【器件论文】利用低温热压键合突破异质集成中 α-Ga₂O₃ UV-C 光探测器的 BEOL 热预算限制

        由韩国首尔科学技术大学的研究团队在学术期刊 IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology  发布了一篇名为 Overcoming BEOL Thermal Constraints in Heterogenous Integration of α-Ga₂O₃ UV-C Photodetectors Using Low-Temperature Thermal Compression Bonding（利用低温热压键合突破异质集成中 α-Ga₂O₃ UV-C 光探测器的 BEOL 热预算限制）的文章。

摘要

        本研究提出一种适配氧化镓基功能器件的低温异质集成方案，该方案满足硅基互补金属氧化物半导体后端制程严苛的热预算限制（低于 400 ℃）。α-Ga₂O₃ 具备优异的日盲深紫外光电响应特性，但其外延生长温度高于 450 ℃，难以与互补金属氧化物半导体电路实现单片直接集成。为解决这一工艺兼容性问题，研究先在 470 ℃条件下制备 α-Ga₂O₃ 材料，再借助 Cu–Cu 热压键合平台，于 350 ℃ 下完成器件集成。实验采用双层钛夹层结构，分别为 10 nm 钝化层与 50 nm 粘附层，既实现低温键合，又保障金属层与氧化层之间的界面结构稳定。在 350 ℃、10 MPa 压力条件下完成 Cu–Cu 热压键合后，可形成连续无空洞的冶金结合界面。原子级界面表征结果表明，50 nm 钛粘附层能够有效抑制铜元素扩散、缓解热机械应力，确保键合过程中 α-Ga₂O₃ 功能有源层结构完好。经异质集成制备的深紫外光电探测器，即便在极微弱深紫外光照环境下，其光暗电流比仍与高温工艺制备的器件性能持平。上述结果证实，Cu–Cu 低温热压键合技术不仅可应用于传统兼容后端制程封装工艺，还能在后端制程热限值范围内实现高温功能氧化物的集成制备。本文侧重封装层面的异质集成方法探究，并未针对器件本身性能开展优化改进。

原文链接：

https://doi.org/10.1109/TCPMT.2026.3694182