CN108321081A - 一种复合衬底及复合衬底的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合衬底及复合衬底的制作方法，在GaAs衬底(101)与Ge衬底(102)的键合面之间设置有粘结辅助材料层(103)，所述粘结辅助材料层(103)包括一个或多个粘结加固区域(104)，该粘结加固区域(104)包括粘结辅助材料并混合了Ge材料和GaAs材料；本发明采用两次键合工艺制备，通过第一键合工艺将GaAs衬底与Ge衬底连接在一起，并通过第二键合工艺结合激光照粘结加固区域(104)，从而进一步加固键合的粘结效果，提高复合衬底的键合可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合半导体衬底，特别是一种通过键合工艺得到的GaAs/Ge复合衬底结构及其制作方法。
背景技术
砷化镓化合物太阳电池一直以来都是各国研究的热点，受到人们的普遍重视，并且相较于传统硅基太阳电池有着较高的光电转换效率和优良的可靠性，从而在空间电源领域得到了广泛的应用。锗作为最早被研究的半导体材料，具有以下优点：1)空穴迁移率最大，是硅的四倍；电子迁移率是硅的两倍。2)禁带宽度比较小，有利于发展低电压器件。3)施主/受主的激活温度远低于硅，有利于节省热预算。4)小的波尔激子半径，有助于提高它的场发射特性。5)小的禁带宽度，有助于组合介电材料，降低漏电流。作为太阳电池应用领域中Ge由于与GaAs材料的晶格常数接近(它们的晶格失配度为0.1％)，GaAs/Ge复合材料结构具有转换效率高、耐高温、耐辐射等优良的器件性能，在光电探测器、航天用光伏元件等应用领域上具有广泛的应用前景。因此Ge片上外延生长GaAs材料已成为GaAs太阳电池领域中重要的衬底片。常规利用GaAs/Ge复合材料结构太阳电池芯片的制作方法是在Ge衬底上依次外延沉积多层GaAs材料族的功能层，相应的外延工艺层步骤繁杂，且工艺效率和制作成本均有待进一步改善。
而常规的采用Ge衬底和GaAs衬底进行键合制成的复合词衬底结构可能存在的键合衬底接触稳定性不高的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计并提供一种能偶快速准确测量GaAs晶片的应力并进行精准退火处理的处理系统。本发明具有操作方便、性能可靠、修复效率高等特点。
本发明复合半导体衬底的制作方法的技术解决方案是：一种采用键合工艺制备复合衬底的制作方法，所述制作方法包括：
设置有键合粘结辅助材料层，粘结辅助材料层包括一个或多个粘结加固区域，该粘结加固区域包括粘结辅助材料并混合了Ge材料和/或GaAs材料；
在GaAs衬底的键合表面设置键合粘结辅助材料层，粘结辅助材料层包括一个或多个粘结加固区域，在该粘合加固区域内由键合粘结辅助材料混合了Ge材料和/或GaAs材料；
将GaAs衬底的键合面和Ge衬底的键合面进行初步键合工艺，该初步键合工艺将GaAs衬底和Ge衬底结合在一起；
采用第二键合工艺，在第二键合过程中采用第一激光加热所述键合过渡层并，经过激光热熔工艺处理所述粘合加固区域中的Ge与GaAs融熔一起，与其上下接触的GaAs衬底和Ge衬底紧密结合在一起。
本发明复合半导体衬底的制作方法的技术解决方案中，所述括粘结辅助材料为钎料和/或TMMA，所述钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu或Sn-0.5Al。
本发明复合半导体衬底的制作方法的技术解决方案中，所述粘合加固区域中的Ge的含量为3mt％-12mt％，GaAs的含量为3mt％-12mt％，其余为粘结辅助材料。
本发明复合半导体衬底的制作方法的技术解决方案中，采网印印刷工艺将粘结加固区域图案制备在GaAs衬底的键合面。
本发明复合半导体衬底的制作方法的技术解决方案中，其特征在于，所述Ge衬底内具有注氢层，所述注氢层可以通过激光加热工艺进行剥离。
一种复合衬底结构，包括：在GaAs衬底的键合表面设置有键合粘结辅助材料层，粘结辅助材料层内包括一个或多个粘结加固区域，该粘结加固区域包括粘结辅助材料并混合了Ge粉末和/或GaAs粉末；
将GaAs衬底的键合面和Ge衬底的键合面进行初步键合工艺，该初步键合工艺将GaAs衬底和Ge衬底结合在一起；
采用第二键合工艺，在第二键合过程中采用激光加热所述粘结加固区域，经过激光热熔工艺处理所述过渡层中的GE与GaAs融熔一起，与其上下接触的GaAs衬底和Ge衬底紧密结合在一起。
本发明的复合衬底结构的技术解决方案中，所述括粘结辅助材料为钎料和/或TMMA，所述钎料包括Sn-3.0Ag-0.5Cu或Sn-0.5Al。
本发明的复合衬底结构的技术解决方案中，所述过渡材料层中的Ge的含量为3mt％-12mt％，GaAs的含量为3mt％-12mt％，其余为粘结辅助材料。
本发明的复合衬底结构的技术解决方案中，采网印印刷工艺将粘结加固区域图案制备在GaAs衬底的键合面。
本发明的复合衬底结构的技术解决方案中，所述Ge衬底内具有注氢层，所述注氢层可以通过激光加热工艺进行剥离。
附图说明
图1为本发明提供的复合半导体衬底的制作方法的流程示意图；
图2为本发明提供的复合衬底结构的结构示意图；
具体实施方式
