CN1996551A

CN1996551A - 晶片直接键合过程中实验参数的优化方法

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Publication number: CN1996551A
Application number: CNA2005101307709A
Authority: CN
Inventors: 赵洪泉; 于丽娟; 黄永箴
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: CN100428403C

Abstract

本发明涉及晶片直接键合技术领域，提供的是一种通过实验和计算结果对III/V－Si晶片直接键合技术中的几个关键参数进行优化的方法。本发明中以单面抛光的Si和InP晶片为例进行阐述。晶片直接键合过程主要包括四个阶段，即：晶片清洗阶段；预键合阶段；高温热处理阶段；去衬底阶段。本发明分别对各个阶段的一系列关键参数通过理论和实验论证进行了优化。通过键合InP基结构片在Si上后，利用湿法腐蚀去InP衬底，在外延层上很少发现有气泡的存在。在我们后续阶段利用键合在硅上的InP外延量子阱结构片，成功的制作出了InP基端发射激光器。本发明可广泛应用于微电子和硅基光电子领域。

Description

晶片直接键合过程中实验参数的优化方法

技术领域

本发明涉及晶片直接键合技术领域，特别是利用于Si基光电子集成和光子集成器件方面的晶片直接键合过程中实验参数的优化的方法。

背景技术

半导体直接键合技术的出现不仅提供了对晶格常数大失配材料进行集成而不会导致位错扩展，而且对于微电子和光电子器件集成在材料设计上提供了更多的自由度，这在传统的外延生长技术上是相当难实现的。

随着对III-V族半导体材料的越来越广泛的应用，利用晶片键合方法实现III-V族半导体材料与Si的键合吸引了越来越多人的兴趣。前面已经有学者有过将GaAs基和InP基面发射和边发射激光器键合在Si上的报道，Shinpei Ogawa等利用键合技术成功的制作了三维光子晶体，而利用键合技术和智能剥离工艺制作SOI材料更是得到了更广泛的应用。对晶格不匹配和热膨胀系数大失配的Si和InP和GaAs材料进行键合以制备成Si基长波长激光器或者光子晶体的报道早前已经有过。此外还有合金键合如利用Cu-Cu直接键合，Au-Au扩散键合，In-Sn、Cu-Ti、AuGeNiCr合金键合等，键合温度与合金成分相关，在一些特定器件制作上有应用。

国外有相当多的利用等离子体辅助技术和智能剥离技术进行键合的方法的报道，但是对实验条件要求相当高，对实验设备的要求也相对复杂。我们在实验设备和工艺条件很简单，非超净的环境下，同样能够得到相当不错的InP-Si键合晶片。关键取决于在实验过程中，通过多次实验和理论计算不断优化实验中的各项参数，可以最大限度的减少键合界面气泡的产生，和降低界面热应变，降低外延层弹性形变能和总的形变能，得到最佳的热处理温度，在尽量减小界面热应力的情况下，得到尽量大的键合能。整个实验过程工艺要求相对简单，而可重复性好，能够满足后续器件制作工艺要求。

发明内容

本发明是对不同晶格常数和热膨胀系数的III-V族-Si晶片键合过程中的一系列关键工艺参数进行优化，以得到最佳工艺条件，从而最大限度的降低不利因素增加界面键合能的一种方法。本发明以单一材料单面抛光的n型带外延量子阱结构InP(350μm，电阻率1-5Ω)和n型Si(280μm，电阻率1-5Ω)为例进行了说明，但不构成对本发明的限制。

技术方案

1)晶片清洗阶段

1-1)由于晶片Si的清洗和表面处理工艺已经相当成熟，我们利用一般的流程对Si片进行了表面除污和微小颗粒以及亲水性处理，即先用有机溶剂煮洗的方法去除表面有机污染。后用大量D.I.水冲洗，再用RCA2溶液(HCl∶H₂O₂∶H₂O＝1∶1∶5)80-100℃处理10-15分钟，以有效去除金属离子污染。后用大量D.I.水冲洗，用1-10％(vol.)HF溶液处理10-15秒，有效去除Si表面形成的氧化物和该氧化物所束缚的微小颗粒。再用大量D.I.水冲洗，用改进的RCA1溶液(NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O＝0.25∶1∶5)80-100℃处理10-15分钟，以有效去除表面金属离子污染，并生成亲水性表面。对于InP晶片的处理，在经过有机溶剂煮洗和D.I.水的反复冲洗后，用1％(vol.)HF在25℃处理10秒，可以完全去除表面自然氧化层，用D.I.水反复冲洗后，用H₂O₂∶H₂O＝1∶5溶液80℃处理15分钟，以有效去除表面金属离子污染和有机碳氢化合物污染，后用大量D.I.水冲洗，用改进的RCA1溶液20℃处理5分钟，能形成亲水性表面，并在晶片界面形成大量的悬挂键。

