CN105632894A - 一种化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化合物半导体和硅基半导体进行键合的方法,其包括如下步骤:(1)对硅基半导体材料进行清洗,之后在其表面沉积氧化硅;(2)对化合物半导体进行清洗,之后在其上沉积三氧化二铝介质;(3)在沉积完三氧化二铝介质后对其表面进行三甲基铝气体吹扫;(4)对硅基半导体材料二氧化硅表面进行氧等离子体吹扫,之后将两种半导体进行热键合。本发明所述的低温化合物半导体与硅基半导体键合方法,温度低于350度,且采用三氧化二铝与氧化硅介质键合,键合步骤简单、成本低。

Description

一种化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法
技术领域
本发明涉及一种化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法,属于半导体制造的技术领域。
技术背景
化合物半导体材料以其可裁剪的能带结构、高电子迁移率等物理特性在众多技术领域得到广泛应用,但是硅基CMOS技术是现代微电子产业的基础,将应用于微波、光电等领域的化合物半导体器件和电路与硅基CMOS技术进行异质集成一直以来都是产业界与科研领域非常关注的重大技术难题。
现有的直接键合技术存在着表面处理温度高,键合层容易产生空洞和非键合区,键合率低,键合效果差,从而影响器件制备和器件性能。因此,采用表面沉积介质,进行增强键合率的表面处理成为实现良好的化合物半导体与硅基半导体键合的重要方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是直接键合键合温度高、键合效果差的问题,在直接键合过程中,由于要实现硅基半导体与化合物半导体良好的键合效果,需要将键合温度提高,实现两者表面悬挂键的结合,从而提高键合效果,这种做法不仅温度高,而且键合效果不够理想。
(二)技术方案
为了解决以上技术问题,本发明提供了一种硅基半导体与化合物半导体键合的方法:其包括如下步骤:
(1)对硅基半导体表面进行清洗,之后在其表面沉积氧化硅;
(2)对化合物半导体进行清洗,之后在其上沉积三氧化二铝介质,在沉积完三氧化二铝介质后对其表面进行三甲基铝气体吹扫;
(3)对硅基半导体材料氧化硅表面进行氧等离子体吹扫,之后将两种半导体进行热键合。
所述化合物半导体为砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅等半导体材料。
所述步骤(1)中,对硅基半导体表面进行RCA清洗。
所述步骤(1)中,沉积二氧化硅的方式为PECVD法,二氧化硅为非晶态,沉积厚度为30纳米到50纳米。
所述步骤(2)中,对化合物半导体进行如下清洗:将所述化合物半导体在丙酮、乙醇、去离子水中分别进行5分钟的浸泡和1分钟的超声清洗,在去离子水中超声完成后,将化合物半导体迅速放入盐酸和去离子水质量比为1:10的混合溶液中,进行5分钟清洗,最后再用去离子水超声清洗5min,并用甩干机甩干。
所述步骤(2)中,在化合物半导体表面沉积三氧化二铝的方式为原子层沉积法,沉积的前躯体为三甲基铝和水,生长温度为250度,生长厚度为10纳米到30纳米。
所述步骤(2)中,对化合物半导体上沉积了三氧化二铝表面进行吹扫三甲基铝的过程是在原子层沉积系统的生长腔体内进行的。
所述步骤(3)中,在二氧化硅表面进行氧等离子体吹扫,是在反应离子刻蚀机中进行的,刻蚀射频功率低于20W,气体流量大于100sccm,时间为10min。
所述步骤(3)中,两种半导体材料的热键合,其键合温度为250度,压力为5-10bar。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出,本发明有以下有益效果:
本发明采用的键合温度低,两种材料表面生长二氧化硅与三氧化二铝的温度都不超过300度;而且本发明对两种介质表面进行了等离子处理,使得在键合过程中二氧化硅表面出现羧基,在三氧化二铝表面出现甲基,在热键合过程中这两个基团发生键合反应,使得键合效果更好;最后本发明沉积的介质都在50纳米以内,介质薄,更容易实现化合物半导体表面集成电路工艺与硅基半导体表面集成电路工艺的集成。