在图1中示意性第示出了本发明的一个实施例的复合半导体衬底的制作方法的流程示意图，述制作方法包括：步骤一如图1(1)所示，在GaAs衬底(101)的键合表面通过采网印印刷工艺将粘结加固图案(104)，粘结加固图案(104)包括一个或多个粘结加固区域(参见图1(1b))，该粘结加固区域包括粘结辅助材料并混合了Ge颗粒和/或GaAs颗粒；所述括粘结辅助材料为钎料和/或TMMA，所述钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu或Sn-0.5Al，所述粘结加固区域中的Ge的含量为3mt％-12mt％，优选的实施例是5-8mt％，GaAs的含量为5mt％-15mt％，优选的实施例是8-12-8mt％，其余为粘结辅助材料。
步骤二如图1(2)所示，采用涂覆的方式将粘结辅助材料层设置在GaAs衬底(101)的键合表面上；
步骤三如图1(3)所示，将GaAs衬底的键合面和Ge衬底的键合面进行初步键合工艺，通过初步键合工艺将GaAs衬底和Ge衬底结合在一起；
步骤四如图1(4)所示，采用第二键合工艺，在第二键合过程中采用第一激光加热所述粘结加固图案(104)，经过激光热熔工艺处理所述粘合加固区域中的Ge与GaAs融熔一起，与其上下接触的GaAs衬底和Ge衬底紧密结合在一起。
图2中示意性第示出了本发明的一个实施例的半导体复合衬底的结构示意图，包括：在GaAs衬底(101)的键合表面设置有键合粘结辅助材料层(103)，粘结辅助材料层内包括一个或多个粘结加固区域(104)，该粘结加固区设置在GaAs衬底的键合表面的周边区域，该粘结加固区域包括粘结辅助材料并混合了Ge粉末和/或GaAs粉末；所述粘结加固区域中的Ge的含量为3mt％-12mt％，优选的实施例是5-8mt％，GaAs的含量为5mt％-15mt％，优选的实施例是8-12-8mt％，其余为粘结辅助材料，所述括粘结辅助材料为钎料和/或TMMA，所述钎料包括Sn-3.0Ag-0.5Cu或Sn-0.5Al。
GaAs衬底(101)的键合面和Ge衬底(102)的键合面进行初步键合工艺，该初步键合工艺将GaAs衬底和Ge衬底结合在一起；采用第二键合工艺，在第二键合过程中采用激光加热所述粘结加固区域，经过激光热熔工艺处理所述过渡层中的GE与GaAs融熔一起，与其上下接触的GaAs衬底和Ge衬底紧密结合在一起。
以上显示和面熟了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，军营将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明书限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应当将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施例方式今包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。
Claims (10)
1.一种采用键合工艺制备复合衬底的制作方法，所述制作方法包括：
设置有键合粘结辅助材料层，粘结辅助材料层包括一个或多个粘结加固区域，该粘结加固区域包括粘结辅助材料并混合了Ge材料和/或GaAs材料；
在GaAs衬底的键合表面设置键合粘结辅助材料层，粘结辅助材料层包括一个或多个粘结加固区域，在该粘结加固区域内由键合粘结辅助材料混合了Ge材料和/或GaAs材料；
将GaAs衬底的键合面和Ge衬底的键合面进行初步键合工艺，该初步键合工艺将GaAs衬底和Ge衬底结合在一起；
采用第二键合工艺，在第二键合过程中采用第一激光加热所述键合过渡层并，经过激光热熔工艺处理所述粘合加固区域中的Ge与GaAs融熔一起，与其上下接触的GaAs衬底和Ge衬底紧密结合在一起。
2.如权利要求1所述的制作方法，所述括粘结辅助材料为钎料和/或TMMA，所述钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu或Sn-0.5Al。
3.如权利要求2所述的制作方法，所述粘合加固区域中的Ge的含量为3mt％-12mt％，GaAs的含量为3mt％-12mt％，其余为粘结辅助材料。
4.如权利要求1-3之一所述的制作方法，采网印印刷工艺将粘结加固区域图案制备在GaAs衬底的键合面。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述Ge衬底内具有注氢层，所述注氢层可以通过激光加热工艺进行衬底剥离。
6.一种复合衬底结构，所述复合衬底结构由GaAs衬底和Ge衬底键合而成，其特征在于，该复合衬底包括：
在GaAs衬底的键合表面设置有键合粘结辅助材料层，粘结辅助材料层内包括一个或多个粘结加固区域，该粘结加固区域包括粘结辅助材料并混合了Ge材料和/或GaAs材料；
所述复合衬底中的GaAs衬底的键合面和Ge衬底的键合面通过初步键合工艺结合在一起；所述粘结加固区域在第二键合工艺期间被激光加热，经过激光热熔工艺处理所述粘结加固区中的Ge与GaAs融熔一起，与其上下接触的GaAs衬底和Ge衬底紧密结合在一起。
7.如权利要求6所述的复合衬底结构，所述括粘结辅助材料为钎料和/或TMMA，所述钎料包括Sn-3.0Ag-0.5Cu或Sn-0.5Al。
8.如权利要求6所述的复合衬底结构，所述粘结加固区域中的Ge的含量为3mt％-22mt％，GaAs的含量为5mt％-25mt％，其余为粘结辅助材料。
9.如权利要求5-8之一所述的复合衬底结构，采网印印刷工艺将粘结加固区域图案制备在GaAs衬底的键合面。
10.如权利要求6所述的复合衬底结构，其特征在于，所述Ge衬底内具有注氢层，所述注氢层可以通过激光加热工艺进行衬底剥离。
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