1-2)对于InP晶片的处理比较复杂，因为InP远比Si更容易和各种酸和碱反应，处理溶液的浓度和温度都容易对晶片表面的粗糙度造成很大的影响。为了得到对InP的最优表面清洗方法，我们通过多种不同实验方法(如表1所示)，对InP晶片进行了处理，并分别利用表面光电子能谱分析(XPS)，原子力显微分析(AFM)，表面接触角分析分别对处理后的晶片的主要元素的能谱，表面均方根粗糙度(RMS)，表面的亲水性进行了检测。通过这些实验分析，我们认为表1中的第4中处理方案为直接键合过程中对InP晶片的最优处理方案。我们评定的原则是：首先要保证处理后表面粗糙度≤0.5纳米；其次最大限度的降低晶片表面的各种有机污染和金属离子污染，尽量减小表面依附的微小颗粒，以免在热处理过程中造成气泡；其三是提高表面悬挂的-OH键密度，增加表面的亲水性，以提高预键合阶段的键合能。

2)预键合阶段

2-1)将晶向对准的InP-Si晶片对先置于一加热箱内，低温加热。这个阶段没有加任何压力在晶片上，加热温度T_i小于100℃，各个温度结果进行比较，得出加热温度T_i为100-T_r℃为最佳，T_r为室温。加热温度T_i为70℃最佳，加热时间为5小时，加热时间≥5小时，属于自发键合，目的是将晶片界面的水气蒸发，同时两晶片间形成以水分子为主的氢桥联接。时间上越长效果越好。当时间很长时，甚至可以不经过后续阶段的更高温加热，而直接进行衬底机械抛磨减薄。在低温热处理阶段，室温20℃左右，温度T_a1＝150℃，压力大小为4Kg/cm²，升温速率为0.1℃/分钟，恒温时间为10小时为优化值。将InP衬底减薄到150μm为优化值。2-2)将经过低温T_i热处理的晶片在一加热加压的真空炉内继续加热至温度T_a1，T_a1的优化值为T_a1＝2T_i+0.5T_r。温度T_a1＝150℃，压力大小为1-4Kg/cm²，升温速率0.1-0.5℃/分钟，恒温时间为1-20小时，以充分驱赶界面水气，防止在随后的退火阶段产生气泡和非键合区。由于这个阶段的热处理不会因为材料的热膨胀系数差造成的应力而导致解键合或位错的产生，因而处理时间越长，界面因为In原子的扩散不但可以增加键合能，而且可以更充分的填充界面的微隙。

2-3)经过T_a1温度的热处理，键合晶片的界面能已经足够经受磨抛减薄的力作用。我们用306号金刚砂对InP衬底进行机械磨抛减薄，由于InP晶片很脆、易碎的特点，减薄厚度最薄不能超过50-80μm。InP衬底被减薄后的厚度对于后面更高温度的热处理非常重要，界面径向应力，剪应力，剥离应力，作用在InP上的双轴弹性形变能，作用在整个键合片上的弹性能都随InP减薄后的厚度值相关。为了得到InP减薄后的最佳厚度值，我们利用Bi-metal thermostats模型的应力和弹性能分析方程计算了InP-Si键合界面的径向应力、剪切应力、InP层上的弹性形变能和整个键合片上的弹性形变能与InP衬底厚度的关系。计算结果表明，InP晶片衬底减薄到约100-150μm时，在后续的高温热处理阶段，可以有效的降低InP层上的双轴弹性形变能，从而提高了界面的键合强度。这个结果与我们在实验中所得到的结果是一致的。

3)高温热处理阶段

3-1)经过减薄后的晶片被置于真空温控加热炉中继续进行温度为T_a2的高温热处理，以提高界面键合能，这个过程因为InP晶片已经很薄，且易碎，不能加压。经过前面的相同工艺条件，我们做了热处理温度T_a2分别为150℃，250℃，350℃，450℃，550℃的5组InP-Si键合晶片进行比较，我们得出此阶段高温热处理的最优温度T_a2的设定值为：T_a2＝2T_a1-T_r。升温速率以0.1-0.5℃/分钟，恒温时间以1-10小时为佳；T_a2＝280℃的高温热处理，以提高界面键合能，不能加压，从室温上升到T_a1的速度以0.1℃/分钟，恒温时间以10小时为佳；从T_a1＝150℃上升到T_a2的速度以0.2℃/分钟，恒温热处理时间以5小时为佳。

