本發(fā)明涉及晶圓鍵合以及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種硅基雙柵器件的鍵合方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路的發(fā)展與消費(fèi)電子市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，鍵合作為半導(dǎo)體制作工藝以及封裝中的關(guān)鍵步驟，受到了廣泛的關(guān)注。近年來(lái)，晶圓鍵合技術(shù)以其效率高、鍵合質(zhì)量好、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，摩爾定律已經(jīng)逐漸達(dá)到極限，在器件特征尺寸難以縮小的情況下，高遷移率材料制作的器件越來(lái)越被人們關(guān)注。

高遷移率器件通常為非硅基材料，如使用III-V族元素所制作的器件。為了達(dá)到襯底優(yōu)秀的支撐作用與工藝兼容性，需要將器件與硅襯底相結(jié)合，通常使用鍵合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

雙柵器件以其優(yōu)異的柵控性能，得到了較多的研究。雙柵器件通常需要制作背柵金屬，所選用的金屬材料是根據(jù)器件性能要求與金屬功函數(shù)要求來(lái)決定的。

具有背柵金屬的雙柵器件與襯底之間的鍵合要求較高，既不能影響金屬與背柵之間的界面特性，還不能增加器件的寄生電阻與寄生電容。如粘結(jié)劑鍵合等鍵合方法則不適用于背柵金屬與襯底間的鍵合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在克服鍵合時(shí)對(duì)器件的不利影響，提供了一種用于雙柵器件的鍵合方法，可以滿足背柵金屬與襯底結(jié)構(gòu)間的鍵合方法。

(二)技術(shù)方案

一種硅基雙柵器件的鍵合方法，包括如下步驟：

制備功能層，并在功能層一面制作金屬層；

準(zhǔn)備襯底層，并在襯底層一面制作絕緣層；

在絕緣層上制作硅層；

將所述金屬層和所述硅層通過(guò)合金化鍵合工藝鍵合，形成背柵金屬層，完成硅基雙柵器件的鍵合。

上述方案中，所述金屬層為鎳、金、鉑、鈀、鋁、銅、鉭和鈦中的一種。

上述方案中，所述金屬層為鎳金屬層。

上述方案中，所述合金化鍵合工藝為熱壓合金化鍵合。

上述方案中，所述合金化鍵合工藝的反應(yīng)溫度介于250至500攝氏度，壓力為10³至3x10⁷帕斯卡之間。

上述方案中，在將所述鎳金屬層和硅層進(jìn)行鍵合之前對(duì)金屬層和硅層表面進(jìn)行清潔。

上述方案中，對(duì)所述金屬層和硅層進(jìn)行清潔的步驟包括使用化學(xué)清洗方法或等離子體表面清洗。

上述方案中，所述功能層為含有多層材料的InP片或GaAs片；所述絕緣層為氧化硅、氧化鋁或氧化鉿中的一種或多種。

上述方案中，所述金屬層是在功能層上采用電子束蒸發(fā)的方法形成。

上述方案中，在所述功能層上進(jìn)行后續(xù)的器件制作工藝。

(三)有益效果

與現(xiàn)有雙柵結(jié)構(gòu)鍵合技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過(guò)金屬層與硅層熱壓合金化鍵合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了背柵金屬的制作與器件和襯底結(jié)構(gòu)間的鍵合；

(2)背柵金屬的材料選用無(wú)須考慮鍵合工藝的要求；

(3)無(wú)須增加額外的鍵合層，所形成的背柵金屬層厚度可以與設(shè)計(jì)要求極為貼近；

(4)不增加器件結(jié)構(gòu)的寄生電阻與寄生電容；鍵合形成的中間層很小，基本不影響器件性能，背柵金屬的功函數(shù)基本不受影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中鍵合方法的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中鍵合前的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中器件制作后的結(jié)構(gòu)示意圖。

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至圖4，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例中鍵合方法的流程示意圖，圖2至圖4為器件鍵合前后的結(jié)構(gòu)示意圖，具體包括以下步驟：

S1：制備功能層，并在功能層一面制作金屬層。

制備含多層材料的功能層1，在本實(shí)施例中功能層使用含有多層材料的3寸InP片制備，除此之外，也可以使用含有多層材料的GaAs片制備。

在功能層一面制作鎳金屬層2，在功能層上用電子束蒸發(fā)的方法蒸發(fā)100nm的鎳，以制成該金屬層。

S2：準(zhǔn)備襯底層，并在襯底層一面制作絕緣層。

準(zhǔn)備器件襯底層3，在本實(shí)施例中使用4寸Si片作為器件襯底層。

在器件襯底層一面制作絕緣層4，使用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PECVD制備30nm氧化硅，以制成該絕緣層，除此之外，絕緣層4也可使用氧化鋁或氧化鉿或其與氧化硅的任意組合制備。

S3：在絕緣層上制作硅層。

在絕緣層上制作硅層5，在本實(shí)施例中為蒸發(fā)100nm的Si。

S4：將鎳金屬層和硅層通過(guò)合金化鍵合工藝鍵合，形成背柵金屬層，完成硅基雙柵器件的鍵合。

首先將鎳金屬層和硅層的表面均進(jìn)行潔凈處理，在本實(shí)施例中使用RIE設(shè)備進(jìn)行Ar等離子體表面處理，除此之外，也可使用化學(xué)清洗方法進(jìn)行表面清洗。

將潔凈處理后的硅層通過(guò)鎳硅合金化鍵合方法鍵合起來(lái)，形成背柵金屬層6，在本實(shí)施例中使用熱壓合金化鍵合，將潔凈處理后的鎳金屬層和硅層熱壓鍵合，反應(yīng)溫度介于250至500攝氏度，壓力為10³至3x10⁷帕斯卡之間，在本實(shí)施例中反應(yīng)溫度為350攝氏度，壓強(qiáng)為10⁵帕斯卡。

在器件功能層上進(jìn)行后續(xù)的器件制作工藝，在本實(shí)施例中為制備具有雙柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，在器件功能層上形成結(jié)構(gòu)7，結(jié)構(gòu)7為雙柵器件中的頂柵部分。

如圖2所示，層1為含有多層材料的InP片形成的器件功能層，層2為蒸發(fā)的100nm上鎳金屬層，層3為硅襯底，層4為30nm氧化硅絕緣層，層5為蒸發(fā)的100nm硅層。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖3所示，圖2中的層2和層5，即鎳金屬層和硅層，通過(guò)鍵合形成了層6背柵金屬層。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中器件制作后的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖4所示，結(jié)構(gòu)7為雙柵器件中的頂柵部分。

本發(fā)明實(shí)施例以鎳金屬為例進(jìn)行說(shuō)明，但并不限于鎳金屬，除此之外，金屬層也可以為金、鉑、鈀、鋁、銅、鉭和鈦中的一種。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。