CN117460388A - 一种复合衬底及其制备方法 - Google Patents
一种复合衬底及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117460388A CN117460388A CN202311786539.XA CN202311786539A CN117460388A CN 117460388 A CN117460388 A CN 117460388A CN 202311786539 A CN202311786539 A CN 202311786539A CN 117460388 A CN117460388 A CN 117460388A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wafer
- bonding
- composite substrate
- piezoelectric
- thinning
- 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
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 23
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 60
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 33
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 23
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 19
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 68
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 40
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 description 31
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 25
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 25
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 24
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 21
- 239000010408 film Substances 0.000 description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 13
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 13
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 10
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 10
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 4
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000678 plasma activation Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical group [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
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
- H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
- H10N30/085—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining
- H10N30/086—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining by polishing or grinding
-
- 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
- H10N30/704—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
- H10N30/706—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings characterised by the underlying bases, e.g. substrates
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供一种复合衬底及其制备方法，所述制备方法包括：将第一晶圆和第二晶圆进行第一键合，对所述第二晶圆进行第一减薄处理得到复合晶圆；所述复合晶圆的第二晶圆一侧与压电晶圆进行第二键合，对所述压电晶圆进行第二减薄处理得到所述复合衬底。所述复合衬底的制备方法和复合衬底可最多实现三层单晶层，利用对每层材料的各向异性调控，可实现更丰富更精准的性能调控，从而解决现有复合衬底中无法解决的问题，实现器件性能的进一步提升。
Description
技术领域
本发明属于功能性材料技术领域，涉及一种复合衬底及其制备方法。
背景技术
复合衬底通常利用键合技术制备而成，由于其独特的性能优势，受到了广泛青睐。随着键合技术的不断进步，复合衬底在集成电路、微机电系统、芯片集成等领域的应用也越来越广泛。
铌酸锂和钽酸锂具有较大的压电常数、较高的电光系数和二次非线性系数，在声学器件和光学器件领域都得到了普遍应用。基于铌酸锂或钽酸锂薄膜的绝缘体上压电材料（POI）是一种典型的复合衬底，它由压电晶圆与硅、蓝宝石、尖晶石等支撑衬底晶圆利用键合技术制备得到，压电晶圆和支撑衬底晶圆之间可以利用镀膜方法设置一层或多层具有特定功能的中间层材料，也可以不设置。POI复合衬底具有优异的波导效应，同时能够带来更高的品质因子、更快的散热速率和更高的温度稳定性，已是声学滤波器、电光调制器等领域的研究热点。
然而，现有的POI复合衬底依然有着一些缺点。POI复合衬底中常用的硅、蓝宝石、尖晶石、碳化硅等支撑衬底材料及二氧化硅等中间层材料均具有凸慢度，它们会使器件的整体慢度为凸型，从而带来横向模式杂散响应的问题。若将支撑衬底材料调整为具有凹慢度的特定切向石英，则器件品质因子等整体性能又会有所下降。因此，目前研究的POI复合衬底及制备方法（如CN111477543A、CN111834520A等）还存在优化的空间。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种复合衬底及其制备方法，所述复合衬底的制备方法和复合衬底可最多实现三层单晶层，利用对每层材料的各向异性调控，可实现更丰富更精准的性能调控，从而解决现有复合衬底中无法解决的问题，实现器件性能的进一步提升。
为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种复合衬底的制备方法，所述制备方法包括：
将第一晶圆和第二晶圆进行第一键合，对所述第二晶圆进行第一减薄处理得到复合晶圆；
所述复合晶圆的第二晶圆一侧与压电晶圆进行第二键合，对所述压电晶圆进行第二减薄处理得到所述复合衬底。
作为本发明优选的技术方案，所述第一晶圆为衬底晶圆。
作为本发明优选的技术方案，所述第一键合前在所述第一晶圆一侧制备至少一层中间层。
作为本发明优选的技术方案，所述第二晶圆与所述第一晶圆中间层一侧进行第一键合。
作为本发明优选的技术方案，所述第一减薄处理包括：
所述第一键合前，在所述第二晶圆一侧进行离子注入，得到离子损伤层；
所述第二晶圆的离子损伤层一侧与所述第一晶圆进行第一键合；
所述第一键合后进行退火剥离。
作为本发明优选的技术方案，所述第一减薄处理包括：所述第一键合后对所述第一晶圆进行磨削减薄。
作为本发明优选的技术方案，所述第二键合前在所述第二晶圆一侧制备至少一层中间层。
作为本发明优选的技术方案，所述第二减薄处理包括：
所述第二键合前，在所述压电晶圆一侧进行离子注入，得到离子损伤层；
所述压电晶圆的离子损伤层一侧与所述复合晶圆进行第二键合；
所述第二键合后进行退火剥离。
作为本发明优选的技术方案，所述第二减薄处理包括：所述第二键合后对所述压电晶圆进行磨削减薄。
本发明目的之二在于提供一种复合衬底，所述复合衬底由目的之一提供的复合衬底的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
（1）本发明提供一种复合衬底及其制备方法，最多实现三层单晶层，利用对每层材料的各向异性调控，可实现更丰富更精准的性能调控，从而解决现有复合衬底中无法解决的问题，实现器件性能的进一步提升；
（2）本发明提供一种复合衬底及其制备方法，支撑衬底除起到支撑作用外，也可以提高器件品质因子，实现波导效应，并加快器件散热，波导效应的实现使得复合衬底在光电传输和声电传输的过程具有更高的传输效率和更低的传输损耗；
（3）本发明提供一种复合衬底及其制备方法，现有的复合衬底难以在保证器件品质因子等整体性能提升的前提下，避免横向模式杂散响应的出现及其他疑难问题；而利用本发明所述复合衬底的制备方法和复合衬底，当支撑衬底为硅或蓝宝石或碳化硅等常规衬底材料，单晶功能层为特定切向的石英时，即可解决上述技术问题，实现器件性能的全面提升；
（4）本发明提供一种复合衬底及其制备方法，对更高性能的声学器件、光学器件等都将产生巨大的应用价值。
附图说明
图1为实施例1提供的复合衬底的制备方法的流程示意图；
图2为实施例2提供的复合衬底的制备方法的流程示意图；
图3为实施例3提供的复合衬底的制备方法的流程示意图；
图4为实施例4提供的复合衬底的制备方法的流程示意图；
图5为实施例1-4制备得到的复合衬底的结构示意图。
图中：1-第一晶圆，2-第二晶圆，3和7-离子损伤层，4-单晶功能层，5-复合晶圆，6-压电晶圆，8-压电层，101和501-中间层。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
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。
本发明具体实施方式提供一种复合衬底的制备方法，所述制备方法包括：
将第一晶圆和第二晶圆进行第一键合，对所述第二晶圆进行第一减薄处理得到复合晶圆；
