CN116193965A

CN116193965A - 一种垂直整合晶圆的制备方法、制备装置和垂直整合晶圆

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Publication number: CN116193965A
Application number: CN202310264159.3A
Authority: CN
Inventors: 沈君尧; 朱德进; 姚文峰
Original assignee: Tiantong Ruihong Technology Co ltd
Current assignee: Tiantong Ruihong Technology Co ltd
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2023-05-30

Abstract

本发明实施例公开了一种垂直整合晶圆的制备方法、制备装置和垂直整合晶圆。垂直整合晶圆的制备方法包括，获取压电晶圆；对压电晶圆的镀膜面进行表面清洗；在压电晶圆的镀膜面上形成制备层，其中包括沉积支撑衬底材料，形成支撑衬底；去除压电晶圆中远离镀膜面一侧的余料层；抛光压电晶圆远离制备层的一侧。本发明实施例充分考虑了声学滤波器对压电材料的晶体取向精准调控需求和高晶体质量需求，也考虑到声学滤波器对下层支撑衬底材料没有严格的结晶度要求，采用倒制镀膜的方式，既保证了器件对压电材料的要求，也规避了键合工艺的制备难度，从而在不影响声学器件性能的前提下，大大降低了垂直整合晶圆的制备成本。

Description

一种垂直整合晶圆的制备方法、制备装置和垂直整合晶圆

技术领域

本发明实施例涉及垂直整合晶圆技术，尤其涉及一种垂直整合晶圆的制备方法、制备装置和垂直整合晶圆。

背景技术

无线通信技术的快速发展给射频滤波器提出了越来越高的要求。为了提升声表面波(SAW)滤波器的性能，研究者们提出了垂直整合晶圆，开发了许多基于垂直整合晶圆的薄膜SAW滤波器。相比传统SAW滤波器，薄膜SAW滤波器具有更优异的性能，包括更高的品质因子、更强的温度稳定性、更大的带宽等等。

垂直整合晶圆的本质是压电材料与其他种类的材料进行垂直整合后得到的两层或多层异质晶圆，通过不同材料间的性能优势互补，实现“1+1>2”的效果。事实上，垂直整合晶圆不仅可以用于SAW器件，也可运用到其他声学器件中，比如横向激发的体声波器件(XBAR)。

然而，为了实现对压电晶圆晶体取向的精准调控，为了保证压电晶体质量，普遍采用“键合+减薄”的方案来制备垂直整合晶圆。这种制备方案难度极大、成本极高，极大地推高了薄膜SAW滤波器的价格。

发明内容

本发明提供一种垂直整合晶圆的制备方法、制备装置和垂直整合晶圆，以降低垂直整合晶圆的制备难度和制备成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种垂直整合晶圆的制备方法，包括：

