[发明专利]化合物半导体与硅基互补金属氧化物半导体晶圆的异构集成方法及异构集成器件

说明书

本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种化合物半导体与硅基互补金属氧化物半导体晶圆的异构集成方法，包括：选区刻蚀化合物半导体外延层，以在化合物半导体上形成腐蚀槽；在外延层的刻蚀面以及腐蚀槽的内槽壁上形成键合介质层；在硅基衬底上涂敷热固性胶层；将上述化合物半导体、硅基互补金属氧化物半导体晶圆键合；刻蚀化合物半导体的衬底、形成部分键合介质层以及胶层。本发明通过选区刻蚀形成的腐蚀槽，利于热固性胶层中气泡的排出，在化合物半导体上形成键合介质层，保护了化合物半导体的表面，通过热固性胶层与键合介质层的键合，实现了化合物半导体的外延层与硅基互补金属氧化物半导体晶圆的良好键合。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种化合物半导体与硅基互补金属氧化物半导体晶圆的异构集成方法及异构集成器件。

背景技术

基于硅基CMOS技术的现代集成电路随着CMOS器件的特征尺寸的不断缩小，在集成度、功耗和器件特性方面不断进步。另一方面，化合物半导体器件与集成电路在超高速电路、微波电路、太赫兹电路、光电集成电路等领域获得长足发展。由于硅基半导体CMOS芯片与化合物半导体半导体芯片很难在同一晶圆厂生产，无法实现工艺兼容，但是如果将两者有机结合进而突破集成电路设计领域存在的器件选型有限，各种不同材料器件不能混合集成的难题，必将实现集成电路设计、性能的大幅度提升。

综上所述，提供一种化合物半导体与硅基互补金属氧化物半导体晶圆的异构集成方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种化合物半导体与硅基互补金属氧化物半导体晶圆的异构集成方法，该方法在化合物半导体的外延层进行选区刻蚀，形成腐蚀槽，有利于热固性胶层中气泡的排出，提高集成度，在化合物半导体上形成键合介质层，保护了化合物半导体的表面；然后通过热固性胶层与键合介质层的键合，实现了化合物半导体的外延层与基互补金属氧化物半导体晶圆的良好键合。

本发明的第二目的在于提供一种异构集成器件，该器件质量高、性能大大提升。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种化合物半导体与硅基互补金属氧化物半导体晶圆的异构集成方法，包括以下步骤：

选区刻蚀化合物半导体外延层，直至露出化合物半导体衬底的表面，以在所述化合物半导体上形成腐蚀槽；

在所述外延层的刻蚀面以及所述腐蚀槽的内槽壁上形成键合介质层，备用；

在硅基互补金属氧化物半导体晶圆的硅基衬底上涂敷热固性胶层，备用；

将上述备用的化合物半导体、硅基互补金属氧化物半导体晶圆对准贴合，使得部分所述热固性胶层挤入所述腐蚀槽内，再进行键合；

刻蚀所述化合物半导体的衬底、形成于所述化合物半导体衬底上的部分键合介质层以及位于所述腐蚀槽内的胶层，直至露出硅基互补金属氧化物半导体晶圆的硅基衬底。

该方法可以达到以下技术效果：

在化合物半导体的外延层进行选区刻蚀，有利于增加异构集成的区域选择性，提高器件制作效率和集成电路互联效率。同时通过选区刻蚀形成的腐蚀槽，有利于热固性胶层中气泡的排出，提高集成度，此外在化合物半导体上形成键合介质层，保护了化合物半导体的表面，通过热固性胶层与键合介质层的键合，实现了化合物半导体的外延层与硅基互补金属氧化物半导体晶圆的良好键合。

另外，根据本发明上述化合物半导体与硅基互补金属氧化物半导体晶圆的异构集成方法还可以具有如下附加的技术特征：

优选地，键合介质层通过等离子气相沉积的方式形成。

优选地，合介质层的厚度为50-200纳米，优选地，键合介质层的材料选自二氧化硅。

优选地，热固性胶层的厚度为2-5微米。