CN113140450B - 一种制备薄膜的方法及应用 - Google Patents
一种制备薄膜的方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113140450B CN113140450B CN202010061165.5A CN202010061165A CN113140450B CN 113140450 B CN113140450 B CN 113140450B CN 202010061165 A CN202010061165 A CN 202010061165A CN 113140450 B CN113140450 B CN 113140450B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thin film
- ion implantation
- preform
- film material
- bonding
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 149
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 103
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 82
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 122
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 73
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 17
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 16
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 15
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 6
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 5
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000000678 plasma activation Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- UYLYBEXRJGPQSH-UHFFFAOYSA-N sodium;oxido(dioxo)niobium Chemical compound [Na+].[O-][Nb](=O)=O UYLYBEXRJGPQSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001423 beryllium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
- H01L21/187—Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本申请公开一种制备薄膜的方法,所述方法向薄膜材料的键合面中进行离子注入,所得离子注入层为曲面;分别对薄膜材料以及衬底材料的键合面进行表面处理,将二者键合;对键合后的键合体进行热处理,使薄膜材料沿呈曲面的离子注入层剥离,可选地,可以对剥离后的薄膜进行抛光等后处理,所述方法能够根据应用的实际需要在衬底上制备具有特定面型参数的薄膜,特别地,基于现有技术的抛光等后处理方式,本申请提供的方法能够制备得到具有校正薄膜的不均匀性,从而提高抛光等后处理所得单晶薄膜的厚度均匀性。
Description
技术领域
本申请属于半导体元件制备领域,特别涉及一种制备薄膜的方法及应用。
背景技术
铌酸锂等压电薄膜材料具有优良的非线性光学特性、压电特性、电光特性、声光特性,在光信号处理、信息存储、射频滤波器等方面具有广泛的应用,尤其在电光调制器和射频滤波器领域体现出很大的优势。压电薄膜的厚度均匀性会对最终器件的使用频率、损耗、稳定性以及一致性具有一定的影响。实际应用中,通常需要压电薄膜的厚度非常均匀,这样既可以保证器件的性能稳定,也可以提高下游产商对于薄膜的利用率,节约生产成本。基于这些需求,对薄膜的厚度变化进行有效的调整或校正具有非常重大的意义。
图1示出制备单晶薄膜的传统工艺流程示意图,如图1所示,现有技术制备压电薄膜的方法包括以下步骤:
对压电薄膜材料进行离子注入,再将注入片与衬底材料键合;
将键合所得键合体放入退火炉中高温退火,在退火炉中保温一定时间后,压电薄膜材料沿注入层分离,并在衬底材料上形成一层压电薄膜,从而得到压电薄膜半成品;
