本發(fā)明涉及的是一種晶體管集成的方法，特別是一種磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成的方法，屬于半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管具有超高速、高擊穿等優(yōu)點(diǎn)，不過集成度較低，功耗較大。如果能夠?qū)⒘谆煯愘|(zhì)結(jié)雙極型晶體管器件與成熟的硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成在同一圓片上，充分發(fā)揮兩者各自的性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)任何單一技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)的性能和功能，具有重大意義。

目前實(shí)現(xiàn)晶體管級(jí)集成所采用的技術(shù)途徑主要包括“微米量級(jí)微組裝技術(shù)”以及“單片異質(zhì)外延技術(shù)”等，其中“微米量級(jí)微組裝技術(shù)”是將“ 磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管芯片單元”通過類似“倒扣焊”的形式鍵合到硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的上方，由于該技術(shù)集成的對(duì)象是“芯片單元”（Chiplet）而不是“晶體管”，因此集成的靈活性受到較大限制；對(duì)“單片異質(zhì)外延技術(shù)”來說，如果在硅襯底上直接異質(zhì)外延生長(zhǎng)磷化銦外延層的話，由于硅與磷化銦分屬不同的材料體系，二者存在，晶格失配和熱失配等問題因此硅襯底上的磷化銦外延材料質(zhì)量較差，異質(zhì)外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料含有很高的位錯(cuò)密度，使得材料特性發(fā)生變化，這影響了磷化銦器件性能，致使該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用受到相當(dāng)?shù)南拗啤?/p>

針對(duì)這一問題，目前研究人員并沒有很好的解決方案，只能在晶格失配較小的半導(dǎo)體材料上異質(zhì)外延生長(zhǎng)，嚴(yán)重限制了集成技術(shù)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的是一種磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成的方法，其目的旨在解決磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管之間集成存在的晶格失配和熱失配等問題。利用外延層剝離轉(zhuǎn)移的方法來實(shí)現(xiàn)磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管在同一圓片上集成。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案，一種磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成的方法，包括以下步驟：

（1）稀釋的鹽酸清洗磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片和臨時(shí)載片；

（2）磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面與臨時(shí)載片通過臨時(shí)粘接材料鍵合；

（3）將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片的磷化銦襯底去除；

（4）將硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管圓片與以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片通過BCB對(duì)準(zhǔn)鍵合；

（5）去除臨時(shí)載片和臨時(shí)粘接材料；

（6）在硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管與磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管集成的圓片上旋涂光刻膠光刻出刻蝕圖形；

（7）以光刻膠為掩膜刻蝕出BCB通孔；

（8）將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過電鍍互聯(lián)金屬連接。

本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）打破了晶格失配固有的限制，將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管和硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管在同一圓片上實(shí)現(xiàn)集成；

2）不同晶體管之間的集成，對(duì)整體集成芯片來說更加小型化、集成化；

3）本發(fā)明最大的特點(diǎn)在于利用外延層剝離轉(zhuǎn)移的方法來實(shí)現(xiàn)磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管在同一圓片上的集成，和常規(guī)的異質(zhì)外延生長(zhǎng)的方法以及倒扣焊的方法相比，打破了半導(dǎo)體材料的固有限制，同時(shí)能夠提高集成度。

附圖說明

圖1是臨時(shí)載片樣品示意圖。

圖2是磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片樣品示意圖。

圖3是磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片與臨時(shí)載片通過臨時(shí)粘接材料鍵合示意圖。

圖4是將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片的磷化銦襯底去除示意圖。

圖5是硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管圓片樣品示意圖。

圖6是硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管圓片與以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片通過BCB對(duì)準(zhǔn)鍵合示意圖。

圖7是去除臨時(shí)載片和臨時(shí)粘接材料示意圖。

圖8是在硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管與磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管集成的圓片上光刻刻蝕圖形示意圖。

圖9是將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過電鍍互聯(lián)金屬連接示意圖。

具體實(shí)施方式

一種磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成的方法，包括以下步驟：

（1）稀釋的鹽酸清洗磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片和臨時(shí)載片：用稀釋的鹽酸清洗磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片和臨時(shí)載片表面，再用去離子水進(jìn)行沖洗，然后放入甩干機(jī)進(jìn)行甩干，臨時(shí)載片包括玻璃載片、藍(lán)寶石、氮化鋁；

（2）磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面與臨時(shí)載片通過臨時(shí)粘接材料鍵合：在磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片的正面旋涂臨時(shí)粘接材料；

（3）將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片的磷化銦襯底去除：將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片和臨時(shí)載片正面相對(duì)在溫度為180-200℃的條件下鍵合：

1）將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片的磷化銦襯底去除，得到了以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片；

2）用稀釋的鹽酸清洗硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管圓片表面，再用去離子水進(jìn)行沖洗，然后放入甩干機(jī)進(jìn)行甩干；

（4）將硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管圓片與以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片通過BCB對(duì)準(zhǔn)鍵合：

1）在以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面旋涂BCB，轉(zhuǎn)速1000rpm-5000rpm，時(shí)間為30-60秒；

2）將以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面朝上放在熱板上烘烤2-5分鐘，熱板溫度100-110℃；

3）待以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片在室溫下自然冷卻后，將以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管圓片正面相對(duì)，通過兩個(gè)圓片上各自的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，在溫度為250-300℃的條件下鍵合；

（5）去除臨時(shí)載片和臨時(shí)粘接材料：將鍵合后的圓片上的臨時(shí)載片和臨時(shí)粘接材料去除；

（6）在硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管與磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管集成的圓片上旋涂光刻膠光刻出刻蝕圖形：在硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管與磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管集成的圓片上旋涂光刻膠并光刻出刻蝕圖形；

