CN111799367B - 基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法及其结构、及应用器件 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例所公开的一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法及其结构、及应用器件，通过在具有不同厚度介质层的压电衬底上注入种类、剂量和能量均相同的离子，使得在该衬底的不同深度处形成多个损伤层，可以在同一衬底的不同区域上得到间隔开的不同厚度的异质衬底薄膜，可以提高衬底的利用率，节约衬底制造成本，并且，利用间隔开的不同厚度的异质衬底薄膜增加应用器件的空气边界，可以提高声波在薄膜边界的反射系数，进而可以提高器件的品质因子。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备领域，尤其涉及一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法及其结构、及应用器件。
背景技术
由于钽酸锂晶体和铌酸锂晶体具有压电、铁电、声学、热释电、非线性光学、光电等性能，硅基钽酸锂薄膜和硅基铌酸锂薄膜可以为射频滤波器、热释电探测器、声表面滤波器等器件提供材料支撑。目前，主要利用离子束剥离技术来实现硅衬底与钽酸锂、铌酸锂等压电衬底的异质集成，现有的制备方法中，通常是将离子注入到整个压电衬底中，得到具有损伤层的压电衬底，再将其与硅衬底进行键合，继而通过退火剥离的方法得到硅基钽酸锂薄膜或者硅基铌酸锂薄膜，进而应用于相应的滤波器件或者探测器件的制备。
通过现有的制备方法得到的硅基钽酸锂薄膜或者硅基铌酸锂薄膜在同一衬底上的厚度是一致的，而制备不同的器件需要不同厚度的薄膜，现有的制备方法无法满足在同一衬底上制备不同厚度薄膜的需求。
发明内容
本申请实施例提供一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法及其结构、及应用器件，可以在同一衬底的不同区域上得到间隔开的不同厚度的异质衬底薄膜，可以提高衬底的利用率，节约衬底制造成本。
本申请实施例提供一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法，该方法包括：
获取第一衬底和第二衬底；第一衬底具有注入面，注入面上沉积有介质层，第二衬底具有键合面；
对介质层进行刻蚀，使得第一衬底被划分为多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域；多个已刻蚀区域中每个已刻蚀区域对应的介质层的厚度不同，多个已刻蚀区域中的已刻蚀区域与待刻蚀区域中的待刻蚀区域间隔分布；
从介质层对第一衬底进行离子注入，使得在介质层和第一衬底的不同深度处形成多个损伤层，得到注入后的第一衬底；介质层的厚度大于第一衬底中任一损伤层的深度；多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域中注入的离子的种类、注入剂量和注入能量均是相同的；
利用化学腐蚀除去注入后的第一衬底的注入面沉积的介质层；
对注入后的第一衬底中多个待刻蚀区域进行刻蚀，得到刻蚀后的第一衬底；多个待刻蚀区域中每个待刻蚀区域的刻蚀深度相等，且每个待刻蚀区域的刻蚀深度大于等于第一衬底中任一损伤层的深度；
将刻蚀后的第一衬底的注入面和第二衬底的键合面进行键合，得到异质衬底；
基于预设温度对异质衬底进行退火处理，且沿多个损伤层对键合后的第一衬底进行剥离，使得在第二衬底的不同区域上得到不同厚度的多个异质衬底薄膜。
进一步地，对第一衬底进行离子注入的离子的注入剂量的设定区间为1×1016cm-2～5×1017cm-2。
进一步地，对第一衬底进行离子注入的离子的注入能量的设定区间为10KeV～200KeV。
进一步地，对第一衬底进行离子注入的离子均为轻离子；
轻离子包括氢离子、氦离子和氢氦离子共注。
进一步地，预设温度的设定区间为100℃～600℃。
进一步地，第一衬底包括但不限于钽酸锂压电衬底和铌酸锂压电衬底；
第二衬底自上而下包括二氧化硅层和硅基底层；二氧化硅层的上表面为键合面。
进一步地，对第一衬底的注入面和第二衬底的键合面进行键合的键合方式包括但不限于直接键合、金属键合、聚合物键合和阳极键合。
进一步地，介质层为二氧化硅层。
