CN107851552B - 衬底和用于制造衬底的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种衬底和用于制造衬底的方法。该方法包括以下步骤：(a)提供具有第一热膨胀系数的支撑衬底(10)，该支撑衬底具有在其面中的一个面上的沿第一方向的平行的第一多个沟槽(12)和沿第二方向的平行的第二多个沟槽(13)；(b)从施主衬底(30)向支撑衬底(10)转移有用层(31)，该有用层(31)具有第二热膨胀系数；制造方法的特征在于：在支撑衬底(10)的正面(11)与该有用层(31)之间插入中间层，该中间层(20)具有在第一热膨胀系数到第二热膨胀系数之间的热膨胀系数。
Description
技术领域
本发明涉及制造衬底的方法，该衬底包括具有第一热膨胀系数(CTE)的支撑衬底1和具有与所述第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数的有用层。
背景技术
声表面波滤波器(F-SAW)的制造可以包括在例如如图1所示的钽酸锂LiTaO3的压电材料一侧上形成互相交叉金属梳状电极5。
互相交叉梳状电极的几何特性，诸如梳尺寸或其间隔，确定SAW滤波器的谐振频率和品质因数。
在这方面，本领域技术人员可以参考文章“recent development of temperaturecmensated SAW devices，Ken-ya Hashimoto等人，Ultrasonics Symposium(IUS)，2011年IEEE International，第79-86页”。
在正常使用中，滤波器可能承受包括在-40℃至85℃范围内的温度。
然而，诸如钽酸锂的压电材料在这些晶向中的至少一个晶向上具有在14量级的热膨胀系数。
因此，温度变化引起F-SAW滤波器的几何特性的变化性。
为了克服该问题，可以将加劲衬底定位在压电材料的一侧上。
图2示出了一种结构，该结构包括硅衬底1、形成在硅衬底上的LiTaO3层3、以及在LiTaO3层的自由面4上的互相交叉的梳状金属电极5。
硅的低热膨胀系数(后者等于2.6*10-6/℃)使得可以限制LiTaO3层的膨胀，因此限制F-SAW滤波器的谐振频率和品质因数的变化。该效应在此后将被称为“热补偿”。
制造包括硅衬底上的LiTaO3层的衬底的方法涉及以下制造步骤：
a.提供例如为硅的支撑衬底1；
b.在支撑衬底1的面中的一个面(所述正面1a)上转移LiTaO3层3；
LiTaO3层的转移通常通过组装LiTaO3衬底与硅衬底、其后通过薄化LiTaO3衬底的步骤来进行，薄化例如机械地进行。
然而，该方法不令人满意，因为该方法需要通过热处理来强化硅上的LiTaO3堆的组装界面。
实际上，LiTaO3与硅的热膨胀系数的差导致组装界面的劣化，即，LiTaO3层的脱离和/或LiTaO3层中出现裂缝。
文献US 2009/0267083 A1然后提出了通过在支撑衬底1的背面上设置沟槽网络来克服前面提及的缺陷。所述沟槽的实现使得可以限制组装界面处的约束，由此确保有用层的完整性。
该解决方案不令人满意，因为该解决方案不适应热膨胀系数的大的差异。
因此，本发明的目的是提供制造衬底的方法，该衬底在保持热补偿效应的同时适于承受热处理。
发明内容
本发明的目的在于解决该技术问题，并且涉及一种制造衬底的方法，该衬底包括被放置在接收衬底上的有用层，方法包括以下步骤：
a.提供具有第一热膨胀系数的支撑衬底，该支撑衬底具有在其面中被称为正面的一个面上的沿第一方向彼此平行的第一多个沟槽和沿第二方向彼此平行的第二多个沟槽，该第二方向与该第一方向不平行；
b.从施主衬底向支撑衬底转移有用层，该有用层具有与第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数；
制造方法的显著结果在于：在支撑衬底的正面与有用层之间插入中间层，中间层具有包括在第一热膨胀系数到第二热膨胀系数之间的膨胀系数。
因此，第一和第二多个沟槽的存在允许破坏施加于在中间层与支撑衬底之间形成的界面上的约束场。
