一种铌酸锂薄膜和磷化铟基光电外延片集成方法技术

本申请公开了一种铌酸锂薄膜和磷化铟基光电外延片集成方法，包括以下步骤：样品准备：清洗自下而上包含衬底层、介质层和铌酸锂层的铌酸锂薄膜和自下而上包括磷化铟衬底层和磷化铟外延功能层的磷化铟基光电外延片；第一键合：使用临时粘合材料将磷化铟基光电外延片的磷化铟外延功能层正面与临时载片进行第一键合；衬底去除：去除磷化铟基光电外延片的衬底层；第二键合：将铌酸锂薄膜的铌酸锂层正面与磷化铟外延功能层的磷化铟外延功能层背面通过键合材料进行第二键合；分离临时材料：分离磷化铟外延功能层上的临时载片并去除临时粘合材料。本申请避免了铌酸锂薄膜上生长磷化铟外延片导致的晶格失配和缺陷密度高的问题。外延片导致的晶格失配和缺陷密度高的问题。外延片导致的晶格失配和缺陷密度高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铌酸锂薄膜和磷化铟基光电外延片集成方法


[0001]本专利技术涉及半导体工艺
，尤其涉及一种铌酸锂薄膜和磷化铟基光电外延片集成方法。

技术介绍

[0002]铌酸锂薄膜目前广泛应用于集成光电子芯片的材料，与传统铌酸锂材料相比，具有更高的集成度和更高的电光调控效率，广泛应用于电光调制器等光电集成芯片领域，尤其是在与磷化铟基材料结合时，具有很好的光电性能。
[0003]然而，现有技术往往采用在铌酸锂薄膜上外延生长磷化铟基材料的方法存在晶格失配严重，材料缺陷密度高的问题，因此其优秀的光电性能无法应用于光电探测器和光源。需要一种铌酸锂薄膜光波导与磷化铟基光电探测器以及光源异质集成的方法，实现磷化铟基光电探测器以及光源与铌酸锂薄膜光波导进行片上集成，补齐铌酸锂薄膜集成光子平台的短板，提升集成度。

技术实现思路

[0004]铌酸锂薄膜材料与磷化铟材料结合后的光电性能极佳，但由于现有技术通常采用在铌酸锂薄膜上外延生长磷化铟材料，该手段导致结合后材料具有晶格严重失配，缺陷密度极高的技术问题。故本专利技术的目的是提供一种高集成度的铌酸锂薄膜和磷化铟基光电外延片集成方法。
[0005]本申请公开了一种铌酸锂薄膜和磷化铟基光电外延片集成方法，包括以下步骤：（1）样品准备：清洗自下而上包含衬底层、介质层和铌酸锂层的铌酸锂薄膜和自下而上包括磷化铟衬底层和磷化铟外延功能层的磷化铟基光电外延片；（2）第一键合：使用临时粘合材料将磷化铟基光电外延片的磷化铟外延功能层正面与临时载片进行第一键合；（3）衬底去除：去除磷化铟基光电外延片的衬底层；（4）第二键合：将铌酸锂薄膜的铌酸锂层正面与磷化铟外延功能层的磷化铟外延功能层背面通过键合材料进行第二键合；（5）分离临时材料：分离磷化铟外延功能层上的临时载片并去除临时粘合材料。
[0006]优选地，步骤（2）中所述临时粘合材料包括树脂材料、胶类材料、液态蜡其中的至少一种；所述临时载片包括蓝宝石片、硅片、碳化硅片其中的至少一种，第一键合的温度为100
‑
200℃。
[0007]优选地，步骤（3）中所述去除磷化铟基光电外延片的衬底层包括依次进行的物理减薄工序和湿法腐蚀工序，所述物理减薄工序将磷化铟基光电外延片的衬底层减薄至80
‑
100μm。
[0008]优选地，步骤（4）中所述键合材料包括氧化物介质和/或氮化物介质。
[0009]优选地，步骤（5）中所述分离磷化铟外延功能层上的临时载片的方法是机械分离
或者热解分离。
[0010]如果通过外延生长的方法在铌酸锂薄膜上直接外延生长InP外延结构，由于铌酸锂与InP材料之间存在较大的晶格失配，所以在铌酸锂上外延InP结构时会产生较多位错和缺陷，直接影响InP外延性能。采用键合集成的方式，通过键合表面的共价键成键的形式实现材料的结合，避免了外延晶格失配带来的问题。
[0011]有益效果：通过铌酸锂薄膜和磷化铟基光电外延片成片集成的方式，避免了铌酸锂薄膜上生长磷化铟外延片导致的晶格失配和缺陷密度高的问题。
附图说明
[0012]图1为本申请集成方法的流程图；图2是铌酸锂薄膜样品示意图；图3是磷化铟基光电外延片样品示意图；图4是磷化铟基光电外延片与临时载片进行第一键合后示意图；图5是磷化铟基光电外延片衬底层去除后的示意图；图6是铌酸锂薄膜与磷化铟基光电外延片进行第二键合示意图；图7是铌酸锂薄膜与磷化铟基光电外延片集成材料结构示意图；1
‑
1衬底层、1
‑
2介质层、1
‑
3铌酸锂层、2
‑
1磷化铟外延功能层、2
‑
2磷化铟衬底层、3临时粘合材料、4临时载片、5键合材料。
实施方式
[0013] 下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0014]实施例1如图1所示，首先进行样品成片的准备：如图2所示，购置的成品铌酸锂薄膜的具体结构包括自下而上的衬底层1
‑
1、介质层1
‑
2和铌酸锂层1
‑
3；如图3所示，购置的成品磷化铟基光电外延片的具体结构包括自上而下的磷化铟外延功能层2
‑
1和磷化铟衬底层2
‑
2，两层间还包括控制腐蚀深度的腐蚀自停止层，清洗两种上述成片。
[0015]之后分别在磷化铟外延功能层2
‑
2的正面和蓝宝石临时载片4（也可使用硅片或碳化硅片）背面涂敷临时粘合材料3（本具体实施方式中采用胶类物质，也可选择液态蜡或树脂材料），涂敷过程使用涂覆机，转速设置为1000
‑
3000rpm，时间为30
‑
60s；在涂敷完毕后进行键合机第一键合，键合温度为100
‑
200℃。第一键合后的样品如图4所示。
[0016]在第一键合后，依次进行物理减薄和湿法腐蚀去除磷化铟基光电外延片的磷化铟衬底层2
‑
2，首先通过物理减薄将磷化铟衬底层2
‑
2减薄至80
‑
100μm，再通过湿法腐蚀完全去除磷化铟衬底层2
‑
2；腐蚀自停止层与磷化铟衬底层一齐被腐蚀2
‑
2，同时阻止磷化铟外延功能层2
‑
1被腐蚀。腐蚀完成后的样品如图5所示。
[0017]在磷化铟衬底层2
‑
2被完全去除后，分别在铌酸锂薄膜的铌酸锂层1
‑
3正面和磷化铟外延功能层2
‑
1背面沉积氧化硅介质（可选取其他的氧化物介质和/或氮化物介质）作为键合材料5，之后通过键合机将带有氧化硅介质键合材料5的铌酸锂层1
‑
3正面与磷化铟基光电外延功能层2
‑
1背面进行第二键合，键合温度为200℃，键合压力5000mBar，键合时间3h。第二键合后的样品如图6所示，其中包括氧化硅介质5键合材料层。
[0018]最后使用机械分离或者高温热解去除临时粘合材料3并分离磷化铟外延功能层2
‑
1上的临时载片4。分离后最终得到的铌酸锂薄膜与磷化铟基光电外延片集成片如图7所示。
[0019]如果通过外延生长的方法在铌酸锂薄膜上直接外延生长InP外延结构，由于铌酸锂与InP材料之间存在较大的晶格失配，所以在铌酸锂上外延InP结构时会产生较多位错和缺陷，直接影响InP外延性能。采用键合集成的方式，通过键合表面的共价键成键的形式实现材料的结合，避免了外延晶格失配带来的问题。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌酸锂薄膜和磷化铟基光电外延片集成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）样品准备：清洗自下而上包含衬底层、介质层和铌酸锂层的铌酸锂薄膜和自下而上包括磷化铟衬底层和磷化铟外延功能层的磷化铟基光电外延片；（2）第一键合：使用临时粘合材料将磷化铟基光电外延片的磷化铟外延功能层正面与临时载片进行第一键合；（3）衬底去除：去除磷化铟基光电外延片的衬底层；（4）第二键合：将铌酸锂薄膜的铌酸锂层正面与磷化铟外延功能层的磷化铟外延功能层背面通过键合材料进行第二键合；（5）分离临时材料：分离磷化铟外延功能层上的临时载片并去除临时粘合材料。2.根据权利要求1所述的集成方法，其特征在于，步骤（2）中所述临时粘合材料包括树脂材...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立枢，钱广，孔月婵，陈堂胜，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：