所述复合晶圆的第二晶圆一侧与压电晶圆进行第二键合，对所述压电晶圆进行第二减薄处理得到所述复合衬底。
本发明中，所述制备方法制备得到的复合衬底具备优异的综合性能，支撑衬底可以起到支撑作用，提高器件品质因子，实现波导效应，并加快器件散热；单晶功能层区别于通过镀膜工艺形成的多晶层，可实现各向异性并精准调控，从而解决现有技术中的遗留问题；压电层也为单晶态，其出色的声电性能和光电性能使本发明所述复合衬底可应用于声学器件或光学器件。
本发明一个具体实施方式中，所述制备方法进行前对第一晶圆和第二晶圆进行清洗。清洗方法为晶圆衬底制备中的常用方法，具体工艺和参数在此不做具体限定。
本发明一个具体实施方式中，如果在第一晶圆一侧制备了中间层，则在第一键合前，对所述中间层的表面进行抛光处理。抛光处理的方法可以是化学机械抛光。
本发明一个具体实施方式中，制备中间层的方法可以是镀膜工艺。镀膜工艺可以是磁控溅射、电子束沉积和化学气相沉积等。镀膜工艺的所述材料以及具体参数，为晶圆衬底制备中的常用材料和方法，具体材料和参数在此不做具体限定。
本发明一个具体实施方式中，第一键合的方法可以是等离子体活化键合、高真空表面活化键合、阳极键合、聚合物键合或混合键合等。键合环境可为真空或常压，键合温度大于或等于室温。本发明对键合工艺不作限定，可以根据实际情况选用合适的键合工艺。
本发明一个具体实施方式中，第一减薄处理中使用的离子注入中使用的注入离子可以是氢离子、氦离子、氧离子或氖离子中的任意一种或至少两种的组合。离子注入的能量控制了离子损伤层的深度，可为10~2000 keV，如10 keV、20 keV、50 keV、100 keV、200keV、500 keV、1000 keV、1200 keV、1500 keV、1800 keV或2000 keV等；离子注入的剂量可为1×1016~2×1017 ions/cm2，如1×1016 ions/cm2、2×1016 ions/cm2、5×1016 ions/cm2、8×1016 ions/cm2、1×1017 ions/cm2、1.2×1017 ions/cm2、1.5×1017 ions/cm2、1.8×1017ions/cm2或2×1017 ions/cm2等，但并仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明一个具体实施方式中，第一减薄处理中退火剥离可为真空环境、氮气气氛或惰性气体气氛。退火温度可为80~800℃，如80℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃或800℃等，退火时间可为1~300 h，如1 h、2 h、5 h、10 h、15 h、20h、30 h、50 h、100 h、150 h、200 h、250 h或300 h等，但并仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。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。
本发明一个具体实施方式中，第一减薄处理后对复合晶圆的第二晶圆一侧的表面进行抛光处理。抛光处理的方法可以是化学机械抛光。
本发明一个具体实施方式中，如果在复合晶圆的第二晶圆一侧制备了中间层，则在第二键合前，对所述中间层的表面进行抛光处理。抛光处理的方法可以是化学机械抛光。
本发明一个具体实施方式中，第二键合的方法可以是等离子体活化键合、高真空表面活化键合、阳极键合、聚合物键合或混合键合等。键合环境可为真空或常压，键合温度大于或等于室温。本发明对键合工艺不作限定，可以根据实际情况选用合适的键合工艺。
本发明一个具体实施方式中，第二减薄处理中使用的离子注入中使用的注入离子可以是氢离子、氦离子、氧离子或氖离子中的任意一种或至少两种的组合。离子注入的能量控制了离子损伤层的深度，可为10~2000 keV，如10 keV、20 keV、50 keV、100 keV、200keV、500 keV、1000 keV、1200 keV、1500 keV、1800 keV或2000 keV等；离子注入的剂量可为1×1016~2×1017 ions/cm2，如1×1016 ions/cm2、2×1016 ions/cm2、5×1016 ions/cm2、8×1016 ions/cm2、1×1017 ions/cm2、1.2×1017 ions/cm2、1.5×1017 ions/cm2、1.8×1017ions/cm2或2×1017 ions/cm2等，但并仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明一个具体实施方式中，第二减薄处理中退火剥离可为真空环境、氮气气氛或惰性气体气氛。退火温度可为80~800℃，如80℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃或800℃等，退火时间可为1~300 h，如1 h、2 h、5 h、10 h、15 h、20h、30 h、50 h、100 h、150 h、200 h、250 h或300 h等，但并仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。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。
