CN116761494A - 一种复合压电衬底及其制备方法 - Google Patents

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CN116761494A
CN116761494A CN202311055191.7A CN202311055191A CN116761494A CN 116761494 A CN116761494 A CN 116761494A CN 202311055191 A CN202311055191 A CN 202311055191A CN 116761494 A CN116761494 A CN 116761494A
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piezoelectric wafer
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宋永军
王晓宇
郭超
母凤文
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Abstract

本发明提供一种复合压电衬底及其制备方法,属于压电衬底制造技术领域。所述复合压电衬底的制备方法包括如下步骤:对压电晶圆A的抛光面进行离子注入后,得到具有离子注入层的压电晶圆A;将压电晶圆A的离子注入层和压电晶圆B的抛光面进行临时键合,得到第一键合体;对第一键合体进行加热裂片,使第一键合体从离子注入层分离,将压电晶圆A的离子注入层转移至压电晶圆B上,得到第二键合体;将第二键合体的离子注入层与衬底晶圆的抛光面进行永久键合,得到第三键合体;将第三键合体中的离子注入层与压电晶圆B进行解键合后,得到复合压电衬底。本发明中,通过临时键合和解键合的技术方法,提升了压电晶圆的利用率。

Description

一种复合压电衬底及其制备方法
技术领域
本发明属于压电衬底制造技术领域,具体涉及一种复合压电衬底及其制备方法。
背景技术
高速增长的移动数据量对数据传输提出了更高的要求。对于第五代移动通信系统,在LTE系统的长期演进中,频分双工通信技术的频率差越来越小。在这种情况下,需要配备具有优良频带选择性、高Q值和低插入损耗等特性的滤波器,同时在5G通信时代,高频通信和频段数量的增多将大幅增加滤波器的需求量。
钽酸锂晶圆是一种常用的制备滤波器的压电衬底,通常是直接利用钽酸锂裸片制备,但是直接利用裸片制作的声表面波滤波器存在着频率温度系数(TCF)大的缺点。近年来,随着技术的发展,绝缘体上压电层(POI)的复合衬底逐渐开始代替钽酸锂裸片进行制备;POI结构分为三层,上层为钽酸锂薄膜,中间为SiO2,底层为Si的三明治结构;POI制备的滤波器具有高Q值、低TCF、低插入损耗的特点。
目前生产POI复合衬底的技术主要有两种,机械减薄和智能剥离技术(Smartcut)。下述以6寸晶圆说明两种技术制造POI的步骤:
(1)机械减薄:将经过抛光和清洗的钽酸锂(厚度350 μm)与氧化硅(氧化层+硅基底)进行键合,然后将钽酸锂减薄至适当膜层(一般为10 μm)后进行CMP抛光处理,即为POI衬底;
(2)Smart Cut:准备单面抛光的钽酸锂晶圆和氧化硅各一片,然后对钽酸锂抛光面离子注入(H+或He+等)一定的剂量和深度;然后将两片晶圆抛光面进行键合,由于钽酸锂和硅的热膨胀系数较大,直接退火裂片会由于热膨胀变形差异过大,导致钽酸锂和氧化硅出现崩裂,因此首先需要将钽酸锂减薄的一定厚度(30-50 μm);最后将其在一定温度下进行退火一段时间,钽酸锂薄膜从离子注入层分离转移至氧化硅晶圆上,完成POI衬底的制备。
以上两种方法都需要对钽酸锂晶圆进行大幅度减薄,会造成了钽酸锂的浪费。因此,亟需开发一种制备POI中不需要进行减薄且钽酸锂可以实现重复使用的方法。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种复合压电衬底及其制备方法。本发明中,通过对复合压电衬底的制备方法进行设计,进一步通过临时键合和解键合的技术方法,避免了不同热膨胀系数的晶圆键合体在加热裂片时存在的崩裂问题,从而避免了压电复合衬底制备过程中需要的减薄工艺,大幅提升了压电晶圆的利用率。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种复合压电衬底的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
