[發明專利]基于金錫雙面共晶鍵合的外延層轉移方法

在審

• 申請號: 201710891111.X
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107749436A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 李國強;李潔
• 申請（專利權）人: 佛山市艾佛光通科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 陳均欽

技術領域

本發明屬于光電技術領域，特別涉及基于金錫雙面共晶鍵合的外延層轉移方法。

背景技術

氮化物薄膜材料GaN、AlN由于其優越的物理化學性質被廣泛應用于電子電力器件和光電領域中。目前單晶氮化物薄膜主要通過異質外延的方法在Si、藍寶石等襯底上制備。而針對不同的器件，生長襯底往往不能滿足其應用的要求，將生長襯底上的外延層轉移到Si襯底上，利用其優越的電性能，可與電子電路集成的特性，能夠發揮理想的半導體特性，制備成大規模、功能齊全的光電子集成器件。因此針對外延層與所需硅襯底之間的低溫鍵合方法尤為重要。

錫系的合金熔點低，易加工，是常用的鍵合材料。其中又以結合強度高、不易斷裂、浸潤性好、其他電熱性能出色的金錫合金焊料在MEMS器件的封裝中使用最多，相對低的加工溫度能夠為器件提供很好的密封環境。而Au80Sn20的焊料一直是眾多光電器件、微電子器件和敏感器件封裝的首選。富金(Au重量比含量大于50％)金錫焊料使用溫度高于共熔點，不需要施加很高的鍵合壓力，相對比較硬，難以釋放結構應力；而富錫(Au重量比含量小于50％)金錫焊料偏軟，更容易被氧化，需要同Au層在室溫下的固溶來阻止Sn的氧化。出于節省金用量以降低成本，但同時保持鍵合效果的考慮，需要提出一種可靠的低溫下富錫金錫鍵合的方法來轉移外延層。

發明內容

本發明提供一種基于金錫雙面共晶鍵合的外延層轉移方法，采用該方法可實現外延材料到合適硅襯底的無損轉移，發揮理想的半導體特性，制備成大規模、功能齊全的微電子和光電子集成器件。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案。

基于金錫雙面共晶鍵合的外延層轉移方法，包括以下步驟：

步驟1：清洗處理外延層，制備第一粘附層、鍵合層；外延層設置在生長襯底上，在所述外延層上依次蒸發Ti、Au、Sn、Au，其中Ti層為粘附層，Au/Sn/Au層的金屬疊層為鍵合層；

步驟2：在轉移硅襯底上依次蒸發Cr、Pt、Ti、Au、Sn、Au，其中Cr層為第二粘附層，Pt/Ti層為阻擋層，Au/Sn/Au層為鍵合層；

步驟3：利用等離子體清潔和氮氣槍吹掃過的生長襯底表面的鍵合層和轉移硅襯底表面的鍵合層，并且使生長襯底表面的鍵合層和轉移硅襯底表面的鍵合層貼緊，送入鍵合機夾具，使生產襯底上的鍵合層與轉移硅襯底上的鍵合層完成鍵合；

步驟4：剝離生長襯底，得到轉移后的外延層硅襯底材料。

進一步地，生長襯底為硅襯底，其剝離方法采用機械減薄與干法刻蝕結合的方法。

進一步地，生長襯底為藍寶石襯底，其剝離方法采用激光剝離。

進一步地，生長襯底為高分子柔性襯底，其剝離方法采用溶液或紫外光照變性方法。

進一步地，鍵合層中Au層和Sn層厚度范圍為100～300nm；所述鍵合層的總厚度≤3μm。

進一步地，鍵合條件為鍵合溫度為270～300℃，鍵合夾具壓力3000～4000mBar或8000～10000mBar，腔室壓力＜10^-3mBar，保持時間為10min。

本發明的有益效果為：(1)打破了原有外延材料生長難度大以及質量差的限制，可以選擇最匹配外延層的生長襯底；(2)本發明提出的基于金錫雙面鍵合的外延層轉移方法，與現有制備方法相比，雙面鍵合層的結構增加了合金化的程度，改善了鍵合效果；表面Au層保護Sn不被氧化；Ti做阻擋層很好地阻止Sn的擴散，穿過阻擋層破壞鍵合結構。現有制備工藝利用富金結構的金錫焊料用于MEMS器件封裝，而本發明提出富錫結構的雙面金錫鍵合方法，通過形成可靠的金錫合金，減小鍵合層空洞，提升了鍵合質量，避免了鍵合失效，實現了外延層到硅襯底的無損轉移。(3)利用轉移硅襯底優越的電熱性能，可與電子電路集成的特性，能夠發揮理想的半導體特性，制備成大規模、功能齊全的光電子集成器件。本發明用于制備大規模、功能齊全的微電子和光電子集成器件。

附圖說明

圖1為通過本發明所述方法制備的外延層轉移硅襯底的結構示意圖；

圖2為實施例1中通過步驟1所制備的樣品結構示意圖；

圖3為實施例1中通過步驟2所制備的樣品結構示意圖；

具體實施方式

下面結合具體實施例和圖1～圖3對本發明進行詳細說明。

實施例1

基于金錫雙面共晶鍵合的外延層轉移方法，通過以下制備方法制備：

步驟1：清洗處理外延層2，制備第一粘附層3、鍵合層：