本发明一个具体实施方式中，第二减薄处理后对压电晶圆一侧的表面进行抛光处理。抛光处理的方法可以是化学机械抛光。
本发明一个具体实施方式中，上述所有抛光处理可以为单面抛光也可以为双面抛光。
本发明一个具体实施方式中，化学机械抛光处理的目的是去除残余的损伤层，控制薄膜的厚度至预设厚度，并实现表面平坦化，通常化学机械抛光处理后表面粗糙度Ra应小于1nm；也可采用化学腐蚀等其他工艺技术以达到相同的目的。
本发明一个具体实施方式中，第一减薄处理和第二减薄处理分别独立地还可以采用磨削减薄的方法。磨削减薄处理可一次完成，也可分多次完成，磨削处理后的薄膜厚度应略厚于预设厚度。
本发明具体实施方式提供一种复合衬底，复合衬底由上述复合衬底的制备方法制备得到。
本发明一个具体实施方式中，复合衬底包括由支撑衬底（第一晶圆）依次设置的第一中间层、单晶功能层（第二晶圆）、第二中间层和压电层（压电晶圆）。
本发明一个具体实施方式中，复合衬底包括由支撑衬底（第一晶圆）依次设置的第一中间层、单晶功能层（第二晶圆）和压电层（压电晶圆）。
本发明一个具体实施方式中，复合衬底包括由支撑衬底（第一晶圆）依次设置的单晶功能层（第二晶圆）、第二中间层和压电层（压电晶圆）。
本发明一个具体实施方式中，复合衬底包括由支撑衬底（第一晶圆）依次设置的单晶功能层（第二晶圆）和压电层（压电晶圆）。
本发明一个具体实施方式中，支撑衬底（第一晶圆）的材质可以是高阻硅、蓝宝石、尖晶石、碳化硅或金刚石中的任意一种，也可以根据实际需要选择其他的材料，本发明对此不作限定。
本发明一个具体实施方式中，单晶功能层（第二晶圆）的材质可以是石英、钇铝石榴石或氧化镁中的任意一种，也可以根据实际需要选择其他的材料，本发明对此不作限定；单晶功能层的切型切向根据器件所需任意选择，本发明对此不作限定；单晶功能层的厚度可为30nm~300μm。
本发明一个具体实施方式中，压电层（压电晶圆）的材质可以是钽酸锂、铌酸锂、氧化锌或氮化铝中的任意一种，也可以根据实际需要选择其他的压电材料，本发明对此不作限定；压电层的切型切向根据器件所需任意选择，本发明对此不作限定；压电层的厚度可为30nm~300μm。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种复合衬底的制备方法，如图1所示（未制备中间层101和中间层501），所述制备方法包括：
对第一晶圆1和第二晶圆2进行清洗，第一晶圆1为双抛c面蓝宝石晶圆，第二晶圆2为双抛69°Y-90°X石英晶圆；
将第一晶圆1和第二晶圆2进行第一键合，第一键合采用高真空表面活化键合方法，利用氩原子或氩离子轰击第一晶圆1和第二晶圆2的键合表面，去除污染物并使表面活化；而后紧密贴合两键合表面以实现键合，键合环境为真空，键合温度为室温；
对第二晶圆2进行第一减薄处理得到复合晶圆5，第一减薄处理为磨削减薄，磨削减薄分两次进行，第一次为粗砂轮粗减薄，第二次为细砂轮精减薄，减薄处理后得到的单晶功能层4的厚度略大于预设厚度；
对得到的单晶功能层4表面进行化学机械抛光，化学机械抛光后控制石英层厚度为2μm，表面粗糙度Ra小于0.7nm；
对压电晶圆6进行清洗，压电晶圆6为双抛42°Y-X钽酸锂晶圆；
复合晶圆5的单晶功能层4一侧与压电晶圆6进行第二键合，第二键合采用高真空表面活化键合方法，键合环境为真空，键合温度为室温；
对所述压电晶圆6进行第二减薄处理得到压电层8，第二减薄处理为磨削减薄，磨削减薄分两次进行，第一次为粗砂轮粗减薄，第二次为细砂轮精减薄，减薄处理后得到的压电晶圆的厚度略大于预设厚度；
对压电层8表面进行化学机械抛光，化学机械抛光后控制压电层8厚度为800nm，表面粗糙度Ra小于0.5nm，得到所述复合衬底，如图5中的（d）所示。
实施例2
本实施例提供一种复合衬底的制备方法，如图2所示（未制备中间层101），所述制备方法包括：
对第一晶圆1和第二晶圆2进行清洗，第一晶圆1为单抛高阻硅晶圆，第二晶圆2为双抛AT切石英晶圆；
将第一晶圆1和第二晶圆2进行第一键合，第一键合采用等离子体活化键合方法，利用氧等离子体照射第一晶圆1和第二晶圆2的键合表面，使表面活化；而后贴合两键合表面以实现预键合，并低温退火以完成键合，键合环境为真空，键合温度为150°C；
对第二晶圆2进行第一减薄处理得到复合晶圆5，第一减薄处理为磨削减薄，磨削减薄分两次进行，第一次为粗砂轮粗减薄，第二次为细砂轮精减薄，减薄处理后得到的单晶功能层4的厚度略大于预设厚度；
对得到的单晶功能层表面进行化学机械抛光，化学机械抛光后单晶功能层厚度为10μm，表面粗糙度Ra小于0.7nm；
在单晶功能层4表面制备中间层501，具体的，利用磁控溅射工艺制备二氧化硅薄膜，镀膜厚度略厚于5μm；利用化学机械抛光工艺处理二氧化硅薄膜的表面，控制二氧化硅薄膜的厚度为5μm，表面粗糙度Ra小于0.5nm；
对压电晶圆6进行清洗，压电晶圆6为双抛Z-X铌酸锂晶圆；
利用离子注入工艺，注入离子为氦离子，离子注入能量为230keV，离子注入剂量为6×1016ions/cm2，在压电晶圆内部产生离子损伤层7；
复合晶圆5的中间层501一侧与压电晶圆6进行第二键合，第二键合采用高真空表面活化键合方法，键合环境为真空，键合温度为室温；
对所述压电晶圆6进行第二减薄处理得到压电层8，第二减薄处理为退火剥离，进行两次退火，第一次退火在氮气气氛中，退火温度为200℃，退火时间为3 h，第二次退火在氮气气氛中，退火温度为400℃，退火时间为6 h；
对压电层8表面进行化学机械抛光，化学机械抛光后控制压电层8厚度为600nm，表面粗糙度Ra小于0.5nm，得到所述复合衬底，如图5中的（c）所示。
