[发明专利]一种GaN-HEMT与Si-CMOS单片集成的方法

说明书

本发明公开了一种GaN‑HEMT与Si‑CMOS单片集成的方法，其步骤如下：清洗Si‑CMOS圆片和临时载片表面，并进行临时键合；将Si‑CMOS衬底进行减薄抛光；在Si‑CMOS背面刻蚀出互联通孔；通孔中生长介质层并刻蚀出互联窗口；在通孔中和Si‑CMOS衬底背面电镀填充金属；制备图形化金属凸点；在GaN‑HEMT圆片上制备图形化金属凸点；将GaN‑HEMT和Si‑CMOS圆片对准键合；去除临时载片和临时粘合材料，得到GaN‑HEMT与Si‑CMOS单片集成圆片。本发明实现GaN‑HEMT与Si‑CMOS的高密度单片集成，互联密度数量级提升，同时解决大功率器件高密度集成的散热问题。

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种GaN-HEMT与Si-CMOS单片集成的方法。

背景技术

宽禁带半导体GaN高电子迁移率晶体管器件(HEMTs)具有高频、高击穿电压、高功率密度、宽带等优异性质，但存在集成度低、功耗大等缺点。而Si-CMOS在电路的集成度和功耗上具有显著的优势，将GaN-HEMT和Si-CMOS通过特定的技术手段集成到同一个衬底上，在减小电路额外寄生、缩小芯片总面积的同时，充分发挥GaN-HE MT和Si-CMOS各自的性能优势，最大限度地提高电路的综合性能。

通常实现GaN-HEMT和Si-CMOS单片集成的方法有“倒装焊”和“异质外延”等。“倒装焊”将GaN-HEMT通过焊点倒扣在Si-CMOS衬底上，受限于设备精度和凸点大小，焊点之间的间距一般在500um以上，直接限制了集成的密度和灵活性。而“异质外延”由于需要在Si衬底上生长Ga N外延层，Si和GaN两种材料之间存在较大的晶格失配和热失配，使得外延生长的GaN质量较差。外延层中也存在不可控的应力，对后续器件的制备存在众多不确定因素，影响最终的器件性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GaN-HEMT与Si-CMOS单片集成的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种GaN-HEMT与Si-CMOS单片集成的方法，包括以下步骤：

1)清洗Si-CMOS圆片和临时载片表面，并进行甩干；

2)在Si-CMOS圆片正面和临时载片表面旋涂临时粘合材料；

3)将Si-CMOS圆片和临时载片正面相对，并加热加压进行键合；

4)将以临时载片为支撑的Si-CMOS圆片衬底减薄抛光；

5)在Si-CMOS圆片衬底背面光刻互联通孔图形，然后根据光刻图形刻蚀出互联通孔，露出Si-CMOS M1层金属；

6)在互联通孔中生长一层介质绝缘层；

7)在互联通孔中再次光刻图形，并通过光刻图形进行刻蚀或腐蚀，露出互联窗口；

8)在互联通孔中和Si-CMOS衬底背面生长粘附层、扩散阻挡层和种子层；

9)在Si-CMOS衬底背面光刻图形，并在互联通孔中和Si-CMOS衬底背面电镀填充互联金属；

10)将Si-CMOS背面进行去胶和反刻腐蚀，将光刻胶覆盖处粘附层、扩散阻挡层和种子层去除；

11)在电镀金属上制备图形化金属凸点；

12)用稀释的盐酸清洗GaN-HEMT圆片，再用去离子水进行甩干；

13)在GaN-HEMT圆片表面制备图形化金属凸点；

14)将GaN-HEMT和Si-CMOS均正面朝上通过各自对准标记进行对准，并加热加压进行键合；

15)去除临时载片和临时粘合材料，得到GaN-HEMT与Si-CMOS单片集成圆片。