[发明专利]硅基III-V外延材料图形异质键合均匀轴向力施力装置

说明书

技术领域

本发明涉及光子光电子器件、芯片制作技术领域，尤其涉及一种硅基III-V外延材料图形异质键合均匀轴向力施力装置，其是用于混合硅基光子、光电子有源无源器件或芯片的制作，适于光子光电子集成应用。

背景技术

硅基半导体是现代微电子产业的基石，但其发展已接近极限，尤其在互连方面。而光电子技术则正处在高速发展阶段，现在的半导体发光器件多利用化合物材料制备，与硅微电子工艺不兼容，因此，将光子技术和微电子技术集合起来，发展硅基光电子科学和技术意义重大。

III-V(如GaAs，InP等)族材料和硅的混合集成是一种目前被认为最有应用前景的适于高密度集成的光子或光电子芯片技术。通常采取带有波导结构的SOI材料(Si/SiO₂/Si衬底)与III-V外延材料通过有机材料或键合方法粘合，去掉III-V衬底，然后再进行光子或光电子器件、光路的加工，光波是通过倏逝场耦合进入下层的SOI波导的，电注入采用共面电极在III-V材料层完成。这其中键合技术非常重要。无论是直接键合还是间接键合(如利用有机材料粘合)，都需要有均匀的施力装置。一般的做法是，将要键合的两块晶片做各种清洗处理，在对键合面进行共价键激活，形成悬挂键，然后贴合在一起，放入炉中，施加均匀压力，形成真空环境，做预键合和退火处理。在实践过程中，机械加工精度、晶片本身平行度等都会对施力均匀性产生影响。直接键合对施力系统要求极高，受力不均匀会导致键合晶片内部产生空隙，红外透射下牛顿环明显，不能再进行下一步器件制作。

以往采取一对平行平面对晶片施力。会导致两个问题：一是施力系统即使绝对平行，但晶片如果平行度有偏差，受力就会不均匀。二是上下两个晶片在施力过程中会发生晶向偏移，更严重的是非常容易碎片。为此本专利申请提出一种自适应施力装置以用来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种硅基III-V外延材料图形异质键合均匀轴向力施力装置，该装置适于硅基-III-V外延材料图形异质键合，不但施力均匀，还可以根据晶片平行度进行自适应调整，另外中间的保护陪片可增强施力强度，获得更好的键合质量。

为达到上述目的，本发明提供了一种硅基III-V外延材料图形异质键合均匀轴向力施力装置，包括：

一下施力盖板，该下施力盖板为圆片状；

一下承接托，该下承接托为圆片状，其上面均匀分布有多个圆孔，其位于下施力盖板之上；

一上施力托，该上施力托为圆片状，其上面均匀分布有多个圆孔，其位于下承接托之上；

其中在下承接托和上施力托之间通过多个定向圆柱插置连接，在下承接托和上施力托之间还有两个保护陪片，该两个保护陪片上下叠置；

一平凸透镜，其位于上施力托之上；

一上施力盖板，该上施力盖板为圆片状，其位于平凸透镜之上。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1)本发明施力系统可承受高温环境，预计800摄氏度以上，且可承受高压，完全可以胜任其他的高温高压键合需要。

2)本发明提供的施力系统采取由点及面施压方式，能够实现自动找平、轴向力均匀分布。轴向压力施加方法独特，不是采用直接的加压方式，而是加入找平部件，承力部件及保护部件等，实现均匀施压。实验表明键合成功率几乎100％。

3)本发明提供精巧的晶片保护技术，材料和几何尺寸选取，都是大量实验的结果。目标晶片可以给予更大的压力而不碎裂，进而实现更牢固的键合。

硅基混合激光器是光子芯片中的核心器件，在片上光互连、光交换中都有极其重要的作用，目前最重要的异质材料实现技术就是键合，键合中施力均匀性至关重要，而且还要保证足够强度和准确的晶向。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种硅基III-V外延材料图形异质键合均匀轴向力施力装置，包括：

一下施力盖板10，该下施力盖板10为圆片状；下施力盖板10将通过可调连接部件固定于键合设备上端气缸的活塞端。气缸中通过充气量来控制压力大小，推动下施力盖板10运动或实现压力变化。下施力盖板10为不锈钢材料，经过抛光而成。与向上施力盖板14为一对，特征相同。上下施力盖板可通过调节，保证平行度。