[发明专利]一种图形化划道消除Ge/Si键合界面气泡的方法

说明书

本发明公开了一种图形化划道消除Ge/Si键合界面气泡的方法，首先采用砂轮划片机在晶片表面切割出宽度为微米级等间距的凹槽，其次在Si片和Ge片表面生长一层a‑Ge作为键合中间层，通过切割出的凹槽实现退火过程中形成的副产物的有效排出，避免副产物的堆积。

技术领域

本发明涉及一种低温Ge/Si键合界面气泡消除方法，尤其是涉及一种利用砂轮划片机切割出的图形化微米级副产物排泄道实现Ge/Si键合界面副产物的排出，从而获得无气泡的Ge/Si键合界面新方法。

背景技术

在过去几十年中，薄膜制备工艺以外延技术为主导，采用外延技术可以实现晶格匹配的高质量薄膜的生长。然而对于大晶格失配材料的异质外延来说，由于材料晶格不匹配，因此在高温异质外延过程中会在外延薄膜中形成高密度的穿透位错。对于Ge/Si外延体系来说，Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配，因此在Si上外延Ge薄膜也会在Ge薄膜中形成高密度的穿透位错。虽然目前研究人员采用诸多改进的外延技术来限制位错的传播和相互作用，从而降低Ge薄膜中的穿透位错密度，然而由于无法避免晶格失配带来的外延技术瓶颈，因此目前Ge薄膜中的穿透位错密度很难降低到10⁶ cm^-2以下。

为了制备低位错密度的Si基Ge薄膜材料，研究人员尝试采用Ge/Si异质键合来实现Si基Ge薄膜的异质混合集成。近年来，Byun等人和Gity等人采用等离子体自由基活化的方法来实现低温Ge/Si键合和Si基Ge薄膜的智能剥离。等离子体自由基活化原理上也是一种亲水性键合方法，由于等离子体的活化作用，活化后的衬底表面具有极强的亲水性。由于亲水键合在键合片退火过程中会发生亲水化学反应，其中会涉及到键合界面副产物的产生和排泄问题，虽然采用等离子体处理在Ge/Si键合界面形成的纳米级氧化层可以对键合界面形成的气态副产物进行排泄，然而这种方式不仅会引入氧化层，而且很难完全消除气泡，这极大的限制了Ge/Si键合技术在光电子领域的应用。

本课题组近期采用a-Ge中间层键合方法结合自主发明的3秒贴合技术，在低温下实现了几乎零气泡的Ge/Si键合，而且通过a-Ge的晶化实现了键合界面氧化层的分解。然而由于亲水反应的存在，键合界面的气泡依然很难完全消除干净，而且3秒贴合技术对实验条件（湿度和洁净度）的要求较高，对操作过程要求较为苛刻，因此寻找一种能在大气氛围下对暴露时间不敏感且易于操作的a-Ge中间层Ge/Si键合新方法对实现无气泡Ge/Si键合及其在光电子领域的应用具有重要的科学意义。

本专利采用砂轮划片机预先在Si片表面切割出图形化高密度的划道，为Ge/Si键合界面副产物提供就近的排泄通道，从而在低温退火条件下有效的实现键合界面副产物的排出，获得无气泡的Ge/Si键合界面。

发明内容

本发明的目的在于针对低温Ge/Si键合中遇到的键合界面存在由于界面亲水反应形成的难以排除的H₂O和H₂气泡的问题，提出一种利用砂轮划片机切割出的图形化微米级副产物排泄道实现Ge/Si键合界面副产物的及时排出，从而去除键合界面堆积的H₂O和H₂，实现无气泡的Ge/Si键合界面。即首先采用砂轮划片机在晶片表面切割出宽度为微米级等间距的凹槽，其次在Si片和Ge片表面生长一层a-Ge作为键合中间层，通过切割出的凹槽实现退火过程中形成的副产物的有效排出，避免副产物的堆积。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种图形化划道消除Ge/Si键合界面气泡的方法，包括以下步骤：

1）将Si片的背面黏附于蓝膜上，将蓝膜加热到50 °C，保持5~10 min，采用砂轮划片机在Si片正面切割出厚度为微米级的等间距划道（间距为0.5 mm）；

2）经上述1）步骤处理后的Si片和Ge片分别用丙酮、乙醇和去离子水依次超声清洗10~15 min，去除基底表面吸附颗粒物和有机物；