CN114420834A - 一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 - Google Patents
一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114420834A CN114420834A CN202210089194.1A CN202210089194A CN114420834A CN 114420834 A CN114420834 A CN 114420834A CN 202210089194 A CN202210089194 A CN 202210089194A CN 114420834 A CN114420834 A CN 114420834A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wafer
- bonding
- single crystal
- layer
- substrate wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 75
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 68
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 65
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 49
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical group [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 26
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 21
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 20
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 19
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 17
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 15
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 13
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 7
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 7
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 6
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PSHMSSXLYVAENJ-UHFFFAOYSA-N dilithium;[oxido(oxoboranyloxy)boranyl]oxy-oxoboranyloxyborinate Chemical compound [Li+].[Li+].O=BOB([O-])OB([O-])OB=O PSHMSSXLYVAENJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 3
- WYOHGPUPVHHUGO-UHFFFAOYSA-K potassium;oxygen(2-);titanium(4+);phosphate Chemical compound [O-2].[K+].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O WYOHGPUPVHHUGO-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 190
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 27
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 23
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 17
- -1 helium ions Chemical class 0.000 description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 14
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 12
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005616 pyroelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
- H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/04—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
- H10N30/092—Forming composite materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
- H10N30/093—Forming inorganic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/852—Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本申请公开了一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜，所述方法包括：获取单晶晶圆和衬底晶圆；将单晶晶圆和衬底晶圆进行倾斜键合；所述倾斜键合为：将单晶晶圆的一端边缘与衬底晶圆的一端边缘先接触；以接触的一端为旋转轴使单晶晶圆向衬底晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现单晶晶圆与衬底晶圆的完全键合，形成键合体；将键合体放入退火炉内进行热处理，得到复合薄膜。本申请通过倾斜键合的方式，解决了亲水性键合时易产生较多的水分子气泡而导致复合薄膜质量低下，成品率低的问题。
Description
技术领域
本申请属于半导体元件制备领域，特别涉及一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜。
背景技术
复合薄膜一般包括功能薄膜层、隔离层和衬底层，其中，功能薄膜层的材料一般具有压电、铁电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等性质，可以被广泛应用于声表面波器件、薄膜体声波谐振器、光电传感器等各种核心电子元器件。
现有技术中，以具有压电性能的功能薄膜层为例，例如压电薄膜层为钽酸锂薄膜或者铌酸锂薄膜材料，对应的制备复合薄膜的方法一般包括以下步骤：首先，准备衬底晶圆和单晶晶圆，在衬底晶圆上制作隔离层，然后对单晶晶圆表面和衬底晶圆上的隔离层表面进行活化处理，再将单晶晶圆表面和衬底晶圆上的隔离层在室温下进行平行下移直接键合，最后退火形成复合薄膜。
上述的键合方式中，由于单晶晶圆与衬底晶圆的键合为亲水性键合，在单晶晶圆和衬底晶圆采用平行下移直接键合时，空气中的水分子气泡会在键合面内形成一层水膜，键合面内的水分子在薄膜层方向无法进行有效的扩散，易使薄膜层产生气泡缺陷，从而降低整体复合薄膜的质量及下游器件成品率；其次，水分子中的H原子在高温作用下也会和钽酸锂薄膜层或者铌酸锂薄膜层中的Li发生质子交换，从而削弱钽酸锂薄膜层和铌酸锂薄膜层的压电性，降低声表面波滤波器性能；此外，键合面内水膜的存在，就会大大的削弱低声阻层的声阻作用，从而会增大声表面波滤波器的射频信号损耗。
发明内容
为解决现有技术中，单晶晶圆和衬底晶圆采用平行下移直接键合时，空气中的水分子气泡会在键合面内形成一层水膜，键合面内的水分子在薄膜层方向无法进行有效的扩散，易使薄膜层产生气泡缺陷，从而降低整体复合薄膜的质量及下游器件成品率的问题。
本申请的目的在于提供以下几个方面：
第一方面，本申请提供一种基于倾斜键合的薄膜制备方法，包括以下步骤：
S10，获取单晶晶圆和衬底晶圆；
S20，将单晶晶圆和衬底晶圆进行倾斜键合；所述倾斜键合为：将单晶晶圆的一端边缘与衬底晶圆的一端边缘先接触；以接触的一端为旋转轴使单晶晶圆向衬底晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现单晶晶圆与衬底晶圆的完全键合，形成键合体；
S30，将键合体放入退火炉内进行热处理，得到复合薄膜。
优选的，所述方法还包括；
S20中所述的将单晶晶圆和衬底晶圆进行倾斜键合为：
通过离子注入法处理单晶晶圆：将离子注入单晶晶圆，将所述单晶晶圆依次分为余质层、分离层和薄膜层；
将单晶晶圆的薄膜层与衬底晶圆进行倾斜键合，形成键合体；
S30中还包括为：
在热处理的过程中，分离层的位置断裂，分离出所述余质层与所述薄膜层。
优选的，所述方法还包括；
S30中所述将键合体放入退火炉内进行热处理，得到复合薄膜为：
将键合体放入退火炉内进行热处理，得到待处理复合薄膜；
对所述待处理复合薄膜的薄膜层减薄处理，在所述衬底晶圆上形成预设厚度的薄膜层，得到复合薄膜。
优选的，所述衬底晶圆的一面制作绝缘层或者在所述衬底晶圆的一面先制作介质层再制作绝缘层；键合时衬底晶圆上的绝缘层与单晶晶圆键合。
优选的，所述绝缘层为二氧化硅、氮氧化硅以及氮化硅中的一种。
优选的，所述衬底晶圆的一面制作介质层的方法为：通过沉积法在衬底晶圆表面沉积多晶硅或者非晶硅；或者通过腐蚀法在衬底晶圆表面产生腐蚀损伤层；或者通过腐蚀法在衬底晶圆表面产生腐蚀损伤层。
优选的，所述热处理的温度为100℃～300℃，保温时间1分钟至48小时。
优选的，所述单晶晶圆为铌酸锂、钽酸锂、石英、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷、砷化镓或硅。
优选的，所述衬底晶圆为铌酸锂、钽酸锂、硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化硅、石英、蓝宝石或石英玻璃。
第二方面，本申请提供一种复合薄膜，包括第一方面中任一所述方法的制备而成的复合薄膜。
与传统方案相比，本申请提供的方案，在衬底晶圆与单晶晶圆键合时，是先将单晶晶圆的一侧与衬底晶圆接触，然后以接触的一侧为旋转轴使单晶晶圆的另一侧缓慢下移实现与衬底晶圆的接触键合，通过这个过程逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，可以防止在键合时键合面处形成水膜，减少键合缺陷，提高下游器件的性能。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种基于倾斜键合的复合薄膜制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种复合薄膜的形成示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种复合薄膜的形成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，单晶晶圆和衬底晶圆采用平行下移直接键合时，空气中的水分子气泡会在键合面内形成一层水膜，键合面内的水分子在薄膜层方向无法进行有效的扩散，易使薄膜层产生气泡缺陷，从而降低整体复合薄膜的质量及下游器件成品率的问题。