经过抛光等表面处理,使压电薄膜半成品表面光滑,最后得到成品。
目前,在同一次离子注入过程中离子注入的深度是相同的,即,在薄膜材料中形成的离子注入层是平面层,难以实现在同一次离子注入过程中得到注入深度不同的曲面离子注入层,则上述方法难以制备厚度具有预设变化规律的压电薄膜。
进一步地,在上述方法中,表面处理通常将压电薄膜半成品放在抛光台上,其中,压电薄膜层向下放置,在半成品上方用气囊压迫半成品,然后转动抛光台,从而实现抛光。由于气囊的压力不可能绝对均匀,另外在晶片的边缘气囊和抛光垫可能会发生一定的形变,导致抛光过程中,晶片中心与边缘会产生很大的不均匀性。这种不均匀性所造成的晶片形变与抛光的参数如压力,抛光液,抛光垫的选择等有关系,而且具有重现性。
发明内容
为解决无法制备厚度具有预设变化规律的压电薄膜的问题,本申请提供一种制备薄膜的方法,所述方法通过预制体使得薄膜材料中的离子注入层形成曲面结构,剥离后在衬底材料上形成厚度具有预设变化规律的薄膜,特别地,制备一种厚度变化能够校正由抛光等后处理导致不均匀性的压电薄膜,从而减弱由于抛光等后处理导致不均匀而造成的薄膜厚度不均匀,此外,预制体的引入能够在离子注入时保护薄膜材料的表面不被所注入的离子刻蚀。特别地,对于铌酸锂、钽酸锂等含锂元素压电薄膜材料,预制体的引入还可以抑制薄膜材料在离子注入过程中锂离子挥发,提高薄膜性能,如压电性、薄膜组分的均匀性。
本申请的目的在于提供以下几个方面:
第一方面,一种制备薄膜的方法,所述方法包括以下步骤:
向薄膜材料的键合面中进行离子注入,所得离子注入层为曲面;
分别对薄膜材料以及衬底材料的键合面进行表面处理,将二者键合;
对键合后的键合体进行热处理,使薄膜材料沿呈曲面的离子注入层剥离。
本申请通过在薄膜材料中注入特定形态的离子注入层,使得衬底材料上形成具有特定形态的薄膜。
在一种可实现的方式中,所述离子注入层为穹顶形曲面。
可选地,所述离子注入面向所述键合面凸出。
在一种可实现的方式中,所述向薄膜材料中进行离子注入包括:
在薄膜材料的键合面上制作预制体;
贯穿所述预制体向薄膜材料中进行离子注入;
离子注入完成后去除预制体。
其中,所述预制体的离子注入面为曲面。
进一步地,所述预制体的面型以及曲面参数与后处理平面单晶薄膜后所形成曲面的面型以及曲面参数分别对应匹配。
可选地,所述预制体与薄膜材料理化参数接近或者相同,例如,二氧化硅、钽酸锂和铌酸钠。
在一种可实现的方式中,所述预制体可以根据包括以下步骤的方法制备:
在所述薄膜材料的键合面上制作预制体基体,
对所述预制体基体进行后处理,所述后处理方式与对单晶薄膜的后处理方式相同,处理方式一种可选的为抛光处理。
可选地,所述预制体基体的厚度略大于对所述预制体基体后处理所除去的厚度,从而避免在对预制体基体进行抛光等后处理过程中接触到压电材料,所述预制体基体通过后处理被修整除去厚度,近似等于由薄膜材料分离所得薄膜上离子缺陷层的厚度。
在一种可实现的方式中,对所述预制体后处理除去的厚度与对衬底材料上所形成单晶薄膜后处理除去的厚度匹配,从而保证预制体上的形变量能够等比例补偿单晶薄膜的后处理导致的形变量。
在一种可实现的方式中,所述方法在薄膜材料沿呈曲面的离子注入层剥离后还包括:
对衬底材料上剥离所得的单晶薄膜进行后处理。
可选地,对所述单晶薄膜后处理完成后,所述单晶薄膜为平面。
第二方面,本申请还提供一种单晶薄膜,所述单晶薄膜由前述第一方面所述方法剥离或者制备。
第三方面,本申请还提供一种晶圆,所述晶圆包括衬底和第二方面所述单晶薄膜,所述单晶薄膜附着于所述衬底的表面。
与现有技术相比,本申请提供的制备薄膜的方法能够根据应用的实际需要在衬底上制备具有特定面型参数的薄膜,特别地,基于现有技术的抛光等后处理方式,本申请提供的方法能够制备得到具有校正由抛光等后处理导致的薄膜的不均匀性,从而提高抛光等后处理所得单晶薄膜的厚度均匀性。
附图说明
图1示出制备单晶薄膜的传统工艺流程示意图;
图2示出本申请一优选实施方式的制备薄膜的流程示意图;
图3示出一种设置有多个子预制体的键合体。
附图标记说明
1-薄膜材料,2-离子注入层,3-预制体,4-衬底材料,5-键合体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
以下详述本发明。
图2示出本申请一优选实施方式的制备薄膜的流程示意图,如图2所示,本申请提供的制备薄膜的方法至少包括以下步骤1至步骤3:
步骤1,向薄膜材料的键合面中进行离子注入,所得离子注入层为曲面。
在本申请中,所述薄膜材料是指用于在衬底材料上形成单晶薄膜的裸片原料,可选地,所述薄膜材料也为圆片,并且,其直径与衬底材料的直径相同。
所述薄膜材料包括铌酸锂、钽酸锂等,还可以是现有技术中能够采用离子注入方式在衬底材料上形成单晶薄膜的其它材料。
如图2所示,可以由所述薄膜材料(1)的一面向所述薄膜材料内部进行离子注入,从而在所述薄膜材料内部形成一层离子注入层(2),其中,所述薄膜材料上用于离子注入的表面需要平整光滑,一种可实现的方式为通过抛光使薄膜材料的注入面达到上述粗糙度要求。
