一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，包括以下步骤：首先，准备原始薄膜，原始薄膜从下而上包括牺牲衬底层，氧化硅层和目标薄膜层，目标薄膜层的上表面为抛光面；原始薄膜由室温直接键合技术制备得到；其次，使用高真空键合法将目标衬底和目标薄膜键合；最后去掉牺牲衬底层和氧化硅层，然后对目标薄膜层进行抛光，得到最终薄膜；本申请的一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，结合了室温直接键合法和高真空键合两种键合方法，将目标薄膜转移到目标衬底上，从而既保证了薄膜的完整性，又实现了在不同衬底上制备薄膜的效果。

A Method of Preparing Thin Films on Different Substrates

The invention discloses a method for preparing thin films on different substrates, including the following steps: first, preparing the original thin films, the original thin films from bottom to top include sacrificial substrate layer, silicon oxide layer and target thin film layer, and the upper surface of the target thin film layer is polished surface; the original thin films are prepared by direct bonding technology at room temperature; secondly, using high vacuum bonding method to prepare the target substrate. Bonding with the target film; finally removing the sacrificial substrate layer and silicon oxide layer and polishing the target film layer to obtain the final film; a method of preparing thin films on different substrate materials in this application combines room temperature direct bonding method and high vacuum bonding method to transfer the target film to the target substrate, thus ensuring the integrity of the film as well as high vacuum bonding method. The effect of preparing thin films on different substrates is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法
本专利技术涉及半导体
，具体说是一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法。
技术介绍
晶圆直接键合技术，可以使经过抛光的半导体晶圆在不使用粘结剂的情况下直接结合在一起，是实现集成材料的一种有效手段，在集成电路、微机电系统封装和多功能芯片集成等领域具有广泛的应用。大气环境中的室温直接键合技术更被视为下一代制造工艺的热门工艺。但是室温键合技术是利用分子间作用力将两种材料结合在一起，键合强度低。在实际生产和应用的过程中，还需要对键合体进行退火处理以增强材料间的键合力，才能满足后续光刻、切割等工艺的要求。但是不同材料的晶圆键合需要选择合适的退火条件和工序才能达到提升键合力的效果。若退火温度偏低，则会使键合体因键合力不够而在后续的加工过程中发生解键合，而退火温度偏高，键合体的两种材料膨胀系数、导热系数等特性的差异会造成严重的应力集中，最终导致键合体的破碎。另外，在某些生产工艺中，例如在使用智能剥离法制备纳米级薄膜时，由于离子注入对材料造成损伤，必须对键合体进行一定的退火处理来消除注入损伤才能获取与衬底材料性质相近的单晶薄膜，如衬底材料和薄膜材料热膨胀系数存在差异，势必会因退火导致键合体破裂。