因此，为解决上述问题，本申请实施例提供一种基于倾斜键合的薄膜制备方法。
参见图1，为本申请提供的一种基于倾斜键合的薄膜制备方法的流程示意图。
由图可知，本申请提供一种基于倾斜键合的薄膜制备方法，所述方法包括：
S10，获取单晶晶圆和衬底晶圆。
所述单晶晶圆，可以为铌酸锂、钽酸锂、石英、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷、砷化镓或硅；本发明不做限定。所述衬底晶圆可以为铌酸锂、钽酸锂、硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化硅、石英、蓝宝石或石英玻璃。本发明不做限定。
S20，将单晶晶圆和衬底晶圆进行倾斜键合；所述倾斜键合为：将单晶晶圆的一端边缘与衬底晶圆的一端边缘先接触；以接触的一端为旋转轴使单晶晶圆向衬底晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现单晶晶圆与衬底晶圆的完全键合，形成键合体。
此步骤为本申请的核心，通过倾斜键合方式，将水分子气泡逐渐赶出键合界面，可以防止在键合时键合面处形成水膜，减少键合缺陷。此步骤是为了解决现有技术中，单晶晶圆和衬底晶圆采用平行下移直接键合时，空气中的水分子气泡会在键合面内形成一层水膜，键合面内的水分子在薄膜层方向无法进行有效的扩散，易使薄膜层产生气泡缺陷，从而降低整体复合薄膜的质量及下游器件成品率的问题。
具体地，单晶晶圆和衬底晶圆键合可以通过直接键合法、阳极键合法、低温键合法、真空键合法、等离子强化键合法和粘接键合法中的任意一种，并不需要特殊限定。
S30，将键合体放入退火炉内热处理，得到复合薄膜。
需要说明的是，对键合体进行热处理，可以在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行热处理。
参见图2，为本申请中一种简易的复合薄膜的形成示意图。
在一种优化的实施例中，可以引入离子注入法制备纳米级的复合薄膜。S20中所述的将单晶晶圆和衬底晶圆进行倾斜键合为：通过离子注入法处理单晶晶圆：将离子注入单晶晶圆，将所述单晶晶圆依次分为余质层、分离层和薄膜层；将单晶晶圆的薄膜层与衬底晶圆进行倾斜键合，形成键合体；S30中还包括为：在热处理的过程中，分离层的位置断裂，分离所述余质层与所述薄膜层。
采用离子注入法，所注入的离子可以为氦离子、氢离子、氮离子、氧离子或氩离子。例如：氢离子或者氦离子。注入氢离子时，注入剂量可以为3×1016ions/cm2-8×1016ions/cm2，注入能量可以为120KeV-400KeV；注入氦离子时，注入剂量可以为1×1016ions/cm2-1×1017ions/cm2，注入能量可以为50KeV-1000KeV。所述离子注入深度可以任意选择数值，注入的能量取决于注入的深度是多少纳米。
另外，可以通过调整离子注入深度来调整薄膜层的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的薄膜层的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的薄膜层的厚度越小。
一个具体例子关于离子注入的单晶晶圆为，准备一个6英寸铌酸锂晶圆，将铌酸锂晶圆固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。处理后的铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氧离子，使铌酸锂晶圆依次分割成余料层、分离层和薄膜层，注入的氧离子分布在分离层，得到单晶晶圆注入片。采用剥离离子注入法注入氧离子时，注入剂量参数为：注入剂量为3×1016ions/cm2，注入能量为380keV，注入深度534nm。
在一种优化的实施例中，可以引入减薄法的技术改善复合薄膜。S30中所述将键合体放入退火炉内进行热处理，得到复合薄膜为：将键合体放入退火炉内进行热处理，得到待处理复合薄膜；对所述待处理复合薄膜的薄膜层减薄处理，在所述衬底晶圆上形成预设厚度的薄膜层，得到复合薄膜。
所述预设厚度可以根据实际要求而设定。在S30中热处理之后对复合薄膜进行减薄处理，即为得到复合薄膜的最后一步中进行减薄，可以防止在键合或者热处理过程中的变形，以便达到在所述衬底晶圆上形成预设厚度的薄膜层的目的。所述减薄处理一般可以是研磨抛光减薄的处理方法或者切削减薄的处理方法。
在一种优化的实施例中，单晶晶圆注入片与衬底晶圆倾斜键合，得到键合体，还可以通过先在衬底晶圆的一面制作绝缘层，得到绝缘层；再将衬底晶圆上的绝缘层与单晶晶圆的薄膜层倾斜键合，得到所述键合体。如图3所示，为本实施例中一种带有二氧化硅绝缘层的复合薄膜形成的示意图。
进一步的，还可以在衬底晶圆的其中一面制作介质层，接着在介质层上制作绝缘层，键合时绝缘层与单晶晶圆的薄膜层倾斜键合。介质层的制作方法为沉积法沉积多晶硅或者非晶硅、腐蚀法在衬底晶圆表面产生腐蚀损伤层、注入法注入衬底晶圆产生注入损伤层；然后再在介质层上制作绝缘层，键合时绝缘层与单晶晶圆的薄膜层倾斜键合。
以上制作绝缘层的方法不做特别限定，可以沉积法和热氧化法，其中沉积法采用LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低压化学蒸发沉积)法或者PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子增强的化学蒸发沉积)法制作绝缘层。
为进一步说明本申请中的技术方案，本申请实施例进一步公开了以下具体实施例。
实施例1
1)准备一个6英寸碳化硅晶圆和一个6英寸铌酸锂晶圆，将碳化硅晶圆和铌酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
2)将铌酸锂晶圆和碳化硅晶圆进行倾斜键合；所述倾斜键合为：将铌酸锂晶圆的一端边缘与碳化硅晶圆的一端边缘先接触；以接触的一端为旋转轴使铌酸锂晶圆向碳化硅晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现铌酸锂晶圆与碳化硅晶圆的完全键合，形成键合体。