可以理解的是,所述薄膜材料的离子注入面即为其与衬底材料键合的键合面。
本申请对离子注入的方式不做特别限定,可以采用现有技术中任意一种离子注入的方式,所注入的离子可以为能够热处理生成气体的离子,例如:氢离子或者氦离子。
所述离子注入层中的离子经过热处理可以生成气体,所生成的气体能够将所述薄膜材料沿离子注入层分成两部分,其中,与衬底材料键合的部分剥离后即为单晶薄膜。
在离子注入后,薄膜材料在离子注入层的上下界面会形成缺陷层,即,通过离子注入制备的单晶薄膜在其表面会存在缺陷层,一般通过刻蚀、抛光等手段去除该缺陷层,因此,所述离子注入层到薄膜材料键合面之间的距离略大于目标薄膜层的厚度,从而为去除单晶薄膜层上的缺陷层保留余量。
进一步地,所述离子注入层到薄膜材料键合面之间的距离与单晶薄膜层的厚度之差略大于或者等于缺陷层的厚度,例如,由离子注入在所述薄膜材料中所形成缺陷层的厚度为20nm,则所述离子注入层到薄膜材料键合面之间的距离比所述薄膜层的厚度大22~25nm,从而保证所述缺陷层能够被完全去除,并且不损失薄膜层。
在本申请中,所述离子注入层为曲面结构,所述曲面为具有预设面型的曲面,本申请对所述曲面的面型不做特别限定,可以为现有技术中任意一种曲面面型,可以根据需要而具体设定,例如,穹顶形曲面。
在本申请中,所述离子注入层的曲面结构可以通过离子注入层在所述薄膜材料中注入深度的连续变化而表现出来。
进一步地,所述离子注入层中各位置的离子浓度可以相等也可以不等,可选地,对于应力较大的位置,离子注入浓度可以适当增大。
在一种实例中,所述离子注入层为穹顶形曲面结构,使所述离子注入层向键合面凸出或者凹陷,例如,所述离子注入面向所述键合面凸出。
在一种实例中,所述向薄膜材料的键合面中进行离子注入包括以下步骤1-1至步骤1-3:
步骤1-1,在薄膜材料的键合面上键合预制体(3);
在本实例中,所述预制体与薄膜材料的理化参数接近或者相同,例如,二氧化硅、钽酸锂和铌酸钠等。
在一种实例中,所述预制体与薄膜材料在同一溶剂中的溶解度不同,以便于在完成离子注入后将预制体从所述薄膜材料的键合面上洗涤下来。
在另一种实例中,所述预制体与所述薄膜材料的可燃性不同,具体地,所述预制体的燃点远低于薄膜材料的燃点,并且灰分小,以便于在完成离子注入后使所述预制体燃烧除去。
可以理解地,所述预制体与所述薄膜材料在某些理化参数上存在一定差异,以便在完成离子注入后将预制体彻底地从薄膜材料的键合面上去除,并且使薄膜材料的键合面保存完好。
在本实例中,所述预制体的离子注入面为曲面;进一步地,所述预制体的面型以及曲面参数与后处理平面单晶薄膜后所形成曲面的面型以及曲面参数分别对应匹配。
本申请人发现,所述预制体与薄膜材料的理化参数可以接近,也可以相同,即,所述预制体与薄膜材料可以选用不同材料,也可以选用相同材料。
在一种实例中,对于与薄膜材料在材料上不同的预制体,很难与所述薄膜材料的理化性质完全相同,因此,可以根据预制体与薄膜材料理化参数,以及所注入离子在预制体与薄膜材料中的行为参数来计算离子注入层曲面与预制体曲面的映射函数,再根据离子注入层的预设曲面参数以及所述映射函数来计算预制体离子注入面的曲面参数。
可以理解的是,如果除溶解度等参数外,所述预制体其余的理化参数与薄膜材料相应的理化参数完全相同,所注入离子在预制体中的行为参数与在薄膜材料中的行为参数也完全相同,则预制体注入面的面型参数与离子注入层的面型参数也相同。
在另一种实例中,对于与薄膜材料在材料上相同的预制体,可以采用临时键合的方式键合在薄膜材料的键合面上,离子注入完成后再解除预制体的键合。在本实例中,所述临时键合可以为将预制体通过键合胶粘附于薄膜材料的键合面上。
可以理解地,所述预制体与所述薄膜材料完全相同时,可以保证对后处理方式带来的不均匀性完美补偿。在一种实例中,所述预制体可以根据包括以下步骤的方法制备:
在所述薄膜材料的键合面上键合预制体基体;
对所述预制体基体进行后处理,所述后处理方式与对单晶薄膜的后处理方式相同。
在本实例中,所述预制体基体的材料与预制体相同,所述预制体基体用于制备预制体。可选地,所述预制体基体可以为平面结构,也可以为其它便于制造预制体的其它结构。
在本实例中,预制体基体以平面结构为例进行说明,所述预制体基体的厚度略大于对所述预制体基体后处理所除去的厚度,从而避免在抛光等后处理过程中接触到压电材料。可以理解地,如果所述预制体基体为非平面结构,则预制体基体的最小厚度略大于对所述预制体基体后处理所除去的厚度。
在另一种实例中,所述预制体包括多个子预制体,所述子预制体互相分离地键合于薄膜材料的离子注入面,图3示出一种设置有多个子预制体的键合体,如图3所示,多个子预制体(3)分散地键合于薄膜材料(1)的离子注入面上,进行离子注入后能够在所述薄膜材料内部形成具有特定结构的离子注入层(2)。
可选地,可以对所述预制体进行后处理,所述后处理包括刻蚀、抛光等,例如,将预制体刻蚀,刻蚀后预制体的厚度均匀减薄,或者,研磨后预制体的厚度非均匀减薄,但是,刻蚀后预制体的形态修整为预设形态。
