[发明专利]InSb晶片与Si晶片键合的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体行业晶格失配异质结材料生长技术领域，尤其涉及一种可广泛应用于红外焦平面技术的InSb晶片与Si晶片键合的方法。 

背景技术

红外焦平面探测器特别是中波波段锑化铟(InSb)红外焦平面阵列(FPA)探测器的发展较为成熟，已在红外制导、跟踪、凝视成像武器装备领域得到广泛应用。锑化铟(InSb)红外焦平面阵列(FPA)探测器系统由InSb像元阵列与Si读出电路倒装互连形成。InSb像元阵列与Si读出电路倒装互连后引入了应力，当应变超出InSb的承受能力时就会碎裂，同时应变还会降低探测器的性能，产生盲元，应变分布不均，导致探测器响应均匀性差。 

为减小热应力的影响，国际上有人采用Si衬底上外延InSb材料的办法制备InSb像元阵列，以期利用Si衬底与Si读出电路的匹配，来获得高性能InSb FPA探测器。但由于InSb材料和Si的晶格失配较大，外延生长过程中产生的大量界面缺陷及应力会导致材料性能急剧恶化。而半导体键合技术具有很多的优势，能将InSb和Si这两种晶格失配以及热膨胀系数失配的材料通过键合的方式连接起来，可以突破晶向、晶格匹配等限制，位错仅局域于界面，从而使集成技术的灵活性大大提高。键合后的InSb/Si晶片通过对InSb减薄到几十微米厚度，然后进行扩散等一系列器件工艺，最后将做好的InSb/Si像元阵列与Si读出电路通过In柱相连，这样Si衬底上的InSb薄膜与Si读出电路的应力大大减小，提高了探测器的性能，降低了器件的碎裂几率。 

半导体材料之间的直接键合，其键合界面处的半导体材料掺杂浓度和表面粗糙度都有极其严格的要求，否则键合质量不高，导致器件效率降低甚至假键合。InSb与Si晶格常数相差很大，约19.3％；热膨胀系数相差约107％。这么大差异在键合过程中必将因为热应力而导致键合界面出现 较多的缺陷态，影响界面的机械、光电特性。目前国际上低温键合的成功范例很多，如童勤义等人利用等离子体处理晶片表面后，在200度获得界面键合能高于体InP材料的键合能等。 

然而，在实现本发明的过程中，申请人发现现有的InSb晶片与Si晶片键合方法的工艺均非常复杂，实用性较差。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种InSb晶片与Si晶片键合的方法。 

(二)技术方案 

根据本发明的一个方面，提供了一种InSb晶片与Si晶片键合的方法。该方法包括：步骤A，对至少单面抛光的InSb晶片和Si晶片在有机溶剂中分别进行高温超声煮洗，而后用去离子水清洗；步骤B，将Si晶片置于酸溶液中煮洗，而后用去离子水冲洗；步骤C，将Si晶片置于碱溶液中煮洗，而后用去离子水冲洗；步骤E，将InSb晶片和Si晶片各自的抛光面向内进行贴合，而后将贴合后的两晶片置于真空键合机内进行热处理，以完成InSb晶片和Si晶片的键合。 

(三)有益效果 

从上述技术方案可以看出，本发明InSb晶片与Si晶片键合的方法具有以下有益效果： 

(1)工艺简单，具有较强的实用性； 

(2)重复性比较高、键合参数容易实现，键合时间缩短，并且对晶片厚度没有严格限制，键合晶片的机械强度、光电特性等达到器件的要求。 

附图说明

图1为本发明实施例InSb晶片和Si晶片键合方法的流程图； 

图2A为图1所示方法中经过清洗处理步骤的InSb晶片和Si晶片的示意图； 

图2B为图1所示方法中经过键合步骤的InSb/Si晶片的示意图； 

图2C为图1所示方法中经过减薄步骤的InSb/Si晶片的示意图。 

具体实施方式

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。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。 

本发明提出了一种新的实现InSb与Si键合的方法，可应用于InSb FPA探测器。 

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种InSb晶片与Si晶片键合的方法。如图1所示，该InSb晶片与Si晶片键合的方法包括以下步骤：