3)将键合体放入退火炉中，键合体先执行300℃保温1min的热处理，得到待处理复合薄膜。
4)将上述待处理复合薄膜的薄膜层进行研磨抛光减薄处理至需要的厚度，然后进行RCA清洗，获得洁净表面。
实施例2
1)准备一个6英寸硅晶圆和一个6英寸钽酸锂晶圆，将硅晶圆和钽酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
2)在清洗后的硅晶圆上用LPCVD法制作二氧化硅层，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，厚度为10μm，RCA清洗得到洁净表面；
3)将钽酸锂晶圆和硅晶圆的二氧化硅层进行倾斜键合；所述倾斜键合为：将钽酸锂晶的一端边缘与硅晶圆的二氧化硅层的一端边缘先接触；以接触的一端为旋转轴使钽酸锂晶向硅晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现钽酸锂晶与硅晶圆的二氧化硅层的完全键合，形成键合体。
4)将键合体放入退火炉中，键合体执行100℃保温48h的热处理工艺，以得到得到待处理复合薄膜。
5)将上述待处理复合薄膜的薄膜层进行研磨抛光减薄处理至需要的厚度，然后进行RCA清洗，获得洁净表面。
实施例3
1)准备一个6英寸氮化硅晶圆和一个6英寸铌酸锂晶圆，将氮化硅晶圆或者铌酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
2)在清洗后的氮化硅晶圆上用LPCVD法制作多晶硅，厚度为1μm，即为介质层。
3)在介质层上用热氧化法制作二氧化硅，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，第二隔离层的厚度为1μm，RCA清洗得到洁净表面。
4)将铌酸锂晶圆和氮化硅晶圆的二氧化硅层进行倾斜键合；所述倾斜键合为：将铌酸锂晶圆的一端边缘与氮化硅晶圆的二氧化硅层一端边缘先接触；以接触的一端为旋转轴使铌酸锂晶圆向氮化硅晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现铌酸锂晶圆与氮化硅晶圆的二氧化硅层完全键合，形成键合体。
5)将键合体放入退火炉中，键合体先执行220℃保温0.5h的第一热处理，得到待处理复合薄膜。
6)将上述待处理复合薄膜的薄膜层进行切削减薄处理至需要的厚度，然后进行RCA清洗，获得洁净表面。
实施例4
1)准备一个6英寸硅晶圆和一个6英寸铌酸锂晶圆，将硅晶圆和铌酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
2)对步骤1处理后的铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入He+，使铌酸锂晶圆依次分割成余料层、分离层和薄膜层，注入的He+离子分布在分离层，得到单晶晶圆注入片；
采用剥离离子注入法注入He+时，注入剂量参数为：注入剂量为2×1016ions/cm2，注入能量为40keV，注入深度220nm。
3)将铌酸锂晶圆注入片的薄膜层和硅晶圆进行倾斜键合：将铌酸锂晶圆注入片的薄膜层的一侧与硅晶圆的一端边缘先接触；以接触的一端为铌酸锂晶圆向硅晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现铌酸锂晶圆与硅晶圆的完全键合，形成键合体。
4)将键合体放入退火炉中，键合体执行250℃保温0.2h的热处理，并且在热处理的过程中，分离层的位置断裂，分离出余质层与薄膜层，得到复合薄膜。
5)将上述复合薄膜固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对薄膜层进行化学机械抛光处理，然后进行RCA清洗，获得洁净表面。
实施例5
1)准备一个6英寸氮化硅晶圆和一个6英寸钽酸锂晶圆，将氮化硅晶圆和钽酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
2)对步骤1处理后的钽酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氮离子，使钽酸锂晶圆依次分割成余料层、分离层和薄膜层，注入的氮离子分布在分离层，得到单晶晶圆注入片；
采用剥离离子注入法注入氮离子时，注入剂量参数为：注入剂量为2×1016ions/cm2，注入能量为400keV，注入深度492nm。
3)在清洗后的氮化硅晶圆上用LPCVD法制作二氧化硅层，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，厚度为10μm，RCA清洗得到洁净表面。
4)将钽酸锂晶圆注入片的薄膜层和氮化硅晶圆的二氧化硅层进行倾斜键合：将钽酸锂晶圆注入片的薄膜层的一侧与氮化硅晶圆的二氧化硅层的一端边缘先接触；以接触的一端为为旋转轴使钽酸锂晶圆向氮化硅晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现钽酸锂晶圆的薄膜层与氮化硅晶圆的二氧化硅层完全键合，形成键合体。
5)将键合体放入退火炉中，键合体执行200℃保温1h的热处理，并且在热处理的过程中，分离层的位置断裂，分离出余质层与薄膜层，得到复合薄膜。
6)将上述复合薄膜固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对薄膜层进行化学机械抛光处理，然后进行RCA清洗，获得洁净表面。
实施例6
1)准备一个6英寸碳化硅晶圆和一个6英寸铌酸锂晶圆，将碳化硅晶圆和铌酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
2)对步骤1处理后的铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入H+，使铌酸锂晶圆依次分割成余料层、分离层和薄膜层，注入的H+离子分布在分离层，得到单晶晶圆注入片；