步骤1-2,贯穿所述预制体向薄膜材料中进行离子注入。
在本实例中,可由预制体表面贯穿所述预制体向薄膜材料中进行离子注入,由于预制体具有预设形态,因此,注入后的离子在所述薄膜材料中也形成匹配的预设形态,
例如,所述预制体为中心厚边缘薄的穹顶形,则离子注入后形成的离子注入层在薄膜材料中的深度不同,表现为中心向键合面凸出的穹顶结构,但是离子注入层的厚度相等,离子注入浓度可以相等,也可以不相等。
在本实例中,所述离子注入层的形态与预制体的形态对应匹配,所述离子注入层的形态参数与预制体形态参数可以根据二者硬度、密度、晶胞参数以及预制体对离子的遮挡能力等理化参数等进行计算。
步骤1-3,离子注入完成后去除预制体。
在一种实例中,可以采用物理或者化学的方法除去预制体,同时保证薄膜材料不受损失,并且键合面满足键合的要求,例如,粗糙度在0.5nm以下等。
进一步地,可以利用预制体与薄膜材料溶解度不同,或者燃点不同等去除预制体。例如,以铌酸钽为薄膜材料,以二氧化硅作为预制体,则可以利用二者在氢氟酸中的溶解度的不同,在离子注入后使用氢氟酸将二氧化硅预制体清洗干净。
可选地,可以在离子注入时将离子注入的深度略大于目标注入深度,在去除预制体后可以对键合面进行研磨或者抛光以满足键合的要求。
步骤2,分别对薄膜材料以及衬底材料的键合面进行表面处理,将二者键合。
在本申请中,所述衬底材料(4)可以为现有技术中任意一种材料的衬底,进一步地,所述衬底材料可以为单一衬底,也可以为复合衬底,具体地,包括硅衬底、具有热氧化层的硅衬底、具有沉积氧化硅层的硅衬底、具有氮化硅层的硅衬底,或者具有其它材质层的复合衬底,例如,铌酸锂衬底、石英衬底和蓝宝石衬底等。
本申请人发现,复合衬底中复合于基础衬底上的复合层与基础衬底的键合力通常较强,在热处理过程或者后续施加机械的过程中不会解键合。
在一种可实现的方式中,所述衬底材料的厚度可以为0.2~1mm。
本申请对薄膜材料与衬底材料键合的方式不做特别限定,可以采用现有技术中任意一种薄膜材料与衬底材料键合的方式,例如,将薄膜材料的键合面进行表面活化,将衬底材料的键合面也进行表面活化,再将两个活化后的表面进行键合,获得键合体(5)。
本申请对薄膜材料进行表面活化的方式不做特别限定,可以采用现有技术中任意一种对薄膜材料进行表面活化的方式,例如,等离子体活化以及化学溶液活化等;同样地,本申请对衬底材料表面活化的方式也不做特别限定,可以采用现有技术中任意一种可用于衬底材料待键合面进行表面活化的方式,例如,等离子体活化。
步骤3,对键合后的键合体进行热处理,使薄膜材料沿呈曲面的离子注入层剥离。
在本申请中,所述键合体是指薄膜材料与衬底材料键合后形成的键合体,其中,薄膜材料未从衬底上剥离。
在一种可实现的方式中,所述热处理的温度为150℃~250℃,离子注入层中的离子,如H、He等离子在上述温度下能够结合成相应的分子,并在离子注入层形成由小气泡构成的气泡层,例如,H离子形成氢气,He离子形成氦气等,从而能够使薄膜材料沿离子注入层分离,在衬底材料表面形成一层具有预设形态的单晶薄膜。
在前述实例中,对所述预制体抛光等后处理去除的厚度与对衬底材料上所形成单晶薄膜抛光等后处理所去除的厚度匹配,从而保证预制体上的形变量能够补偿单晶薄膜的抛光等后处理造成的形变量。
在前述实例中,向键合面凸出的穹顶形离子注入层在剥离后,在衬底材料上形成中间薄边缘厚的凹陷形薄膜,在一种实例中,此薄膜可以校正抛光等后处理所造成的薄膜厚度不均匀。
在一种可实现的方式中,所述方法在薄膜材料沿呈曲面的离子注入层剥离后还包括:
步骤4,对衬底材料上剥离所得的单晶薄膜进行后处理。
在一种实例中,所述后处理包括研磨、抛光等。
在一种实例中,剥离所得薄膜具有预设的形变量,以使所述薄膜在完成后处理后形成预设形态。
仍以前述实例为例,可以使所述薄膜边缘比中心处的厚度之差恰好抵销后处理造成的边缘形变,使得剥离后的薄膜经抛光等后处理后变成厚度均匀的平面。
第二方面,本申请还提供一种单晶薄膜,所述单晶薄膜由前述第一方面所述方法剥离或者制备。
第三方面,本申请还提供一种晶圆,所述晶圆包括衬底和第二方面所述单晶薄膜,所述单晶薄膜附着于所述衬底的表面。
本申请对所述衬底不做特别限定,可以为现有技术中任意一种衬底,例如,硅基衬底、铌酸锂衬底或者具有多层结构的衬底等。
实施例
实施例1
在铌酸锂薄膜材料的键合面上沉积一层二氧化硅,所述二氧化硅层呈现中间薄边缘厚的凹陷;
由所述二氧化硅层的表面贯穿所述二氧化硅层向所述铌酸锂薄膜材料进行离子注入,所得离子注入层呈现中心远离键合面凸出,并且,所述离子注入层的厚度相等,离子注入浓度也均匀;
用氢氟酸洗涤去除二氧化硅层,并采用等离子体法对铌酸锂的键合面以及硅基衬底的键合面进行表面活化,并将铌酸锂与硅基衬底键合;
将所得键合体进行热处理,使所述铌酸锂沿所述离子注入层分离,在所述硅基衬底上形成具有凸出形的薄膜。