实施例3
本实施例提供一种复合衬底的制备方法，如图3所示（未制备中间层501），所述制备方法包括：
对第一晶圆1和第二晶圆2进行清洗，第一晶圆1为双抛4H碳化硅晶圆，第二晶圆2为双抛ST切石英晶圆；
在第一晶圆1表面制备中间层101，具体的，利用磁控溅射工艺制备二氧化硅薄膜，镀膜厚度略厚于5μm；利用化学机械抛光工艺处理二氧化硅薄膜的表面，控制二氧化硅薄膜的厚度为5μm，表面粗糙度Ra小于0.5nm；
利用离子注入工艺，注入离子为氢离子，离子注入能量为180keV，离子注入剂量为8×1016ions/cm2，在第二晶圆2内部产生离子损伤层3；
将第一晶圆1的中间层101一侧和第二晶圆2进行第一键合，第一键合采用等离子体活化键合方法，键合环境为真空，键合温度为150°C；
对第二晶圆2进行第一减薄处理得到复合晶圆5，第一减薄处理为退火剥离，进行两次退火，第一次退火在氮气气氛中，退火温度为180℃，退火时间为4h，第二次退火在氮气气氛中，退火温度为350℃，退火时间为8h；
对得到的单晶功能层4表面进行化学机械抛光，化学机械抛光后单晶功能层4厚度为1μm，表面粗糙度Ra小于0.7nm；
对压电晶圆6进行清洗，压电晶圆为双抛Z-X铌酸锂晶圆；
复合晶圆5的单晶功能层4一侧与压电晶圆6进行第二键合，第二键合采用高真空表面活化键合方法，键合环境为真空，键合温度为室温；
对所述压电晶圆6进行第二减薄处理得到压电层8，第二减薄处理为磨削减薄，磨削减薄分两次进行，第一次为粗砂轮粗减薄，第二次为细砂轮精减薄，减薄处理后得到的单晶功能层的厚度略大于预设厚度；
对压电层8表面进行化学机械抛光，化学机械抛光后控制压电层8厚度为2μm，表面粗糙度Ra小于0.5nm，得到所述复合衬底，如图5中的（b）所示。
实施例4
本实施例提供一种复合衬底的制备方法，如图4所示，所述制备方法包括：
对第一晶圆1和第二晶圆2进行清洗，第一晶圆1为单抛高阻硅晶圆，第二晶圆2为双抛ST切石英晶圆；
在第一晶圆1表面制备中间层101，具体的，利用磁控溅射工艺制备二氧化硅薄膜，镀膜厚度略厚于2μm；利用化学机械抛光工艺处理二氧化硅薄膜的表面，控制二氧化硅薄膜的厚度为2μm，表面粗糙度Ra小于0.5nm；
利用离子注入工艺，注入离子为氢离子，离子注入能量为150keV，离子注入剂量为6×1016ions/cm2，在第二晶圆2内部产生离子损伤层3；
将第一晶圆1的中间层101一侧和第二晶圆2进行第一键合，第一键合采用等离子体活化键合方法，键合环境为真空，键合温度为150°C；
对第二晶圆2进行第一减薄处理得到复合晶圆5，第一减薄处理为退火剥离，进行两次退火，第一次退火在氮气气氛中，退火温度为180℃，退火时间为4h，第二次退火在氮气气氛中，退火温度为350℃，退火时间为8h；
对得到的单晶功能层4表面进行化学机械抛光，化学机械抛光后单晶功能层4厚度为800nm，表面粗糙度Ra小于0.7nm；
在单晶功能层4表面制备中间层501，具体的，利用磁控溅射工艺制备二氧化硅薄膜，镀膜厚度略厚于1μm；利用化学机械抛光工艺处理二氧化硅薄膜的表面，控制二氧化硅薄膜的厚度为1μm，表面粗糙度Ra小于0.5nm；
对压电晶圆6进行清洗，压电晶圆为双抛X-Z铌酸锂晶圆；
利用离子注入工艺，注入离子为氦离子，离子注入能量为300keV，离子注入剂量为6×1016ions/cm2，在压电晶圆6内部产生离子损伤层7；
复合晶圆5的中间层501一侧与压电晶圆6进行第二键合，第二键合采用高真空表面活化键合方法，键合环境为真空，键合温度为室温；
对所述压电晶圆6进行第二减薄处理得到压电层8，第二减薄处理为退火剥离，进行两次退火，第一次退火在氮气气氛中，退火温度为200℃，退火时间为3 h，第二次退火在氮气气氛中，退火温度为400℃，退火时间为6 h；
对压电层8表面进行化学机械抛光，化学机械抛光后控制压电层8厚度为800nm，表面粗糙度Ra小于0.5nm，得到所述复合衬底，如图5中的（a）所示。
实施例1-4制备得到的复合衬底中，压电层均为单晶状态，与普通钽酸锂或铌酸锂单晶衬底一样具备优异的声电性能和光电性能，确保所述复合衬底可应用于声电器件和光电器件；支撑衬底除起到支撑作用外，也可以提高器件品质因子，实现波导效应，并加快器件散热，波导效应的实现使得复合衬底在光电传输和声电传输的过程具有更高的传输效率和更低的传输损耗；单晶功能层相较于现有技术中常有的通过镀膜工艺形成的多晶层更优，单晶功能层可实现各向异性并精准调控，从而解决现有技术中依然存在的横向模式杂散响应等问题。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、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。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种复合衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将第一晶圆和第二晶圆进行第一键合，对所述第二晶圆进行第一减薄处理得到复合晶圆；
