[发明专利]一种硅晶体管与氮化镓晶体管异构集成的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，特别是一种硅晶体管与氮化镓晶体管异构集成的方法。

背景技术

氮化镓晶体管具有高功率、高击穿等优点，不过其集成度较低，功耗较大。如果能够将氮化镓晶体管器件与成熟的硅晶体管集成在同一圆片上，充分发挥两者各自的性能优势，实现任何单一技术不可能实现的性能，具有重大意义。

目前实现晶体管级异构集成所采用的方法主要包括单片异质外延技术以及倒扣焊微组装技术。对于单片异质外延技术，如果在硅衬底上直接异质外延生长氮化镓外延层的话，由于硅与氮化镓分属不同的材料体系，二者存在晶格失配和热失配等问题，因此硅衬底上的氮化镓外延材料质量较差，异质外延生长的半导体材料含有很高的位错密度，使得材料特性发生变化，这影响了氮化镓器件性能。倒扣焊微组装技术是将氮化镓晶体管芯片单元通过倒扣焊的形式微凸点键合到硅晶体管的上方，每个微凸点尺寸都是上百微米量级，而且凸点键合的键合强度不高，同时由于该技术集成的对象是芯片单元而不是晶体管，因此集成的灵活性受到较大限制，集成度不高。

针对上述问题，研究人员目前并没有找到很好的解决方案，只能得到集成度低的芯片级集成方式，这严重限制了集成技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅晶体管与氮化镓晶体管异构集成的方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种硅晶体管与氮化镓晶体管异构集成的方法，包括以下步骤：

步骤1，清洗氮化镓晶体管圆片，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；在氮化镓晶体管圆片表面蒸发或溅射第一互联金属；

步骤2，在氮化镓晶体管圆片正面旋涂一层BCB，BCB的厚度大于第一互联金属的厚度，完全覆盖第一互联金属，并对BCB进行软固化；

步骤3，利用等离子体对氮化镓晶体管圆片上的BCB表面进行干法平坦化刻蚀，直至第一互联金属上表面露出来；

步骤4，清洗硅晶体管圆片，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；在硅晶体管圆片表面与第一互联金属位置对应的地方蒸发或溅射第二互联金属；

步骤5，在硅晶体管圆片正面旋涂一层BCB，BCB的厚度大于第二互联金属的厚度，完全覆盖第二互联金属，并对BCB进行软固化；

步骤6，利用等离子体对硅晶体管圆片上的BCB表面进行干法平坦化刻蚀，直至第二互联金属表面露出来；

步骤7，将氮化镓晶体管圆片与硅晶体管圆片正面相对并通过两个圆片上各自的对准标记进行图形对准，在键合设备中实现第一互联金属和第二互联金属共融键合以及BCB热压同时键合；

步骤8，对键合后圆片的硅衬底通过研磨设备进行研磨减薄；

步骤9，在硅衬底上进行选择性刻蚀开孔，露出硅晶体管的互联金属，在刻蚀出的通孔内溅射或者电镀第三互联金属，完成硅晶体管与氮化镓晶体管的异构集成。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

本发明通过微米量级互联金属与BCB混合键合的方法来实现氮化镓晶体管与硅晶体管在同一圆片上的集成，和现有的倒扣焊微组装方法相比，提高了集成度，使得集成芯片体积更加小型化，同时在金属键合的同时加入BCB键合，进一步提高了键合强度。

附图说明

图1是硅晶体管圆片样品示意图。

图2是氮化镓晶体管圆片样品示意图。

图3是在氮化镓晶体管圆片上选择性蒸发/溅射第一互联金属示意图。

图4是在氮化镓晶体管圆片上旋涂一层BCB示意图。

图5是对氮化镓晶体管圆片上的BCB进行平坦化刻蚀示意图。

图6是在硅晶体管圆片上选择性蒸发/溅射第二互联金属示意图。

图7是在硅晶体管圆片上旋涂一层BCB示意图。

图8是对硅晶体管圆片上的BCB进行平坦化刻蚀示意图。

图9是硅晶体管圆片与氮化镓晶体管圆片正面相对键合示意图。

图10是对硅衬底进行研磨减薄示意图。

图11是硅衬底开孔填充第三互联金属示意图。

具体实施方式

一种硅晶体管与氮化镓晶体管异构集成的方法，包括以下步骤：

步骤1，清洗氮化镓晶体管圆片，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；在氮化镓晶体管圆片表面选择性蒸发或溅射第一互联金属，第一互联金属厚度为2-3微米，第一互联金属为铜或金；

步骤2，在氮化镓晶体管圆片正面旋涂一层BCB，BCB的厚度大于第一互联金属的厚度，完全覆盖第一互联金属，并对BCB进行120-140摄氏度软固化，软固化时间1-2小时；