实施例2
在铌酸锂薄膜材料的键合面上沉积一层二氧化硅层,所述二氧化硅层呈现中间厚边缘薄的凹陷;
由所述二氧化硅层的表面贯穿所述二氧化硅层向所述铌酸锂薄膜材料进行离子注入,所得离子注入层呈现中心向键合面凸出,并且,所述离子注入层的厚度相等,离子注入浓度也均匀;
用氢氟酸洗涤去除二氧化硅层,并采用等离子体法对铌酸锂的键合面以及硅基衬底的键合面进行表面活化,并将铌酸锂与硅基衬底键合;
将所得键合体进行热处理,使所述铌酸锂沿所述离子注入层分离,在所述硅基衬底上形成具有凹陷形的薄膜。
实施例3
如图2所示,将实施例2制备的薄膜进行抛光,所述薄膜边缘增加的厚度能够抵消抛光所用气囊带来的边缘效应,使抛光后所得铌酸锂薄膜的厚度均匀性提高,经检测,所述铌酸锂的厚度均匀度达8%以内。
实施例4
在铌酸锂薄膜材料的键合面上通过临时键合胶临时键合一层钽酸锂层,所述钽酸锂层呈现中间厚边缘薄的凹陷;
由所述钽酸锂层的表面贯穿所述钽酸锂层向所述铌酸锂薄膜材料进行离子注入,所得离子注入层呈现中心向键合面凸出,并且,所述离子注入层的厚度相等,离子注入浓度也均匀;
加热熔化临时键合胶去除钽酸锂层,并采用等离子体法对铌酸锂的键合面以及硅基衬底的键合面进行表面活化,并将铌酸锂与硅基衬底键合;
将所得键合体进行热处理,使所述铌酸锂沿所述离子注入层分离,在所述硅基衬底上形成具有凹陷形的薄膜。
将制备的铌酸锂薄膜进行抛光,所述薄膜边缘增加的厚度能够抵消抛光所用气囊带来的边缘效应,使抛光后所得铌酸锂薄膜的厚度均匀性提高,经检测,所述铌酸锂的厚度均匀度达5%。
实施例5
在铌酸锂薄膜材料的键合面上通过临时键合胶临时键合一层铌酸锂层,对铌酸锂层进行抛光去除200nm;
由所述铌酸锂层的表面贯穿所述铌酸锂层向所述铌酸锂薄膜材料进行离子注入,所得离子注入层呈现中心向键合面凸出,并且,所述离子注入层的厚度相等,离子注入浓度也均匀;
加热熔化临时键合胶去除预制体铌酸锂层,并采用等离子体法对铌酸锂的键合面以及硅基衬底的键合面进行表面活化,并将铌酸锂与硅基衬底键合;
将所得键合体进行热处理,使所述铌酸锂沿所述离子注入层分离,在所述硅基衬底上形成具有凹陷形的薄膜。
将制备的铌酸锂薄膜进行预制体完全相同条件的抛光,所述薄膜边缘增加的厚度能够抵消抛光带来的边缘效应,使抛光后所得铌酸锂薄膜的厚度均匀性提高,经检测,所述铌酸锂的厚度均匀度达3%以内。
本申请提供的制备薄膜的方法能够根据应用的实际需要在衬底上制备具有特定面型参数的薄膜,特别地,基于现有技术的抛光等后处理方式,本申请提供的方法能够制备得到具有校正抛光等后处理导致的薄膜的不均匀性,从而提高抛光等后处理所得单晶薄膜的厚度均匀性。
例如,如图1所示,按照现有抛光方式,如果剥离后在硅基衬底上形成厚度均匀的薄膜,则会在抛光后可能会形成如图1所示的中心厚边缘薄的薄膜,降低薄膜厚度的均匀性,但是采用本申请提供的方案,如图2所示,可以获得厚度均匀性显著增强的平面薄膜。
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 (14)
1.一种制备薄膜的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
向薄膜材料的键合面中进行离子注入,所得离子注入层为曲面;
分别对薄膜材料以及衬底材料的键合面进行表面处理,将二者键合;
对键合后的键合体进行热处理,使薄膜材料沿呈曲面的离子注入层剥离。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述离子注入层为穹顶形曲面。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述离子注入面向所述键合面凸出。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述向薄膜材料中进行离子注入包括:
在薄膜材料的键合面上制作预制体;
贯穿所述预制体向薄膜材料中进行离子注入;
离子注入完成后去除预制体。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述预制体的离子注入面为曲面。
6.根据权利要求4或5所述的方法,其特征在于,所述预制体的面型以及曲面参数与抛光平面单晶薄膜后所形成曲面的面型以及曲面参数分别对应匹配。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述预制体与薄膜材料理化参数接近或者相同。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述预制体根据包括以下步骤的方法制备:
在所述薄膜材料的键合面上制作预制体基体,
