一种晶体管集成的方法与流程

本发明涉及的是一种晶体管集成的方法，特别是一种磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管集成的方法，属于半导体工艺技术领域。

背景技术：

磷化铟异质结双极型晶体管具有超高速、高击穿等优点，不过集成度较低，功耗较大。如果能够将磷化铟异质结双极型晶体管器件与成熟的硅金属氧化物半导体场效应晶体管集成在同一圆片上，充分发挥两者各自的性能优势，实现任何单一技术不可能实现的性能和功能，具有重大意义。

目前实现晶体管级集成所采用的技术途径主要包括“微米量级微组装技术”以及“单片异质外延技术”等，其中“微米量级微组装技术”是将“ 磷化铟异质结双极型晶体管芯片单元”通过类似“倒扣焊”的形式键合到硅金属氧化物半导体场效应晶体管的上方，由于该技术集成的对象是“芯片单元”（Chiplet）而不是“晶体管”，因此集成的灵活性受到较大限制；对“单片异质外延技术”来说，如果在硅衬底上直接异质外延生长磷化铟外延层的话，由于硅与磷化铟分属不同的材料体系，二者存在，晶格失配和热失配等问题因此硅衬底上的磷化铟外延材料质量较差，异质外延生长的半导体材料含有很高的位错密度，使得材料特性发生变化，这影响了磷化铟器件性能，致使该项技术的发展与应用受到相当的限制。

针对这一问题，目前研究人员并没有很好的解决方案，只能在晶格失配较小的半导体材料上异质外延生长，严重限制了集成技术的发展。

技术实现要素：

本发明提出的是一种磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管集成的方法，其目的旨在解决磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管之间集成存在的晶格失配和热失配等问题。利用外延层剥离转移的方法来实现磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管在同一圆片上集成。

本发明的技术解决方案，一种磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管集成的方法，包括以下步骤：

（1）稀释的盐酸清洗磷化铟异质结双极型晶体管圆片和临时载片；

（2）磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面与临时载片通过临时粘接材料键合；

（3）将磷化铟异质结双极型晶体管圆片的磷化铟衬底去除；

（4）将硅金属氧化物半导体场效应晶体管圆片与以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片通过BCB对准键合；

（5）去除临时载片和临时粘接材料；

（6）在硅金属氧化物半导体场效应晶体管与磷化铟异质结双极型晶体管集成的圆片上旋涂光刻胶光刻出刻蚀图形；

（7）以光刻胶为掩膜刻蚀出BCB通孔；

（8）将磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管通过电镀互联金属连接。

本发明有以下优点：

1）打破了晶格失配固有的限制，将磷化铟异质结双极型晶体管和硅金属氧化物半导体场效应晶体管在同一圆片上实现集成；

2）不同晶体管之间的集成，对整体集成芯片来说更加小型化、集成化；

3）本发明最大的特点在于利用外延层剥离转移的方法来实现磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管在同一圆片上的集成，和常规的异质外延生长的方法以及倒扣焊的方法相比，打破了半导体材料的固有限制，同时能够提高集成度。

附图说明

图1是临时载片样品示意图。

图2是磷化铟异质结双极型晶体管圆片样品示意图。

图3是磷化铟异质结双极型晶体管圆片与临时载片通过临时粘接材料键合示意图。

图4是将磷化铟异质结双极型晶体管圆片的磷化铟衬底去除示意图。

图5是硅金属氧化物半导体场效应晶体管圆片样品示意图。

图6是硅金属氧化物半导体场效应晶体管圆片与以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片通过BCB对准键合示意图。

图7是去除临时载片和临时粘接材料示意图。

图8是在硅金属氧化物半导体场效应晶体管与磷化铟异质结双极型晶体管集成的圆片上光刻刻蚀图形示意图。

图9是将磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管通过电镀互联金属连接示意图。

具体实施方式

一种磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管集成的方法，包括以下步骤：

（1）稀释的盐酸清洗磷化铟异质结双极型晶体管圆片和临时载片：用稀释的盐酸清洗磷化铟异质结双极型晶体管圆片和临时载片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干，临时载片包括玻璃载片、蓝宝石、氮化铝；

（2）磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面与临时载片通过临时粘接材料键合：在磷化铟异质结双极型晶体管圆片的正面旋涂临时粘接材料；

（3）将磷化铟异质结双极型晶体管圆片的磷化铟衬底去除：将磷化铟异质结双极型晶体管圆片和临时载片正面相对在温度为180-200℃的条件下键合：

1）将磷化铟异质结双极型晶体管圆片的磷化铟衬底去除，得到了以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片；

2）用稀释的盐酸清洗硅金属氧化物半导体场效应晶体管圆片表面，再用去离子水进行冲洗，然后放入甩干机进行甩干；

（4）将硅金属氧化物半导体场效应晶体管圆片与以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片通过BCB对准键合：

1）在以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面旋涂BCB，转速1000rpm-5000rpm，时间为30-60秒；

2）将以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面朝上放在热板上烘烤2-5分钟，热板温度100-110℃；

3）待以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片在室温下自然冷却后，将以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片与硅金属氧化物半导体场效应晶体管圆片正面相对，通过两个圆片上各自的对准标记对准，在温度为250-300℃的条件下键合；

（5）去除临时载片和临时粘接材料：将键合后的圆片上的临时载片和临时粘接材料去除；

（6）在硅金属氧化物半导体场效应晶体管与磷化铟异质结双极型晶体管集成的圆片上旋涂光刻胶光刻出刻蚀图形：在硅金属氧化物半导体场效应晶体管与磷化铟异质结双极型晶体管集成的圆片上旋涂光刻胶并光刻出刻蚀图形；

