[发明专利]一种无界面气泡绝缘层上锗键合方法

说明书

一种无界面气泡绝缘层上锗键合方法，1)将Ge片、SiO₂/Si片分别超声清洗；2)超声清洗后的SiO₂/Si片用H₂SO₄和H₂O₂的混合溶液煮沸后冲洗，再用NH₄OH、H₂O₂和H₂O的混合溶液煮沸后冲洗，用HCl、H₂O₂和H₂O的混合溶液煮沸后冲洗；3)超声清洗后的Ge片用盐酸溶液浸泡，漂洗；4)重复步骤3)5次，然后将处理后Ge片放入氢氟酸溶液中浸泡，冲洗，甩干后溅射生长一层a‑Si过渡层；5)将步骤2)冲洗后的SiO₂/Si片与步骤4)溅射后的Ge片置于氨水溶液中处理，甩干后贴合得Ge/SiO₂/Si贴合片；6)Ge/SiO₂/Si贴合片放入晶片键合机中热压键合。方法简易，成本低。

技术领域

本发明涉及GOI材料的制备方法，尤其是涉及利用直流磁控溅射非晶硅(a-Si)薄膜实现无界面气泡GOI键合的一种无界面气泡绝缘层上锗键合方法。

背景技术

随着现代通信技术、集成电路和光通信技术的发展，半导体材料科学和技术领域也得到了迅速的发展。目前，以硅材料为主导的32nm的微纳米集成电路工艺已经进入了工业化阶段，随着器件特征尺寸的进一步缩小，集成电路的发展遇到了诸多瓶颈，特征线宽的进一步降低导致的器件性能弱化等原因导致MOSFET研究陷入僵局^[1,2]。因此，寻找新的高性能材料、新的器件结构工艺，是进一步提高器件性能的必然途径。

锗(Ge)材料由于具有高的电子和空穴迁移率^[3,4]，且在通信波段有较高的吸收系数^[5,6]，此外Ge材料的工艺与成熟的Si CMOS工艺基本兼容，Ge器件在Si基光电集成方面具有非常良好的应用。因此，近年来Ge材料受到了越来越多的关注。然而，与Si器件相比，Ge器件在低功耗、抗辐射、耐高温等方面的性能并无明显优势。而且由于Ge的禁带宽度较小，Ge器件也承受着大漏电流的致命缺点，这也严重阻碍了Ge器件的更广泛应用。绝缘层上锗(GOI)继承了SOI衬底材料的低功耗、抗辐射、耐高温、高集成度等特点很好的解决了体Ge材料的缺点，成为提升器件性能的首选材料^[7,8]。

目前制备GOI的方法有Ge浓缩法^[9]，液相外延法^[10]和键合法^[11]等，相比于其他方法，键合方法制备的GOI中Ge层的穿透位错密度最低(10⁶cm-²)，材料质量最好，然而在键合过程中由于界面亲水反应的发生难免会在界面引入高密度的气泡，从而导致键合面积减少，气泡密度过多将导致GOI无法正常使用。因此，如何降低GOI键合过程中的气泡密度成为GOI键合的关键。

参考文献：

[1]Huang,X.,et al.Avoiding Si MOSFET avalanche and achieving zero-voltage switching for cascode GaN devices.IEEE Transactions on PowerElectronics 31.1(2016):593-600.

[2]Tsuchiyama,K.,et al.Monolithic integration of Si-MOSFET and GaN-LED using Si/SiO2/GaN-LED wafer.Applied Physics Express 9.10(2016):104101.