获取压电晶圆；

对所述压电晶圆的镀膜面进行表面清洗；

在所述压电晶圆的镀膜面上形成制备层，其中包括沉积支撑衬底材料，形成支撑衬底；

去除所述压电晶圆中远离所述镀膜面一侧的余料层；

抛光所述压电晶圆远离所述制备层的一侧。

可选的，在对所述压电晶圆的镀膜面进行表面清洗之后，还包括：

向所述压电晶圆注入离子，使得所述余料层中靠近所述制备层的一侧形成损伤层；

所述去除所述压电晶圆中远离所述镀膜面一侧的余料层包括：

对所述压电晶圆进行退火处理，沿所述损伤层剥离所述余料层。

可选的，注入离子的能量为10-2000keV，注入离子的剂量为1×10¹⁶-2×10¹⁷ions/cm²。

可选的，所述去除所述压电晶圆中远离所述镀膜面一侧的余料层包括：

研磨去除所述余料层。

可选的，所述在所述压电晶圆的镀膜面上形成制备层还包括：

在所述压电晶圆的镀膜面上沉积至少一层功能层，所述功能层位于所述压电晶圆和所述支撑衬底之间。

可选的，所述沉积支撑衬底材料，形成支撑衬底之后，还包括：

对所述支撑衬底的表面进行平坦化处理。

可选的，所述平坦化处理的方法包括化学机械抛光法。

可选的，形成所述支撑衬底时，所述支撑衬底的厚度为50μm-1000μm。

第二方面，本发明实施例还提供了一种垂直整合晶圆的制备装置，用于运行上述任意一种垂直整合晶圆的制备方法。

第三方面，本发明实施例还提供了一种垂直整合晶圆，通过上述任意一种垂直整合晶圆的制备方法制备而成。

本发明实施例提供的垂直整合晶圆的制备方法包括，获取压电晶圆。对压电晶圆的镀膜面进行表面清洗。在压电晶圆的镀膜面上形成制备层，其中包括沉积支撑衬底材料，形成支撑衬底。去除压电晶圆中远离镀膜面一侧的余料层。抛光压电晶圆远离制备层的一侧。通过上述步骤形成垂直整合晶圆，充分考虑了声学滤波器对压电材料的晶体取向精准调控需求和高晶体质量需求，也考虑到声学滤波器对下层支撑衬底材料没有严格的结晶度要求，采用倒制镀膜的方式，既保证了器件对压电材料的要求，也规避了键合工艺的制备难度，从而在不影响声学器件性能的前提下，大大降低了垂直整合晶圆的制备成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种垂直整合晶圆制备方法的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种垂直整合晶圆制备方法的加工流程示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种垂直整合晶圆制备方法的加工流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种垂直整合晶圆制备方法的方法流程图，参考图1。本发明实施例提供了一种垂直整合晶圆的制备方法，包括：

S1：获取压电晶圆。

其中，选用的压电晶圆可为钽酸锂、铌酸锂、氧化锌、氮化铝、石英、钛酸钡中的任意一种，也可以根据实际需要选择其他的压电材料，压电晶圆的切向和声波传播方向可以根据实际需要任意选择，本发明对压电晶圆的材质、切向和声波传播方向不作限制；选用压电晶圆的厚度可为100μm-2000μm。选用的压电晶圆可为单面抛光，也可为双面抛光，还可为两面均不抛光，选用的镀膜面可为抛光面，也可为不抛光面，本发明对压电晶圆的表面情况不作限制，可以根据实际需要任意选择。

S2：对压电晶圆的镀膜面进行表面清洗。

其中，通过表面清洗操作，可以减少或去除镀膜面上附着的污染物，为后续步骤做准备。

可选的，还可以根据实际所需，对压电晶圆进行减薄前处理，或者不做减薄前处理。本发明实施例采用的减薄方案可以根据实际需要调整，本发明实施例对此不作限制。当所采用的减薄方案需要做前处理时，则执行此步；当所采用的减薄方案不需要做前处理时，则跳过此步。例如在需要离子注入压电晶圆前，可以选择进行减薄前处理。

S3：在压电晶圆的镀膜面上形成制备层，其中包括沉积支撑衬底材料，形成支撑衬底。

其中，制备层可以包括功能层和支撑衬底。可以根据实际所需，选择是否在压电晶圆的镀膜面沉积一层或多层功能层。功能层的材质、厚度及对应制备方法均可根据实际需要调整，本发明实施例不作限制。例如可以设置二氧化硅层提高温度稳定性等，也可有许多其他的选择。而后，在功能层上方或压电晶圆上方沉积支撑衬底材料，必要时，对支撑衬底的表面进行平坦化处理。支撑衬底的材质可为硅、碳化硅、氧化铝，也可为其他材质，支撑衬底的材质、厚度及对应制备方法均可根据实际需要调整，本发明实施例不作限制。优选地，支撑衬底的厚度为50μm-1000μm。平坦化处理方法可为化学机械抛光(CMP)，也可为其他平坦化方法，本发明实施例对此不作限制。

S4：去除压电晶圆中远离镀膜面一侧的余料层。

其中，对沉积了支撑衬底材料的压电晶圆进行减薄处理，去除压电晶圆远离镀膜面一侧过厚的余料层。其中去除余料层的方法可以根据实际需要确定，本文将在下文通过具体实施例介绍其中两种方法。

S5：抛光压电晶圆远离制备层的一侧。

其中，抛光工艺可以采用化学机械抛光(CMP)技术进行抛光处理，也可采用其他抛光方式处理，本发明对抛光技术不作限制。

为便于读者的理解，本文将继续介绍两种具体实施例。

实施例1

图2为本发明实施例提供的一种垂直整合晶圆制备方法的加工流程示意图，参考图2。

步骤1，获取一压电晶圆1并选定镀膜面，对晶圆进行清洗操作。

作为一种具体的实施方式，清洗步骤为，依次经过丙酮、酒精、去离子水、酒精超声清洗，然后用氮气枪吹干；清洗步骤可以根据实际需要调整，本发明对此不作限制。

步骤2，对压电晶圆进行减薄前处理，可以是对镀膜面进行离子注入，也可以是其他技术。

作为一种具体的实施方式，选用的注入离子为氢离子、氦离子、氧离子、氖离子中的一种或多种，可以根据实际情况作选择；离子注入的能量控制了离子注入损伤层4的深度，可为10-2000keV，可以根据实际需要任意选择；离子注入的剂量可为1×10¹⁶-2×10¹⁷ions/cm²，可以根据实际需要任意选择。前处理后，晶圆内部出现损伤层4。