所述复合晶圆的第二晶圆一侧与压电晶圆进行第二键合，对所述压电晶圆进行第二减薄处理得到所述复合衬底。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一晶圆为衬底晶圆。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一键合前在所述第一晶圆一侧制备至少一层中间层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第二晶圆与所述第一晶圆中间层一侧进行第一键合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一减薄处理包括：
所述第一键合前，在所述第二晶圆一侧进行离子注入，得到离子损伤层；
所述第二晶圆的离子损伤层一侧与所述第一晶圆进行第一键合；
所述第一键合后进行退火剥离。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一减薄处理包括：所述第一键合后对所述第一晶圆进行磨削减薄。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二键合前在所述第二晶圆一侧制备至少一层中间层。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二减薄处理包括：
所述第二键合前，在所述压电晶圆一侧进行离子注入，得到离子损伤层；
所述压电晶圆的离子损伤层一侧与所述复合晶圆进行第二键合；
所述第二键合后进行退火剥离。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二减薄处理包括：所述第二键合后对所述压电晶圆进行磨削减薄。
10.一种复合衬底，其特征在于，所述复合衬底由权利要求1-9任一项所述的复合衬底的制备方法制备得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311786539.XA CN117460388A (zh) | 2023-12-25 | 2023-12-25 | 一种复合衬底及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311786539.XA CN117460388A (zh) | 2023-12-25 | 2023-12-25 | 一种复合衬底及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117460388A true CN117460388A (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=89585948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311786539.XA Pending CN117460388A (zh) | 2023-12-25 | 2023-12-25 | 一种复合衬底及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117460388A (zh) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011086645A1 (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-21 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧電素子の製造方法及びその製造方法により製造された圧電素子 |
| CN105420674A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-23 | 济南晶正电子科技有限公司 | 单晶薄膜键合体及其制造方法 |
| WO2018088093A1 (ja) * | 2016-11-11 | 2018-05-17 | 信越化学工業株式会社 | 複合基板、表面弾性波デバイスおよび複合基板の製造方法 |
| US20190097596A1 (en) * | 2016-04-28 | 2019-03-28 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method for producing composite wafer |
| CN111834518A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-27 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种多层膜结构衬底上的压电单晶薄膜及其制备方法 |
| CN111865250A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种poi衬底、高频声波谐振器及其制备方法 |
| CN113904645A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-07 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种氮化铝/碳化硅复合声波谐振器的制备方法及谐振器 |
| CN114420834A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-29 | 济南晶正电子科技有限公司 | 一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 |
