CN112701033B - 一种复合衬底的制备方法、复合衬底及复合薄膜 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种复合衬底的制备方法、复合衬底及复合薄膜，其中复合衬底的制备方法包括：对单晶硅衬底进行清洗，获得具有洁净表面的单晶硅衬底层；在单晶硅衬底层的洁净表面上生长多晶硅，并执行平坦化工艺，形成第一多晶硅层；将激光聚焦在第一多晶硅层靠近单晶硅衬底层的侧面上，直至形成单晶硅融合层，停止激光聚焦，得到复合衬底；其中，复合衬底从下至上依次包括单晶硅衬底层、单晶硅融合层以及第二多晶硅层。采用前述的方案，通过调整激光的功率、焦距以及位置，准确的控制单晶硅融合区域的位置、分布和大小，从而可根据单晶硅衬底层和多晶硅层的实际情况对目标界面处的目标区域的键合力进行改善，提高多晶硅在硅衬底上沉积的粘附性。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种复合衬底的制备方法、复合衬底及复合薄膜。
背景技术
射频滤波器广泛应用于无线通信终端的收发链路中，允许特定频率或频带的信号通过，同时滤除不需要的干扰或杂散信号。射频滤波器主要包括声表面波滤波器(SAWFilter)和体声波滤波器(BAW Filter)，其频率范围从800到2500MHz。其中，声表面波滤波器中表面声波的能量聚焦在衬底表面上，从而使波在衬底上的无损耗传播，通过同时控制基板的线性膨胀系数和声音的速度降低频率温度系数，电极产生的热量传递到基板上，具有良好的散热性能，保证了声表面波滤波器在高温下频响稳定性。
声表面波滤波器一般使用硅上的钽酸锂薄膜作为器件衬底。其中硅作为支撑衬底，二氧化硅作为隔离层，钽酸锂压电薄膜层作为功能层，形成钽酸锂薄膜晶圆。为了减小声表面波滤波器的射频损耗，提高声表面波滤波器的性能，通常在硅衬底与二氧化硅隔离层之间增加多晶硅层，以减少硅衬底与二氧化硅隔离层之间的载流子数量。在钽酸锂薄膜晶圆上加工电极，然后将加工完电极的整个晶圆按照需求，切割成固定的尺寸，最后进行封装。
然而，射频滤波器的体积较小，需要钽酸锂薄膜晶圆切割的尺寸会更小，所以，钽酸锂薄膜晶圆各层间的结合力，成为钽酸锂薄膜利用率和器件成品率的关键因素。以若多晶硅在硅衬底上沉积的粘附性较差，导致钽酸锂薄膜的结合力较弱，在切割过程中钽酸锂薄膜晶圆容易在结合力较差的界面发生解键合，造成钽酸锂薄膜脱落，影响该区域的使用；此外较弱的结合力，也会增加射频滤波器使用过程中解键合的风险，降低射频滤波器的使用寿命。
发明内容
本申请提供一种复合衬底的制备方法、复合衬底及复合薄膜，以解决现有技术中在切割过程中复合薄膜容易在结合力较差的界面发生解键合，造成功能薄膜脱落，影响该区域的使用；此外较弱的结合力，也会增加射频滤波器使用过程中解键合的风险，降低射频滤波器的使用寿命的问题。
本申请的第一方面，本申请提供一种复合衬底的制备方法，包括：
对单晶硅衬底进行清洗，获得具有洁净表面的单晶硅衬底层；
在所述单晶硅衬底层的洁净表面上生长多晶硅，并执行平坦化工艺，形成第一多晶硅层；
将激光聚焦在所述第一多晶硅层靠近所述单晶硅衬底层的侧面上，直至形成单晶硅融合层，停止激光聚焦，得到复合衬底；其中，所述复合衬底从下至上依次包括单晶硅衬底层、单晶硅融合层以及第二多晶硅层。
可选的，在所述单晶硅衬底层的洁净表面上生长多晶硅，并执行平坦化工艺，形成第一多晶硅层包括：
采用LPCVD或PECVD的方法在所述单晶硅衬底层的洁净表面上生长多晶硅；
在所述多晶硅上采用化学机械抛光法去除厚度大于等于50nm、小于等于100nm的多晶硅，形成第一多晶硅层。
可选的，将激光聚焦在所述第一多晶硅层靠近所述单晶硅衬底层的侧面上，直至形成单晶硅融合层，停止激光聚焦，得到复合衬底包括：
采用能量密度大于等于50J/cm2、小于等于300J/cm2的激光聚焦在所述第一多晶硅层靠近所述单晶硅衬底层的侧面上；
