[发明专利]一种用于制作光电半导体芯片的方法及其所使用的键合晶圆

说明书

本发明提供了一种用于制作光电半导体芯片的方法及其所使用的键合晶圆，晶圆材料包括蓝宝石、碳化硅、砷化镓等用于外延（epitaxy）的晶圆。此方法将传统晶圆分成母晶圆、子晶圆，运用适当的键合技术将母晶圆与子晶圆键合后，能耐外延时约1000度的高温与应力产生的翘曲变化；外延后使用非物理破坏方式解开键合。母晶圆可以循环使用，子晶圆与外延层直接用于芯片制程，不需要减薄或少量减薄，解决了大尺寸外延晶圆的原材料与芯片加工成本问题，并得到波长均匀性更好的外延片。

技术领域

本发明涉及一种光电半导体芯片的制作方法，具体涉及适用于外延的键合晶圆。

背景技术

单晶蓝宝石、碳化硅、砷化镓晶体是比较典型的外延材料，具有优良的光电效应，并被广泛地用于LED、功率器件上。蓝宝石、碳化硅、砷化镓等晶体在生长时都需要耗费大量的电能。且晶圆尺寸越大，晶体材料的良率越低，半导体衬底晶圆逐步从4寸过渡到6寸或者8寸，成本也相对较高。

晶体需经过切割、研磨、抛光、清洗等多段工序后成为晶圆；经过外延生长后，芯片的制程均需要将整个芯片厚度减薄，以缩小芯片尺寸。芯片的厚度通常只有晶圆的1/3以下，也就是说，有一半以上的晶体在最后得用减薄机磨掉，晶体材料浪费甚大。

晶圆厚度是影响外延波长均匀性的关键要素之一，厚度越厚越能减少外延层应力所产生的翘曲度，进而提高波长均匀性；为了缩小芯片尺寸，减少封装材料的浪费，芯片厚度越来越薄，因此要求具有更薄的晶圆衬底厚度。晶圆越厚在芯片制程也须花更多成本来减薄，这对于晶体材料存在大量浪费。

发明内容

本发明提供了背景技术中的技术问题的解决方法，本发明公开了一种用于制作光电半导体芯片的方法，将原本生长衬底分成母晶圆与子晶圆，所述母晶圆和子晶圆包括蓝宝石、碳化硅或者砷化镓。选择适当的键合介质在母晶圆、子晶圆或两者上都生长一层键合介质薄膜，优选在其中之一的表面生长一层键合介质，尤其推荐在母晶圆上生长键合介质作为中间层。中间层包括二氧化硅、氮化铝、氮化镓中的一种或者任意种任意组合。

键合设计在300℃至1000℃真空高温环境下进行母、子晶圆的键合，键合介质位于键合面上。其中较薄的子晶圆在半导体外延工艺制程后，可以非破坏性的解键合方式将键合介质破坏后分离，与母晶圆分离后的子晶圆以及子晶圆上的半导体外延层继续进行芯片制程；下方较厚的母晶圆则可以在清洗后进行高温退火释放外延生长累积的应力，退火后的母晶圆可实现循环使用。

所述的母晶圆与所述子晶圆的厚度设计，可依据最终芯片厚度来设计子晶圆厚度，子晶圆厚度可比最终芯片衬底厚度略后或者相等。为了提高良品率，建议订较厚母晶圆厚度；原本晶圆厚度规格减去子晶圆厚度则为最低母晶圆厚度。所述的母晶圆表面应为双面都是粗糙面的晶圆，可以金刚砂、碳化硼、碳化硅等高硬度微粉进行双面研磨制作稳定的粗糙表面，并将线切割产生的翘曲（WARP）修平；或采用有关黄光、显影、蚀刻等技术制作的粗糙面。定义子晶圆待外延生长的表面为正面，相对正面的另一面为背面，背面与母晶圆相向键合，子晶圆正面应为可外延等级的抛光面，背面与母晶圆同为粗糙面或抛光面。键合前应以O3、N2进行等离子清洁或化学方式清洗、活化键合介质生长表面，活化处理的试剂包括双氧水、氨水或者两者的混合物。活化处理也可以为干法处理，例如利用电浆进行活化。

所述的键合介质可以为二氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)等薄膜，键合介质组成的中间层需有一定的厚度才能均匀键合，例如采用3~5μm，才能抵抗在外延生长时的1000℃高温与外延层应力导致的弯曲。所述的键合条件需在高温、真空的键合设备上进行。所述的非破坏式的解键合方法为酸液腐蚀法，将键合介质腐蚀破坏，不会伤到晶圆。所述的母晶圆循环使用需经过清洗、退火等制程，将外延的应力消除，母晶圆也比较平坦，有利于再次使用。