| CN115314018A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-08 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种声表面波滤波器及其制备方法 |
| US20220399873A1 (en) * | 2021-06-09 | 2022-12-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Composite substrate and method of producing composite substrate |
| CN115933014A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-04-07 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种亚微米级单晶薄膜的制备方法 |
| CN116193965A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-05-30 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种垂直整合晶圆的制备方法、制备装置和垂直整合晶圆 |
| WO2023187030A1 (fr) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | Soitec | Substrat piézoélectrique sur isolant (poi) et procédé de fabrication d'un substrat piézoélectrique sur isolant (poi) |
| CN117118388A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-11-24 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种多层复合晶圆及薄膜弹性波器件 |
-
2023
- 2023-12-25 CN CN202311786539.XA patent/CN117460388A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011086645A1 (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-21 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧電素子の製造方法及びその製造方法により製造された圧電素子 |
| CN105420674A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-23 | 济南晶正电子科技有限公司 | 单晶薄膜键合体及其制造方法 |
| US20190097596A1 (en) * | 2016-04-28 | 2019-03-28 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method for producing composite wafer |
| WO2018088093A1 (ja) * | 2016-11-11 | 2018-05-17 | 信越化学工業株式会社 | 複合基板、表面弾性波デバイスおよび複合基板の製造方法 |
| CN111834518A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-27 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种多层膜结构衬底上的压电单晶薄膜及其制备方法 |
| CN111865250A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种poi衬底、高频声波谐振器及其制备方法 |
| US20220399873A1 (en) * | 2021-06-09 | 2022-12-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Composite substrate and method of producing composite substrate |
| CN113904645A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-07 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种氮化铝/碳化硅复合声波谐振器的制备方法及谐振器 |
| CN114420834A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-29 | 济南晶正电子科技有限公司 | 一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 |
| WO2023187030A1 (fr) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | Soitec | Substrat piézoélectrique sur isolant (poi) et procédé de fabrication d'un substrat piézoélectrique sur isolant (poi) |