步骤3，根据实际所需，在压电晶圆的镀膜面沉积一层或多层功能层，也可不沉积。

作为一种具体的实施方式，采用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或其他薄膜制备技术，沉积任意层数的二氧化硅、氮化硅、氮化铝或其他材质作为功能层，可以根据实际需要任意选择。

步骤4，在功能层上方或压电晶圆上方沉积支撑衬底材料，必要时，对支撑衬底的表面进行平坦化处理。

作为一种具体的实施方式，采用化学气相沉积(CVD)、溶胶凝胶法或其他制备技术，沉积硅、碳化硅、氧化铝或其他材料作为支撑衬底。支撑衬底的厚度根据实际需要选择，可为50μm-1000μm。

作为一种具体的实施方式，采用化学机械抛光(CMP)方法或其他方法对支撑衬底的表面进行平坦化处理。

步骤5，对沉积了支撑衬底材料的压电晶圆进行减薄后处理。当步骤2采用离子注入技术时，该步骤进行退火剥离操作，使晶圆沿损伤层4分开；当步骤2采用其他技术时，该步骤进行相应后处理操作，使晶圆分开。

作为一种具体的实施方式，退火环境可为真空环境或氮气气氛，退火温度可为80-500℃，退火时间可为1-10小时，本发明对退火工艺不作限定，可以根据实际情况选用合适的退火工艺。

步骤6，对压电晶圆的减薄表面进行抛光处理，完成垂直整合晶圆的制备。

作为一种具体的实施方式，采用化学机械抛光(CMP)方法或其他方法对表面进行抛光处理。

实施例2

图3为本发明实施例提供的另一种垂直整合晶圆制备方法的加工流程示意图，参考图3。

步骤2，根据实际所需，在压电晶圆的镀膜面沉积一层或多层功能层，也可不沉积。

步骤3，在功能层上方或压电晶圆上方沉积支撑衬底材料，必要时，对支撑衬底的表面进行平坦化处理。

步骤4，对沉积了支撑衬底材料的压电晶圆进行研磨减薄。

作为一种具体的实施方式，采用高性能减薄机对压电晶圆远离支撑衬底一侧进行研磨减薄，本发明对研磨减薄工艺不作限制。

步骤5，对压电晶圆的减薄表面进行抛光处理，完成垂直整合晶圆的制备。

本发明实施例还提供了一种垂直整合晶圆的制备装置，运行上述任意一种垂直整合晶圆的制备方法。

其中，由于本发明实施例中的垂直整合晶圆的制备装置运行上述任意一种垂直整合晶圆的制备方法，因此具有上述任意一种垂直整合晶圆的制备方法相应的有益效果。

本发明实施例还提供了一种垂直整合晶圆，其特征在于，通过上述任意一种垂直整合晶圆的制备方法制备而成。

其中，由于本发明实施例中的垂直整合晶圆通过上述任意一种垂直整合晶圆的制备方法制备而成，因此具有上述任意一种垂直整合晶圆的制备方法相应的有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种垂直整合晶圆的制备方法，其特征在于，包括：

获取压电晶圆；

对所述压电晶圆的镀膜面进行表面清洗；

去除所述压电晶圆中远离所述镀膜面一侧的余料层；

抛光所述压电晶圆远离所述制备层的一侧。

2.根据权利要求1所述的垂直整合晶圆的制备方法，其特征在于，在对所述压电晶圆的镀膜面进行表面清洗之后，还包括：

3.根据权利要求2所述的垂直整合晶圆的制备方法，其特征在于，注入离子的能量为10-2000keV，注入离子的剂量为1×10¹⁶-2×10¹⁷ions/cm²。

4.根据权利要求1所述的垂直整合晶圆的制备方法，其特征在于，所述去除所述压电晶圆中远离所述镀膜面一侧的余料层包括：

研磨去除所述余料层。

5.根据权利要求1所述的垂直整合晶圆的制备方法，其特征在于，所述在所述压电晶圆的镀膜面上形成制备层还包括：

6.根据权利要求1所述的垂直整合晶圆的制备方法，其特征在于，所述沉积支撑衬底材料，形成支撑衬底之后，还包括：

对所述支撑衬底的表面进行平坦化处理。

7.根据权利要求6所述的垂直整合晶圆的制备方法，其特征在于，所述平坦化处理的方法包括化学机械抛光法。

8.根据权利要求1所述的垂直整合晶圆的制备方法，其特征在于，形成所述支撑衬底时，所述支撑衬底的厚度为50μm-1000μm。

9.一种垂直整合晶圆的制备装置，其特征在于，运行权利要求1-8任一所述的垂直整合晶圆的制备方法。

10.一种垂直整合晶圆，其特征在于，通过权利要求1-8任一所述的垂直整合晶圆的制备方法制备而成。