小尺寸磷化铟晶圆与8寸硅晶圆的异质键合方法

技术领域

本发明涉及半导体加工制造领域，具体提供一种小尺寸磷化铟晶圆与8寸硅晶圆的异质键合方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，越来越多具有优秀特性的半导体材料跃入人们的视野。磷化铟(InP)作为第二代半导体材料的代表，具有高光电转换效率、超高的饱和电子漂移、高禁带宽度、较强的抗辐射能力和良好的导热性等优点，使其广泛应用在探测器、激光器和传感器等方面，在人工智能、航空航天和智能驾驶等领域都有非常大的应用潜力。

但是由于InP材质的晶圆易碎，目前仅有美国和日本掌握大尺寸InP晶圆的制备方法，且进行了技术封锁，使得我国目前普遍使用的InP晶圆仅为2寸，而随着半导体技术的快速发展，各种晶圆尺寸越做越大，相应的工艺设备也在越做越大，这使得小尺寸InP晶圆无法通过光刻工艺在其表面做好键合对准标记，导致其与8寸硅(Si)晶圆键合后铜柱无法实现互连。同时，在键合设备运行过程中，由于InP晶圆尺寸过小，机台无法准确识别InP晶圆的位置，极容易出现碎片的情况，造成严重的财产损失。目前，2寸InP晶圆裸片售价就在千元以上，若经过如：光刻、溅射、外延、TSV等工艺后，单片成本就已远远超过万元。

因此，亟需一种可以将具有优秀特性的小尺寸InP晶圆与8寸晶圆实现异质键合的方法。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种小尺寸磷化铟晶圆与8寸硅晶圆的异质键合方法，主要包括以下步骤：

S1、对8寸的临时载片和小于8寸的磷化铟晶圆进行清洗，并通过临时键合胶将磷化铟晶圆胶结在临时载片的中心位置；

S2、将胶结在临时载片上的磷化铟晶圆进行化学机械抛光，并去除表面铜层，使磷化铟晶圆的铜柱的高度低于磷化铟晶圆的表面；

将8寸的硅晶圆进行化学机械抛光，并保证硅晶圆的铜柱与磷化铟晶圆的铜柱状态相同；

S3、对磷化铟晶圆进行光刻工艺，并在临时载片上反刻有标记；

S4、键合机依据标记识别磷化铟晶圆，将磷化铟晶圆与硅晶圆实现键合，并保证磷化铟晶圆的铜柱与硅晶圆的铜柱互连；

S5、加热去除临时载片。

优选的，在S1中，采用SC-1清洗液对临时载片和磷化铟晶圆进行清洗。

优选的，在S1中，通过涂胶机将临时键合胶旋涂在临时载片的表面。

优选的，加热去除临时载片的具体过程如下：通过加热使临时键合胶受热变质并失去粘性，将临时载片去掉，并清洗掉磷化铟晶圆上残留的临时键合胶，实现磷化铟晶圆与硅晶圆的异质键合。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

本发明有效实现了小尺寸磷化铟晶圆与8寸硅晶圆的异质键合，同时保证了铜柱互连问题，本发明使得小尺寸磷化铟晶圆不再受到半导体加工工艺技术的限制，使其可以应用于高端芯片设计的工艺开发，实现探测器、激光器和传感器等器件的量产，降低了磷化铟晶圆在进行CMP、光刻和键合等相关工艺过程中碎片的风险，提高了半导体设备对不同尺寸晶圆的兼容性，降低了磷化铟晶圆的应用成本。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的小尺寸磷化铟晶圆与8寸硅晶圆的异质键合方法的流程图；

图2是根据本发明实施例提供的临时载片与磷化铟晶圆的临时键合示意图；

图3是根据本发明实施例提供的8寸硅晶圆的抛光示意图；

图4是根据本发明实施例提供的临时载片的反刻标记图；

图5是根据本发明实施例提供的临时载片、磷化铟晶圆与硅晶圆的三层键合图；

图6是根据本发明实施例提供的磷化铟晶圆与硅晶圆的键合图；

图7是根据本发明实施例提供的磷化铟晶圆与硅晶圆的键合实物图。

其中的附图标记包括：

磷化铟晶圆1、临时载片2、硅晶圆3、铜层4、铜柱5。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的小尺寸磷化铟晶圆与8寸硅晶圆的异质键合方法的流程。