因此，若需要获得不同衬底材料的薄膜，尤其是纳米薄膜，需要针对每一种衬底材料和薄膜材料探索不同的制备工艺，研发成本高，生产周期长，非常不利于工业生产。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，包括以下步骤：①准备原始薄膜，原始薄膜从下而上包括牺牲衬底层，氧化硅层和目标薄膜层，目标薄膜层的上表面为抛光面；原始薄膜由室温直接键合技术制备得到，牺牲衬底层材料和目标薄膜层的材料相同，目标薄膜层的材料为铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟；②使用高真空键合法将目标衬底和步骤①中的目标薄膜键合，其中目标衬底的材料为硅片、铌酸锂、钽酸锂、石英、蓝宝石、氧化硅、SOI、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟、塑料或陶瓷；并且目标衬底的材料和目标薄膜的材料不同；高真空键合法的真空度小于10-5Pa；③去掉牺牲衬底层和氧化硅层，然后对目标薄膜层进行抛光，得到最终薄膜；其中去掉牺牲衬底层的方法为研磨或机械撬掉；去掉氧化硅层的方法为氢氟酸腐蚀。优选的，目标薄膜层上包含电极。优选的，原始薄膜中牺牲衬底层的厚度为0.25～0.6mm，氧化硅层的厚度为50nm～5μm，目标薄膜层的厚度为50nm～100μm；目标衬底的厚度为0.1～1mm。优选的，目标薄膜层的厚度为50～1000nm。优选的，去掉牺牲衬底层和氧化硅层的具体步骤为：研磨掉牺牲衬底层，然后使用氢氟酸溶液腐蚀掉氧化硅层；其中氢氟酸溶液的质量浓度为35～40％。优选的，去掉牺牲衬底层和氧化硅层的具体步骤为：使用氢氟酸气体钻蚀去掉氧化硅层，牺牲衬底层自然脱落后去除。优选的，去掉牺牲衬底层和氧化硅层的具体步骤为：使用机械法从氧化硅层将牺牲衬底层撬掉，然后使用氢氟酸溶液将残留氧化硅层腐蚀掉；其中氢氟酸溶液的质量浓度为35～40％。优选的，去掉牺牲衬底层和氧化硅层的具体步骤为：采用机械法将目标薄膜层与牺牲衬底层错开，然后用氢氟酸溶液腐蚀掉残留的氧化硅层；其中氢氟酸溶液的质量浓度为35～40％。优选的，目标薄膜层的材料为铌酸锂、钽酸锂、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟；目标衬底的材料为石英、蓝宝石、氧化硅、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟或陶瓷。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本申请的一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，结合了室温直接键合法和高真空键合两种键合方法，将目标薄膜转移到目标衬底上，从而既保证了薄膜的完整性，又实现了在不同衬底上制备薄膜的效果；本专利技术的在不同衬底材料上制备薄膜的方法，可将薄膜制备在不同种类的衬底上，极大的扩展了薄膜的应用范围；本专利技术的在不同衬底材料上制备薄膜的方法，不因不同的衬底材料开发不同的生产工艺，并且不需要退火处理，降低了研发生产成本，缩短了研发周期，适用于工业生产。附图说明图1为原始薄膜的结构示意图；图2为原始薄膜和目标衬底层高真空键合后的结构示意图；图3为最终薄膜的结构示意图；附图标记：1牺牲衬底层，2氧化硅层，3目标薄膜层，4目标衬底层。具体实施方式本专利技术的目的是提供一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，通过以下技术方案实现：本专利技术中的室温直接键合技术为本领域技术人员公知的技术，该技术的操作步骤主要包括，将键合的晶圆表面进行活化处理，然后在室温下将活化表面进行接触而直接键合。氢氟酸气体钻蚀去掉氧化硅层，即将目标物体放入氢氟酸气体中，无需特殊装置或仪器，密闭容器即可，由于氢氟酸对氧化硅具有强腐蚀性，可采用氢氟酸腐蚀掉氧化硅层，但是此处氧化硅层较薄，氢氟酸溶液无法完全进入，而气体扩散能力强，可进入微小缝隙中，故可以实现氢氟酸气体钻蚀去掉氧化硅层。使用机械法从氧化硅层将牺牲衬底层撬掉，此处的机械法无其他特殊性，是采用一工具插入氧化硅层，从氧化硅层将牺牲衬底层撬掉。目标薄膜层上包含电极，电极可以具有一定的图案，本申请中电极是指器件，如芯片生产工艺中的电极，电极的材料、厚度和图案会根据器件的类型、功能、结构设计等而发生变化，本申请中的电极为本领域技术人员所公知的事实，对其材料、厚度和图案均无特殊要求。对目标薄膜层进行抛光，得到的表面光滑的薄膜，表面光滑是指薄膜的表面粗糙度Ra小于0.5nm。