4)去衬底阶段

4-1)将经过前面热处理的晶片用湿法腐蚀去衬底。去衬底用稀释的盐酸即可，由于盐酸溶液对InP衬底的腐蚀速度随室温变化相当大，因此根据室温的不同改换盐酸的浓度非常重要。不同浓度不同温度下盐酸溶液对InP(100)的腐蚀速度在文献(Notten，P.H.L.，1984)中已经有过报道，实验中可以参考进行去衬底腐蚀。

4-2)经过去衬底后的键合晶片，只剩下约数微米厚的外延层键合在Si上，为了增加键合能，需要最后一次热处理。热处理温度以T_a3＝T_a1+T_a2-2T_r为优化值。在室温到T_a1阶段，升温速率0.1-0.5℃/分钟，恒温时间1-20小时；在T_a1-T_a2阶段，升温速率0.1-0.5℃/分钟，恒温时间1-10小时；在T_a2-T_a3阶段，升温速率0.1-0.5℃/分钟，恒温时间1-3小时；因为外延层很薄，键合温度可以比前面更高而不至于引起高的界面应力和弹性形变能，这在附图(8)-(18)中应力和弹性形变能与InP厚度的关系可以看出来。T_a3高温下过长的时间容易导致高温真空下磷的挥发，而在界面形成孔隙，并导致解键合。

表1对InP的不同处理方案。

表1

(1)有机溶剂^a→D.I.水
(1)有机溶剂^a→D.I.水	(2a)有机溶剂^a→D.I.水→1％HF^b
(2b)有机溶剂^a→D.I.水→10％HF^b	(2a)有机溶剂^a→D.I.水→1％HF^b
(2b)有机溶剂^a→D.I.水→10％HF^b	(3a)有机溶剂^a→D.I.水→1％HF^b→D.I.水→RCA1溶液^c
(3b)有机溶剂^a→D.I.水→1％HF^b→D.I.水→改进的RCA1溶液^c	(3a)有机溶剂^a→D.I.水→1％HF^b→D.I.水→RCA1溶液^c
(3b)有机溶剂^a→D.I.水→1％HF^b→D.I.水→改进的RCA1溶液^c	(4)有机溶剂^a→D.I.水→1％HF^b→D.I.水→H₂O₂∶H₂O＝1∶5^d→D.I.水→改进的RCA1溶液^e

^a煮洗.^b25℃，10秒.^c80℃，10分钟.^d80℃，15分钟，^e20℃，5分钟.

附图说明

图1利用Bi-metal thermostats模型得到的应力及弹性能分析结构示意图。

图2InP(100)晶面被表1中的四种不同处理方法处理后的0_lS的XPS谱图。

图3InP(100)晶面被表1中的四种不同处理方法处理后的C_lS的XPS谱图。

图4InP(100)晶面被表1中的四种不同处理方法处理后的XPS谱图。

图5InP(100)晶面被1-10％(vol.)有搅拌的不同浓度HF处理后的表面均方根粗糙度值的图。

图6InP(100)晶面均方根粗糙度与RCA1溶液温度和溶液中氨水浓度不同值的关系图。

图7InP(100)晶面被表一中不同处理方法处理后测量得到的表面接触角的图。

图8利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果图。

图9利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果图。

图10利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果图。

图11利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果图。

图12利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果图。

图13利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果图。

图14利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果图。

图15利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果图。

图16利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果图。

图17利用Bi-metal thermostats模型弹性形变能分析方程所得到的计算结果图。

图18利用Bi-metal thermostats模型弹性形变能分析方程所得到的计算结果图。

图19(a)、(b)、(c)、(d)分别是利用X-射线双晶衍射对InP-Si分别在150℃-450℃热处理温度下的键合晶片界面应力进行测量，得到的衍射数据结果。

图20是通过图19的衍射结果计算得到的InP晶片上的径向应力与利用Bi-metal thermostats模型得到的计算结果进行比较的对比图。

具体实施方式

图1是利用Bi-metal thermostats模型得到的不同的热处理温度条件下应力及弹性能分析结构示意图。该模型假设两完好键合的InP-Si圆晶，计算中圆晶的半径为1cm，计算中所取的所有物理参数都认为与温度无关，都选取室温下的参数，键合界面没有任何气泡，晶向完全对准，热处理过程中键合界面不存在任何结构和成分等方面的变化。其中主要的物理参数的选取包括：弹性模量：E_InP(100)＝6.11×10¹⁰N/m²，E_Si(100)＝1.3×10¹¹N/m²，泊松比：V_InP(100)＝0.36，v_Si(100)＝0.28，线性热膨胀系数α_InP(100)＝4.8×10^-6/K，α_Si(100)＝4.8×10^-6/K。

图2是InP(100)晶面被表1中的四种不同处理方法处理后的O_lS的XPS谱图。O_lS的峰值约在533ev处。由图可见，1％(vol.)浓度的HF溶液，常温下有搅拌10秒钟，可以完全去除InP表面的自然氧化层。因为该氧化层非常容易束缚各种金属和有机杂质，因此我们在处理过程中有必要去掉这层氧化物，并不至于引起表面粗糙度恶化。因为HF处理后的晶片为疏水性表面，为此，我们利用RCA1溶液和改进的RCA1溶液进行了进一步的处理，以恢复晶片表面亲水性。由图也可以看出，H₂O₂的浓度对于表面氧含量，即表面的亲水性程度起着主要的作用。

图3是InP(100)晶面被表1中的四种不同处理方法处理后的C_lS的XPS谱图。由图可以看出，HF处理后的晶片表面C含量还相当高，这些C含量主要是由于表面碳氢化合物污染和表面吸附的CO₂。表1中的3(a)、3(b)、和(4)处理过程都可以有效的减小表面C污染，从而在热处理阶段减少气泡的产生。

图4是InP(100)晶面被表1中的四种不同处理方法处理后的XPS谱图。所用的仪器为MKII型XPS谱仪，用Alα(1486.6eV)作为X-射线源，分辨率为50eV。

图5是InP(100)晶面被1-10％(vol.)有搅拌的不同浓度HF处理后的表面均方根粗糙度值。这些值都由原子力显微镜(AFM)检测得到。由图可知，随着HF浓度的增加，InP表面的粗糙度增大，因此在有效去除InP表面自然氧化层的基础上，尽量避免HF溶液对InP表面粗糙度的破坏非常重要。

图6是InP(100)晶面表面均方根粗糙度与RCA1溶液温度和溶液中氨水浓度不同值的关系。这些值都由原子力显微镜(AFM)检测得到。由图可见，随着氨水浓度的增加，和溶液温度的上升，InP表面粗糙度增大，尤其是温度对InP表面的粗糙度影响非常大，因此，我们选择表1中的第(4)处理方案。

图7是InP(100)晶面被表一中不同处理方法处理后测量得到的表面接触角。此接触角的测量在一台光学显微镜上，通过在处理后的晶片表面滴一微小水滴，测量该球冠状水滴的底边直径和水滴高度后计算得到。从图中可以看出，表1中3(a)、3(b)、和(4)的三种方案对表面亲水性的形成效果相差不大。

图8是利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果，在键合晶片的中心位置，界面径向应力在150℃-550℃不同温度热处理条件下与InP衬底厚度的关系。适当的减薄InP衬底厚度，可以有效的减小径向应力。

图9是利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果，设键合晶片半径为1cm，界面径向应力在150℃-550℃不同温度热处理条件下与离晶片中心距离的关系。由图可知，径向应力在键合界面边缘处指数下降为0。

图10是利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果，在键合晶片的边缘处，界面剥离应力在150℃-550℃不同温度热处理条件下与InP衬底厚度的关系。剥离应力只在热处理的过程中出现，在热处理过程结束后，剥离应力消失。

图11是利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果，设键合晶片半径为1cm，InP和Si衬底厚度分别为380μm和280μm，界面剥离应力在150℃-550℃不同温度热处理条件下与离晶片中心距离的关系。剥离应力在靠近边缘部分的时候指数上升，在其它部分为0。

图12是利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果，设键合晶片半径为1cm，InP和Si衬底厚度分别为120μm和280μm，界面剥离应力在150℃-550℃不同温度热处理条件下与离晶片中心距离的关系。由图可见，在将InP晶片进行减薄以后，界面剥离应力方向与图11中反向，数值上有所增大。

图13是利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果，在键合晶片的边缘处，界面剪切应力在150℃-550℃不同温度热处理条件下与InP衬底厚度的关系。