相应地，本申请实施例提供了一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的结构，该结构自上而下依次包括：
被划分为多个异质衬底薄膜的第一衬底；多个异质衬底薄膜的厚度不同，且多个异质衬底薄膜中相邻两个异质衬底薄膜间存在空气边界，多个异质衬底薄膜中每个异质衬底薄膜的下表面为注入面；
第二衬底；第二衬底自上而下依次包括二氧化硅层和与二氧化硅层连接的硅基底层，二氧化硅层的上表面为键合面，注入面与键合面键合连接。
相应地，本申请实施例提供的一种器件，该器件包括上述所描述的基于同一衬底制备不同厚度薄膜的结构。
本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例所公开的一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法及其结构、及应用器件，其中，该方法包括获取第一衬底和第二衬底，第一衬底具有注入面，注入面上沉积有介质层，第二衬底具有键合面，对介质层进行刻蚀，使得第一衬底被划分为多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域，其中，多个已刻蚀区域中每个已刻蚀区域对应的介质层的厚度不同，多个已刻蚀区域中的已刻蚀区域与待刻蚀区域中的待刻蚀区域间隔分布，从介质层对第一衬底进行离子注入，使得在介质层和第一衬底的不同深度处形成多个损伤层，得到注入后的第一衬底，介质层的厚度大于第一衬底中任一损伤层的深度，多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域中注入的离子的种类、注入剂量和注入能量均是相同的，利用化学腐蚀除去注入后的第一衬底的注入面沉积的介质层，并对注入后的第一衬底中多个待刻蚀区域进行刻蚀，得到刻蚀后的第一衬底，多个待刻蚀区域中每个待刻蚀区域的刻蚀深度相等，且每个待刻蚀区域的刻蚀深度大于等于第一衬底中任一损伤层的深度，将刻蚀后的第一衬底的注入面和第二衬底的键合面进行键合，得到异质衬底，基于预设温度对异质衬底进行退火处理，且沿多个损伤层对键合后的第一衬底进行剥离，使得在第二衬底的不同区域上得到不同厚度的多个异质衬底薄膜。基于本申请实施例，通过在具有不同厚度介质层的压电衬底上注入种类、剂量和能量均相同的离子，使得在该衬底的不同深度处形成多个损伤层，可以在同一衬底的不同区域上得到间隔开的不同厚度的异质衬底薄膜，可以提高衬底的利用率，节约衬底制造成本，并且，利用间隔开的不同厚度的异质衬底薄膜增加应用器件的空气边界，可以提高声波在薄膜边界的反射系数，进而可以提高器件的品质因子。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本申请实施例所提供的一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法的流程示意图；
图2是本申请实施例所提供的一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一个实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“具有”和“为”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的过程、方法、结构、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。
下面介绍本申请一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法的具体实施例，图1是本申请实施例提供的一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法的流程示意图，图2是本申请实施例所提供的一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法的工艺流程图，本说明书提供了如实施例或流程图所示的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序，在实际执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行。具体的如图1和图2所示，该方法包括：
S101：获取第一衬底和第二衬底；第一衬底具有注入面，注入面上沉积有介质层，第二衬底具有键合面。