对所述预制体基体进行后处理,所述后处理方式与对单晶薄膜的后处理方式相同。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述预制体基体的厚度略大于对所述预制体基体后处理所除去的厚度。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其特征在于,对所述预制体后处理除去的厚度与对衬底材料上所形成单晶薄膜后处理除去的厚度匹配。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法在薄膜材料沿呈曲面的离子注入层剥离后还包括:
对衬底材料上剥离所得的单晶薄膜进行后处理。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,对所述单晶薄膜后处理完成后,所述单晶薄膜为平面。
13.一种单晶薄膜,其特征在于,所述单晶薄膜由权利要求1至12任一项所述方法制备。
14.一种晶圆,其特征在于,所述晶圆包括衬底和权利要求13所述单晶薄膜,所述单晶薄膜附着于所述衬底的表面。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010061165.5A CN113140450B (zh) | 2020-01-19 | 2020-01-19 | 一种制备薄膜的方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010061165.5A CN113140450B (zh) | 2020-01-19 | 2020-01-19 | 一种制备薄膜的方法及应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113140450A CN113140450A (zh) | 2021-07-20 |
CN113140450B true CN113140450B (zh) | 2022-04-05 |
Family
ID=76808996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010061165.5A Active CN113140450B (zh) | 2020-01-19 | 2020-01-19 | 一种制备薄膜的方法及应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113140450B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114242770B (zh) * | 2021-11-26 | 2025-03-14 | 上海新硅聚合半导体有限公司 | 一种异质薄膜晶圆及制备方法 |
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 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004012268A1 (ja) * | 2002-07-29 | 2004-02-05 | Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. | Soiウェーハの製造方法 |
JP2010147252A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Sharp Corp | イオン注入方法、および半導体装置の製造方法 |
CN104425341A (zh) * | 2013-08-28 | 2015-03-18 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法 |
CN105895576A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-08-24 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种离子注入剥离制备半导体材料厚膜的方法 |
CN110088917A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-08-02 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 光电二极管的制备方法、光电二极管和cmos图像传感器 |
CN110581212A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-17 | 济南晶正电子科技有限公司 | 一种单晶单畴压电薄膜及其制备方法 |
-
2020
- 2020-01-19 CN CN202010061165.5A patent/CN113140450B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004012268A1 (ja) * | 2002-07-29 | 2004-02-05 | Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. | Soiウェーハの製造方法 |
