【器件论文】通过 α-Ga₂O₃ UV-C 光探测器的低温 Cu-Cu 和 Cu-氧化物键合克服后端工艺（BEOL）的热限制

        由韩国首尔科技大学的研究团队在学术会议 2026 IEEE 76th Electronic Components and Technology Conference (ECTC) 发布了一篇名为 Overcoming BEOL Thermal Constraints Via Low-Temperature Cu–Cu and Cu–Oxide Bonding of α-Ga₂O₃ UV-C Photodetectors（通过 α-Ga₂O₃ UV-C 光探测器的低温 Cu-Cu 和 Cu-氧化物键合克服后端工艺（BEOL）的热限制）的文章。

摘要

        氧化镓（α-Ga₂O₃）是一种具有本征日盲特性的超宽带隙半导体（约 5.3 eV），使其成为紫外-C（UV-C）光探测器的有前景的材料。然而，高质量 α-Ga₂O₃ 所需的高结晶温度（>450 °C）与 CMOS 后端工艺（BEOL）的热预算（<400 °C）根本不兼容，这极大地限制了其与 CMOS 平台的直接集成。在本研究中，该团队基于热压键合（TCB）技术，展示了一种与 CMOS 后端工艺兼容的 α-Ga₂O₃ UV-C 光探测器低温键合框架，特别关注等离子体活化的铜-氧化物键合。首先采用低于 350 °C 的铜-铜键合作为基线，以验证基于键合的集成可以在不引入结构或电气退化的情况下实现。为了进一步扩大超出传统金属键合的热容限，该团队引入了一种基于氧化物稳定性热力学考虑的铜-氧化物键合策略。基于 Ellingham 型氧化物稳定性趋势，该团队假设 Cu₂O 可以作为铜和 α-Ga₂O₃ 之间有效的界面键合媒介。对 α-Ga₂O₃ 表面进行氩（Ar）等离子体处理以激活氧空位，从而增强界面反应性，并实现在降低温度下的氧化物介导键合。因此，在低于 300 °C 的温度下实现了直接的铜-氧化物键合。横截面透射电子显微镜（TEM）显示了一个连续且结合良好的铜-氧化物界面，支持了所提出键合机制的可行性。这种等离子体活化的铜-氧化物键合框架在简化键合架构的同时放宽了 CMOS 后端工艺的热约束，为 α-Ga₂O₃ 和其他宽带隙氧化物半导体在先进三维集成电路（3D-IC）平台中的异质集成提供了一条可扩展的途径。

原文链接：

https://doi.org/10.1109/ECTC51846.2026.00373