本申请实施例中，上文中所描述的第一衬底可以是钽酸锂压电衬底，也可以是铌酸锂压电衬底，第一衬底具有上表面和下表面，该上表面和下表面均可以作为注入面，这里，优选第一衬底的上表面作为注入面。并且，在第一衬底的上表面即注入面上沉积有介质层，一种可选的实施方式中，该介质层为二氧化硅层。如图2中a示例了一种第一衬底的结构示意图，图中，该结构的上部分区域为介质层，即二氧化硅层，下部分区域为压电衬底。
本申请实施例中，上文中所描述的第二衬底，即支撑衬底可以自上而下包括二氧化硅层和硅基底层，二氧化硅层的上表面为键合面。
S103：对介质层进行刻蚀，使得第一衬底被划分为多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域；多个已刻蚀区域中的已刻蚀区域与待刻蚀区域中的待刻蚀区域间隔分布。
本申请实施例中，基于沉积有介质层的压电衬底，在介质层上涂光刻胶，并对其进行刻蚀，使得压电衬底即第一衬底被划分为多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域，其中，多个已刻蚀区域中每个已刻蚀区域对应的介质层的厚度不同，且多个已刻蚀区域中的已刻蚀区域和多个待刻蚀区域中的待刻蚀区域是间隔分布的，如图2中b示例了第一衬底中多个已刻蚀区域中的已刻蚀区域和多个待刻蚀区域中的待刻蚀区域间隔分布的示意图，图中，凹陷区域对应为已刻蚀区域，凸起区域对应为待刻蚀区域。
S105：从介质层对第一衬底进行离子注入，使得在介质层和第一衬底的不同深度处形成多个损伤层，得到注入后的第一衬底；介质层的厚度大于第一衬底中任一损伤层的深度；多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域中注入的离子的种类、注入剂量和注入能量均是相同的。
本申请实施例中，从刻蚀后的介质层对第一衬底的多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域均进行离子注入，多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域中每个区域注入的离子的种类、注入剂量和注入能量均是相同的，每个区域所注入的离子的注入剂量的设定区间为1×1016cm-2～5×1017cm-2，每个区域所注入的离子的注入能量的设定区间为10KeV～200KeV，由于多个已刻蚀区域中每个已刻蚀区域对应的介质层的厚度不同，且多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域中每个区域注入的离子的种类、注入剂量和注入能量均是相同，如此，可以使得在待刻蚀区域对应的介质层和已刻蚀区域对应的第一衬底的不同深度处形成多个损伤层，得到注入后的第一衬底。如图2中c内虚线示例了在待刻蚀区域对应的介质层和已刻蚀区域对应的第一衬底的不同深度处形成的多个损伤层位置示意图。
本申请实施例中，自注入面分别对多个待注入区域进行轻离子注入，注入的轻离子包括H离子、He离子及H、He离子共注。
S107：利用化学腐蚀除去注入后的第一衬底的注入面沉积的介质层；
本申请实施例中，在完成对第一衬底进行离子注入后，需要利用化学腐蚀除去注入后的第一衬底的注入面上所沉积的介质层，即腐蚀去除第一衬底上表面的二氧化硅层，如图2中d示例了腐蚀后的第一衬底的结构示意图，图中虚线表示已刻蚀区域对应的第一衬底的不同深度处形成的多个损伤层位置示意图。
S109：对注入后的第一衬底中多个待刻蚀区域进行刻蚀，得到刻蚀后的第一衬底；多个待刻蚀区域中每个待刻蚀区域的刻蚀深度相等，且每个待刻蚀区域的刻蚀深度大于等于第一衬底中任一损伤层的深度。
本申请实施例中，对注入后的第一衬底进行腐蚀之后，需要对腐蚀后的第一衬底中的多个待刻蚀区域进行刻蚀，同样地，在腐蚀后的第一衬底上多个已刻蚀区域中每个已刻蚀区域的上表面涂光刻胶，并对多个待刻蚀区域进行刻蚀，使得多个待刻蚀区域中每个待刻蚀区域的刻蚀深度相等，且每个待刻蚀区域的刻蚀深度大于等于每个已刻蚀区域注入后形成的损伤层的深度，以便于在下文中所描述的退火剥离处理后，可以在第二衬底上得到不同厚度彼此间隔的薄膜。如图2中e示例了刻蚀后的第一衬底的结构示意图，图中虚线表示已刻蚀区域对应的第一衬底的不同深度处形成的多个损伤层位置示意图。
S111：将刻蚀后的第一衬底的注入面和第二衬底的键合面进行键合，得到异质衬底。