JP2010147252A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Sharp Corp | イオン注入方法、および半導体装置の製造方法 |
CN104425341A (zh) * | 2013-08-28 | 2015-03-18 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种低剂量注入制备绝缘体上半导体材料的方法 |
CN105895576A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-08-24 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种离子注入剥离制备半导体材料厚膜的方法 |
CN110088917A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-08-02 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 光电二极管的制备方法、光电二极管和cmos图像传感器 |
CN110581212A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-17 | 济南晶正电子科技有限公司 | 一种单晶单畴压电薄膜及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113140450A (zh) | 2021-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108365083B (zh) | 用于声表面波器件的复合压电衬底的制造方法 | |
KR101469282B1 (ko) | Soi 웨이퍼의 제조 방법 | |
CN113140450B (zh) | 一种制备薄膜的方法及应用 | |
WO2001088970A1 (en) | Semiconductor wafer thinning method, and thin semiconductor wafer | |
US9197184B2 (en) | Method for manufacturing piezoelectric device | |
CN110828298A (zh) | 单晶薄膜复合基板及其制造方法 | |
KR20160134661A (ko) | 접합웨이퍼의 제조방법 | |
CN103875061A (zh) | 剥离晶片的再生加工方法 | |
CN104868050A (zh) | 在与原始基板的热膨胀系数不同的基底上制造薄膜的方法 | |
CN114420834A (zh) | 一种基于倾斜键合的薄膜制备方法及其复合薄膜 | |
CN111092148A (zh) | 一种压电材料复合基板的制造方法 | |
CN112467024B (zh) | 一种异质结构薄膜衬底的制备方法 | |
CN108539009B (zh) | 纳米级单晶薄膜 | |
US12052921B2 (en) | Method for manufacturing a film on a flexible sheet | |
US7531425B2 (en) | Method of fabricating bonded wafer | |
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 | |
CN116072533A (zh) | 一种晶圆及其晶圆减薄制程加工工艺 | |
JP2024544472A (ja) | 強誘電体材料の薄膜を準備するためのプロセス | |
CN111883648B (zh) | 一种压电薄膜的制备方法、压电薄膜及带通滤波器 | |
CN115915899A (zh) | 一种优化注入颗粒的复合薄膜及其制备方法 | |
CN114242770A (zh) | 一种异质薄膜晶圆及制备方法 | |
CN111740003A (zh) | 一种压电薄膜体及其制备方法、空腔型器件及其制备方法 | |
WO2021157218A1 (ja) | 複合基板およびその製造方法 | |
CN112259675B (zh) | 一种具有图案的薄膜键合体、制备方法及电子器件 | |
CN118476156A (zh) | 复合基板的制造方法 |
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 | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |