CN108695143A - 硅与iii-v族化合物硅键合材料及其键合方法 - Google Patents
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Abstract
一种硅与III‑V族化合物硅键合材料的键合方法，包括硅激活步骤、III‑V族化合物激活步骤、键合步骤、退火步骤、磨削抛光步骤，所述硅激活步骤、键合步骤、退火步骤、磨削抛光步骤依次进行，所述硅激活步骤、III‑V族化合物激活步骤同时进行。其有益效果是：通过键合的方式，制造硅与III‑V族化合物键合的材料，较容易实施、加工，位错密度低、易于选择不同厚度。
Description
技术领域
本发明涉及新型半导体材料制备领域，特别是一种硅与III-V族化合物硅键合材料及其硅键合方法。
背景技术
Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体如砷化镓、磷化镓、锑化铟等越来越受到人们的重视，特别是砷化镓具有硅、锗所不具备的能在高温度频下工作的优良特性，它还有更大的禁带宽度和电子迁移率，适合于制造微波体效应器件、高效红外发光二极管和半导体激光器，因此Ⅲ、Ⅴ族化合物半导体是很有发展前途的半导体材料。
Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的典型，如GaN，GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前，随着MBE技术在GaN材料应用中的进展和关键薄膜生长技术的突破，成功地生长出了GaN多种异质结构。用GaN材料制备出了金属场效应晶体管(MESFET)、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管(MODFET)等新型器件。调制掺杂的AlGaN/GaN结构具有高的电子迁移率(2000cm2/v·s)、高的饱和速度(1×107cm/s)、较低的介电常数，是制作微波器件的优先材料；GaN较宽的禁带宽度(3.4eV)及蓝宝石等材料作衬底，散热性能好，有利于器件在大功率条件下工作。
现在用异质外延技术生长出的GaN单晶，还不太令人满意，位错密度达到了108～1010/cm2，这有碍于GaN器件的发展。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种硅与III-V族化合物硅键合材料及其硅键合方法。具体设计方案为：
一种硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法，包括硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤、键合步骤、退火步骤、磨削抛光步骤，所述硅激活步骤、键合步骤、退火步骤、磨削抛光步骤依次进行，所述硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤同时进行。
所述硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤均为在气体等离子环境下进行的等离子激活。
所述硅激活步骤对硅片进行激活，所述III-V族化合物激活步骤对III-V族化合物膜层进行激活，所述III-V族化合物膜层固定于III-V族化合物衬底上，所述III-V族化合物膜层与所述硅片键合连接。
所述硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤的激活功率为50W-300W，激活时间为90s-600s。
键合步骤中，键合厚度为1-200um，键合后错位密度小于30ea/cm2。
所述退火步骤，采用微波热退火、激光热退火中的一种进行退火作业，所述微波热退火的退火温度为1250℃。
所述磨削抛光步骤中，对键合位置进行磨削，并对磨削后的表面进行抛光。
一种硅与III-V族化合物硅键合材料，包括硅片层、III-V族化合物衬底、III-V族化合物膜层，所述III-V族化合物膜层固定于所述III-V族化合物衬底上。
所述硅片层与所述III-V族化合物膜层键合连接，所述硅片层与所述III-V族化合物膜层硅键连接后形成键合层，所述硅片层、III-V族化合物衬底分别位于所述所述所述键合层的两侧。
所述键合层磨削剖光后形成功能层，所述功能层附着于所述硅片层上。
通过本发明的上述技术方案得到的硅与III-V族化合物硅键合材料及其硅键合方法，其有益效果是：
通过键合的方式，制造硅与III-V族化合物键合的材料，较容易实施、加工，位错密度低、易于选择不同厚度。
附图说明
图1是本发明所述硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法的工艺流程图；
图2是本发明所述硅与III-V族化合物硅键合材料键合前的结构示意图。
图3是本发明所述硅与III-V族化合物硅键合材料键合后的结构示意图；
图4是本发明所述硅与III-V族化合物硅键合材料磨削抛光后的结构示意图；
图中：1、硅片层；2、III-V族化合物衬底；3、III-V族化合物膜层；4、键合层；5、功能层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述。
一种硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法，包括硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤、键合步骤、退火步骤、磨削抛光步骤，所述硅激活步骤、键合步骤、退火步骤、磨削抛光步骤依次进行，所述硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤同时进行。
所述硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤均为在气体等离子环境下进行的等离子激活。
所述硅激活步骤对硅片进行激活，所述III-V族化合物激活步骤对III-V族化合物膜层进行激活，所述III-V族化合物膜层固定于III-V族化合物衬底上，所述III-V族化合物膜层与所述硅片键合连接。
所述硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤的激活功率为50W-300W，激活时间为90s-600s。
键合步骤中，键合厚度为1-200um，键合后错位密度小于30ea/cm2。
所述退火步骤，采用微波热退火、激光热退火中的一种进行退火作业，所述微波热退火的退火温度为1250℃。
所述磨削抛光步骤中，对键合位置进行磨削，并对磨削后的表面进行抛光。
一种硅与III-V族化合物硅键合材料，包括硅片层1、III-V族化合物衬底2、III-V族化合物膜层3，所述III-V族化合物膜层3固定于所述III-V族化合物衬底2上。
所述硅片层1与所述III-V族化合物膜层3键合连接，所述硅片层1与所述III-V族化合物膜层3硅键连接后形成键合层4，所述硅片层1、III-V族化合物衬底2分别位于所述所述所述键合层4的两侧。
所述键合层4磨削剖光后形成功能层5，所述功能层5附着于所述硅片层1上。
实施例1
材料：直径200mm的硅片；直径200mm的蓝宝石衬底氮化镓材料
1、将硅片放入激活腔内氮气环境下激活180s，激活功率100W；
2、将氮化镓材料片放入激活腔内氮气环境下激活180s，激活功率100W；
3、将两种材料对准贴合，实现预键合；
4、将两种材料形成的键合片进行1250℃的微波快速热退火处理；
5、将两种材料形成的键合片经过磨削及抛光得到硅与氮化镓键合的材料。
经上述方法制造的硅与氮化镓键合的材料，氮化镓层厚度5um，位错密度≤20ea/cm2，
实施例2
直径200mm的硅片；直径200mm的蓝宝石衬底氮化镓材料
1、将硅片放入激活腔内氮气环境下激活540s，激活功率200W；
2、将GaN材料片放入激活腔内氮气环境下激活540s，激活功率200W；
3、将两种材料对准贴合，实现预键合；
4、将两种材料形成的键合片进行激光快速热退火处理；
5、将两种材料形成的键合片经过磨削及抛光得到硅与氮化镓键合的材料。
经上述方法制造的硅与氮化镓键合的材料，氮化镓层厚度达到100um，位错密度可以达到≤25ea/cm2。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法，包括硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤、键合步骤、退火步骤、磨削抛光步骤，其特征在于，所述硅激活步骤、键合步骤、退火步骤、磨削抛光步骤依次进行，所述硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤同时进行。
2.根据权利要求1中所述的硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法，其特征在于，所述硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤均为在气体等离子环境下进行的等离子激活。
3.根据权利要求1中所述的硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法，其特征在于，所述硅激活步骤对硅片进行激活，所述III-V族化合物激活步骤对III-V族化合物膜层进行激活，所述III-V族化合物膜层固定于III-V族化合物衬底上，所述III-V族化合物膜层与所述硅片键合连接。
4.根据权利要求1中所述的硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法，其特征在于，所述硅激活步骤、III-V族化合物激活步骤的激活功率为50W-300W，激活时间为90s-600s。
5.根据权利要求1中所述的硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法，其特征在于，键合步骤中，键合厚度为1-200um，键合后错位密度小于30ea/cm2。
6.根据权利要求1中所述的硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法，其特征在于，所述退火步骤，采用微波热退火、激光热退火中的一种进行退火作业，所述微波热退火的退火温度为1250℃。
7.根据权利要求1中所述的硅与III-V族化合物硅键合材料的键合方法，其特征在于，所述磨削抛光步骤中，对键合位置进行磨削，并对磨削后的表面进行抛光。
8.一种硅与III-V族化合物硅键合材料，包括硅片层(1)、III-V族化合物衬底(2)、III-V族化合物膜层(3)，其特征在于，所述III-V族化合物膜层(3)固定于所述III-V族化合物衬底(2)上。
9.根据权利要求8中所述的硅与III-V族化合物硅键合材料，其特征在于，所述硅片层(1)与所述III-V族化合物膜层(3)键合连接，所述硅片层(1)与所述III-V族化合物膜层(3)硅键连接后形成键合层(4)，所述硅片层(1)、III-V族化合物衬底(2)分别位于所述所述所述键合层(4)的两侧。
10.根据权利要求9中所述的硅与III-V族化合物硅键合材料，其特征在于，所述键合层(4)磨削剖光后形成功能层(5)，所述功能层(5)附着于所述硅片层(1)上。
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