本發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結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管集成的方法，屬于半導體工藝技術領域。

背景技術：

磷化銦異質結雙極型晶體管具有超高速、高擊穿等優點，不過集成度較低，功耗較大。如果能夠將磷化銦異質結雙極型晶體管器件與成熟的硅金屬氧化物半導體場效應晶體管集成在同一圓片上，充分發揮兩者各自的性能優勢，實現任何單一技術不可能實現的性能和功能，具有重大意義。

目前實現晶體管級集成所采用的技術途徑主要包括“微米量級微組裝技術”以及“單片異質外延技術”等，其中“微米量級微組裝技術”是將“ 磷化銦異質結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體場效應晶體管的上方，由于該技術集成的對象是“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“單片異質外延技術”來說，如果在硅襯底上直接異質外延生長磷化銦外延層的話，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量較差，異質外延生長的半導體材料含有很高的位錯密度，使得材料特性發生變化，這影響了磷化銦器件性能，致使該項技術的發展與應用受到相當的限制。

針對這一問題，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體材料上異質外延生長，嚴重限制了集成技術的發展。

技術實現要素：

本發明提出的是一種磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管集成的方法，其目的旨在解決磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管之間集成存在的晶格失配和熱失配等問題。利用外延層剝離轉移的方法來實現磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管在同一圓片上集成。

本發明的技術解決方案，一種磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管集成的方法，包括以下步驟：

（1）稀釋的鹽酸清洗磷化銦異質結雙極型晶體管圓片和臨時載片；

（2）磷化銦異質結雙極型晶體管圓片正面與臨時載片通過臨時粘接材料鍵合；

（3）將磷化銦異質結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體場效應晶體管圓片與以臨時載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片通過BCB對準鍵合；

（5）去除臨時載片和臨時粘接材料；

（6）在硅金屬氧化物半導體場效應晶體管與磷化銦異質結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）將磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管通過電鍍互聯金屬連接。

本發明有以下優點：

1）打破了晶格失配固有的限制，將磷化銦異質結雙極型晶體管和硅金屬氧化物半導體場效應晶體管在同一圓片上實現集成；

2）不同晶體管之間的集成，對整體集成芯片來說更加小型化、集成化；

3）本發明最大的特點在于利用外延層剝離轉移的方法來實現磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管在同一圓片上的集成，和常規的異質外延生長的方法以及倒扣焊的方法相比，打破了半導體材料的固有限制，同時能夠提高集成度。

附圖說明

圖1是臨時載片樣品示意圖。

圖2是磷化銦異質結雙極型晶體管圓片樣品示意圖。

圖3是磷化銦異質結雙極型晶體管圓片與臨時載片通過臨時粘接材料鍵合示意圖。

圖4是將磷化銦異質結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體場效應晶體管圓片樣品示意圖。

圖6是硅金屬氧化物半導體場效應晶體管圓片與以臨時載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片通過BCB對準鍵合示意圖。

圖7是去除臨時載片和臨時粘接材料示意圖。

圖8是在硅金屬氧化物半導體場效應晶體管與磷化銦異質結雙極型晶體管集成的圓片上光刻刻蝕圖形示意圖。

圖9是將磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管通過電鍍互聯金屬連接示意圖。

具體實施方式

一種磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管集成的方法，包括以下步驟：

（1）稀釋的鹽酸清洗磷化銦異質結雙極型晶體管圓片和臨時載片：用稀釋的鹽酸清洗磷化銦異質結雙極型晶體管圓片和臨時載片表面，再用去離子水進行沖洗，然后放入甩干機進行甩干，臨時載片包括玻璃載片、藍寶石、氮化鋁；

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

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

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

2）用稀釋的鹽酸清洗硅金屬氧化物半導體場效應晶體管圓片表面，再用去離子水進行沖洗，然后放入甩干機進行甩干；

（4）將硅金屬氧化物半導體場效應晶體管圓片與以臨時載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片通過BCB對準鍵合：

1）在以臨時載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片正面旋涂BCB，轉速1000rpm-5000rpm，時間為30-60秒；

2）將以臨時載片為支撐的磷化銦異質結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）待以臨時載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片在室溫下自然冷卻后，將以臨時載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管圓片正面相對，通過兩個圓片上各自的對準標記對準，在溫度為250-300℃的條件下鍵合；

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

（6）在硅金屬氧化物半導體場效應晶體管與磷化銦異質結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體場效應晶體管與磷化銦異質結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體場效應晶體管與磷化銦異質結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體場效應晶體管的頂層金屬；

（8）將磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管通過電鍍互聯金屬連接，在刻蝕出的BCB通孔中電鍍互聯金屬，將磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管通過互聯金屬連接。

下面結合附圖進一步描述本發明的技術解決方案。

①準備樣品：將磷化銦異質結雙極型晶體管圓片和臨時載片用稀釋的鹽酸（HCl）和去離子水清洗干凈，放入甩干機進行甩干。如圖1，如圖2所示。

②臨時鍵合：在磷化銦異質結雙極型晶體管圓片的正面旋涂臨時粘接材料，將涂好臨時粘接材料的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片正面朝上放在熱板上進行預烘烤，熱板溫度在90-120℃，時間2-5分鐘。然后將磷化銦異質結雙極型晶體管圓片和臨時載片的正面相對疊在一起，利用鍵合機進行圓片鍵合，鍵合溫度為180-200℃，鍵合時間30-60分鐘，如圖3所示。

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

④準備樣品：將硅金屬氧化物半導體場效應晶體管圓片用稀釋的鹽酸（HCl）和去離子水清洗干凈，放入甩干機進行甩干，如圖5所示。

⑤鍵合：在以臨時載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片正面滴適量的BCB，根據不同厚度需要用1000-5000rpm的速率進行旋涂，旋涂時間不少于30秒鐘，將涂好BCB的以臨時載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片正面朝上放在熱板上進行預烘烤，熱板溫度在100-110℃，時間2-5分鐘。然后將以臨時載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片和硅金屬氧化物半導體場效應晶體管圓片的正面相對利用對準機通過各自的對準標記實現對準，再利用鍵合機進行圓片鍵合。鍵合溫度為250-300℃，鍵合時間1-2小時，如圖6所示。

⑥去鍵合：將鍵合完的圓片浸泡在臨時粘接材料去除劑中，液面應全部浸過圓片，待臨時粘接材料被全部溶解后將與臨時載片自動分離，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體場效應晶體管與磷化銦異質結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體場效應晶體管與磷化銦異質結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對BCB進行刻蝕，直至刻蝕到硅金屬氧化物半導體場效應晶體管的頂層金屬。

⑨電鍍互聯金屬：在刻蝕出的BCB通孔中電鍍互聯金屬，將磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管通過互聯金屬連接，如圖9所示。

實施例

①將磷化銦異質結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，放入甩干機進行甩干。

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

③將磷化銦異質結雙極型晶體管圓片從熱板上取出和玻璃載片正面相對疊在一起，用夾具固定好放入鍵合機進行鍵合，鍵合溫度為200℃，鍵合時間為60分鐘。

④鍵合好后對磷化銦異質結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結雙極型晶體管圓片正面旋涂BCB，轉速為5000轉/秒，旋涂時間為90秒，將以玻璃載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片正面朝上放熱板上，熱板溫度為110℃，烘片時間2-5分鐘。

⑥將以玻璃載片為支撐的磷化銦異質結雙極型晶體管圓片從熱板上取出和硅金屬氧化物半導體場效應晶體管圓片正面相對利用對準機通過各自的對準標記實現對準，用夾具固定好放入鍵合機進行鍵合，鍵合溫度為300℃，鍵合時間為2小時。

⑦將鍵合完的圓片浸泡在高溫蠟去除劑中，液面應全部浸過圓片，待高溫蠟被全部溶解后將與臨時載片自動分離，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體場效應晶體管與磷化銦異質結雙極型晶體管集成的圓片。

⑧在硅金屬氧化物半導體場效應晶體管與磷化銦異質結雙極型晶體管集成的圓片上旋涂光刻膠，轉速為3000轉/秒，旋涂時間為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℃，烘片時間2分鐘。通過光刻機對光刻膠進行曝光，曝光時間70秒，然后利用顯影液進行顯影，顯影時間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對BCB進行刻蝕，刻蝕氣體SF6，直至刻蝕到硅金屬氧化物半導體場效應晶體管的頂層金屬。

⑩在刻蝕出的BCB通孔中電鍍互聯金屬，電鍍金屬為金，將磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管通過互聯金屬連接。

經過以上步驟，就實現了磷化銦異質結雙極型晶體管與硅金屬氧化物半導體場效應晶體管的集成。