合。我们在尝 试了多次高温键合后，发现不容易成功。后来改用低温键合，并且采用多 阶段低温热处理，结果键合质量很高，键合后的晶片可以耐住所有的半导 体工艺如高温煮沸、腐蚀、减薄等。目前国际上低温键合的成功范例很多， 如童勤义等人利用等离子体处理晶片表面后，在200度获得界面键合能高 于体InP材料的键合能；加州大学的Mages等人也是先经过低温热处理后 再进行高温键合；国内曾有过赵洪泉等人的低温键合技术。不过前两者对 实验仪器和条件要求都很高，而第三者虽然对实验仪器条件要求不高，但 是键合时间很长，键合过程中对操作人员的要求很高；而本专利技术在本实验 室自制的真空键合机的基础上，在本实验室的超净间进行晶片清洗及键 合，可重复性比较高，键合时间大大縮短，只需要按照设定的操作流程认 真执行，就可以获得质量很高的键合晶片。 一般的衬底晶片厚度在350, 左右，对于比较厚的外延片(如400,-460pm)也可使用本专利技术得到高质量 的键合晶片。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种InGaAs(InP)与Si的低温晶片键合方法， 利用真空键合机实现高真空、设置压力及键合热处理温度。本专利技术对晶片 表面的均方根粗糙度要求很高，对于表面沾污颗粒的清洗及化学处理，都 要求在满足均方根粗糙度小于0. 5nm的条件下。本专利技术提供一种，其特征在于，包括如下步骤步骤1:将单面抛光的Si外延片和InGaAs外延片用有机溶剂清洗， 去除表面的有机物，该InGaAs外延片的底层为InP衬底；步骤2:再分别对Si外延片和InGaAs外延片进行表面处理，以去除 表面的杂质离子、除碳和亲水性处理；步骤3:将Si外延片和InGaAs外延片进行贴合，贴合后的晶片对置 于真空键合机内键合，进行第一次热处理，以驱除键合界面的水气；步骤4:对键合后的晶片进行减薄；步骤5:再对减薄后的晶片进行第二次热处理； 5步骤6:最后腐蚀掉键合晶片的InP衬底，完成低温晶片键合的制作。 其中Si外延片包括一 n型硅衬底； 一本征层，该本征层制作在n 型硅衬底上；一p型硅，该P型硅制作在本征层上。其中InGaAs外延片包括一 n型InP衬底；一 InGaAs非故意掺杂层， 该InGaAs非故意掺杂层制作在n型InP衬底上；一 InP本征层，该InP 本征层制作在InGaAs非故意掺杂层上；一 p型InGaAsP层，该p型InGaAsP 层制作在InP本征层上；一 p型InP层，该p型InP层制作在p型InGaAsP 层上；一 InGaAs本征层，该InGaAs本征层制作在p型InP层上。 其中真空键合的真空度为10—4-10_5Pa。 其中所述的本征层的材料为非故意掺杂的硅。 其中所述的第一次热处理时，键合的压力为l-5MPa。 其中所述的第一次热处理包括四个温度阶段(1)30-9(TC范围内预键 合2小时；(2) 120-20(TC范围内预键合1小时；(3)250'C预键合1小时； (4)缓慢降温，至室温后可取出晶片，进行下一步的处理。其中所述的第二次热处理包括五个温度阶段(1)30-9(TC范围内预键 合1小时；(2) 120-20(TC范围内预键合1小时；(3)25(TC键合1小时； (4)350-400。C范围内键合0.5小时；(5)然后开始缓慢降温，至室温后可 取出晶片，进行下一步的工艺处理。其中所述的第二次热处理在温度达到25(TC以上时，升温要求缓慢， 平均0.2-0.5'C/分钟；降温过程也要求同样缓慢，平均0.2-0.5。C/分钟； 低于25(TC以后可采取关掉键合机的温度控制系统，使键合晶片自然降温 的办法降温。附图说明为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实例及附图，详细说明如 后，其中图l(a、 b、 c)是键合晶片结构和键合过程示意图，是Si外延片10 和InGaAs外延片20经过前述方法清洗后，将本征InGaAs层19的表面与 P-Si层13的表面键合在一起，进行第一次热处理，然后减薄InP衬底14 和Si衬底11，再进行第二次热处理，最后用腐蚀液去掉InP衬底14，将InGaAs薄膜转移到了 Si衬底11上。 具体实施例方式本专利技术是利用真空键合机实现InGaAs (InP)晶片和Si晶片的键合。请参阅图l所示， 一种，包括如下步骤步骤1:将单面抛光的Si外延片10和InGaAs外延片20用有机溶剂清洗，去除表面的有机物，该InGaAs外延片20的底层为InP衬底14。所述的Si外延片lO包括 一n型硅衬底11;一本征层12，该本征层12制作在n型硅衬底ll上； 一p型硅13，该P型硅13制作在本征层12上。 所述的InGaAs外延片20包括 一n型InP衬底14;一 InGaAs非故意掺杂层15，该InGaAs层15制作在n型InP衬底14上；一 InP本征层16，该InP本征层16制作在InGaAs层15上；一 p型InGaAsP层17，该p型InGaAsP层17本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温晶片键合的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤１：将单面抛光的Ｓｉ外延片和ＩｎＧａＡｓ外延片用有机溶剂清洗，去除表面的有机物，该ＩｎＧａＡｓ外延片的底层为ＩｎＰ衬底； 步骤２：再分别对Ｓｉ外延片和ＩｎＧａＡｓ外延片进行表面处理，以去除表面的杂质离子、除碳和亲水性处理； 步骤３：将Ｓｉ外延片和ＩｎＧａＡｓ外延片进行贴合，贴合后的晶片对置于真空键合机内键合，进行第一次热处理，以驱除键合界面的水气； 步骤４：对键合后的晶片进行减薄； 步骤５：再对减薄后的晶片进行第二次热处理； 步骤６：最后腐蚀掉键合晶片的ＩｎＰ衬底，完成低温晶片键合的制作。
【技术特征摘要】
1、一种低温晶片键合的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1将单面抛光的Si外延片和InGaAs外延片用有机溶剂清洗，去除表面的有机物，该InGaAs外延片的底层为InP衬底；步骤2再分别对Si外延片和InGaAs外延片进行表面处理，以去除表面的杂质离子、除碳和亲水性处理；步骤3将Si外延片和InGaAs外延片进行贴合，贴合后的晶片对置于真空键合机内键合，进行第一次热处理，以驱除键合界面的水气；步骤4对键合后的晶片进行减薄；步骤5再对减薄后的晶片进行第二次热处理；步骤6最后腐蚀掉键合晶片的InP衬底，完成低温晶片键合的制作。2、 根据权利要求1所述的低温晶片键合的方法，其特征在于，其中 Si外延片包括一n型硅衬底；一本征层，该本征层制作在n型硅衬底上；一p型硅，该p型硅制作在本征层上。3、 根据权利要求1所述的低温晶片键合的方法，其特征在于，其中 InGaAs外延片包括一n型InP衬底；一 InGaAs非故意掺杂层，该InGaAs非故意掺杂层制作在n型InP 衬底上；一 InP本征层，该InP本征层制作在InGaAs非故意掺杂层上； 一 p型InGaAsP层，该p型InGaAsP层制作在InP本征层上； 一 p型InP层，该p型InP层制作在p型InGaAsP层上； 一 InGaAs本征层，该InGaAs本征层制作在p型InP层上。4、 根据权利要求1所述的低温晶...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭红玲，陈良惠，郑婉华，石岩，渠红伟，杨国华，何国荣，
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：11[中国|北京]
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