此外，中间层的存在使得能够在维持热补偿效应的同时限制第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差的影响。
另外，中间层的存在使得能够在多个沟槽中的每个中的沟槽之间的空间大于旨在形成在由此获得的衬底上的F-SAW的尺寸。
根据一个实施方式，转移有用层的步骤b包括组装施主衬底与支撑衬底，以及对施主衬底薄化以形成有用层。
根据一个实施方式，对施主衬底的薄化使用机械薄化来进行。
根据一个实施方式，在转移有用层的步骤b之前，在支撑衬底或施主衬底上形成中间层。
根据一个实施方式，该中间层包括玻璃材料。
根据一个实施方式，该中间层包括在以下列表中包括的材料中的至少一种：TEOS、BPSG、PSG、USG。
根据一个实施方式，第一多个沟槽中的沟槽每3毫米至10毫米地规则设置。
根据一个实施方式，第二多个沟槽中的沟槽每3毫米至10毫米地规则设置。
根据一个实施方式，第一和第二多个沟槽中的沟槽具有1μm至100μm之间的深度。
根据一个实施方式，第一和第二多个沟槽中的沟槽具有1μm至100μm之间的宽度。
根据一个实施方式，该有用层包括在以下列表中包括的材料中的至少一种：LiTaO3、LiNbO3。
根据一个实施方式，第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差大于5*10-6/℃，优选地大于10*10-6/℃。
根据一个实施方式，该有用层包括在以下列表中包括的材料中的至少一种：硅、锗、碳化硅、氧化铝、蓝宝石、氮化铝。
本发明还涉及一种衬底，该衬底包括：
a.具有第一热膨胀系数的支撑衬底，该支撑衬底具有在其面中被称为正面的一个面上的沿第一方向彼此平行的第一多个沟槽和沿第二方向彼此平行的第二多个沟槽，该第二方向与该第一方向不平行；
b.有用层，该有用层具有与第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数，并且设置在支撑衬底上；
衬底的显著结果在于：在支撑衬底的正面与有用层之间插入有中间层，该中间层具有被包括在第一热膨胀系数到第二热膨胀系数之间的膨胀系数。
附图说明
将参照这里的附图鉴于遵循本发明的特定且非限制性实施方式的描述来更好地理解本发明，附图中：
图1是形成具有表面声波的滤波器的相互交叉梳的图；
图2是根据现有技术的技术的用于生产利用表面声波的滤波器的衬底的图；以及
图3是根据本发明的用于制造的方法的实施方式的示意图。
具体实施方式
为了简化描述，对于各种实施方式，相同的附图标记将用于相同的元件或确保相同的功能。
根据本发明的方法包括以下步骤：a.提供具有第一热膨胀系数的支撑衬底10。
支撑衬底10可以包括从以下列表选择的材料中的至少一种：硅、锗、碳化硅、氧化铝、蓝宝石、氮化铝。
支撑衬底10呈现被包括在2*10-6与9*10-6/℃之间的热膨胀系数。
例如，使用硅的支撑衬底10呈现2.6*10-6/℃的热膨胀系数。
支撑衬底10还在是正面11的其面中的一个面上包括第一多个沟槽12。第一多个沟槽12中的沟槽沿第一方向彼此平行。
支撑衬底10在其正面11上还可以包括第二多个沟槽13(未示出)。第二多个沟槽13中的沟槽沿第二方向彼此平行。第二方向与第一方向不平行。
第一多个沟槽12中的沟槽可以每3毫米至10毫米地规则设置。
第二多个沟槽13中的沟槽可以每3毫米至10毫米地规则设置。
第一多个沟槽12中的沟槽可以具有在1μm至100μm之间的深度。
第二多个沟槽13中的沟槽可以具有在1μm至100μm之间的深度。
第一多个沟槽12和第二多个沟槽13中的沟槽可以具有在1μm至100μm之间的宽度。
第一多个沟槽12和第二多个沟槽13中的沟槽可以由常用于微电子工业中的锯轮来形成。本领域技术人员已知使用这种锯轮的锯切技术。
第一多个沟槽和第二多个沟槽13中的沟槽的宽度由锯轮的厚度来限定。
另外，沟槽的深度还由锯切深度来限定。
第一和第二多个沟槽中的沟槽还可以通过在支撑衬底10的正面11上形成蚀刻掩膜来实现。前面提及的蚀刻掩膜在支撑衬底10的正面11上设计第一多个沟槽和第二多个沟槽13的形状。
因此，形成沟槽的蚀刻通过使用合适的蚀刻来执行。