附图说明:
图1为硅片结构示意图
图2为化合物半导体片结构示意图
图3为硅片与化合物半导体片键合后结构示意图
附图中标记表示为:1-硅片,2-二氧化硅,3-化合物半导体片,4-三氧化二铝。
具体实施方式
本实施例提供一种化合物半导体磷化铟和硅片进行键合的方法,包括如下步骤:
(1)准备一个4英寸(100)晶向的圆形硅片,进行标准的RCA清洗,具体步骤如下
A)配置RCA清洗所用清洗溶液I、溶液II和溶液III;溶液I为氨水(质量浓度27%):双氧水(质量浓度30%):去离子水=1:1:5体积比配置;溶液II为氢氟酸(质量浓度50%):去离子水=1:50体积比配置;溶液III为盐酸(质量浓度37%):双氧水(质量浓度30%):去离子水=1:1:6体积比配置。
B)将硅片依次进行如下清洗:在溶液I中,在80℃浸泡10分钟后,放入去离子水清洗1分钟,之后将硅片浸泡在溶液II中,常温浸泡1分钟后,放入去离子水冲洗1分钟,最后放入溶液III中,在80℃浸泡10分钟,再放入去离子水清洗1分钟。
(2)将清洗过的硅片从甩干机甩干后,放入PECVD腔体内沉积二氧化硅30纳米,生长温度为300度。
(3)对2英寸的化合物半导体磷化铟片进行如下清洗:将所述化合物半导体浸入丙酮、乙醇、去离子水中依次进行超声清洗5分钟,最后放在盐酸(质量浓度37%):去离子水=1:10体积比的溶液中,清洗5分钟,最后用去离子水冲洗,超声清洗1分钟。
(4)将清洗后的磷化铟片放入原子层沉积腔体内生长三氧化二铝,生长温度为250℃,前躯体为三甲基铝和水,生长厚度为20纳米。
(5)磷化铟片表面生长完三氧化二铝后,在原子层沉积系统内,进行三甲基铝气体的吹扫,吹扫时间为10分钟。
(6)将沉积了二氧化硅的硅片放入反应离子刻蚀机中,对二氧化硅表面进行氧等离子体吹扫,反应离子刻蚀机的氧气流量为100SCCM,射频功率为20W,处理时间为10分钟。
(7)将处理好的硅片和磷化铟片迅速放入键合机内进行键合,硅片在下,磷化铟片在上,二氧化硅面与三氧化二铝面接触,键合温度为250℃,压力为5-10bar。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法,其包括如下步骤:
(1)对硅基半导体表面进行清洗,之后在其表面沉积氧化硅;
(2)对化合物半导体进行清洗,之后在其上沉积三氧化二铝介质,在沉积完三氧化二铝介质后对其表面进行三甲基铝气体吹扫;
(3)对硅基半导体材料氧化硅表面进行氧等离子体吹扫,之后将两种半导体进行热键合,二氧化硅与三氧化二铝为键合接触面。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法,其特征在于,所述硅基半导体表面清洗采用RCA清洗,化合物半导体表面进行丙酮、乙醇、DI水各5分钟清洗后,采用盐酸和去离子水以质量比1:10组成的混合液进行超声清洗。
3.根据权利要求1所述的化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法,其特征在于,所述氧化硅介质采用PECVD快速生长,为非晶态。
4.根据权利要求1所述的化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法,其特征在于,所述三氧化二铝介质采用原子层沉积方法生长,且生长源为三甲基铝和水,三氧化二铝表面进行三甲基铝的吹扫处理过程在原子层沉积系统腔体内进行。
5.根据权利要求1所述的化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法,其特征在于,所述硅基半导体材料上氧化硅介质表面进行氧等离子体吹扫,是在反应离子刻蚀机内进行的,气体流量为100sccm,射频功率为20瓦,吹扫时间为10分钟。
6.根据权利要求1所述的化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法,其特征在于,所述两种半导体材料的热键合,其键合温度为250度,压力为5-10bar。
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