（7）以光刻膠為掩膜刻蝕出BCB通孔：以光刻膠為掩膜在硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管與磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管集成的圓片上刻蝕出BCB通孔，直至刻蝕到硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的頂層金屬；

（8）將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過電鍍互聯(lián)金屬連接，在刻蝕出的BCB通孔中電鍍互聯(lián)金屬，將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過互聯(lián)金屬連接。

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)解決方案。

①準(zhǔn)備樣品：將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片和臨時(shí)載片用稀釋的鹽酸（HCl）和去離子水清洗干凈，放入甩干機(jī)進(jìn)行甩干。如圖1，如圖2所示。

②臨時(shí)鍵合：在磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片的正面旋涂臨時(shí)粘接材料，將涂好臨時(shí)粘接材料的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面朝上放在熱板上進(jìn)行預(yù)烘烤，熱板溫度在90-120℃，時(shí)間2-5分鐘。然后將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片和臨時(shí)載片的正面相對(duì)疊在一起，利用鍵合機(jī)進(jìn)行圓片鍵合，鍵合溫度為180-200℃，鍵合時(shí)間30-60分鐘，如圖3所示。

③背面工藝：鍵合完成后磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片的磷化銦襯底經(jīng)過磨片，磨到50-100um，再用化學(xué)腐蝕液把剩余磷化銦襯底腐蝕掉，如圖4所示。

④準(zhǔn)備樣品：將硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管圓片用稀釋的鹽酸（HCl）和去離子水清洗干凈，放入甩干機(jī)進(jìn)行甩干，如圖5所示。

⑤鍵合：在以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面滴適量的BCB，根據(jù)不同厚度需要用1000-5000rpm的速率進(jìn)行旋涂，旋涂時(shí)間不少于30秒鐘，將涂好BCB的以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面朝上放在熱板上進(jìn)行預(yù)烘烤，熱板溫度在100-110℃，時(shí)間2-5分鐘。然后將以臨時(shí)載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片和硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管圓片的正面相對(duì)利用對(duì)準(zhǔn)機(jī)通過各自的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，再利用鍵合機(jī)進(jìn)行圓片鍵合。鍵合溫度為250-300℃，鍵合時(shí)間1-2小時(shí)，如圖6所示。

⑥去鍵合：將鍵合完的圓片浸泡在臨時(shí)粘接材料去除劑中，液面應(yīng)全部浸過圓片，待臨時(shí)粘接材料被全部溶解后將與臨時(shí)載片自動(dòng)分離，將其小心托起用去離子水沖洗干凈即可，得到硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管與磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管集成的圓片，如圖7所示。

⑦光刻刻蝕圖形：在硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管與磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管集成的圓片上旋涂光刻膠，通過曝光顯影形成刻蝕圖形，如圖8所示。

⑧刻蝕BCB通孔：以光刻膠為掩膜，利用等離子體刻蝕機(jī)對(duì)BCB進(jìn)行刻蝕，直至刻蝕到硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的頂層金屬。

⑨電鍍互聯(lián)金屬：在刻蝕出的BCB通孔中電鍍互聯(lián)金屬，將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過互聯(lián)金屬連接，如圖9所示。

實(shí)施例

①將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片和玻璃載片放在稀釋的鹽酸（HCl）中浸泡60秒鐘，然后去離子水沖洗，放入甩干機(jī)進(jìn)行甩干。

②在磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面旋涂高溫蠟，轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/秒，旋涂時(shí)間為90秒，將涂好高溫蠟的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面朝上放熱板上，熱板溫度為110℃度，烘片時(shí)間5分鐘。

③將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片從熱板上取出和玻璃載片正面相對(duì)疊在一起，用夾具固定好放入鍵合機(jī)進(jìn)行鍵合，鍵合溫度為200℃，鍵合時(shí)間為60分鐘。

④鍵合好后對(duì)磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片的磷化銦襯底背面減薄，減薄到100微米左右，再用H₂SO₄和H₂O₂混合溶液把減薄的襯底腐蝕掉。

⑤在以玻璃載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面旋涂BCB，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/秒，旋涂時(shí)間為90秒，將以玻璃載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片正面朝上放熱板上，熱板溫度為110℃，烘片時(shí)間2-5分鐘。

⑥將以玻璃載片為支撐的磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管圓片從熱板上取出和硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管圓片正面相對(duì)利用對(duì)準(zhǔn)機(jī)通過各自的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，用夾具固定好放入鍵合機(jī)進(jìn)行鍵合，鍵合溫度為300℃，鍵合時(shí)間為2小時(shí)。

⑦將鍵合完的圓片浸泡在高溫蠟去除劑中，液面應(yīng)全部浸過圓片，待高溫蠟被全部溶解后將與臨時(shí)載片自動(dòng)分離，將其小心托起用去離子水沖洗干凈即可，得到硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管與磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管集成的圓片。

⑧在硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管與磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管集成的圓片上旋涂光刻膠，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/秒，旋涂時(shí)間為60秒，將涂好光刻膠的集成圓片正面朝上放熱板上，熱板溫度為110℃，烘片時(shí)間2分鐘。通過光刻機(jī)對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，曝光時(shí)間70秒，然后利用顯影液進(jìn)行顯影，顯影時(shí)間120秒，得到刻蝕圖形。

⑨以光刻膠為掩膜，利用等離子體刻蝕機(jī)對(duì)BCB進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體SF6，直至刻蝕到硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的頂層金屬。

⑩在刻蝕出的BCB通孔中電鍍互聯(lián)金屬，電鍍金屬為金，將磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過互聯(lián)金屬連接。

經(jīng)過以上步驟，就實(shí)現(xiàn)了磷化銦異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的集成。