III-V族化合物半导体晶圆与Si晶圆异质键合背部减薄的方法

本发明涉及半导体加工制造，特别涉及一种iii-v族化合物半导体晶圆与si晶圆异质键合背部减薄的方法。

背景技术：

1、第二代半导体是以iii-v族材料结合的化合物半导体，作为典型代表有inp和gaas两种直接带隙半导体材料，都具有较大的禁带宽度、光电转换效率高、电子迁移率高、抗辐射能力强、适应较恶劣的工作环境和良好的导热性等优点，使得第二代半导体材料在通信、卫星、智能驾驶和人工智能等领域大放异彩。

2、由于工艺技术水平的限制，使得我国目前主要使用的gaas晶圆与inp晶圆均为小尺寸晶圆，包括2inch、3inch、4inch和6inch，暂时未具有制备8inch晶圆的水平。

3、为了可以利用第二代半导体的优秀性能，则需要将小尺寸的第二代半导体晶圆与大尺寸的si晶圆进行异质键合，再将小尺寸晶圆的多余厚度去除，使整个器件的光电性能达到设计要求。但由于第二代半导体晶圆制备非常困难、成本很高且材质易碎，而现有的减薄设备均适用于大尺寸的晶圆加工工作，小尺寸晶圆在进行减薄的过程中，机台无法准确检测其实际厚度，容易发生碎片现象，因此亟需一种小尺寸晶圆与si晶圆异质键合后的背部减薄方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种iii-v族化合物半导体晶圆与si晶圆异质键合背部减薄的方法，能够对异质键合后的晶圆进行背部减薄。

2、为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

3、本发明提供的iii-v族化合物半导体晶圆与si晶圆异质键合背部减薄的方法，包括如下步骤：

4、s1、提供iii-v族化合物半导体晶圆与第一si晶圆的异质键合晶圆、第二si晶圆与第三si晶圆的直接键合晶圆以及石英环组，并使用清洗液进行清洗；

5、iii-v族化合物半导体晶圆与第一si晶圆的中心重合，第二si晶圆与第三si晶圆的中心重合；iii-v族化合物半导体晶圆与第二si晶圆的大小相同，第一si晶圆与第三si晶圆的大小相同；石英环组包含至少两个石英环，每个石英环的中间均设置有与iii-v族化合物半导体晶圆及第二si晶圆大小相同的孔洞，石英环组中石英环的厚度均小于iii-v族化合物半导体晶圆的厚度且石英环的厚度依次减小；

6、s2、在第一si晶圆的表面涂覆临时键合胶；

7、s3、将石英环放置在直接键合晶圆的表面，保证石英环的中心与第二si晶圆及第三si晶圆的中心重合；

8、s4、将步骤s3放置完成后的直接键合晶圆及石英环送入cvd机台，在石英环的表面沉积teos层，使得teos层、石英环及临时键合胶的厚度之和等于iii-v族化合物半导体晶圆的厚度；

9、s5、将涂覆有临时键合胶的异质键合晶圆放置在加热盘上，升高温度至第一设定值，将步骤s4沉积teos层后的石英环放置在异质键合晶圆上，保证石英环的中心与iii-v族化合物半导体晶圆及第一si晶圆的中心重合；再将加热盘温度降至室温完成石英环与异质键合晶圆的临时键合，使得沉积有teos层的石英环的厚度与iii-v族化合物半导体晶圆的厚度一致；

10、s6、将步骤s5临时键合后的石英环与异质键合晶圆送入grinding机台中，去除teos层以及与teos层相同厚度的iii-v族化合物半导体晶圆；

11、s7、将步骤s6去除完成后的石英环与异质键合晶圆放置在加热盘上，升高温度至第二设定值，使临时键合胶失去粘性，取下石英环，并洗去异质键合晶圆表面残留的临时键合胶，测量iii-v族化合物半导体晶圆的剩余厚度；

12、s8、根据步骤s7测得的剩余厚度选择其他厚度的石英环，重复步骤s2～s7，直至iii-v族化合物半导体晶圆的剩余厚度小于第一预定值；

13、s9、使用grinding机台对厚度小于第一预定值的iii-v族化合物半导体晶圆进行减薄至第二预定值，得到减薄后的异质键合晶圆。

14、进一步地，iii-v族化合物半导体晶圆为inp或gaas晶圆。

15、进一步地，步骤s4中，teos层的厚度小于等于50μm，以保证teos层的质量使其在减薄过程中的去除量与iii-v族化合物半导体晶圆的去除量相同。

16、进一步地，步骤s6中，使用带有光学测量的z2减薄单元去除teos层以及与teos层相同厚度的iii-v族化合物半导体晶圆；步骤s9中，使用grinding机台中的z3单元对厚度小于第一预定值的iii-v族化合物半导体晶圆进行减薄至第二预定值。

17、本发明能够取得如下技术效果：

18、本发明提供的iii-v族化合物半导体晶圆与si晶圆异质键合背部减薄的方法，能够对异质键合后的晶圆进行减薄，同时避免损伤小尺寸第二代半导体晶圆。

技术特征：

1.一种iii-v族化合物半导体晶圆与si晶圆异质键合背部减薄的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的iii-v族化合物半导体晶圆与si晶圆异质键合背部减薄的方法，其特征在于，所述iii-v族化合物半导体晶圆为inp晶圆或gaas晶圆。

3.根据权利要求1所述的iii-v族化合物半导体晶圆与si晶圆异质键合背部减薄的方法，其特征在于，步骤s4中，所述teos层的厚度小于等于50μm，以保证teos层的质量使其在减薄过程中的去除量与所述iii-v族化合物半导体晶圆的去除量相同。

4.根据权利要求1所述的iii-v族化合物半导体晶圆与si晶圆异质键合背部减薄的方法，其特征在于，步骤s6中，使用带有光学测量的z2减薄单元去除所述teos层以及与所述teos层相同厚度的所述iii-v族化合物半导体晶圆；步骤s9中，使用grinding机台中的z3单元对厚度小于第一预定值的所述iii-v族化合物半导体晶圆进行减薄至第二预定值。

技术总结
本发明涉及半导体加工制造技术领域，特别涉及一种III‑V族化合物半导体晶圆与Si晶圆异质键合背部减薄的方法。上述方法主要包括提供III‑V族化合物半导体晶圆与第一Si晶圆的异质键合晶圆、第二Si晶圆与第三Si晶圆的直接键合晶圆以及石英环、将石英环放置在直接键合晶圆的表面、在石英环的表面沉积teos层、石英环与异质键合晶圆临时键合、使用grinding机台去除teos层及相同厚度的III‑V族化合物半导体晶圆、测量III‑V族化合物半导体晶圆的剩余厚度、选择其他厚度的石英环重复上述步骤、使用grinding机台再次进行减薄。上述方法能够对异质键合的晶圆进行减薄，避免损伤小尺寸第二代半导体晶圆。

技术研发人员：成明,赵东旭,王云鹏,王飞,范翊,姜洋
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15