| CN115314018A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-08 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种声表面波滤波器及其制备方法 |
| CN115933014A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-04-07 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种亚微米级单晶薄膜的制备方法 |
| CN116193965A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-05-30 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种垂直整合晶圆的制备方法、制备装置和垂直整合晶圆 |
| CN117118388A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-11-24 | 天通瑞宏科技有限公司 | 一种多层复合晶圆及薄膜弹性波器件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9385301B2 (en) | Method for manufacturing composite piezoelectric substrate | |
| TWI724161B (zh) | 複合晶圓之製造方法 | |
| US9496130B2 (en) | Reclaiming processing method for delaminated wafer | |
| EP3525347A1 (en) | Composite substrate and method of manufacturing composite substrate | |
| JP2019077607A (ja) | タンタル酸リチウム単結晶基板及びこれの接合基板とこの製造法及びこの基板を用いた弾性表面波デバイス | |
| US20230216463A1 (en) | Method for manufacturing composite substrate provided with piezoelectric single crystal film | |
| US20210111698A1 (en) | Bonded body and elastic wave element | |
| EP3696869A1 (en) | Nano-scale single crystal thin film | |
| CN113394338A (zh) | 一种异质单晶薄膜的制备方法及异质单晶薄膜 | |
| CN114420834A (zh) | 一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 | |
| WO2021201220A1 (ja) | 複合基板およびその製造方法 | |
| CN113193109A (zh) | 一种复合薄膜的制备方法及复合薄膜 | |
| CN111834518B (zh) | 一种多层膜结构衬底上的压电单晶薄膜及其制备方法 | |
| CN117460388A (zh) | 一种复合衬底及其制备方法 | |
| CN116865704A (zh) | 一种声表面波滤波器结构及制备方法 | |
| CN116193965A (zh) | 一种垂直整合晶圆的制备方法、制备装置和垂直整合晶圆 | |
| WO2021225101A1 (ja) | 圧電体複合基板およびその製造方法 | |
| US20240030883A1 (en) | Process for manufacturing a piezoelectric structure for a radiofrequency device and which can be used to transfer a piezoelectric layer, and process for transferring such a piezoelectric layer | |
| CN114388688A (zh) | 基于等离子体刻蚀的黑化单晶压电复合薄膜及其制备方法 | |
| CN111740009B (zh) | 一种基于离子束增强腐蚀的压电晶圆表面处理方法 | |
| JPH0952793A (ja) | 成膜方法 | |
| JP2002290182A (ja) | 表面弾性波素子用基板の製造方法 | |
| JP2020043591A (ja) | 複合ウェーハの製造方法 | |
| CN220342293U (zh) | 一种声表面波滤波器结构 | |
| US20230053303A1 (en) | Composite substrate and manufacturing method thereof |
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 |