例如，支撑衬底10由硅制成，蚀刻掩膜使用二氧化硅，并且蚀刻在KOH溶液的帮助下进行。
在形成第一多个沟槽和第二多个沟槽13中的沟槽之后，在支撑衬底10的正面11上形成中间层20。
中间层20可以通过符合沟槽的形状来共形地覆盖支撑衬底10的正面11。
中间层20可以具有被包括在0.5μm至50μm之间的厚度。
有利地，中间层20可以在随着温度升高而承受热处理时使自己塑性变形。
有利地，中间层20可以包括玻璃材料。
例如，中间层20可以包括在以下列表中包括的材料中的至少一种：硼硅酸盐玻璃(BPSG)、正硅酸乙酯氧化物(TEOS氧化物)、磷硅玻璃(PSG)、非掺杂硅酸盐(USG)。
根据本发明的方法还包括步骤b，该步骤b包括在中间层20上形成有用层31。
有用层31可以由从施主衬底30层转移的方法来形成。
转移步骤可以包括组装施主衬底30与中间层20。
组装步骤可以是由分子粘附进行的接合步骤。
可以以强化接合界面的方式进行热处理步骤。
例如，热处理可以在非氧化气氛下(例如在氮气和/或氩气和/或氦气下)在80℃至150℃之间，优选地在100℃至120℃之间，的温度下进行达包括在30分钟至4小时之间的时间段。
为了强化接合界面，预期被置于与中间层20接触的施主衬底30表面可以用等离子体活化。
例如，活化可以在500瓦特的输出和50毫托的压力下用分子氧等离子体(O2)或用分子氮(N2)执行30秒。
因此，组装步骤之后是对施主衬底30的薄化。因此，经薄化的施主衬底30形成有用层31。
对施主衬底30的薄化可以通过使用本领域技术人员已知的技术，诸如机械薄化，进行，和/或通过机械化学抛光来执行。
有用层31因此在对施主衬底30的薄化步骤之后可以具有包括在5μm至50μm之间的厚度。
根据本发明的制造方法的变型例，中间层20可以被形成在施主衬底30上。在这些情况下，组装步骤包括将中间层20置于与支撑衬底10的正面11接触。
有用层31具有与第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数。
有用层31可以包括钙钛矿型材料。
有用层31可以包括电介质材料，该材料优选地为铁电材料。
有用层31可以包括在以下列表中包括的材料中的至少一种：LiTaO3、LiNbO3。
根据本发明，中间层20具有在第一热膨胀系数到第二热膨胀系数之间的热膨胀系数。
第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差大于5*10-6/℃，优选地，大于10*10-6/℃。
对于热膨胀系数的这种差，根据本发明的方法使得能够确保包括支撑衬底10、中间层20以及有用层31在内的封装体在热退火时的完整性。
这样，中间层20的存在使得能够在维持热补偿效应的同时限制第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差的影响。
另外，支撑衬底10的正面11上的至少第一多个沟槽12的存在使得能够破坏存在于由中间层20与所述正面11形成的界面处的约束的连续性。
因此，组合在一起，中间层20的效应和至少第一多个沟槽12的存在使得能够限制施加于一方面由有用层31和中间层20且另一方面由中间层20与支撑衬底10形成的界面上的约束。
第一实施方式
根据第一实施方式，本发明包括提供硅制成的支撑衬底10。
用锯轮实现第一多个沟槽12。第一多个沟槽12中的沟槽彼此隔开3mm，具有100μm的深度和100μm的宽度。
直接形成在支撑衬底10的正面11上的中间层20使用硼硅酸盐玻璃，并且其厚度在0.5μm至50μm之间，例如为2μm。
中间层20符合支撑衬底10的正面11的形貌。
仍然根据第一实施方式，提供LiTaO3的施主衬底30。
由包括分子氧的等离子体活化预期置于与中间层20接触的施主衬底30的表面。
通过分子粘合来组装经活化的施主衬底30的表面与中间层20。
通过在氩气气氛下在100℃下进行3小时时段的热退火来强化由施主衬底30和中间层20形成的组装界面。
然后将施主衬底30机械薄化至20μm的厚度，以形成有用层31。
第二实施方式