本申请实施例中，对多个已刻蚀区域进行离子注入，且对待多个待刻蚀区域进行刻蚀，得到刻蚀后的第一衬底之后，需要将刻蚀后的第一衬底的注入面和第二衬底的键合面进行键合，得到异质衬底，其中，键合方式可以是直接键合、也可以是金属键合，也可以是聚合物键合，还可以是阳极键合。如图2中f示例了将刻蚀后的第一衬底的注入面和第二衬底的键合面进行键合的操作示意图。
S113：基于预设温度对异质衬底进行退火处理，且沿多个损伤层对键合后的第一衬底进行剥离，使得在第二衬底的不同区域上得到不同厚度的多个异质衬底薄膜。
本申请实施例中，在将刻蚀后的第一衬底和第二衬底键合之后，基于预设温度对键合得到的异质衬底进行退火剥离处理，其中，预设温度的设定区间为100℃～600℃，基于退火后的异质衬底，沿多个损伤层对第一衬底进行剥离，使得第一衬底的一部分转移至第二衬底上，可以在第二衬底的不同区域上得到不同厚度的多个异质衬底薄膜，多个异质衬底薄膜可以是硅基钽酸锂薄膜，也可以是硅基铌酸锂薄膜，薄膜的具体类型是由获取的第一衬底决定的。如图2中g示例了基于第二衬底的不同区域上的不同厚度的多个异质衬底薄膜，且多个异质衬底薄膜中任意两个薄膜间是有间距的，是不相邻的。
采用本实施例所提供的基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法，通过在具有不同厚度介质层的压电衬底上注入种类、剂量和能量均相同的离子，使得在该衬底的不同深度处形成多个损伤层，可以在同一衬底的不同区域上得到间隔开的不同厚度的异质衬底薄膜，可以提高衬底的利用率，节约衬底制造成本，并且，利用间隔开的不同厚度的异质衬底薄膜增加应用器件的空气边界，可以提高声波在薄膜边界的反射系数，进而可以提高器件的品质因子。
本申请实施例还提供了一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的结构，该结构自上而下依次包括：
被划分为多个异质衬底薄膜的第一衬底；多个异质衬底薄膜的厚度不同，且多个异质衬底薄膜中相邻两个异质衬底薄膜间存在空气边界，多个异质衬底薄膜中每个异质衬底薄膜的下表面为注入面；
第二衬底；第二衬底自上而下依次包括二氧化硅层和与二氧化硅层连接的硅基底层，二氧化硅层的上表面为键合面，注入面与键合面键合连接。
本申请实施例中，上文中所提及的多个异质衬底薄膜中每个异质衬底薄膜的下表面沉积有介质层，该介质层与键合面键合连接。
本申请实施例中的结构与方法实施例基于同样的申请构思。
本申请实施例还提供了一种器件，该器件包括上述任意一项所描述的基于同一衬底制备不同厚度薄膜的结构。
由上述本申请提供的基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法、结构或应用器件的实施例可见，本申请中方法包括获取第一衬底和第二衬底，第一衬底具有注入面，注入面上沉积有介质层，第二衬底具有键合面，对介质层进行刻蚀，使得第一衬底被划分为多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域，其中，多个已刻蚀区域中每个已刻蚀区域对应的介质层的厚度不同，多个已刻蚀区域中的已刻蚀区域与待刻蚀区域中的待刻蚀区域间隔分布，从介质层对第一衬底进行离子注入，使得在介质层和第一衬底的不同深度处形成多个损伤层，得到注入后的第一衬底，介质层的厚度大于第一衬底中任一损伤层的深度，多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域中注入的离子的种类、注入剂量和注入能量均是相同的，利用化学腐蚀除去注入后的第一衬底的注入面沉积的介质层，并对注入后的第一衬底中多个待刻蚀区域进行刻蚀，得到刻蚀后的第一衬底，多个待刻蚀区域中每个待刻蚀区域的刻蚀深度相等，且每个待刻蚀区域的刻蚀深度大于等于第一衬底中任一损伤层的深度，将刻蚀后的第一衬底的注入面和第二衬底的键合面进行键合，得到异质衬底，基于预设温度对异质衬底进行退火处理，且沿多个损伤层对键合后的第一衬底进行剥离，使得在第二衬底的不同区域上得到不同厚度的多个异质衬底薄膜。基于本申请实施例，通过在具有不同厚度介质层的压电衬底上注入种类、剂量和能量均相同的离子，使得在该衬底的不同深度处形成多个损伤层，可以在同一衬底的不同区域上得到间隔开的不同厚度的异质衬底薄膜，可以提高衬底的利用率，节约衬底制造成本，并且，利用间隔开的不同厚度的异质衬底薄膜增加应用器件的空气边界，可以提高声波在薄膜边界的反射系数，进而可以提高器件的品质因子。