如图1所示，本发明实施例提供的小尺寸磷化铟晶圆与8寸硅晶圆的异质键合方法，主要包括以下步骤：

图2示出了根据本发明实施例提供的临时载片与磷化铟晶圆的临时键合结构。

如图2所示，S1、准备一片8寸的临时载片2和一片2寸的磷化铟晶圆1，临时载片2可选用硅晶圆，磷化铟晶圆1可选择2英寸、3英寸、4英寸、6英寸或其他小于8寸的晶圆。磷化铟晶圆1需要经过TSV工艺和铜电镀工艺，并使用SC-1清洗液对磷化铟晶圆1和临时载片2进行表面清晰，保证表面的洁净度。

通过控制涂胶机的转速和出胶量，在临时载片2的表面旋涂一层临时键合胶，在涂胶过程中需保证临时载片2的背部不会出现胶水残留的问题。

将磷化铟晶圆1胶结在涂有临时键合胶的临时载片2的中心位置，胶结完成后需保证磷化铟晶圆1的平边与临时载片2的notch口垂直且被平分。将胶结的磷化铟晶圆1和临时载片2放置在冷却平台上，当磷化铟晶圆1和临时载片2冷却至室温，临时键合完成，构成磷化铟晶圆1+临时载片2的双层结构，并使用临时键合胶对应的解胶剂，除磷化铟晶圆1与临时载片2临时键合的位置外，将其他区域的临时键合胶清除。

S2、将完成临时键合的磷化铟晶圆1进行化学机械抛光，即CMP工艺，去除表面铜层4仅留下磷化铟晶圆1的表面孔内的铜柱5，需保证磷化铟晶圆1的铜柱的高度低于磷化铟晶圆1的表面高度。

图3示出了根据本发明实施例提供的8寸硅晶圆的抛光。

如图3所示，准备一片已经过TSV工艺和镀铜工艺的8寸硅晶圆3，并使用SC-1清洗液对硅晶圆3进行清洗，保证硅晶圆3的表面洁净度。并对硅晶圆3进行相同的CMP工艺，保证硅晶圆3的铜柱与磷化铟晶圆1的铜柱状态相同。

图4示出了根据本发明实施例提供的临时载片的反刻标记。

如图4所示，S3、将经过CMP工艺的磷化铟晶圆1进行光刻工艺，并依据磷化铟晶圆1上的光学标记对临时载片2反刻标记，保证键合机可以根据临时载片2上的标记准确找到磷化铟晶圆1的位置。

图5示出了根据本发明实施例提供的临时载片、磷化铟晶圆与硅晶圆的三层键合结构。

如图5所示，S4、将做完反刻标记的磷化铟晶圆1+临时载片2的双层结构与经过CMP工艺的8寸硅晶圆4一同送入键合机中，键合机依据标记识别磷化铟晶圆1，将磷化铟晶圆1与硅晶圆3实现键合，并且铜柱处于互连状态，此时形成临时载片2、磷化铟晶圆1与硅晶圆3的三层键合结构。

图6示出了根据本发明实施例提供的磷化铟晶圆与硅晶圆的键合结构。

如图6所示，S5、将临时载片2、磷化铟晶圆1与硅晶圆3的三层键合结构放在加热板上，通过加热使临时键合胶受热变质并失去粘性，将临时载片2去掉，并清洗掉磷化铟晶圆1上残留的临时键合胶，实现磷化铟晶圆1与硅晶圆3的异质键合。

图7示出了根据本发明实施例提供的磷化铟晶圆与硅晶圆的键合实物效果。

依据本发明进行实际验证，获得如图7所示的实物效果。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。