[发明专利]在微电子学中用于接合异种材料的技术

权利要求书

1.一种在微电子学中用于直接键合异种材料的过程，包括：

获得第一材料的第一衬底，所述第一材料具有第一热膨胀系数(CTE)；

获得第二材料的第二衬底，所述第二材料具有第二CTE，其中所述第二CTE与所述第一材料的所述第一CTE不同；

在所述第一衬底的表面上和/或所述第二衬底的表面上形成或沉积氧化物、碳化物、氮化物、碳氮化物或氧氮化物的薄非晶层，所述薄非晶层作为所述第一衬底与所述第二衬底之间的直接键合中间物；以及

在环境室温下，将所述第一衬底和所述第二衬底直接键合在一起以制作接合的堆叠。

2.根据权利要求1所述的过程，还包括：将所述接合的堆叠在所述环境室温下维持至少48小时。

3.根据权利要求1所述的过程，还包括：以每分钟约1℃或更低的速率，将所述接合的堆叠的温度升高到约50℃。

4.根据权利要求1所述的过程，还包括：当所述材料中的一种材料为硅时，以每分钟约1℃或更低的速率，将所述接合的堆叠的温度升高到约100℃。

5.根据权利要求1所述的过程，还包括：

在将所述第一晶片和所述第二晶片直接键合在一起之前，对所述第一晶片和所述第二晶片的键合表面进行等离子体激活；以及

将等离子体激活的所述键合表面暴露于NH₄OH(氢氧化铵)。

6.根据权利要求1所述的过程，还包括：

在将所述第一晶片和所述第二晶片直接键合在一起之前，对所述第一晶片和所述第二晶片的键合表面进行等离子体激活；以及

将等离子体激活的所述键合表面暴露于去离子水。

7.根据权利要求1所述的过程，其中所述第一衬底的所述表面和/或所述第二衬底的所述表面上形成的所述氧化物、碳化物、氮化物、碳氮化物或氧氮化物包括：沉积的化合物的离散层，所述离散层的厚度介于大约100nm与大约1000nm之间。

8.根据权利要求1所述的过程，其中所述第一衬底的所述表面和/或所述第二衬底的所述表面上形成的所述氧化物、碳化物、氮化物、碳氮化物或氧氮化物包括：所述第一衬底的所述第一材料或所述第二衬底的所述第二材料的至少一种自然氧化物，所述至少一种自然氧化物通过使所述第一材料或所述第二材料中的一种或两种材料氧化或反应而形成。

9.根据权利要求8所述的过程，还包括：以每分钟约1度或更低的温度增加速率将所述接合的堆叠的温度从50℃升高到100℃。

10.根据权利要求1所述的过程，其中所述第一衬底的所述第一材料包括钽酸锂(LiTaO₃)或铌酸锂(LiNbO₃)，并且所述第二衬底的所述第二材料包括硅(Si)、石英、熔融二氧化硅玻璃、蓝宝石、或玻璃。

11.根据权利要求1所述的过程，还包括：将所述接合的堆叠在所述环境室温下维持至少大约48小时，然后以每分钟约1℃或更低的温度增加速率将所述接合的堆叠的温度升高到约50℃。

12.根据权利要求1所述的过程，其中所述第一衬底的所述第一材料包括砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)，并且所述第二衬底的所述第二材料包括硅(Si)、石英、熔融二氧化硅玻璃、蓝宝石、或玻璃。

13.根据权利要求1的过程，还包括：

在所述环境室温下执行所述直接键合之前，通过化学机械平坦化(CMP)来对所述第一衬底和所述第二衬底中的每个衬底的键合表面进行平坦化；

使用PVA刷擦洗过程和去离子水冲洗过程，清洁被平坦化的表面；

进一步使用Megasonic SC1过程清洁所述被平坦化的表面、并且使用去离子水冲洗；以及

对所清洁的表面进行旋转干燥。