[發明專利]晶圓鍵合方法及其鍵合裝置

有效

• 申請號: 201610908069.3
• 申請日: 2016-10-18
• 公開（公告）號: CN107958839B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 三重野文健
• 申請（專利權）人: 上海新昇半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L21/268;H01L21/67
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 余昌昊

本發明提供了一種晶圓鍵合方法及其鍵合裝置，所述鍵合方法包括：提供氮化鎵晶圓與碳化硅晶圓；在所述氮化鎵晶圓與碳化硅晶圓上均形成無定型碳化硅；將所述氮化鎵晶圓與碳化硅晶圓形成有所述無定型碳化硅的一面進行鍵合，并且在鍵合過程中進行微波退火；所述氮化鎵晶圓與碳化硅晶圓上的無定型碳化硅通過微波退火轉換為結晶碳化硅，從而使氮化鎵晶圓與碳化硅晶圓完成鍵合，提高了鍵合的效率，從而提高了氮化鎵基半導體器件的可靠性。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種晶圓鍵合方法及其鍵合裝置。

背景技術

氮化鎵(GaN)基半導體具有優良的材料性質，諸如，大的能隙、高的熱穩定性及化學穩定性、高的電子飽和速度等等。此外，使用氮化鎵基半導體的電子器件具有各種優點，諸如，高擊穿電場、高的最大電流密度、在高溫下穩定的工作特性等等。由于這樣的材料性質，氮化鎵基半導體不僅可以應用于光學器件，而且可以應用于高頻且高功率的電子器件以及高功率器件。

由于很難獲得質量良好的氮化鎵單晶襯底，目前氮化鎵材料外延生產工藝中，具有與氮化鎵晶格失配和熱失配較小且價格經濟的藍寶石占了主導地位。但是由于藍寶石的導熱性能差，使得氮化鎵基器件的散熱問題比較嚴重，尤其是大電流密度注入下，高的產熱量使器件溫度升高從而嚴重影響器件性能。雖然，碳化硅(SiC)襯底可以用來代替藍寶石襯底以改善散熱特性，但是碳化硅襯底相對昂貴，由此制造氮化鎵基半導體器件的總成本增大。

為了改善這種情況，利用鍵合和研磨技術將氮化鎵基外延結構轉移到導熱性好的襯底上，是實現大電流密度注入下氮化鎵基半導體器件的關鍵。一般情況下，將形成有氮化鎵外延層的晶圓與由多晶碳化硅制備的晶圓進行鍵合，然后進行退火，拋光，即可得到采用多晶碳化硅做為襯底的氮化鎵外延層，該方法可以有效的降低成本，又可以利用碳化硅材料良好的導熱性。但是，由于鍵合時晶圓的熱膨脹系數差距較大，導致鍵合后兩個晶圓之間存在較大應力，從而降低了鍵合成品率，導致氮化鎵基半導體器件的成品率減低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種晶圓鍵合方法及其鍵合裝置，提高鍵合成品率，提高氮化鎵基半導體器件的可靠性。

本發明的技術方案是一種晶圓鍵合方法，包括以下步驟：

提供氮化鎵晶圓與碳化硅晶圓；

在所述氮化鎵晶圓與碳化硅晶圓上均形成無定型碳化硅；

將所述氮化鎵晶圓與碳化硅晶圓形成有所述無定型碳化硅的一面進行鍵合，并且在鍵合過程中進行微波退火

進一步的，在所述晶圓鍵合方法中，所述氮化鎵晶圓包括單晶硅襯底，以及形成在所述單晶硅襯底上的氮化鎵層。

進一步的，在所述晶圓鍵合方法中，所述碳化硅晶圓包括碳化硅層，所述碳化硅層為多晶碳化硅。

進一步的，在所述晶圓鍵合方法中，在所述碳化硅晶圓上形成有重摻雜的無定型碳化硅。

進一步的，在所述晶圓鍵合方法中，鍵合之后還包括：對所述單晶硅襯底進行研磨，至所述氮化鎵層。

本發明還提供一種晶圓鍵合裝置，包括：承載臺、加壓臺以及微波提供裝置；所述承載臺用于承載晶圓；所述加壓臺位于承載臺的上方，能夠相對于所述承載臺上下移動，用于提供壓力，完成晶圓的鍵合；所述微波提供裝置用于提供微波；所述加壓臺上設置有多個通孔，所述微波提供裝置通過所述通孔向所述晶圓提供微波。

進一步的，在所述晶圓鍵合裝置中，所述通孔在所述加壓臺上均勻設置。

進一步的，在所述晶圓鍵合裝置中，還包括輔助加熱裝置，設置于所述承載臺的下方。

進一步的，在所述晶圓鍵合裝置中，所述輔助加熱裝置包括多個相互平行的燈管，均勻設置于所述承載臺的下方。