[发明专利]一种不同尺寸异质材料混合集成的方法

说明书

本发明公开了一种不同尺寸异质材料混合集成的方法，属于半导体制造领域，该方法通过使用模具完成2英寸晶圆与8英寸晶圆的键合，同时利用机械对准方式与光学对准方式相结合，完成两次键合工艺，在键合工艺之间使用8英寸生产机台进行光刻等工艺，实现不同尺寸异质材料的混合集成，并可以保证对准精度。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，具体涉及一种不同尺寸异质材料混合集成的方法。

背景技术

近年来，晶圆直接键合技术的提出为半导体生产制造提供了新的思路，在微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)，背照式图像传感器(Back-side illμmination CMOS imagine sensor,BSI-CIS)等领域，都有着广泛的应用。

硅的禁带宽度为1.12ev，对应的光谱相应范围是300μm-1200μm，在光电探测及成像领域往往还需要对更宽普段的光信号进行分析，结合不同材料的光电响应特性制造光电器件成为一种新的方式。如锗的禁带宽度比硅低0.46ev，锗的空穴迁移率是硅的4倍；利用砷化镓做为传感器光信号的输入端，利用硅制作传感器的电路部分，可以更好的发挥两种材料性质，但由于半导体材料的限制，一些半导体材料如锗，砷化镓晶圆还不能得到完美的8英寸晶圆，常见的规格是2英寸，无法使用机台完成2英寸砷化镓或锗晶圆与8英寸硅晶圆键合，现有方式为降低硅晶圆尺寸，使用小尺寸设备对晶圆进行加工。随着半导体技术的发展，大尺寸晶圆逐渐成为主流，半导体生产设备也趋向为大尺寸晶圆进行设计，同时现有小尺寸设备存在颗粒度难以控制，线宽不足等问题，为了充分利用特殊材料与硅材料各自的特性，以达到拓展半导体应用领域，同时考虑技术可行性，成本等因素，现有技术中亟需提出一种新的技术方案解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对2英寸晶圆与8英寸晶圆因尺寸上的差异无法使用现有机台完成直接键合，虽可以使用手动键合方式，但手动方式很难达到对键合界面孔洞和键合精度的控制的问题，提供一种不同尺寸异质材料混合集成的方法，用于实现2英寸晶圆与8英寸晶圆的键合。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种不同尺寸异质材料混合集成的方法，其特征在于，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤一、取2英寸晶圆装于设置在模具中部的切割孔内，取一片8英寸晶圆作为8英寸支撑晶圆；

步骤二、将载有2英寸晶圆的模具作为底部晶圆，8英寸支撑晶圆作为顶部晶圆，传入晶圆键合机台中，完成键合2英寸晶圆与8英寸支撑晶圆的预键合，得到键合晶圆Ⅰ；

步骤三、将键合晶圆Ⅰ与模具分离；

步骤四、利用晶圆减薄机将键合晶圆Ⅰ上的2英寸晶圆减薄至50μm～200 μm；

步骤五、利用8英寸半导体生产设备在键合晶圆Ⅰ中的2英寸晶圆上制作电路，同时在8英寸支撑晶圆上制作对准标记；

步骤六、取另一片8英寸晶圆，在其上制作电路和对准标记，得到8英寸器件晶圆，8英寸器件晶圆的电路与设置在2英寸晶圆上的电路匹配，8英寸器件晶圆的对准标记与8英寸支撑晶圆上的对准标记匹配；

步骤七、将8英寸器件晶圆的键合面与键合晶圆Ⅰ中的2英寸晶圆侧对应，通过键合机台完成光学对准并键合，得到键合晶圆Ⅱ；

步骤八、对键合晶圆Ⅱ的8英寸支撑晶圆侧进行减薄，将8英寸支撑晶圆完全去除；

步骤九、将2英寸晶圆减薄至10μm～25μm，至此完成2英寸晶圆与8英寸器件晶圆的混合集成。

优选地，所述模具所采用的材料为陶瓷。