第二实施方式与第一实施方式的不同在于中间层20被形成在施主衬底30上，而不是形成在支撑衬底10的正面11上，并且在于等离子体活化在支撑衬底10的正面11上实现。
Claims (14)
1.一种用于制造衬底的方法，该衬底包括设置在接收衬底上的有用层（31），所述方法包括：
提供具有第一热膨胀系数的支撑衬底（10），该支撑衬底（10）具有在该支撑衬底的正面（11）上的沿第一方向彼此平行的第一多个沟槽（12）和沿第二方向彼此平行的第二多个沟槽（13），该第二方向与该第一方向不平行；并且
从施主衬底（30）转移有用层（31）到所述支撑衬底（10）上，所述有用层（31）具有与所述第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数，其中，转移所述有用层（31）包括在所述支撑衬底的所述正面与所述有用层之间设置有中间层（20）的情况下组装所述施主衬底（30）与所述支撑衬底（10），其中，所述中间层（20）具有在所述第一热膨胀系数到所述第二热膨胀系数之间的膨胀系数，并且其中，所述有用层（31）包括在以下列表中包括的材料中的至少一种：LiTaO3、LiNbO3。
2.根据权利要求1所述的用于制造衬底的方法，其中，转移所述有用层（31）包括对所述施主衬底（30）进行薄化以形成所述有用层（31）。
3.根据权利要求2所述的用于制造衬底的方法，其中，对所述施主衬底（30）的所述薄化通过机械薄化来进行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造衬底的方法，其中，所述中间层（20）在转移所述有用层（31）之前形成在所述支撑衬底（10）上或所述施主衬底（30）上。
5.根据权利要求1所述的用于制造衬底的方法，其中，所述中间层（20）包括玻璃材料。
6.根据权利要求5所述的用于制造衬底的方法，其中，所述中间层（20）包括在以下列表中包括的材料中的至少一种：TEOS、BPSG、PSG、USG。
7.根据权利要求1所述的用于制造衬底的方法，其中，所述第一多个沟槽（12）中的所述沟槽每3毫米至10毫米地规则设置。
8.根据权利要求1所述的用于制造衬底的方法，其中，所述第二多个沟槽（13）中的所述沟槽每3毫米至10毫米地规则设置。
9.根据权利要求1所述的用于制造衬底的方法，其中，所述第一多个沟槽和所述第二多个沟槽中的所述沟槽具有在1 µm至100 µm之间的深度。
10.根据权利要求1所述的用于制造衬底的方法，其中，所述第一多个沟槽和所述第二多个沟槽（13）中的所述沟槽具有在1 µm至100 µm之间的宽度。
11.根据权利要求1所述的用于制造衬底的方法，其中，所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差大于5。
12.根据权利要求1所述的用于制造衬底的方法，其中，所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差大于10。
13.根据权利要求1所述的用于制造衬底的方法，其中，所述支撑衬底（10）包括在以下列表中包括的材料中的至少一种：硅、锗、碳化硅、氧化铝、蓝宝石、氮化铝。
14.一种衬底，该衬底包括：
支撑衬底（10），该支撑衬底具有第一热膨胀系数并且包括位于该支撑衬底的正面（11）上的沿第一方向彼此平行的第一多个沟槽（12）和沿第二方向彼此平行的第二多个沟槽（13），该第二方向与该第一方向不平行；
有用层（31），该有用层具有与所述第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数并且设置在所述支撑衬底（10）上，其中，所述有用层（31）包括在以下列表中包括的材料中的至少一种：LiTaO3、LiNbO3；
其中，所述支撑衬底的所述正面的形貌共形地覆盖有中间层，所述中间层设置在所述支撑衬底（10）的所述正面（11）与所述有用层（31）之间，该中间层（20）具有在所述第一热膨胀系数到所述第二热膨胀系数之间的膨胀系数。
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