（7）以光刻胶为掩膜刻蚀出BCB通孔：以光刻胶为掩膜在硅金属氧化物半导体场效应晶体管与磷化铟异质结双极型晶体管集成的圆片上刻蚀出BCB通孔，直至刻蚀到硅金属氧化物半导体场效应晶体管的顶层金属；

（8）将磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管通过电镀互联金属连接，在刻蚀出的BCB通孔中电镀互联金属，将磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管通过互联金属连接。

下面结合附图进一步描述本发明的技术解决方案。

①准备样品：将磷化铟异质结双极型晶体管圆片和临时载片用稀释的盐酸（HCl）和去离子水清洗干净，放入甩干机进行甩干。如图1，如图2所示。

②临时键合：在磷化铟异质结双极型晶体管圆片的正面旋涂临时粘接材料，将涂好临时粘接材料的磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面朝上放在热板上进行预烘烤，热板温度在90-120℃，时间2-5分钟。然后将磷化铟异质结双极型晶体管圆片和临时载片的正面相对叠在一起，利用键合机进行圆片键合，键合温度为180-200℃，键合时间30-60分钟，如图3所示。

③背面工艺：键合完成后磷化铟异质结双极型晶体管圆片的磷化铟衬底经过磨片，磨到50-100um，再用化学腐蚀液把剩余磷化铟衬底腐蚀掉，如图4所示。

④准备样品：将硅金属氧化物半导体场效应晶体管圆片用稀释的盐酸（HCl）和去离子水清洗干净，放入甩干机进行甩干，如图5所示。

⑤键合：在以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面滴适量的BCB，根据不同厚度需要用1000-5000rpm的速率进行旋涂，旋涂时间不少于30秒钟，将涂好BCB的以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面朝上放在热板上进行预烘烤，热板温度在100-110℃，时间2-5分钟。然后将以临时载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片和硅金属氧化物半导体场效应晶体管圆片的正面相对利用对准机通过各自的对准标记实现对准，再利用键合机进行圆片键合。键合温度为250-300℃，键合时间1-2小时，如图6所示。

⑥去键合：将键合完的圆片浸泡在临时粘接材料去除剂中，液面应全部浸过圆片，待临时粘接材料被全部溶解后将与临时载片自动分离，将其小心托起用去离子水冲洗干净即可，得到硅金属氧化物半导体场效应晶体管与磷化铟异质结双极型晶体管集成的圆片，如图7所示。

⑦光刻刻蚀图形：在硅金属氧化物半导体场效应晶体管与磷化铟异质结双极型晶体管集成的圆片上旋涂光刻胶，通过曝光显影形成刻蚀图形，如图8所示。

⑧刻蚀BCB通孔：以光刻胶为掩膜，利用等离子体刻蚀机对BCB进行刻蚀，直至刻蚀到硅金属氧化物半导体场效应晶体管的顶层金属。

⑨电镀互联金属：在刻蚀出的BCB通孔中电镀互联金属，将磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管通过互联金属连接，如图9所示。

实施例

①将磷化铟异质结双极型晶体管圆片和玻璃载片放在稀释的盐酸（HCl）中浸泡60秒钟，然后去离子水冲洗，放入甩干机进行甩干。

②在磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面旋涂高温蜡，转速为2000转/秒，旋涂时间为90秒，将涂好高温蜡的磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面朝上放热板上，热板温度为110℃度，烘片时间5分钟。

③将磷化铟异质结双极型晶体管圆片从热板上取出和玻璃载片正面相对叠在一起，用夹具固定好放入键合机进行键合，键合温度为200℃，键合时间为60分钟。

④键合好后对磷化铟异质结双极型晶体管圆片的磷化铟衬底背面减薄，减薄到100微米左右，再用H₂SO₄和H₂O₂混合溶液把减薄的衬底腐蚀掉。

⑤在以玻璃载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面旋涂BCB，转速为5000转/秒，旋涂时间为90秒，将以玻璃载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片正面朝上放热板上，热板温度为110℃，烘片时间2-5分钟。

⑥将以玻璃载片为支撑的磷化铟异质结双极型晶体管圆片从热板上取出和硅金属氧化物半导体场效应晶体管圆片正面相对利用对准机通过各自的对准标记实现对准，用夹具固定好放入键合机进行键合，键合温度为300℃，键合时间为2小时。

⑦将键合完的圆片浸泡在高温蜡去除剂中，液面应全部浸过圆片，待高温蜡被全部溶解后将与临时载片自动分离，将其小心托起用去离子水冲洗干净即可，得到硅金属氧化物半导体场效应晶体管与磷化铟异质结双极型晶体管集成的圆片。

⑧在硅金属氧化物半导体场效应晶体管与磷化铟异质结双极型晶体管集成的圆片上旋涂光刻胶，转速为3000转/秒，旋涂时间为60秒，将涂好光刻胶的集成圆片正面朝上放热板上，热板温度为110℃，烘片时间2分钟。通过光刻机对光刻胶进行曝光，曝光时间70秒，然后利用显影液进行显影，显影时间120秒，得到刻蚀图形。

⑨以光刻胶为掩膜，利用等离子体刻蚀机对BCB进行刻蚀，刻蚀气体SF6，直至刻蚀到硅金属氧化物半导体场效应晶体管的顶层金属。

⑩在刻蚀出的BCB通孔中电镀互联金属，电镀金属为金，将磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管通过互联金属连接。

经过以上步骤，就实现了磷化铟异质结双极型晶体管与硅金属氧化物半导体场效应晶体管的集成。