(1)对压电晶圆A的抛光面进行离子注入,得到具有离子注入层的压电晶圆A;
(2)将步骤(1)得到的压电晶圆A的离子注入层和压电晶圆B的抛光面进行临时键合,得到第一键合体;
(3)对步骤(2)得到的第一键合体进行加热裂片,使第一键合体从离子注入层分离,将压电晶圆A的离子注入层转移至压电晶圆B上,得到第二键合体;
(4)对步骤(3)得到的第二键合体的离子注入层与衬底晶圆的抛光面进行永久键合,得到第三键合体;
(5)将第三键合体中的离子注入层与压电晶圆B进行解键合后,得到所述复合压电衬底。
本发明中,通过对复合压电衬底的制备方法进行设计,进一步通过临时键合和解键合的技术方法,避免了不同热膨胀系数的晶圆键合体在加热裂片时存在的崩裂问题,从而避免了压电复合衬底制备过程中需要的减薄工艺,大幅提升了压电晶圆的利用率。
本发明中,步骤(3)中经加热裂片后,去除离子注入层的压电晶圆A和步骤(5)中进行解键合后的压电晶圆B均可再次循环使用制备复合压电衬底,大幅提升了压电晶圆的利用率。
需要说的是,步骤(2)中进行临时键合后压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面相贴合。
以下作为本发明的优选技术方案,但不作为对本发明提供的技术方案的限制,通过以下优选的技术方案,可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。
作为本发明的优选技术方案,所述压电晶圆A和压电晶圆B各自独立地选自钽酸锂晶圆、铌酸锂晶圆、InP晶圆、石英晶圆或SiC晶圆中的任意一种。
优选地,所述压电晶圆A和压电晶圆B的尺寸各自独立地为4~8寸,例如可以是4寸、4.5寸、5寸、5.5寸、6寸、6.5寸、7寸、7.5寸或8寸等。
优选地,所述压电晶圆A的抛光面的粗糙度和压电晶圆B的抛光面的粗糙度各自独立地为0.05~0.5 nm,例如可以是0.05 nm、0.1 nm、0.15 nm、0.2 nm、0.25 nm、0.3 nm、0.35nm、0.4 nm、0.45 nm或0.5 nm等。
优选地,所述压电晶圆A的厚度和压电晶圆B的厚度各自独立地为200~700 μm,例如可以是200 μm、250 μm、300 μm、350 μm、400 μm、450 μm、500 μm、550 μm、600 μm、650 μm或700 μm等。
作为本发明的优选技术方案,所述离子注入的剂量为2×1016~1×1017 Ions/cm2,例如可以是2×1016 Ions/cm2、3×1016 Ions/cm2、4×1016 Ions/cm2、5×1016 Ions/cm2、6×1016 Ions/cm2、7×1016 Ions/cm2、8×1016 Ions/cm2、9×1016 Ions/cm2或1×1017 Ions/cm2等。
优选地,所述离子注入的离子包括H+和/或He+
优选地,所述离子注入层的厚度为0.1~2 μm,例如可以是0.1 μm、0.2 μm、0.4 μm、0.6 μm、0.8 μm、1 μm、1.2 μm、1.4 μm、1.6 μm、1.8 μm或2 μm等。
作为本发明的优选技术方案,所述临时键合的方法选自聚合物晶圆键合或氢化非晶硅(a-Si:H)键合。
优选地,采用所述聚合物晶圆键合,将步骤(1)得到的压电晶圆A的离子注入层和压电晶圆B的抛光面进行临时键合的方法包括方法A和方法B;
所述方法A具体包括如下步骤:
在压电晶圆A的离子注入层和/或压电晶圆B的抛光面一侧涂覆聚合物粘结剂,然后将带有聚合物粘结剂的压电晶圆加热至100~120℃(例如可以是100℃、102℃、104℃、106℃、108℃、110℃、112℃、114℃、116℃、118℃或120℃等),蒸发溶剂,最后将压电晶圆A和压电晶圆B置于键合腔室进行键合,键合温度设定180~200℃(例如可以是180℃、182℃、184℃、186℃、188℃、190℃、192℃、194℃、196℃、198℃或200℃等),维持20~80 min(例如可以是20 min、30 min、40 min、50 min、60 min、70 min或80 min等),使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体;
所述方法B具体包括如下步骤:
在压电晶圆A的离子注入层一侧涂覆聚合物临时键合材料(示例性地包括但不限于:深圳化讯半导体公司,型号为WLP TB4130),压电晶圆B的抛光面一侧涂覆聚合物响应材料(示例性地包括但不限于:深圳化讯半导体公司,型号为WLP LB210);将压电晶圆A和压电晶圆B置于键合腔室进行键合,加热至190~210℃(例如可以是190℃、192℃、194℃、196℃、198℃、200℃、202℃、204℃、206℃、208℃或210℃等),均匀施加压力8~12 KN(例如可以是8KN、8.5 KN、9 KN、9.5 KN、10 KN、10.5 KN、11 KN、11.5 KN或12 KN等),使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体。
优选地,所述方法A中使用的聚合物粘结剂的玻璃化转变温度为250~500℃(例如可以是250℃、270℃、300℃、330℃、360℃、400℃、420℃、460℃或500℃等),进一步优选为300~500℃;
优选地,所述方法A中聚合物粘结剂的涂覆厚度为0.1~50 μm,例如可以是0.1 μm、0.5 μm、1 μm、2 μm、5 μm、10 μm、20 μm、30 μm、40 μm或50 μm等。
优选地,所述方法B中使用的临时键合材料和聚合物相应材料为光敏聚合物材料。
优选地,所述方法B中涂覆聚合物临时键合材料的厚度为0.5~1 μm,例如可以是0.5 μm、0.6 μm、0.7 μm、0.8 μm、0.9 μm或1 μm等。
优选地,所述方法B中涂覆聚合物响应材料的厚度为0.1~0.5 μm,例如可以是0.1μm、0.2 μm、0.3 μm、0.4 μm或0.5 μm等。
需要说明的是,采用聚合物晶圆键合过程中,使压电晶圆A的离子注入层、聚合物粘结剂、压电晶圆B的抛光面紧密接触,通过聚合物交联固化,将压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面粘合,冷却,释放键合压力,腔室净化,完成临时键合。
优选地,采用所述氢化非晶硅键合,将步骤(1)得到的压电晶圆A的离子注入层和压电晶圆B的抛光面进行临时键合的方法具体包括如下步骤:
在真空条件下,在压电晶圆A的离子注入层和/或压电晶圆B的抛光面一侧沉积厚度为1~5 nm(例如可以是1 nm、2 nm、3 nm、4 nm或5 nm等)的氢化非晶硅后,将压电晶圆A和压电晶圆B贴合并施加8~12 KN压力(例如可以是8 KN、8.5 KN、9 KN、9.5 KN、10 KN、10.5KN、11 KN、11.5 KN或12 KN等),保持20~40 s(例如可以是20 s、22 s、24 s、26 s、28 s、30s、32 s、34 s、36 s、38 s或40 s等),键合时压力小于9×10-6 Pa(例如可以是1×10-6 Pa、2×10-6 Pa、3×10-6 Pa、4×10-6 Pa、5×10-6 Pa、6×10-6 Pa、7×10-6 Pa、8×10-6 Pa或8.8×10-6 Pa等),使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体。
优选地,步骤(2)进行临时键合前还包括预处理的步骤。
优选地,所述预处理的方法包括洗涤、干燥。
采用氢化非晶硅键合过程中,使压电晶圆A的离子注入层、沉积的氢化非晶硅、压电晶圆B的抛光面紧密接触,将压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面粘合,释放键合压力,腔室净化,完成临时键合。
优选地,步骤(2)进行临时键合前还包括预处理的步骤。
优选地,所述预处理的方法包括洗涤、干燥。
本发明中,通过对压电晶圆A的离子注入层和压电晶圆B进行洗涤、干燥,可去除其表面颗粒物,提高洁净度,便于后续临时键合操作。
作为本发明的优选技术方案,步骤(3)所述加热裂片的温度为170~300℃,例如可以是170℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃或300℃等。
需要说明的是,步骤(3)所述加热裂片的温度小于临时键合的分离温度,所述临时键合的分离温度是指方法A或方法B中使用的键合材料的玻璃化转变温度。
步骤(4)所述衬底晶圆选自氧化硅晶圆、单晶硅片或蓝宝石晶圆中的任意一种。
氧化硅晶圆由硅晶圆表面氧化而成,其表面氧化层的厚度为0.3~3 μm(例如可以是0.3 μm、0.5 μm、1 μm、1.2 μm、1.5 μm、1.8 μm、2 μm、2.3 μm、2.5 μm、2.7 μm或3 μm等)。