图14是利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果，设键合晶片半径为1cm，InP和Si衬底厚度分别为380μm和280μm，界面剪切应力在150℃-550℃不同温度热处理条件下与离晶片中心距离的关系。与剥离应力相似，剪切应力在靠近键合界面边缘部分的时候指数上升，在其它部分为0。

图15是利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果，InP衬底厚度分别为150μm和380μm时，设界面处为零点，150℃-550℃不同温度热处理条件下，径向应力在垂直于InP衬底厚度上的分布情况。

图16是利用Bi-metal thermostats模型应力分析方程所得到的计算结果，InP衬底厚度分别为10μm和50μm时，设界面处为零点，150℃-550℃不同温度热处理条件下，径向应力在垂直于InP衬底厚度上的分布情况。

图17是利用Bi-metal thermostats模型弹性形变能分析方程所得到的计算结果，作用在InP上的双轴弹性形变能在150℃-550℃不同温度热处理条件下，与InP衬底厚度的关系。从该图也可以看出，将InP衬底减薄到150μm左右的时候，可以有效的减小InP层上的弹性形变能。

图18是利用Bi-metal thermostats模型弹性形变能分析方程所得到的计算结果，作用在整个键合晶片上的双轴弹性形变能在150℃-550℃不同温度热处理条件下，与InP衬底厚度的关系。

图19(a)、(b)、(c)、(d)分别是利用X-射线双晶衍射对InP-Si从150℃-450℃热处理温度下的键合晶片界面应力进行测量，得到的衍射数据结果。因为InP的厚度在去掉衬底以后只有4μm左右，而Si的厚度是280μm，因而界面应力主要集中在InP薄层上，因此，实验中我们主要研究InP上的应力情况。由于InP的布拉格衍射角是31.667°，因此，我们选择±31.667°来做为X-射线的入射角。已知无应力条件下的InP的2θ衍射角是63.334°，当入射角为31.667°的时候，测得的衍射角是2θ+Δ2θ+5，当入射角是-31.667°的时候，衍射角是2θ-Δ2θ+5。其中Δ2θ是由于热应力所导致的衍射角偏移，δ是由于InP(100)和Si(100)之间的晶向偏差所造成的衍射角偏移。图(a)、(b)、(c)、(d)分别是热处理温度为150℃-450℃的键合晶片的衍射结果。

图20是通过图19的衍射结果计算得到的InP晶片上的径向应力与利用Bi-metal thermostats模型得到的计算结果进行比较的对比图。从该图我们可以看出，计算结果要比实验结果的相应值要小，这主要是因为我们在利用Bi-metal thermostats模型进行计算的时候做出了种种假设，尤其是假设所取的所有物理参数都与温度无关。但是从图中我们也可以看出，实验结果与计算结果在变化趋势上是一致的，因此，该图反映了我们计算结果虽然在数值大小上与实际有一定的出入，但是它能够正确的反映应力和弹性形变能的各种变化趋势，能够解释我们采取一些措施能够有效减小应力和弹性形变能的原因。

Claims

1.对不同晶格常数和热膨胀系数的III-V族/Si晶片键合过程中的一系列关键工艺参数进行优化的方法，其步骤包括：

1)晶片清洗和化学处理阶段

1-1)利用一般的流程对Si片进行了表面除污和微小颗粒以及亲水性处理，即先用有机溶剂煮洗的方法去除表面有机污染，后用大量D.I.水冲洗，再用RCA2溶液80-100℃处理10-15分钟，以有效去除金属离子污染，后用大量D.I.水冲洗，用1-10％HF溶液处理10-15秒，再用大量D.I.水冲洗，用改进的RCA1溶液80-100℃处理10-15分钟，以有效去除表面金属离子污染，并生成亲水性表面；

1-2)为了得到对InP的最优清洗方法，分别利用表面光电子能谱分析，原子力显微分析，表面接触角分析分别对处理后的晶片的主要元素的光电子能谱，表面均方根粗糙度，表面的亲水性进行了检测；

2)预键合阶段

2-1)将晶向对准的InP-Si晶片对先置于一加热箱内，低温加热，加热温度T_i小于100℃，以T_i＝100℃-T_r为佳，加热时间≥5小时，自发键合；

2-2)将经过低温T_i热处理的晶片在一加热加压的真空炉内继续加热至温度T_a1，压力大小为1-4Kg/cm²为宜，T_a1的优化值为T_a1＝2T_i+0.5T_r，T_r为室温；这个阶段的升温速率为0.1-0.5℃/分钟，恒温时间为1-20小时，以充分驱赶界面水气，防止在随后的退火阶段产生气泡和非键合区；