采用剥离离子注入法注入H+时，注入剂量参数为：注入剂量为4×1016ions/cm2，注入能量为40keV，注入深度287nm。
3)在清洗后的碳化硅晶圆上用离子注入法注入氩离子，制作碳化硅的损伤层，即为介质层；厚度为5μm。
4)在介质层上用PECVD法制作二氧化硅层，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，厚度为500nm，RCA清洗得到洁净表面。
5)将铌酸锂晶圆注入片的薄膜层和碳化硅上的二氧化硅层进行倾斜键合：将铌酸锂晶圆注入片的薄膜层的一侧与二氧化硅层边缘先接触；以接触的一端为铌酸锂晶圆向二氧化硅层的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现铌酸锂晶圆与二氧化硅层的完全键合，形成键合体。
6)将键合体放入退火炉中，键合体先执行200℃保温1h的第一热处理，并且在热处理的过程中，分离层的位置断裂，分离出余质层与薄膜层，得到复合薄膜。
7)将上述单晶压电复合薄膜固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对薄膜层进行化学机械抛光处理，然后进行RCA清洗，获得洁净表面。
以上实施例仅是为了说明种复合薄膜的方法，并不表示对薄膜晶圆方法的限定。前述各实施例中各个步骤或参数，也可以其他方式组合，在此就不再一一说明。前述各个步骤或参数的结合所形成的技术方案，也在本申请的保护范围中。
本申请实施例提供一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜，其中所述方法包括：获取单晶晶圆和衬底晶圆；将单晶晶圆和衬底晶圆进行倾斜键合；所述倾斜键合为：将单晶晶圆的一端边缘与衬底晶圆的一端边缘先接触；以接触的一端为旋转轴使单晶晶圆向衬底晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现单晶晶圆与衬底晶圆的完全键合，形成键合体；将键合体放入退火炉内进行热处理，得到复合薄膜。通过倾斜键合的方式，解决了平行下移键合时，空气中的水分子气泡会在键合面内形成一层水膜，键合面内的水分子在薄膜层方向无法进行有效的扩散，易使薄膜层产生气泡缺陷，从而降低整体复合薄膜的质量及下游器件成品率的问题。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (10)
1.一种基于倾斜键合的薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，获取单晶晶圆和衬底晶圆；
S20，将单晶晶圆和衬底晶圆进行倾斜键合；所述倾斜键合为：将单晶晶圆的一端边缘与衬底晶圆的一端边缘先接触；以接触的一端为旋转轴使单晶晶圆向衬底晶圆的方向下移，下移的过程中逐渐将空气中的水分子气泡赶出键合界面，实现单晶晶圆与衬底晶圆的完全键合，形成键合体；
S30，将键合体放入退火炉内进行热处理，得到复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括；
S20中所述的将单晶晶圆和衬底晶圆进行倾斜键合为：
通过离子注入法处理单晶晶圆：将离子注入单晶晶圆，将所述单晶晶圆依次分为余质层、分离层和薄膜层；
将单晶晶圆的薄膜层与衬底晶圆进行倾斜键合，形成键合体；
S30中还包括为：
在热处理的过程中，分离层的位置断裂，分离出所述余质层与所述薄膜层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括；
S30中所述将键合体放入退火炉内进行热处理，得到复合薄膜为：
将键合体放入退火炉内进行热处理，得到待处理复合薄膜；
对所述待处理复合薄膜的薄膜层减薄处理，在所述衬底晶圆上形成预设厚度的薄膜层，得到复合薄膜。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底晶圆的一面制作绝缘层或者在所述衬底晶圆的一面先制作介质层再制作绝缘层；键合时衬底晶圆上的绝缘层与单晶晶圆键合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅、氮氧化硅以及氮化硅中的一种。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述衬底晶圆的一面制作介质层的方法为：通过沉积法在衬底晶圆表面沉积多晶硅或者非晶硅；或者通过腐蚀法在衬底晶圆表面产生腐蚀损伤层；或者通过腐蚀法在衬底晶圆表面产生腐蚀损伤层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为100℃～300℃，保温时间1分钟至48小时。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单晶晶圆为铌酸锂、钽酸锂、石英、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷、砷化镓或硅。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底晶圆为铌酸锂、钽酸锂、硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化硅、石英、蓝宝石或石英玻璃。
10.一种复合薄膜，其特征在于，采用权利要求1-8中任意一项所述方法的制备而成的复合薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210089194.1A CN114420834A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210089194.1A CN114420834A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114420834A true CN114420834A (zh) | 2022-04-29 |
Family