优选地,步骤(4)所述永久键合的方法包括如下步骤:
在真空条件下,利用PVD技术,在衬底晶圆和/或离子注入层远离压电晶圆B的一侧沉积厚度为2~10 nm的α-Si层后,在70 s内,将衬底晶圆和离子注入层远离压电晶圆B的一侧贴合并施加10~100 KN压力,贴合时间>10 s,键合时压力小于9×10-6 Pa,使衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B永久键合,得到第三键合体。
需要说明的是,在衬底晶圆和/或离子注入层远离压电晶圆B的一侧沉积α-Si层与将衬底晶圆和离子注入层远离压电晶圆B的一侧贴合键合,在同一设备内部进行。
优选地,进行所述永久键合前还包括预处理的步骤,所述预处理的方法包括:使用标准RCA溶液清洗衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B。
作为本发明的优选技术方案,步骤(5)所述解键合的方法选自激光解键合、热滑移解键合或机械解键合中的任意一种。
本发明中,所述激光解键合为:利用激光穿过压电晶圆B,光子能量沉积在光敏响应材料层,进而诱发材料的快速分解、汽化甚至等离子化而失去粘性,同时,分解的气体会增大响应层界面的分离压力,达到解键合的效果。
所述热滑移解键合为:将第三键合体放置在真空吸附工作台上,采用可加热吸盘吸附支撑衬底晶圆,通过加热使聚合物粘结剂软化,再施加剪切力使压电晶圆B侧向滑移出载板,达到解键合的效果。
所述机械解键合为:将薄片插入支撑衬底晶圆与压电晶圆B中间,通过向上的拉力和旋转的剪切力剥离衬底晶圆,达到解键合的效果。
优选地,所述解键合的方法为激光解键合,则步骤(2)所述临时键合的方法为聚合物晶圆键合中的方法B或者步骤(2)所述临时键合的方法为氢化非晶硅键合。
优选地,所述解键合的方法为热滑移解键合或机械解键合,则所述步骤(2)所述临时键合的方法为聚合物晶圆键合中的方法A。
作为本发明的优选技术方案,步骤(5)所述解键合后还包括后处理的步骤。
优选地,所述后处理的方法包括退火处理、抛光、洗涤。
优选地,所述退火处理的温度为450~650℃,例如可以是450℃、460℃、480℃、500℃、520℃、540℃、560℃、580℃、600℃、620℃、640℃或650℃等。
优选地,所述退火处理的时间为2-4 h,例如可以是2 h、2.5 h、3 h、3.5 h或4 h等。
作为本发明的优选技术方案,所述制备方法具体包括如下步骤:
(1)使用H+和/或He+,对压电晶圆A的抛光面进行离子注入,得到具有离子注入层的压电晶圆A;所述离子注入的浓度为2×1016~1×1017 Ions/cm2,离子注入层的厚度为0.1~2μm;
(2)将步骤(1)得到的具有离子注入层的压电晶圆A和压电晶圆B洗涤、干燥后,在压电晶圆A的离子注入层和/或压电晶圆B的抛光面一侧涂覆聚合物粘结剂,涂覆厚度为0.1~50 μm,然后将涂覆有聚合物粘结剂的压电晶圆加热至100~120℃,蒸发溶剂,最后将压电晶圆A和压电晶圆B置于键合腔室进行键合,键合温度设定180~200℃,维持20~80 min,使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体;
(3)在170~300℃下,对步骤(2)得到的第一键合体进行加热裂片,使第一键合体从离子注入层分离,将压电晶圆A的离子注入层转移至压电晶圆B上,得到第二键合体;
(4)对步骤(3)得到的第二键合体的离子注入层远离压电晶圆的一侧进行半导体级抛光,使用标准RCA溶液清洗衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B清洗后,在真空条件下,利用PVD技术,在衬底晶圆和/或离子注入层远离压电晶圆B的一侧沉积厚度为2~10nm的α-Si层,在70 s内,将衬底晶圆和离子注入层远离压电晶圆B的一侧贴合并施加10~100KN压力,贴合时间>10 s,键合时压力小于9×10-6 Pa,使衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B永久键合,得到第三键合体;
(5)利用热滑移解键合或机械解键合,将第三键合体中的离子注入层与压电晶圆B进行解键合后,在450~650℃下,进行退火处理2~4 h,然后对其进行抛光、洗涤,得到所述复合压电衬底;
或者,制备方法具体包括如下步骤:
(S1)使用H+和/或He+,对压电晶圆A的抛光面进行离子注入,得到具有离子注入层的压电晶圆A;所述离子注入的浓度为2×1016~1×1017 Ions/cm2,离子注入层的厚度为0.1~2 μm;
(S2)将步骤(S1)得到的具有离子注入层的压电晶圆A和压电晶圆B洗涤、干燥后,在压电晶圆A的离子注入层一侧涂覆聚合物临时键合材料,涂覆厚度0.5~1 μm;压电晶圆B的抛光面一侧涂覆聚合物响应材料,涂覆厚度0.1~0.5 μm;将压电晶圆A和压电晶圆B置于键合腔室进行键合,加热至190~210℃,均匀施加压力8~12 KN,使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体;
(S3)在170~300℃下,对步骤(S2)得到的第一键合体进行加热裂片,使第一键合体从离子注入层分离,将压电晶圆A的离子注入层转移至压电晶圆B上,得到第二键合体;
(S4)对步骤(S3)得到的第二键合体的离子注入层远离压电晶圆的一侧进行半导体级抛光,使用标准RCA溶液清洗衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B清洗后,在真空条件下,利用PVD技术,在衬底晶圆和/或离子注入层远离压电晶圆B的一侧沉积厚度为2~10 nm的α-Si层,在70 s内,将衬底晶圆和离子注入层远离压电晶圆B的一侧贴合并施加10~100 KN压力,贴合时间>10 s,键合时压力小于9×10-6 Pa,使衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B永久键合,得到第三键合体;
(S5)利用激光解键合,将第三键合体中的离子注入层与压电晶圆B进行解键合后,在450~650℃下,进行退火处理2~4 h,然后对其进行抛光、洗涤,得到所述复合压电衬底;
或者,制备方法具体包括如下步骤:
(A)使用H+和/或He+,对压电晶圆A的抛光面进行离子注入,得到具有离子注入层的压电晶圆A;所述离子注入的浓度为2×1016~1×1017 Ions/cm2,离子注入层的厚度为0.1~2μm;
(B)将步骤(A)得到的具有离子注入层的压电晶圆A和压电晶圆B洗涤、干燥后,在真空条件下,在压电晶圆A的离子注入层和/或压电晶圆B的抛光面一侧沉积厚度为1~5 nm的氢化非晶硅后,将压电晶圆A和压电晶圆B贴合并施加8~12 KN压力,保持20~40 s,键合时压力小于9×10-6 Pa,使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体;
(C)在170~300℃下,对步骤(B)得到的第一键合体进行加热裂片,使第一键合体从离子注入层分离,将压电晶圆A的离子注入层转移至压电晶圆B上,得到第二键合体;
(D)对步骤(C)得到的第二键合体的离子注入层远离压电晶圆的一侧进行半导体级抛光,使用标准RCA溶液清洗衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B清洗后,在真空条件下,利用PVD技术,在衬底晶圆和/或离子注入层远离压电晶圆B的一侧沉积厚度为2~10nm的α-Si层,在70 s内,将衬底晶圆和离子注入层远离压电晶圆B的一侧贴合并施加10~100KN压力,贴合时间>10 s,键合时压力小于9×10-6 Pa,使衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B永久键合,得到第三键合体;
(E)利用激光解键合,将第三键合体中的离子注入层与压电晶圆B进行解键合后,在450~650℃下,进行退火处理2~4 h,然后对其进行抛光、洗涤,得到所述复合压电衬底。
第二方面,本发明提供一种复合压电衬底,所述复合压电衬底由如第一方面所述的制备方法制备得到。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明中,通过对复合压电衬底的制备方法进行设计,进一步通过临时键合和解键合的技术方法,避免了不同热膨胀系数的晶圆键合体在加热裂片时存在的崩裂问题,从而避免了压电复合衬底制备过程中需要的减薄工艺,大幅提升了压电晶圆的利用率。
(2)本发明中,经加热裂片后,去除离子注入层的压电晶圆A和经解键合后的压电晶圆B均可再次循环使用制备复合压电衬底,大幅提升了压电晶圆的利用率,其利用率可达100%。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的复合压电衬底的制备流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