一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，包括以下步骤：①如图1所示，准备原始薄膜，原始薄膜从下而上包括牺牲衬底层，氧化硅层和目标薄膜层，目标薄膜层的上表面为抛光面；原始薄膜由室温直接键合技术制备得到，牺牲衬底层材料和目标薄膜层的材料相同，目标薄膜层的材料为铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟；②使用高真空键合法将目标衬底和步骤①中的目标薄膜键合，如图2所示，其中目标衬底的材料为硅片、铌酸锂、钽酸锂、石英、蓝宝石、氧化硅、SOI、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟、塑料或陶瓷；并且目标衬底的材料和目标薄膜的材料不同；高真空键合法的真空度小于10-5Pa；③去掉牺牲衬底层和氧化硅层，然后对目标薄膜层进行抛光，得到最终薄膜，如图3所示；目标薄膜层为石英，氢氟酸腐蚀时可在薄膜层上贴膜保护，如蓝膜，UV膜；衬底层为石英时，氢氟酸虽对石英也有一定的腐蚀性，但氢氟酸对氧化硅的腐蚀性极强，在数秒的短时间内即可腐蚀掉氧化硅层，而这段时间内对石英衬底层几乎不会造成任何影响；衬底层为氧化硅层时，氧化硅衬底仅表面一层为氧化硅层，其余大部分仍为硅材料，腐蚀掉氧化硅层后对衬底和后期使用不会有任何影响，可不做保护；衬底中的塑料，可以为PET、PEEK、PMMA、PTFE、PSU、PI、PD、PE、PU、PA、PC、POM、PPO、PBT、PEA等。以下结合具体实施例来对本专利技术作进一步的描述。实施例1一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，包括以下步骤：①准备原始薄膜，原始薄膜从下而上包括牺牲衬底层，氧化硅层和目标薄膜层，目标薄膜层的上表面为抛光面；原始薄膜由室温直接键合技术制备得到，牺牲衬底层材料和目标薄膜层的材料相同，目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：①准备原始薄膜，原始薄膜从下而上包括牺牲衬底层，氧化硅层和目标薄膜层，目标薄膜层的上表面为抛光面；原始薄膜由室温直接键合技术制备得到，牺牲衬底层材料和目标薄膜层的材料相同，目标薄膜层的材料为铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟；②使用高真空键合法将目标衬底和步骤①中的目标薄膜键合，其中目标衬底的材料为硅片、铌酸锂、钽酸锂、石英、蓝宝石、氧化硅、SOI、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟、塑料或陶瓷；并且目标衬底的材料和目标薄膜的材料不同；高真空键合法的真空度小于10

【技术特征摘要】
1.一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：①准备原始薄膜，原始薄膜从下而上包括牺牲衬底层，氧化硅层和目标薄膜层，目标薄膜层的上表面为抛光面；原始薄膜由室温直接键合技术制备得到，牺牲衬底层材料和目标薄膜层的材料相同，目标薄膜层的材料为铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟；②使用高真空键合法将目标衬底和步骤①中的目标薄膜键合，其中目标衬底的材料为硅片、铌酸锂、钽酸锂、石英、蓝宝石、氧化硅、SOI、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟、塑料或陶瓷；并且目标衬底的材料和目标薄膜的材料不同；高真空键合法的真空度小于10-5Pa；③去掉牺牲衬底层和氧化硅层，然后对目标薄膜层进行抛光，得到最终薄膜；其中去掉牺牲衬底层的方法为研磨或机械撬掉；去掉氧化硅层的方法为氢氟酸腐蚀。2.根据权利要求1所述的一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，其特征在于：目标薄膜层上包含电极。3.根据权利要求1所述的一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，其特征在于：原始薄膜中牺牲衬底层的厚度为0.25～0.6mm，氧化硅层的厚度为50nm～5μm，目标薄膜层的厚度为50nm～100μm；目标衬底的厚度为0.1～1mm。4.根据权利要求1所述的一种在不同衬底材料上制备薄膜的方法，其特征在于：目...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡卉，胡文，李洋洋，李真宇，张秀全，
申请(专利权)人：济南晶正电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37