控制所述第一多晶硅层靠近所述单晶硅衬底层的侧面的温度大于等于850℃、小于等于1100℃，形成单晶硅融合层，得到复合衬底。
可选的，所述单晶硅融合层靠近所述第二多晶硅层的一侧形成有融合凸起；所述单晶硅衬底层、单晶硅融合层以及融合凸起中单晶硅的晶向相同。
可选的，所述融合凸起的长度大于等于5nm、小于等于20nm；所述融合凸起的宽度大于等于1nm、小于等于20nm。
本申请的第二方面，本申请提供一种复合衬底，所述复合衬底采用第一方面任一项制备方法制备而成。
本申请的第三方面，本申请提供一种复合薄膜，所述复合薄膜包括第二方面所述的复合衬底。
本申请提供一种复合衬底的制备方法、复合衬底及复合薄膜，其中，所述复合衬底的制备方法包括：对单晶硅衬底进行清洗，获得具有洁净表面的单晶硅衬底层；在所述单晶硅衬底层的洁净表面上生长多晶硅，并执行平坦化工艺，形成第一多晶硅层；将激光聚焦在所述第一多晶硅层靠近所述单晶硅衬底层的侧面上，直至形成单晶硅融合层，停止激光聚焦，得到复合衬底；其中，所述复合衬底从下至上依次包括单晶硅衬底层、单晶硅融合层以及第二多晶硅层。采用本申请提供的方案，利用激光聚焦烧熔的方法使第一多晶硅层被氧化，在第一多晶硅层和单晶硅衬底层之间形成单晶硅融合层，第一多晶硅层靠近单晶硅衬底层一侧的多晶硅逐渐成核，生长为单晶硅，最终形成单晶硅融合层与单晶硅衬底层一体成型，通过调整激光的功率、焦距以及位置，准确的控制单晶硅融合区域的位置、分布和大小，从而可根据单晶硅衬底层和第一多晶硅层的实际情况对目标界面处的目标区域的键合力进行改善，提高多晶硅在硅衬底上沉积的粘附性，降低在切割过程中复合薄膜在结合力较差的界面发生解键合的风险，避免功能薄膜脱落，提高复合薄膜的利用率，同时降低射频滤波器使用过程中解键合的风险，延长射频滤波器的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。
图1为本申请提供一种复合衬底的制备方法的流程示意图；
图2为本申请提供一种复合衬底的制备方法的结构示意图；
图3为本申请提供一种复合衬底的结构示意图。
其中110-单晶硅衬底层，120-第一多晶硅层，130-单晶硅融合层，140-第二多晶硅层，150-融合凸起。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，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。
如本申请背景技术所述，现有技术中，射频滤波器的体积较小，需要钽酸锂薄膜晶圆切割的尺寸会更小，所以，钽酸锂薄膜晶圆各层间的结合力，成为钽酸锂薄膜利用率和器件成品率的关键因素。若多晶硅在硅衬底上沉积的粘附性较差，导致钽酸锂薄膜的结合力较弱，在切割过程中钽酸锂薄膜晶圆容易在结合力较差的界面发生解键合，造成钽酸锂薄膜脱落，影响该区域的使用；此外较弱的结合力，也会增加射频滤波器使用过程中解键合的风险，降低射频滤波器的使用寿命。
因此，为了解决上述问题，本申请实施例部分提供了一种复合衬底的制备方法，参见图2，图2为本申请提供一种复合衬底的制备方法的结构示意图。
具体的，参见图1，复合衬底的制备方法包括以下步骤：
步骤S11，对单晶硅衬底进行清洗，获得具有洁净表面的单晶硅衬底层。
可选的，本步骤中，采用RCA湿式化学清洗法去除单晶硅衬底表面上颗粒沾污和部分金属杂质，避免单晶硅衬底层110的表面导电，影响器件性能。
步骤S12，在单晶硅衬底层110的洁净表面上生长多晶硅，并执行平坦化工艺，形成第一多晶硅层120。
可选的，本步骤中，采用LPCVD或PECVD的方法在单晶硅衬底层110的洁净表面上生长多晶硅；在多晶硅上采用化学机械抛光法去除厚度大于等于50nm、小于等于100nm的多晶硅，形成第一多晶硅层120。
抛光后的第一多晶硅层120表面粗糙度和表面平坦度均小，均匀性好，防止第一多晶硅层粗糙较高造成聚焦在第一多晶硅层120上的激光的反射，提高激光的透过率；均匀性好便于激光在第一多晶硅层120上的目标位置进行聚焦，进而控制单晶硅融合层130中融合区域生长的位置；
步骤S13，将激光聚焦在第一多晶硅层120靠近单晶硅衬底层110的侧面上，直至形成单晶硅融合层130，停止激光聚焦，得到复合衬底；其中，复合衬底从下至上依次包括单晶硅衬底层110、单晶硅融合层130以及第二多晶硅层140。
可选的，本步骤中，采用能量密度大于等于50J/cm2、小于等于300J/cm2的激光聚焦在第一多晶硅层120靠近单晶硅衬底层110的侧面上；控制第一多晶硅层120靠近单晶硅衬底层110的侧面的温度大于等于850℃、小于等于1100℃，形成厚度大于等于1nm、小于等于20nm的单晶硅融合层130，得到复合衬底。
单晶硅融合层130与单晶硅衬底层110一体成型，单晶硅融合层130是第一多晶硅层120被氧化后逐渐成核，而生长形成的单晶硅，与单晶硅衬底层110融为一体，激光光源的功率越大，第一多晶硅层120被氧化逐渐成核，生长形成的单晶硅的速度越快，单晶硅融合层130的尺寸越大。
单晶硅融合层130靠近第二多晶硅层140的一侧形成有融合凸起150；单晶硅衬底层110、单晶硅融合层130以及融合凸起150中单晶硅的晶向相同。控制氧化温度和氧化时间，使第一多晶硅层120靠近单晶硅衬底层110一侧被氧化，形成与单晶硅衬底层110晶向相同的单晶硅融合层130，晶向相同有利于单晶硅融合层130与单晶硅衬底层110融为一体，进而增强第二多晶硅层140与单晶硅衬底层110的粘附性，避免功能薄膜脱落，提高复合薄膜的利用率，同时降低射频滤波器使用过程中解键合的风险，延长射频滤波器的使用寿命。
其中融合凸起150的长度大于等于5nm、小于等于20nm；融合凸起150的宽度大于等于1nm、小于等于20nm。第一多晶硅层120靠近单晶硅衬底层110一侧的多晶硅被氧化，形成单晶硅融合层130，单晶硅融合层130为多晶硅转变为单晶硅的互融区域，多晶硅被激光烧熔氧化过程中，无法控制单晶硅融合层130的平整度，因此，单晶硅融合层130的表面是凸起的。
由上述公开的制备方法可以看出，本申请实施例公开的复合衬底的制备方法，过程简单，易操作，适合大范围推广应用。
本申请实施例中，复合衬底结构部分的实施例与制备方法部分的实施例可以相互参见，此处不再赘述。
基于上述公开的复合衬底的制备方法，本实施例还公开采用上述制备方法制备的一种复合衬底，参见图3，复合衬底下至上依次包括单晶硅衬底层110、单晶硅融合层130以及第二多晶硅层140。本申请提供的复合衬底，不仅适用于以钽酸锂作为功能层的压电薄膜，同样也适用于光电调制传感器等其它领域的复合薄膜。
本申请实施例提供一种复合衬底，复合衬底从下至上依次包括单晶硅衬底层110、单晶硅融合层130以及第二多晶硅层140；其中，单晶硅融合层130与单晶硅衬底层110一体成型；单晶硅融合层130靠近第二多晶硅层140的一侧形成有融合凸起150；单晶硅衬底层110、单晶硅融合层130以及融合凸起150中单晶硅的晶向相同。采用本申请实施例提供的方案，利用激光聚焦烧熔的方法使第一多晶硅层120被氧化，在第一多晶硅层120和单晶硅衬底层110之间形成单晶硅融合层130，第一多晶硅层120靠近单晶硅衬底层110一侧的多晶硅逐渐成核，生长为单晶硅，最终形成单晶硅融合层120与单晶硅衬底层110一体成型，通过调整激光的功率、焦距以及位置，准确的控制单晶硅融合区域的位置、分布和大小，从而可根据单晶硅衬底层110和第一多晶硅层120的实际情况对目标界面处的目标区域的键合力进行改善，提高多晶硅在硅衬底上沉积的粘附性，降低在切割过程中复合薄膜在结合力较差的界面发生解键合的风险，避免功能薄膜脱落，提高复合薄膜的利用率，同时降低射频滤波器使用过程中解键合的风险，延长射频滤波器的使用寿命。
在一具体实施例中，单晶硅融合层130的厚度大于等于1nm、小于等于20nm。