ID=81276699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210089194.1A Pending CN114420834A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114420834A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114975765A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-08-30 | 济南晶正电子科技有限公司 | 复合单晶压电薄膜及其制备方法 |
| CN115867105A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种同步制备两片复合压电衬底的方法 |
| CN115867106A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种复合压电衬底及其制备方法与应用 |
| CN117460388A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-01-26 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种复合衬底及其制备方法 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210089194.1A patent/CN114420834A/zh active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114975765A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-08-30 | 济南晶正电子科技有限公司 | 复合单晶压电薄膜及其制备方法 |
| CN115867105A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种同步制备两片复合压电衬底的方法 |
| CN115867106A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种复合压电衬底及其制备方法与应用 |
| CN115867106B (zh) * | 2023-02-27 | 2023-12-08 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种复合压电衬底及其制备方法与应用 |
| CN117460388A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-01-26 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种复合衬底及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114420834A (zh) | 一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 | |
| KR101469282B1 (ko) | Ｓｏｉ 웨이퍼의 제조 방법 | |
| KR101057140B1 (ko) | 미세 매립 절연층을 가지는 실리콘-온-절연물 기판들 | |
| JP4934966B2 (ja) | Ｓｏｉ基板の製造方法 | |
| JP5128761B2 (ja) | Ｓｏｉウエーハの製造方法 | |
| KR102371887B1 (ko) | 산화물 단결정 박막을 구비한 복합 웨이퍼의 제조 방법 | |
| WO2007094233A1 (ja) | Ｓｏｉ基板およびｓｏｉ基板の製造方法 | |
| JP5415129B2 (ja) | 貼り合わせ基板の製造方法 | |
| KR101541940B1 (ko) | Ｓｏｉ 기판의 제조 방법 | |
| WO2003046993A1 (fr) | Procede de production de plaquettes soi | |
| JP2013534056A (ja) | 補剛層を有するガラス上半導体基板及びその作製プロセス | |
| WO2007072632A1 (ja) | Ｓｏｉ基板およびｓｏｉ基板の製造方法 | |
| WO2007074550A1 (ja) | Ｓｏｉウェーハの製造方法及びｓｏｉウェーハ | |
| WO2007091639A1 (ja) | Ｓｏｉ基板の製造方法 | |
| JP2006210899A (ja) | Ｓｏｉウエーハの製造方法及びｓｏｉウェーハ | |
| TW201717289A (zh) | 具備氧化物單結晶薄膜之複合晶圓之製造方法 | |
| EP3696869A1 (en) | Nano-scale single crystal thin film | |
| CN112260660A (zh) | 一种复合基底、复合薄膜及其制备方法 | |
| JP5220335B2 (ja) | Ｓｏｉ基板の製造方法 | |
| CN104488081A (zh) | Sos基板的制造方法和sos基板 | |
| KR20090042139A (ko) | 반도체 기판의 제조 방법 | |
| CN116669523A (zh) | 一种热释电复合薄膜的制备方法 | |
| CN115915899A (zh) | 一种优化注入颗粒的复合薄膜及其制备方法 | |
| CN116613058A (zh) | 一种复合基底、复合薄膜及其制备方法 | |
| CN114420833A (zh) | 一种基于分阶段热处理的薄膜制备方法及其复合薄膜 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |