【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，具体涉及一种复合衬底超薄功能层结构及其制备方法。
技术介绍
1、后摩尔时代，硅基先进工艺制程发展趋于平缓，异质多功能材料集成将成为超越摩尔的关键途径之一。晶圆级异质键合技术能够突破晶格匹配等瓶颈，实现不同种类、不同特点的异质材料功能层的紧密集成，从而突破传统单一材料器件性能瓶颈，满足后摩尔时代对半导体器件集成化、高性能化的发展要求。然而由于不同材料存在较大的热失配，当键合温度较高时热应力过大会导致键合失败。尽管近年来兴起的表面活化键合和超高真空室温键合技术等技术，能够在低温乃至室温下实现异质材料的高质量键合，但是在后续流片加工工艺过程中，仍不可避免会经历例如退火、欧姆合金、烘胶、刻蚀等温度升降温过程，复合衬底仍然可能因为热应力，导致键合结构翘曲无法进一步流片，甚至造成目标衬底和薄膜脱落、破裂。
2、因此，亟需开发一种复合衬底超薄功能层结构及其制备方法，以解决现有复合衬底结构在工艺流片中因界面应力过大导致的可靠性问题。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对现有技术中存在现有复合衬底结构在工艺流片中因界面应力过大导致的可靠性问题，本专利技术提出一种复合衬底超薄功能层结构及其制备方法，结构加工简单，能够减小因热失配导致的界面应力，提高键合质量，有助于制备出高质量、高可靠的复合衬底超薄功能层材料。
2、技术方案：本专利技术的第一个目的是提供一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，步骤如下：
3、步骤一、在衬底a上依次外延生长与其晶格
4、步骤二、将衬底a上的超薄功能层进行图形化，分割成位于衬底a表面相互独立的功能层薄膜；
5、步骤三、分别对目标衬底b以及衬底a上的超薄功能层表面进行活化处理和清洗工艺；
6、步骤四、将目标衬底b和衬底a生长了超薄功能层的表面相对，放入键合机中进行键合；
7、步骤五、将键合后的复合衬底结构，从衬底a方向进行减薄；
8、步骤六、将剩余的衬底a完全去除；
9、步骤七、将缓冲层结构去除；
10、步骤八、得到位于目标衬底b上的超薄功能层。
11、作为优选，所述步骤一中衬底a和目标衬底b为半导体材料衬底，所述半导体材料衬底包括si、gaas、inp、gan、sic、金刚石和aln。
12、作为优选，所述步骤一中缓冲层和超薄功能层的厚度分别为100nm至20μm。
13、作为优选，所述缓冲层和超薄功能层的材料分别为si cmos、si pin、gaas phemt、inp hbt、gan hemt或sic mos。
14、作为优选，所述步骤二中图形化的方法为：通过掩膜光刻的方式，对功能层结构进行刻蚀或者腐蚀，分割成位于衬底a表面相互独立的功能层薄膜，每块功能层薄膜尺寸不大于2cm×2cm，相邻的功能层薄膜间距大于10μm。
15、作为优选，所述步骤三中活化处理包括等离子体活化和湿法溶液活化，清洗工艺为兆声水清洗。
16、作为优选，所述步骤四中键合温度为室温或者温度不高于300℃。
17、作为优选，所述步骤五中减薄方式包括机械研磨、机械抛光、化学抛光和湿法腐蚀工艺，剩余的衬底a厚度不大于100μm。
18、作为优选，所述步骤六和七中去除的方法为干法刻蚀或者湿法腐蚀。
19、本专利技术的第二个目的是提供一种基于上述的方法制备的一种复合衬底超薄功能层结构。
20、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：一方面在异质材料键合之前，将待键合转移的半导体超薄功能进行图形化，并分割成分立的超薄功能层区域，减小由于热膨胀系数的不匹配在升降温过程中产生过大的界面热应力，从而解决现有复合衬底结构在工艺流片过程中因界面应力过大导致的可靠性问题。另一方面，由于待转移的半导体超薄功能层去除掉一部分，并被分割成分立的区域，然后再与目标衬底进行键合，因此键合区域的有效接触面积相应减小，在键合压力一定的情况下，目标衬底和超薄功能层间的键合界面处单位压强增大，从而也助于提高键合质量。
21、另外，键合升降温过程会引入热失配，如果材料失配过大，键合晶圆会有明显翘曲，现有的4英寸inp hbt外延片和si衬底的键合(例如对比例1)，键合后翘曲超过了60μm，翘曲过大无法进行后续的光刻等工艺；而经过本专利技术提出的技术方法，键合后翘曲小于20μm，可以正常流片。
22、综上，本专利技术的技术方法有助于制备出高质量、高可靠的复合衬底超薄功能层材料，且结构加工简单。
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1.一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中衬底A和目标衬底B为半导体材料衬底，所述半导体材料衬底包括Si、GaAs、InP、GaN、SiC、金刚石和AlN。
3.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中缓冲层和超薄功能层的厚度分别为100nm至20μm。
4.根据权利要求2所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述缓冲层和超薄功能层的材料分别为Si CMOS、Si PIN、GaAs pHEMT、InP HBT、GaN HEMT或SiCMOS。
5.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤二中图形化的方法为：通过掩膜光刻的方式，对功能层结构进行刻蚀或者腐蚀，分割成位于衬底A表面相互独立的功能层薄膜，每块功能层薄膜尺寸不大于2cm×2cm，相邻的功能层薄膜间距大于10μm。
6.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层
7.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤四中键合温度为室温或者温度不高于300℃。
8.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤五中减薄方式包括机械研磨、机械抛光、化学抛光和湿法腐蚀工艺，剩余的衬底A厚度不大于100μm。
9.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤六和七中去除的方法为干法刻蚀或者湿法腐蚀。
10.基于权利要求1-9任一所述的方法制备的一种复合衬底超薄功能层结构。
...【技术特征摘要】
1.一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中衬底a和目标衬底b为半导体材料衬底，所述半导体材料衬底包括si、gaas、inp、gan、sic、金刚石和aln。
3.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中缓冲层和超薄功能层的厚度分别为100nm至20μm。
4.根据权利要求2所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述缓冲层和超薄功能层的材料分别为si cmos、si pin、gaas phemt、inp hbt、gan hemt或sicmos。
5.根据权利要求1所述的一种复合衬底超薄功能层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤二中图形化的方法为：通过掩膜光刻的方式，对功能层结构进行刻蚀或者腐蚀，分割成...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴家赟，陈鑫，孔月婵，刘晨波，吴立枢，郭怀新，朱健，
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：
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