下述实施例和对比例中部分组分来源如下所述:
钽酸锂晶圆:厚度为350 μm,6寸(150 μm),TTV小于5 μm,翘曲小于40 μm,热膨胀系数为4.6×10-6 m/K,天通控股股份有限公司;
SiC晶圆:厚度为350 μm,6寸(150 μm),TTV小于5 μm,翘曲小于40 μm,热膨胀系数为4.4×10-6 m/K,山西烁科晶体公司;
氧化硅晶圆:氧化硅晶圆由硅晶圆表面氧化而成,其中氧化层厚度为0.5 μm,硅晶圆厚度为625 μm,购自山东有研半导体材料有限公司;
聚合物粘结剂:HD-3007聚合物,美国HD MicroSystems公司;
聚合物临时键合材料:深圳化讯半导体公司,WLP TDB4130;
聚合物响应材料:深圳化讯半导体公司,WLP LB210。
实施例1
本实施例提供一种复合压电衬底及其制备方法,其制备流程示意图如图1所示,其中,压电晶圆A和压电晶圆B均为钽酸锂晶圆,厚度均为350 μm,所述制备方法如下:
(1)使用H+,对压电晶圆A的抛光面进行离子注入,得到具有离子注入层的压电晶圆A;所述离子注入的剂量为6×1016 ions/cm2,离子注入层的厚度为1 μm;
(2)将步骤(1)得到的具有离子注入层的压电晶圆A和压电晶圆B洗涤、干燥后,在离子注入层远离压电晶圆A的一侧涂覆聚合物粘结剂,涂覆厚度为1 μm,然后加热至110℃,蒸发溶剂,将离子注入层涂覆有聚合物粘结剂的压电晶圆A和压电晶圆B置于键合腔室进行键合,键合温度设定190℃,维持30 min,使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体;
(3)在190℃下,对步骤(2)得到的第一键合体进行加热裂片,使第一键合体从离子注入层分离,将压电晶圆A的离子注入层转移至压电晶圆B上,得到第二键合体;
(4)对步骤(2)得到的第二键合体的离子注入层远离压电晶圆B的一侧进行半导体级抛光,使用标准RCA溶液清洗衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B清洗后,在真空条件下,利用PVD技术,在衬底晶圆和/或离子注入层远离压电晶圆B的一侧沉积厚度为5 nm的α-Si层,在70 s内,将衬底晶圆和离子注入层远离压电晶圆B的一侧贴合并施加20 KN压力,贴合时间为20 s,键合时压力为7×10-6 Pa,使衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B永久键合,得到第三键合体;
(5)利用热滑移解键合,将第三键合体中的离子注入层与压电晶圆B进行解键合后,在550℃下,进行退火处理2 h,然后对其进行抛光、洗涤,得到所述复合压电衬底。
实施例2
本实施例提供一种复合压电衬底及其制备方法,压电晶圆A和压电晶圆B均为钽酸锂晶圆,厚度均为350 μm,所述制备方法如下:
(1)使用He+,对压电晶圆A的抛光面进行离子注入,得到具有离子注入层的压电晶圆A;所述离子注入的浓度为8×1016,离子注入层的厚度为2 μm;
(2)将步骤(1)得到的具有离子注入层的压电晶圆A和压电晶圆B洗涤、干燥后,在压电晶圆A的离子注入层一侧涂覆聚合物临时键合材料(WLP TB4130),涂覆厚度0.8 μm;压电晶圆B的抛光面一侧涂覆聚合物响应材料(WLP LB210),涂覆厚度0.2 μm;将压电晶圆A和压电晶圆B置于键合腔室进行键合,加热至200℃,均匀施加压力10 KN,使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体;
(3)在200℃下,对步骤(2)得到的第一键合体进行加热裂片,使第一键合体从离子注入层分离,将压电晶圆A的离子注入层转移至压电晶圆B上,得到第二键合体,得到第二键合体;
(4)对步骤(2)得到的第二键合体的离子注入层远离压电晶圆B的一侧进行半导体级抛光,使用标准RCA溶液清洗衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B清洗后,在真空条件下,利用PVD技术,在衬底晶圆和/或离子注入层远离压电晶圆B的一侧沉积厚度为10nm的α-Si层,在70 s内,将衬底晶圆和离子注入层远离压电晶圆B的一侧贴合并施加100 KN压力,贴合时间为12 s,键合时压力为5×10-6 Pa,使衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B永久键合,得到第三键合体;
