本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石與氮化鎵進(jìn)行直接鍵合的方法，應(yīng)用于高功率、高擊穿電壓的第三代半導(dǎo)體器件的性能提升技術(shù)。

背景技術(shù)：

氮化鎵半導(dǎo)體材料相對(duì)硅、砷化鎵和磷化銦半導(dǎo)體材料而言，被稱為第三代半導(dǎo)體材料，它固有的高擊穿場(chǎng)強(qiáng)和高場(chǎng)強(qiáng)下具有的高飽和漂移速度等優(yōu)良特性決定了它將在未來的高頻、高溫、特大功率器件中居領(lǐng)先地位。GaN材料是一種寬禁帶(3.49eV)半導(dǎo)體，它具有電子飽和漂移速度快(2.7×10⁷cm/s)、臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)高(3.3MV/cm)、二維電子氣密度高(15×10¹²cm^‐2)、熱導(dǎo)率高(>1.7W/cm.k)的特點(diǎn)。最新研究報(bào)道表明：通過將GaN器件鍵合到高導(dǎo)熱的金剛石材料上，可以大幅提高器件的散熱性能。然而，將GaN材料與金剛石材料進(jìn)行有效的鍵合仍是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)，通過技術(shù)研發(fā)，提高GaN材料與金剛石材料之間的鍵合率成為必需，以滿足異構(gòu)集成的高性能GaN器件的技術(shù)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的主要目的是提供一種金剛石與氮化鎵直接鍵合的方法，以實(shí)現(xiàn)以氮化鎵為溝道的HEMT器件和MOSHEMT器件的射頻和功率性能的進(jìn)一步提升，滿足大功率氮化鎵基射頻和功率器件技術(shù)的要求。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種金剛石與GaN晶圓片進(jìn)行直接鍵合的方法，該方法包括如下步驟：(1)對(duì)金剛石和GaN表面進(jìn)行有機(jī)清洗、RCA清洗；(2)對(duì)GaN表面進(jìn)行O₂氣等離子體處理；(3)對(duì)金剛石表面進(jìn)行H₂氣等離子處理；(4)將兩者在無水乙醇中進(jìn)行貼合；(5)將貼合好的樣品放置在鍵合機(jī)中進(jìn)行高溫真空環(huán)境下的鍵合。

在上述方案中，步驟(2)中對(duì)GaN表面進(jìn)行氧氣等離子體處理的工藝條件為：O₂＝30sccm，RF功率為50W,壓力為2Par。

在上述方案中，步驟(3)中對(duì)金剛石表面進(jìn)行氫氣等離子體處理的工藝條件為：H₂＝20sccm，RF功率為60W,壓力為1Par。

在上述方案中，步驟(4)中涉及的無水乙醇溶液的溫度為25度，兩個(gè)外延片在溶液中完全貼合，縫隙中無氣泡殘留。

在上述方案中，步驟(5)中鍵合的條件是壓力為1MPar，環(huán)境條為真空環(huán)境，溫度為400度，持續(xù)加壓的時(shí)間為1小時(shí)。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的一種金剛石與氮化鎵直接鍵合的方法，采用等離子處理的方法使得金剛石和氮化鎵晶圓表面處于不同的具有相吸特性的懸掛鍵，再通過在有機(jī)溶液中進(jìn)行無氣泡的貼合，最后通過真空熱鍵合的方法將金剛石和氮化鎵晶圓片鍵合在一起，從而實(shí)現(xiàn)氮化鎵外延和金剛石材料的鍵合，這種以金剛石外基底的氮化鎵器件，在散熱性能上比傳統(tǒng)器件優(yōu)越3倍，可以實(shí)現(xiàn)器件的更致密分布，并減低器件尺寸。所以可以實(shí)現(xiàn)GaN‐HEMT器件和GaN‐MOSHEMT器件的射頻和功率性能的進(jìn)一步提升，滿足大功率氮化鎵基射頻和功率器件技術(shù)的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的金剛石與氮化鎵直接鍵合的流程圖；

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖1，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種金剛石與GaN晶圓片進(jìn)行直接鍵合的方法，該方法包括如下步驟：(1)對(duì)金剛石和GaN表面進(jìn)行有機(jī)清洗、RCA清洗；(2)對(duì)GaN表面進(jìn)行O₂氣等離子體處理；(3)對(duì)金剛石表面進(jìn)行H2氣等離子處理；(4)將兩者在無水乙醇中進(jìn)行貼合；

(5)將貼合好的樣品放置在鍵合機(jī)中進(jìn)行高溫真空環(huán)境下的鍵合。

在本實(shí)施例中，步驟(2)中對(duì)GaN表面進(jìn)行氧氣等離子體處理的工藝條件為：O₂＝30sccm，RF功率為50W,壓力為2Par。完成該步工藝的設(shè)備為反應(yīng)離子刻蝕機(jī)。

在本實(shí)施例中，步驟(3)中對(duì)金剛石表面進(jìn)行氫氣等離子體處理的工藝條件為：H₂＝20sccm，RF功率為60W,壓力為1Par。完成該步工藝的設(shè)備為反應(yīng)離子刻蝕機(jī)。

在本實(shí)施例中，步驟(4)中涉及的無水乙醇溶液的溫度為25度，兩個(gè)外延片在溶液中完全貼合，縫隙中無氣泡殘留。

在本實(shí)施例中，步驟(5)中鍵合的條件是壓力為1MPar，環(huán)境條為真空環(huán)境，溫度為400度，持續(xù)加壓的時(shí)間為1小時(shí)，具體的實(shí)施方法為，將貼合好的晶圓片放置在鍵合機(jī)中，緩慢加壓10牛，關(guān)閉腔體，抽真空，抽至真空度為1mTorr；加壓1MPar，并開始加熱，從室溫加熱到400度，升溫速率為10度/分鐘；加熱到400度后，持續(xù)該溫度和壓力1小時(shí)；最后降溫至室溫，撤銷壓力，取出晶圓片。