需要说明的是：上述本申请实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣，且上述本说明书对特定的实施例进行了描述，其他实施例也在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或者步骤可以按照不同的实施例中的顺序来执行并且能够实现预期的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出特定顺序或者而连接顺序才能够实现期望的结果，在某些实施方式中，多任务并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的均为与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构的实施例而言，由于其基于相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的方法，其特征在于，包括：
获取第一衬底和第二衬底；所述第一衬底具有注入面，所述注入面上沉积有介质层，所述第二衬底具有键合面；
对所述介质层进行刻蚀，使得所述第一衬底被划分为多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域；所述多个已刻蚀区域中每个已刻蚀区域对应的介质层的厚度不同，所述多个已刻蚀区域中的已刻蚀区域与所述待刻蚀区域中的待刻蚀区域间隔分布；
从所述介质层对所述第一衬底进行离子注入，使得在所述介质层和所述第一衬底的不同深度处形成多个损伤层，得到注入后的第一衬底；所述介质层的厚度大于所述第一衬底中任一损伤层的深度；所述多个已刻蚀区域和多个待刻蚀区域中注入的离子的种类、注入剂量和注入能量均是相同的；
利用化学腐蚀除去所述注入后的第一衬底的所述注入面沉积的所述介质层；
对所述注入后的第一衬底中所述多个待刻蚀区域进行刻蚀，得到刻蚀后的第一衬底；所述多个待刻蚀区域中每个待刻蚀区域的刻蚀深度相等，且所述每个待刻蚀区域的刻蚀深度大于等于所述第一衬底中任一损伤层的深度；
将所述刻蚀后的第一衬底的注入面和所述第二衬底的键合面进行键合，得到异质衬底；
基于预设温度对所述异质衬底进行退火处理，且沿所述多个损伤层对键合后的所述第一衬底进行剥离，使得在所述第二衬底的不同区域上得到不同厚度的多个异质衬底薄膜；所述预设温度的设定区间为100℃～600℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一衬底进行离子注入的离子的注入剂量的设定区间为1×1016cm-2～5×1017cm-2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一衬底进行离子注入的离子的注入能量的设定区间为10KeV～200KeV。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一衬底进行离子注入的离子均为轻离子；
所述轻离子包括氢离子、氦离子和氢氦离子共注。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一衬底包括但不限于钽酸锂压电衬底和铌酸锂压电衬底；
所述第二衬底自上而下包括二氧化硅层和硅基底层；所述二氧化硅层的上表面为所述键合面。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一衬底的注入面和所述第二衬底的键合面进行键合的键合方式包括但不限于直接键合、金属键合、聚合物键合和阳极键合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质层为二氧化硅层。
8.一种基于同一衬底制备不同厚度薄膜的结构，其特征在于，所述结构自上而下依次包括：
被划分为多个异质衬底薄膜的第一衬底；所述多个异质衬底薄膜的厚度不同，且所述多个异质衬底薄膜中相邻两个异质衬底薄膜间存在空气边界，所述多个异质衬底薄膜中每个异质衬底薄膜的下表面为注入面；
第二衬底；所述第二衬底自上而下依次包括二氧化硅层和与所述二氧化硅层连接的硅基底层，所述二氧化硅层的上表面为键合面，所述注入面与所述键合面键合连接。
9.一种器件，其特征在于，包括上述权利要求8所述的基于同一衬底制备不同厚度薄膜的结构。
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