[发明专利]一种用铟(In)进行外延片/硅片键合的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体中一种外延片/硅键合的技术领域，具体为一种用铟(In)进行外延片/硅片键合的方法。

背景技术

外延片/硅片键合是半导体光电子和电力电子领域的重要新技术，它是将氧化或未氧化外延片和硅片，实现直接的化学键合而形成整体，外延片和硅片之间没有任何粘合剂。目前，国内外的外延片和硅片直接键合方法，通常需要对外延片和硅片的表面进行专门的表面结合键增强处理，使键合工艺变得复杂而键合结果不理想，在键合层容易产生空洞和非键合区，致使键合率低，存在夹层，从而影响器件的制备性能，并且键合后的衬底片要经过高温热处理工艺才能使外延片与硅片很好的键合在一起。耗用设备多、热处理时间长，不适合大批量生产。因此不能在高亮度的LED照明中大规模推广使用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，独创出一种工艺简单、操作方便的硅片/外延片键合方法，它可以实现大面积无空洞的键合衬底片。

本发明一种铟(In)进行外延片/硅片键合的方法，在蒸镀有反射镜层的外延片上蒸发金(Au)层，然后经过镜面抛光的硅片直接用溶液清洗甩干，在电子束蒸发台中蒸发一定厚度的金层和铟(In)层，然后两片相对铟(In)层在中间，放入键合机(bonding)中通过热压键合方法，将外延片与硅片键合在一起。

键合压力为400～600KG，键合温度为阶梯式：140～160℃，保持50～70秒，随后温度升至键合恒温210～230℃，恒温时间为1700～1900秒，恒温时间完成后将温度降至70～90℃，保持50～70秒。

作为优选键合合压力为500KG，键合温度为阶梯式：150℃，保持60秒，随后温度升至键合恒温220℃，恒温时间为1800秒，恒温时间完成后将温度降至80℃，保持60秒。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、金铟材料性能高、铟熔点低(156.61℃)。铟原子半径大，减少失配缺陷，提高完美性；铟熔点低(156.61℃)、硬度低，可塑性强，容易键合，使键合率高达98％以上。

2、工艺简单。在清洗过程中硅片表面不需要进行专门的表面结合键增强处理，不仅省时、省力，而且可节省大量化学药品及设备使用率。清洗甩干后的硅片便可以进行金(Au)层及铟(In)层的蒸镀。

3、键合速度快。对于表面无凹坑和颗粒的外延片(镀有金层)与硅片(镀有金层和铟层)，通过bonding(键合)机在短时间内可以将两片重合在一起，并且没有空洞。对于外延片和硅片表面的金铟金键合，由于表面呈疏水状，键合后的衬底片可得到很好的欧姆接触。

4、键合周期短。键合好的衬底片即可快速地进行下一步工艺，且不会出现空洞。

5、键合面积大。键合后的衬底片除了2～5mm的边缘以外，可实现整个面积的键合，其强度可达到体硅的强度。

6、对设备没有额外要求，并且设备操作简单方便。

附图说明

图1、蒸发有反射镜层的外延片示意图

图2、蒸发有反射镜层和金层的外延片示意图

图3、经过镜面抛光的硅片示意图

图4、蒸发有金层和铟层的硅片示意图

图5、硅片与外延片键合在一起的新衬底片示意图

具体实施方式

一种铟(In)进行外延片/硅片键合的方法，在蒸镀有反射镜层(如图1中2所示)的外延片(如图1中1所示)上蒸发金(Au)层(如图2中3所示)，然后将经过镜面抛光的硅片(如图3中6所示)表面在55℃的混合液(硫酸、双氧水、水)浸泡30秒，混合液比例可以为硫酸∶双氧水∶水＝5∶1∶1，然后用去离子水冲洗干净，并且将其放置于甩干机中甩干，在电子束蒸发台中蒸发一定厚度的金层(如图3中5所示)和铟(In)层(如图4所示)，然后两片相对铟(In)层在中间，放入键合机(bonding)中通过热压键合方法，热压键合压力为500KG，键合温度为阶梯式：150℃，保持60秒，随后温度升至键合恒温220℃，恒温时间为1800秒，恒温时间完成后将温度降至80℃，保持60秒。最终将外延片与硅片键合在一起(如图5所示)。

本具体实施方式的键合条件参数为下表所列实验数据得出。