其中，第一多晶硅层120被激光烧熔的时间越长，单晶硅融合层130的厚度越大，控制单晶硅融合层130的厚度大于等于1nm、小于等于20nm，此厚度范围内的单晶硅融合层130不影响单晶硅衬底层110与第二多晶硅层140之间的电阻率，同时可以保证第二多晶硅层140捕获载流子的性能，另外，单晶硅融合层130上的融合凸起150不会影响复合薄膜的厚度均匀性。
在一具体实施例中，第二多晶硅层140的厚度大于等于100nm、小于等于3μm。
其中，第二多晶硅层140中的缺陷能够捕获隔离层与单晶硅衬底层110之间的载流子，减小使用本申请提供的复合衬底的射频滤波器射频损耗。
在一具体实施例中，融合凸起150的长度大于等于5nm，小于等于20nm；融合凸起150的宽度大于等于1nm、小于等于20nm，有利于提高第二多晶硅层140与单晶硅衬底层110之间的粘附性。
基于本申请前述实施例所提供的复合衬底，本申请实施例部分提供了一种复合薄膜，包括如上述实施例中任一项所述的复合衬底。
将本申请实施例提供的复合衬底应用于复合薄膜中，该复合薄膜中多晶硅在硅衬底上沉积的粘附性强，在切割过程中复合薄膜不易发生解键合，避免功能薄膜脱落，提高复合薄膜的利用率，同时降低射频滤波器使用过程中解键合的风险，延长射频滤波器的使用寿命。可广泛应用。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种复合衬底的制备方法，其特征在于，包括：
对单晶硅衬底进行清洗，获得具有洁净表面的单晶硅衬底层；
在所述单晶硅衬底层的洁净表面上生长多晶硅，并执行平坦化工艺，形成第一多晶硅层；
将激光聚焦在所述第一多晶硅层靠近所述单晶硅衬底层的侧面上，直至形成单晶硅融合层，停止激光聚焦，得到复合衬底；其中，所述复合衬底从下至上依次包括单晶硅衬底层、单晶硅融合层以及第二多晶硅层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述单晶硅衬底层的洁净表面上生长多晶硅，并执行平坦化工艺，形成第一多晶硅层包括：
采用LPCVD或PECVD的方法在所述单晶硅衬底层的洁净表面上生长多晶硅；
在所述多晶硅上采用化学机械抛光法去除厚度大于等于50nm、小于等于100nm的多晶硅，形成第一多晶硅层。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将激光聚焦在所述第一多晶硅层靠近所述单晶硅衬底层的侧面上，直至形成单晶硅融合层，停止激光聚焦，得到复合衬底包括：
采用能量密度大于等于50J/cm2、小于等于300J/cm2的激光聚焦在所述第一多晶硅层靠近所述单晶硅衬底层的侧面上；
控制所述第一多晶硅层靠近所述单晶硅衬底层的侧面的温度大于等于850℃、小于等于1100℃，形成单晶硅融合层，得到复合衬底。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述单晶硅融合层靠近所述第二多晶硅层的一侧形成有融合凸起；所述单晶硅衬底层、单晶硅融合层以及融合凸起中单晶硅的晶向相同。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述融合凸起的长度大于等于5nm、小于等于20nm；所述融合凸起的宽度大于等于1nm、小于等于20nm。
6.一种复合衬底，其特征在于，所述复合衬底采用权利要求1-5任一项制备方法制备而成。
7.一种复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜包括权利要求6所述的复合衬底。
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2020
- 2020-12-29 CN CN202011592201.7A patent/CN112701033B/zh active Active
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