(5)利用激光解键合,将第三键合体中的离子注入层与钽酸锂晶圆B进行解键合后,在450℃下,进行退火处理3 h,然后对其进行抛光、洗涤,得到所述复合压电衬底。
实施例3
本实施例提供一种复合压电衬底及其制备方法,其中,压电晶圆A为钽酸锂晶圆,厚度均为350 μm,压电晶圆B为SiC晶圆,厚度为350 μm,所述制备方法如下:
(1)使用H+,对压电晶圆A的抛光面进行离子注入,得到具有离子注入层的钽酸锂晶圆A;所述H+注入的剂量为6×1016~1×1017 Ions/cm2,离子注入层的厚度为1 μm;
(2)将步骤(1)得到的具有离子注入层的压电晶圆A和压电晶圆B洗涤、干燥后,在真空条件下,在压电晶圆A的离子注入层和/或压电晶圆B的抛光面一侧沉积厚度为2 nm的氢化非晶硅后,将压电晶圆A和压电晶圆B贴合并施加10 KN压力,保持30 s,键合时压力为6×10-6 Pa,使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体;
(3)在300℃下,对步骤(2)得到的第一键合体进行加热裂片,使第一键合体从离子注入层分离,将压电晶圆A的离子注入层转移至压电晶圆B上,得到第二键合体;
(4)对步骤(2)得到的第二键合体的离子注入层远离压电晶圆的一侧进行半导体级抛光,使用标准RCA溶液清洗衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B清洗后,在真空条件下,利用PVD技术,在衬底晶圆和/或离子注入层远离压电晶圆B的一侧沉积厚度为2 nm的α-Si层,在70 s内,将衬底晶圆和离子注入层远离压电晶圆B的一侧贴合并施加40 KN压力,贴合时间为15 s,键合时压力为7×10-6 Pa,使衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B永久键合,得到第三键合体;
(5)利用激光解键合,将第三键合体中的离子注入层与压电晶圆B进行解键合后,在650℃下,进行退火处理2 h,然后对其进行抛光、洗涤,得到所述复合压电衬底。
对比例1
本对比例提供一种复合压电衬底及其制备方法,所述制备方法如下:
(1)准备钽酸锂晶圆(厚度均为350 μm)和氧化硅晶圆(厚度625 μm)各一片;
(2)使用标准RCA溶液清洗钽酸锂晶圆和氧化硅晶圆,在真空条件下,利用PVD技术,在钽酸锂晶圆一侧沉积厚度为5 nm的α-Si层,在70 s内,将钽酸锂晶圆和氧化硅晶圆贴合并施加20 KN压力,贴合时间为20 s,键合时压力为5×10-6 Pa,使钽酸锂晶圆和氧化硅晶圆永久键合,得到键合体;
(3)使用减薄机,将钽酸锂晶圆远离键合体的一侧进行减薄,使钽酸锂晶圆LT减薄至11 μm;
(4)使用CMP技术,将钽酸锂晶圆远离键合体的一侧进行抛光,使其粗糙度Ra<0.5nm;
(5)对步骤(4)得到的产品在550℃下,进行退火处理2 h,然后对其进行抛光、洗涤,得到所述复合压电衬底。
对比例2
本对比例提供一种复合压电衬底及其制备方法,所述复合压电衬底由申请号为201810122022.3的专利文件说明书实施例1提供的制备方法制备得到。
对上述实施例和对比例提供的制备复合压电衬底中压电晶圆的利用率以及制备得到的复合压电衬底中离子注入层的厚度进行测试,具体测试方法如下:
离子注入层厚度:在晶圆裂片使用光学椭偏仪对离子注入层的厚度进行测试。
压电晶圆的可重复利用厚度:通过下式计算压电晶圆的利用率:
压电晶圆的可重复利用厚度=压电晶圆的厚度-压电晶圆的减薄厚度。
利用率:通过下式计算压电晶圆的利用率:
利用率=压电晶圆的可重复利用厚度÷压电晶圆的厚度×100%。
测试数据详见下表1:
表1
由上述内容可知,本发明通过对复合压电衬底的制备方法进行设计,进一步通过临时键合和解键合的技术方法,避免了不同热膨胀系数的晶圆键合体在加热裂片时存在的崩裂问题,从而避免了压电复合衬底制备过程中需要的减薄工艺,大幅提升了压电晶圆的利用率。
本发明中,经加热裂片后,去除离子注入层的压电晶圆A和经解键合后的压电晶圆B均可再次循环使用制备复合压电衬底,大幅提升了压电晶圆的利用率,其利用率可达100%。
若选用机械减薄的方法制备复合压电衬底(对比例1),则制备复合压电衬底过程中使用的压电晶圆无法重复使用,其压电晶圆的利用率仅为2.86%。