2-3)经过T_a1温度的热处理，键合晶片的界面能已经足够经受磨抛减薄的力作用，用306号金刚砂对InP衬底进行机械磨抛减薄，减薄厚度最薄不能超过50-80μm，为了得到InP减薄后的最佳厚度值，利用Bi-metalthermostats模型的应力和弹性能分析方程计算了InP-Si键合界面的径向应力、剪切应力、InP层上的弹性形变能和整个键合片上的弹性形变能与InP衬底厚度的关系，计算结果表明，InP晶片衬底减薄到约100-150μm时，在后续的高温热处理阶段，可以有效的降低InP层上的弹性形变能和径向应力；

3)高温热处理阶段

3-1)经过减薄后的晶片被继续置于真空温控加热炉中继续进行温度为T_a2＝2T_a1-T_r的高温热处理，以提高界面键合能，这个过程因为InP晶片已经很薄，且易碎，不能加压，升温速率以0.1-0.5℃/分钟，恒温时间以1-10小时为佳；

4)去衬底阶段

4-1)将经过前面热处理的晶片用湿法腐蚀去衬底，去衬底用稀释的盐酸即可；

4-2)经过去衬底后的键合晶片，热处理温度以T_a3＝T_a1+T_a2-2T_r为优化值，在室温到T_a1阶段，升温速率以0.1-0.5℃/分钟，恒温时间以1-20小时为佳；在T_a1-T_a2阶段，升温速率以0.1-0.5℃/分钟，恒温时间以1-10小时为佳；在T_a2-T_a3阶段，升温速率以0.1-0.5℃/分钟，恒温时间以1-3小时为佳。

2.根据权利要求1所述的对不同晶格常数和热膨胀系数的III-V族-Si晶片键合过程中的一系列关键工艺参数进行优化的方法，其特征在于，1)晶片清洗和化学处理阶段，对于InP晶片的处理，在经过有机溶剂煮洗和D.I.水的反复冲洗后，用1％(vol.)HF在25℃处理10秒，可以完全去除表面自然氧化层，用D.I.水反复冲洗后，用H₂O₂∶H₂O＝1∶5溶液80℃处理15分钟，以有效去除表面金属离子污染和有机碳氢化合物污染，后用大量D.I.水冲洗，用改进的RCA1溶液20℃处理5分钟，能形成亲水性表面，并在晶片界面形成大量的悬挂键。

3.根据权利要求1所述的对不同晶格常数和热膨胀系数的III-V族-Si晶片键合过程中的一系列关键工艺参数进行优化的方法，其特征在于，2)预键合阶段，加热温度T_i为70℃最佳，加热时间为5小时，自发键合，在低温热处理阶段，室温20℃左右，温度T_a1＝150℃，压力大小为4Kg/cm²，升温速率为0.1℃/分钟，恒温时间为10小时为优化值，将InP衬底减薄到150μm为优化值。

4.根据权利要求1所述的对不同晶格常数和热膨胀系数的III-V族-Si晶片键合过程中的一系列关键工艺参数进行优化的方法，其特征在于，3)高温热处理阶段，T_a2＝280℃的高温热处理，以提高界面键合能，不能加压，从室温上升到T_a1的速度以0.1℃/分钟，恒温时间以10小时为佳；从T_a1＝150℃上升到T_a2的速度以0.2℃/分钟，恒温热处理时间以5小时为佳。

5.根据权利要求1所述的对不同晶格常数和热膨胀系数的III-V族-Si晶片键合过程中的一系列关键工艺参数进行优化的方法，其特征在于，4)去衬底阶段，热处理温度以T_a3＝380℃为优化值，从T_a2到T_a3之间的温度上升速度以0.5℃/分钟，恒温热处理时间以t＝30分钟为宜。

6.根据权利要求3或4或5所述的对不同晶格常数和热膨胀系数的III-V族-Si晶片键合过程中的一系列关键工艺参数进行优化的方法，其特征在于，在室温到T_a1阶段，升温速率以0.1-0.5℃/分钟，恒温时间以1-20小时为佳；在T_a1-T_a2阶段，升温速率以0.1-0.5℃/分钟，恒温时间以1-10小时为佳；在T_a2-T_a3阶段，升温速率以0.1-0.5℃/分钟，恒温时间以1-3小时为佳；T_a3高温下过长的时间容易导致高温真空下磷的挥发，而在界面形成孔隙，并导致解键合。