若选用现有技术申请号为201810122022.3的专利文件提供的制备方法制备复合压电衬底(对比例2),则制备复合压电衬底过程中使用的压电晶圆的可重复利用厚度较薄,其压电晶圆的利用率仅为8.57%。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种复合压电衬底的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)对压电晶圆A的抛光面进行离子注入,得到具有离子注入层的压电晶圆A;
(2)将步骤(1)得到的压电晶圆A的离子注入层和压电晶圆B的抛光面进行临时键合,得到第一键合体;
(3)对步骤(2)得到的第一键合体进行加热裂片,使第一键合体从离子注入层分离,将压电晶圆A的离子注入层转移至压电晶圆B上,得到第二键合体;
(4)对步骤(3)得到的第二键合体的离子注入层与衬底晶圆的抛光面进行永久键合,得到第三键合体;
(5)将第三键合体中的离子注入层与压电晶圆B进行解键合后,得到所述复合压电衬底。
2.根据权利要求1所述的复合压电衬底的制备方法,其特征在于,所述压电晶圆A和压电晶圆B各自独立地选自钽酸锂晶圆、铌酸锂晶圆、InP晶圆、石英晶圆或SiC晶圆中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的复合压电衬底的制备方法,其特征在于,所述离子注入的剂量为2×1016~1×1017 Ions/cm2
4.根据权利要求1所述的复合压电衬底的制备方法,其特征在于,所述临时键合的方法选自聚合物晶圆键合或氢化非晶硅键合。
5.根据权利要求4所述的复合压电衬底的制备方法,其特征在于,采用所述聚合物晶圆键合,将步骤(1)得到的压电晶圆A的离子注入层和压电晶圆B的抛光面进行临时键合的方法包括方法A和方法B;
所述方法A具体包括如下步骤:
在压电晶圆A的离子注入层和/或压电晶圆B的抛光面一侧涂覆聚合物粘结剂,然后将带有聚合物粘结剂的压电晶圆加热至100~120℃,蒸发溶剂,最后将压电晶圆A和压电晶圆B置于键合腔室进行键合,键合温度设定180~200℃,维持20~80 min,使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体;
所述方法B具体包括如下步骤:
在压电晶圆A的离子注入层一侧涂覆聚合物临时键合材料,在压电晶圆B的抛光面一侧涂覆聚合物响应材料;将压电晶圆A和压电晶圆B置于键合腔室进行键合,加热至190~210℃,均匀施加压力8~12 KN,使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体。
6.根据权利要求4所述的复合压电衬底的制备方法,其特征在于,采用所述氢化非晶硅键合,将步骤(1)得到的压电晶圆A的离子注入层和压电晶圆B的抛光面进行临时键合的方法具体包括如下步骤:
在真空条件下,在压电晶圆A的离子注入层和/或压电晶圆B的抛光面一侧沉积厚度为1~5 nm的氢化非晶硅后,将压电晶圆A和压电晶圆B贴合并施加8~12 KN压力,保持20~40 s,键合时压力小于9×10-6 Pa,使压电晶圆A的离子注入层与压电晶圆B的抛光面临时键合,得到第一键合体。
7.根据权利要求1所述的复合压电衬底的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述加热裂片的温度为170~300℃。
8.根据权利要求1所述的复合压电衬底的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述永久键合的方法包括如下步骤:
在真空条件下,利用PVD技术,在衬底晶圆和/或离子注入层远离压电晶圆B的一侧沉积厚度为2~10 nm的α-Si层后,在70 s内,将衬底晶圆和离子注入层远离压电晶圆B的一侧贴合并施加10~100 KN压力,贴合时间>10 s,键合时压力小于9×10-6 Pa,使衬底晶圆和设置有离子注入层的压电晶圆B永久键合,得到第三键合体。
9.根据权利要求1所述的复合压电衬底的制备方法,其特征在于,步骤(5)所述解键合的方法选自激光解键合、热滑移解键合或机械解键合中的任意一种。
10.一种复合压电衬底,其特征在于,所述复合压电衬底由如权利要求1-9任一项所述的复合压电衬底的制备方法制备得到。
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